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L'émergence des tétrapodes

Lorsque les premiers vertébrés sont sortis de la mer pour venir sur terre, ce fut l'un des moments les plus mémorables de l'histoire de la vie sur notre planète. De nombreux fossiles portent les marques du changement des poissons aux nageoires pédonculées aux créatures terrestres à quatre membres décrites comme des tétrapodes et comprenant les amphibiens, les reptiles, les oiseaux et les mammifères.
L'émergence des tétrapodes
Le projet TETRAPODS RISING (Tetrapods rising: Linking changes in mandibular form with function across the fish-tetrapod transition) a étudié comment les changements de la mâchoire inférieure lors de la transition évolutionnaire clé de l'eau vers la terre sont liés au comportement mécanique et à l'écologie.

Des tomodensitométries ont été réalisées sur 15 crânes fossiles et les têtes de 2 poissons éteints: L'anguille européenne (Anguilla anguilla) et le brochet (Esox Lucius). Un logiciel de visualisation a été utilisé pour séparer la matrice des fossiles et des muscles et des tissus osseux des espèces éteintes et pour séparer les os individuels et les dents. De nouvelles techniques ont été développées pour créer des reconstructions 3D des crânes fossiles endommagés.

Des enregistrements vidéo à vitesse élevée de l'anguille et du brochet ont été utilisés pour une modélisation précise du comportement d'alimentation et pour valider les modèles. La puissance de la morsure a été enregistrée à l'aide de capteurs de force alors que la nanoindentation a été utilisée pour obtenir les propriétés du matériel osseux de la mâchoire inférieure. Ces informations, avec les reconstructions 3D, ont été utilisées pour produire des modèles d'éléments finis (EF) 3D des mâchoires inférieures.

Les modèles EF ont offert des informations sur la déformation, l'allongement et la tension sous charge, permettant aux chercheurs de comprendre et de mesurer le comportement mécanique de la mâchoire inférieure sous des charges d'alimentation. Les découvertes des modèles EF des mâchoires inférieures des premiers tétrapodes, des anguilles, des brochets et des alligators ont été comparées pour répondre aux questions sur le lien entre les changements dans la forme de la mâchoire inférieure et le comportement mécanique.

Une analyse des éléments finis (AEF) a été réalisée dans les mâchoires inférieures des premiers tétrapodes, des poissons éteints et alligators. Les résultats supportent l'hypothèse selon laquelle les changements dans la morphologie mandibulaire pendant l'évolution des tétrapodes ont donné une mâchoire inférieure plus solide, mieux adaptée aux morsures. Cela pourrait être dû au fait que les tétrapodes ne devaient plus être aérodynamiques une fois passés de l'eau à la terre.

La tension était en outre distribuée de manière plus uniforme dans les mâchoires inférieures des tétrapodes que chez les poissons et l'énergie d'allongement totale a diminué avec le temps. Cela indique que moins de force (musculaire) était nécessaire pour déformer le modèle, suggérant la présence d'une structure plus rigide et plus efficace.

TETRAPOD RISING a défini les jalons pour la réalisation d'une AEF dans un contexte évolutionnaire plus large que tenté par le passé. Ce projet a également établi des techniques pour la reconstruction 3D des crânes fossiles. Il en a résulté une nouvelle compréhension de l'évolution morphologique et fonctionnelle de la mâchoire inférieure des tétrapodes lors de la transition de l'eau à la terre. Les grands et nouveaux ensembles de données générés par le projet seront d'un grand intérêt pour les futurs chercheurs.

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Mots-clés

Tétrapodes, fossiles, poisson, évolution, mâchoire inférieure