Diversification du crâne de ruminant - des processus microévolutifs aux schémas macroévolutifs

Reportage du 17 mars 2023

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par Thamarasee Jeewandara, Phys.org

Les biologistes évolutionnistes visent à établir des liens fondamentaux entre les processus microévolutifs et les schémas macroévolutifs basés sur des ensembles de données comparatives de variation au niveau de la population. Dans un nouveau rapport sur Science Advances, Daniel R. Rhoda et une équipe de scientifiques en biologie évolutive de l'Université de Chicago et du Jackson Laboratory aux États-Unis ont analysé un ensemble de données précédemment publié sur les crânes de ruminants (mammifères).

Les résultats étaient biaisés via une allométrie évolutive craniofaciale hautement conservée (CREA), où les espèces plus grandes présentaient des visages proportionnellement plus longs. Les résultats ont mis en évidence la caractéristique comme une ligne évolutive de moindre résistance, facilitant la diversification morphologique alignée sur le spectre des navigateurs-brouteurs. Les résultats montrent comment les contraintes au niveau de la population peuvent produire des modèles hautement directionnels d'évolution phénotypique à l'échelle macroévolutive. Les travaux mettent en lumière l'exploration du rôle de l'allométrie évolutive craniofaciale dans les clades de mammifères.

La sélection naturelle affecte la variation phénotypique dans une population, où le développement de la population répond à la sélection. La direction de la plus grande quantité de variation est connue sous le nom de ligne de moindre résistance (LLR) et représente la direction potentielle du plus grand changement évolutif. Si la sélection est alignée sur la ligne de moindre résistance, les biologistes s'attendent à ce que les populations évoluent dans une voie directe vers un pic adaptatif. Cependant, si la sélection est orientée ailleurs, la réponse à la sélection sera réalignée vers la ligne de moindre résistance. En conséquence, les interactions entre le paysage adaptatif et les limites de variation au sein d'une espèce au niveau de la population déterminent la voie de l'évolution phénotypique.

Les biologistes évolutionnistes cherchent à expliquer les modèles mondiaux de biodiversité comme un objectif fondamental de la recherche biologique pour découvrir les mécanismes microévolutifs sous-jacents aux modèles macroévolutifs. Ils s'attendent à ce que ces modèles influencent les contraintes au niveau de la population sur la macroévolution. Dans ce travail, Rhoda et al. présentent des preuves solides de l'influence de l'allométrie évolutive craniofaciale (c'est-à-dire des caractéristiques des êtres vivants qui changent avec la taille) sur la micro- et la macro-évolution, qui peuvent être explorées parallèlement à la ligne de moindre résistance pour faciliter la diversité morphologique.

Le crâne de mammifère maintient un modèle hautement conservé d'allométrie ontogénétique et évolutive, où les espèces plus grandes ont des visages proportionnellement plus longs comme exemple d'allométrie évolutive craniofaciale. Bien que l'allométrie soit une limite à l'évolution phénotypique, elle présente une opportunité pour que des phénotypes extrêmes apparaissent sans nouveauté développementale.

Par exemple, les mammifères plus grands et à face courte sont improbables, tandis que les phénotypes à face longue et hors de portée surviennent en raison de cette allométrie. L'allométrie évolutive craniofaciale est donc apparue comme une ligne évolutive de moindre résistance, indiquant simplement que les grands mammifères avaient des visages plus longs en raison des limites liées à la taille de la formation du crâne. Les paléontologues ont noté une forte relation entre la taille et la forme du crâne entre les espèces, où les espèces plus grandes représentaient des visages plus longs, et la pente de l'allométrie évolutive variait considérablement entre les sous-familles.

Des exemples de travaux ont montré que les formes crâniennes des dik-diks étaient différentes des autres petits ruminants en raison d'une plus grande rétraction nasale. Pourtant, tous les petits ruminants possédaient des visages plus courts que leurs parents plus massifs et à long visage. À l'aide d'une analyse en composantes principales phylogénétiques, l'équipe a montré des tendances de taille claires dominant les principaux axes de variation pour renforcer davantage les résultats. Rhode et al. recréé le morphospace interspécifique entre les clades pour mieux comprendre les divers modèles évolutifs tout en explorant l'allométrie évolutive craniofaciale.

L'équipe a noté et corroboré les similitudes morphospatiales dans l'analyse comme étant dues à l'allométrie, la principale influence sur la diversification du crâne bovidé. Les chercheurs ont noté une tendance de taille claire pour la variation évolutive dans le crâne bovidé, où la grande tribu de pâturage Alcephini et la petite tribu de broutage Neotragini se sont diversifiées plus que prévu par rapport à leur taux d'évolution observé. Les travaux étaient en accord avec les schémas macroévolutifs de diversification chez les bovidés et les cervidés qui semblaient s'éloigner davantage de leur ancêtre. Les données représentaient la labilité évolutive du régime alimentaire des ruminants au cours de la période néogène, tout en illustrant le déclin de la diversité des périssodactyles tout au long de l'ère cénozoïque.

Rhode et al. ont examiné la variation de forme associée au continuum brouteur-brouteur et n'étaient pas clairs si le crâne à face exceptionnellement longue des grandes espèces de pâturage telles que Alcelaphini résultait de (1) la sélection directe de crânes mieux adaptés au pâturage, qui, par coïncidence, étaient à face longue , ou (2) étaient agnostiques à la sélection pour l'écologie de recherche de nourriture. Dans ce dernier scénario, leur hypothèse était que les visages plus longs évoluaient passivement lors de l'augmentation de la taille corporelle associée au pâturage, ce qui semblait peu probable en raison du lien intime entre l'ingestion et la transformation des aliments.

Dans les deux scénarios probables, l'écologie de recherche de nourriture a fourni une valeur adaptative pour les changements évolutifs de taille et a influencé la morphologie crânienne des ruminants à se diversifier. Rhode et al. examiné si l'allométrie évolutive craniofaciale (CREA) est une lignée évolutive de moindre résistance chez les artiodactyles ruminants et analysé son influence sur la diversité morphologique. Ils ont mesuré directement l'axe de variation associé à un CREA hypothétique pour interroger sa relation avec la variation évolutive au niveau de la population et ont effectué des régressions phylogénétiques généralisées des moindres carrés pour mesurer les associations entre la divergence morphologique et l'angle de divergence par rapport au CREA.

De cette manière, Daniel R. Rhoda et ses collègues ont examiné les processus microévolutifs sous-jacents aux schémas macroévolutifs lors de la diversification du crâne des mammifères (ruminants). Ils ont exploré l'allométrie évolutive craniofaciale (CREA) en tant qu'aspect de la ligne de moindre résistance (LLR). Ainsi, lorsqu'ils ont généré des matrices d'espèces au cours des travaux, les résultats étaient étroitement alignés sur CREA ; indiquant que les espèces avaient divergé plus loin de leurs ancêtres que ceux moins alignés.

Les travaux ont examiné les facteurs intrinsèques et extrinsèques sous-jacents aux différences entre les clades et leurs schémas de diversification par rapport aux bovidés et aux cervidés dans le spectre des navigateurs-brouteurs. Et mis en évidence l'influence des facteurs intrinsèques sur la diversification de la morphologie crânienne des ruminants. Les résultats ont largement démontré l'influence des limites intrinsèques sur les schémas macroévolutifs, permettant aux scientifiques d'envisager d'autres recherches sur le rôle de CREA dans d'autres clades de mammifères.

Plus d'information: Daniel P. Rhoda et al, Diversification du crâne de ruminant le long d'une ligne évolutive de moindre résistance, Science Advances (2023). DOI : 10.1126/sciadv.ade8929

Ryan N. Felice et al, Origines développementales de l'évolution de la mosaïque dans le crâne aviaire, Actes de l'Académie nationale des sciences (2017). DOI : 10.1073/pnas.1716437115

Informations sur la revue :Actes de l'Académie nationale des sciences , Science Advances

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