Les débuts du cou : une question d’évolution
Selon des études récentes, les premiers cous n’étaient peut-être pas destinés à permettre une vision panoramique, mais étaient plutôt liés aux débuts de la marche. En effet, il semblerait que la capacité de nos ancêtres à mouvoir leur tête ait été très limitée. Pour les poissons, les épaules sont directement attachées au crâne, ce qui signifie que pour regarder à gauche ou à droite, il faut tourner l’ensemble du corps. Avec l’évolution vers la terre ferme, certaines espèces, qui ont fait la transition de l’eau à la terre il y a environ 380 millions d’années, ont commencé à développer un cou distinct. Toutefois, des recherches récentes remettent en question l’idée que cette innovation a permis une plus grande mobilité de la tête.
Des modèles qui combinent de nouvelles données fossiles avec des tests mécaniques sur des poissons vivants montrent que les premiers cous sont restés rigides. Cette découverte remet en cause la notion bien établie selon laquelle l’évolution des cous visait à améliorer la capacité de mouvement de la tête. L’étude internationale, dont Tom Stewart, professeur adjoint de biologie à l’Université Penn State, fait partie, a été publiée le 14 octobre dans le magazine Nature.
Une évolution potentiellement inutile pour la vue
Les fossiles de la période dévonienne, qui s’étend d’environ 420 à 360 millions d’années, ont révélé des créatures présentant un mélange de caractéristiques aquatiques et terrestres. Certaines de ces espèces avaient des nageoires robustes, probablement capables de supporter leur poids, ce qui leur permettait de se poser ou de se déplacer sur le fond dans les eaux peu profondes. Ce sont également ces poissons en transition qui ont commencé à arborer un cou distinct.
Tom Stewart évoque cette période intrigante : « C’est un moment fascinant de l’histoire terrestre, avec l’émergence des premières forêts et un radical bouleversement de la planète. Comprendre exactement à quel moment notre lignée a fait la transition de l’eau à la terre, comment cela s’est produit et quelles structures anatomiques ont évolué, est crucial pour saisir cette histoire. Ce qui est remarquable, c’est que de nombreux changements survenus dans le squelette à cette époque de 380 millions d’années se reflètent encore dans nos corps modernes. »
Parmi ces poissons en transition, on trouve le Tiktaalik, dont les fossiles proviennent de l’île d’Ellesmere au Canada, située dans l’Arctique nord.
L’importance d’étudier les poissons modernes
Tom Stewart souligne l’importance des matériaux d’étude : « Tiktaalik est l’un des parents les plus proches des vertébrés à membres. Cela nous aide à reconstruire les étapes intermédiaires dans la transition vers la vie terrestre, qu’il s’agisse du passage de l’alimentation par succion dans l’eau à la morsure sur terre, ou du passage de la nage à la marche. »
Pour les ancêtres des animaux à quatre membres, appelés tétrapodes, la capacité de regarder vers le bas ou sur les côtés aurait été utile pour trouver de la nourriture et éviter les prédateurs dans les eaux peu profondes ou sur la terre. Les scientifiques ont supposé que, dans ces environnements, la mobilité indépendante de la tête pourrait être plus avantageuse que dans les profondeurs océaniques.
Stewart rappelle : « Tiktaalik, décrit pour la première fois en 2006, a longtemps été considéré comme un exemple où la séparation de la tête et des épaules permettrait une plus grande liberté de mouvement. La théorie selon laquelle la mobilité du cou était un moteur évolutif pour cette séparation a prévalu jusqu’à présent. »
La biomécanique au secours de l’évolution
Pour tester cette hypothèse, il était nécessaire de reformuler l’architecture de la colonne vertébrale de manière très différente de celle des vertébrés actuels. Les premiers tétrapodes et leurs proches parents possédaient une longue tige de tissu, appelée notochorde, qui traversait toute la colonne vertébrale. Leur vertèbre était petite et disposée autour de cette grande tige de tissu mou, qui se comportait différemment des articulations entre vertèbres typiques des animaux modernes.
Stewart précise : « Les poissons subissant ces changements avaient une colonne vertébrale composée en grande partie de tissus mous, qui, contrairement à l’os, sont rarement préservés dans le registre fossile. C’est pourquoi nous nous tournons vers les animaux modernes pour servir d’analogues, comme les oiseaux d’aujourd’hui nous apprennent sur les dinosaures éteints. »
Les colonnes vertébrales construites autour d’une notochorde sont rares de nos jours, même si elles étaient communes tout au long de l’histoire de la vie sur Terre. Les esturgeons, souvent qualifiés de fossiles vivants en raison de leurs caractéristiques primitives, conservent ce type de colonne vertébrale et offrent ainsi une méthode utile pour examiner les propriétés mécaniques absentes des fossiles.
Limites de la mobilité du cou
Les chercheurs ont mesuré la rigidité des notochordes des esturgeons modernes et ont appliqué ces propriétés matérielles pour modéliser les cous des premiers tétrapodes, ainsi que ceux de leurs parents en transition comme le Tiktaalik. Ces modèles ont permis de tester si la séparation des épaules du crâne aurait libéré la tête pour bouger, malgré la structure de la colonne vertébrale.
Dana Korneisel, chercheur postdoctoral à l’Université Uppsala en Suède et premier auteur de l’étude, explique : « J’ai entrepris cette étude pour déterminer l’impact de ce changement anatomique sur ces animaux. Les colonnes vertébrales des esturgeons ressemblent beaucoup à celles des premiers tétrapodes, mais elles ne semblaient pas terriblement rigides. La découverte du manque de mobilité significative de la tête chez presque tous ces animaux m’a beaucoup surpris. »
Les estimations prenaient uniquement en compte la colonne vertébrale. Les muscles, la peau et, chez beaucoup de ces animaux, les os intégrés à la peau pouvaient encore restreindre davantage les mouvements, ce qui signifierait que ces animaux vivants avaient probablement encore moins de mobilité au niveau du cou que les modèles ne le suggèrent.
Korneisel ajoute : « L’élévation de la tête chez ces animaux n’était pas plus significative que celle que l’on pourrait observer chez les poissons, et parfois même moins. Nous avons constaté que le type de mouvement de tête que nous pouvons réaliser en secouant notre tête n’était pas possible chez aucun de ces animaux. »
Avec peu de mouvement de tête, il semble que le développement d’un cou distinct provienne davantage des changements anatomiques associés à l’utilisation des membres antérieurs pour la locomotion. Une flexibilité accrue est apparue comme un avantage ultérieur, plutôt que le motif initial à l’origine de la séparation entre la tête et les épaules.
Korneisel conclut : « Nous savons que les tétrapodes ont finalement acquis une plus grande mobilité au niveau du cou. Clairement, cela a été avantageux, mais ce n’était pas un avantage accessible à ces premiers tétrapodes du fait des limitations de leur anatomie. »
Référence : « La mobilité du cou des premiers tétrapodes modélisée à l’aide d’un analogue actuel » par Dana E. Korneisel, Cassandra M. Donatelli, Linfang Han, Thomas A. Stewart, Andrew L. Traynor, Benjamin K. A. Otoo, Marcos Martinez, Tetsuto Miyashita, Emily M. Standen et Hillary C. Maddin, 14 octobre 2026, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-026-11158-3
La recherche a été soutenue par le prix Steven Cohen pour la recherche étudiante, décerné par la Société de paléontologie vertébrée, ainsi que par le Conseil de recherche en sciences naturelles et en génie du Canada (RGPIN-06442).
FAQ
Quel est le rôle du Tiktaalik dans l’étude de l’évolution des tétrapodes ?
Le Tiktaalik est crucial car il représente une étape intermédiaire entre les poissons et les tétrapodes, aidant les scientifiques à comprendre la transition vers la vie terrestre.
Quels étaient les principaux objectifs de cette recherche ?
L’étude visait à examiner la mobilité du cou chez les premiers tétrapodes et à comprendre comment les changements anatomiques ont influencé leur comportement et leur locomotion.
Pourquoi les chercheurs se sont-ils tournés vers les esturgeons ?
Les esturgeons, en raison de leur structure primitive, fournissent des informations précieuses sur les propriétés mécaniques des colonnes vertébrales des tétrapodes anciens, aiding les chercheurs dans leurs modélisations.
Quelle est la signification d’une colonne vertébrale en notochorde ?
Une colonne vertébrale en notochorde est une structure primitive qui, bien que rare aujourd’hui, était répandue chez les ancêtres des tétrapodes, influençant considérablement leur mobilité et leur locomotion.
Comment cette recherche affecte-t-elle notre compréhension de l’évolution ?
Cette étude remet en question des concepts établis, suggérant que la mobilité du cou des premiers tétrapodes n’était pas aussi développée que précédemment pensé, ce qui peut modifier notre compréhension de l’évolution de la locomotion sur terre.