Mammifères et Dinosaures : la Nuit et le Jour


Dinosaures et Mammifères ont cohabité plus de 160 ma au temps du Secondaire. Les premiers étaient d’évidence les géants d’alors qui arpentaient bois et guérets, alors que les seconds devaient s’en cacher, tant ils étaient minuscules et faibles. Aussi très tôt est née une hypothèse : les Dinosaures eu égard leur statut reptilien et leur grande taille devaient espérer des rayons solaires pour réchauffer leurs organismes, et ils furent donc des diurnes obligés. A l’inverse, les Mammifères, petits animaux à sang chaud, se gardaient le jour des premiers, et faisaient leurs affaires la nuit tombée, et par défiance des premiers étaient des animaux nocturnes.

 

Ce partage ancestral du temps ouvré a laissé plus que des traces : de nos jours, la majorité des Mammifères actuels (45 à 55%) sont nocturnes, et pour le reste, en particulier les carnivores et herbivores de grande taille, ils sont actifs aussi bien le jour que la nuit, les Primates, diurnes, étant l’exception qui confirme la règle. A l’inverse, la plupart des Oiseaux, descendants directs des grands reptiles du Secondaire, sont diurnes.

 

C’est dans son ouvrage le plus célèbre que Gordon Lynn Walls (1905-1962) a développé le premier l’idée que les Mammifères dès leurs origines étaient des animaux nocturnes (1). Une équipe de spécialistes du développement qui étudie la formation des cellules photo réceptives de la rétine chez les Vertébrés apporte aujourd’hui des arguments qui confortent son hypothèse (2)

 

Chez les Mammifères, le tissu rétinien est constitué de deux types de cellules : les cellules en cône qui perçoivent certaines longueurs d’onde de la lumière et permettent de distinguer les couleurs, et les cellules en bâtonnet qui elles sont capables de détecter un seul photon, et donc sont spécialisés pour voir « dans le noir ».

De ce point de vue la souris est très bien équipée puisque 97% des cellules réceptives de sa rétine sont des cellules en bâtonnet. Vraiment la nuit est son royaume, et les chats ne s’en étonnent pas  !

Rétine de souris. La majorité des cellules photo réceptives (97%) sont des cellules en bâtonnet (noires). Les cellules en cône sont en vert. Au sommet la strate noire horizontale est l’épithélium pigmenté de la rétine. Photo : Jung Woong Kim

Rétine de souris. La majorité des cellules photo réceptives (97%) sont des cellules en bâtonnet (noires). Les cellules en cône sont en vert. Au sommet la strate noire horizontale est l’épithélium pigmenté de la rétine. Photo : Jung Woong Kim

 

Quels mécanismes de développement et quels gènes sont activés ou à l’inverse inhibés pour un tel résultat ?

Dans un premier temps l’équipe de chercheurs auteurs des travaux cités (2) s’est rendue compte qu’un facteur de transcription dénommé NRL incitait les cellules de la rétine en cours de maturation à se transformer en cellules en bâtonnet en inhibant les gènes responsables de la fabrication des cônes. Ils se sont alors demandés si certaines de ces dernières capables de percevoir les faibles longueur d’ondes de la lumière en particulier les UV ne s’étaient pas au cours de l’évolution transformées en cellules en bâtonnet.

Suivant le vieux précepte « le développement est une récapitulation de l’évolution », ils ont prélevé et observé le tissu de la rétine des souris à différents stades de l’embryogenèse.

Ils constatent que deux jours après la naissance d’une souris, des gènes normalement impliqués dans la formation de cellules aptes à percevoir les faibles longueurs d’ondes (les UV en particulier) s‘expriment chez les cellules en bâtonnet en cours de formation.

L’analyse des cellules en bâtonnet des souris révèle que dans les 10 jours qui suivent, le développement des cellules en cône est inhibé par un agent de méthylation.

Par comparaison avec ce que l’on peut observer chez un autre vertébré strictement diurne, le poisson zèbre, ses cellules en bâtonnet n’ont rien à voir à l’origine avec les cellules en cône.

D’évidence, chez les Mammifères, une partie des cellules en cône se transforment en cellules en bâtonnet.

L’étude comparative des séquençages du génome de différents vertébrés est éclairante à ce propos. Les chercheurs ont pu montrer que les gènes régulateurs NRL chez les Mammifères, au fur et à mesure qu’évoluait et se transformait la rétine, ont modifié le champ de leur action, jusqu’à favoriser la formation de cellules en bâtonnet au dépens de cellules programmées pour être des cellules en cône. Le schéma suivant explicite les trajectoires des cellules en cône et en bâtonnet constatées d’une part chez le poisson zèbre diurne, d’autre part chez la souris nocturne.

Formation des cellules en bâtonnet (rod) et en cône(cone) chez le poisson zèbre et la souris. Une protéine particulière induit chez la souris la transformation des cônes (cone) en bâtonnets (rod). Dès lors la proportion de cellules en bâtonnet chez la souris augmente.

Formation des cellules en bâtonnet (rod) et en cône (cone) chez le poisson zèbre et la souris. Une protéine particulière induit chez la souris la transformation des cônes (cone) en bâtonnets (rod). Dès lors la proportion de cellules en bâtonnet chez la souris augmente.

 

Concernant l’adaptation à la vie nocturne dans le passé, les paléontologues ont montré que dès le Carbonifère voici 300 ma, certains Synapsides (= Reptiles Mammaliens) possédaient les attributs anatomiques qui leur permettaient de moduler le flux lumineux (3). Ils relèvent chez 24 espèces d’entre eux, de toute taille et aussi bien des herbivores que des carnivores, que leur orbite est équipée d’un anneau sclérotique ossifié. Ils en concluent que ces animaux étaient probablement nocturnes et que cette adaptation a été acquise à plusieurs reprises dans différentes lignées.

C’est chez les Synapsides que s’enracinent les Mammaliformes du Jurassique. Les découvertes récentes ont montré qu’ils étaient d’une grande diversité dans les adaptations alimentaires et les niches écologiques qu’ils avaient occupé (4). Et parmi eux, nombreux sont ceux qui ont adopté une stratégie de défiance à l’endroit des Dinosaures et sont adaptés à la vie nocturne.

 

Aujourd’hui est mis en évidence l’un des mécanismes qui leur permit de « vivre dans le noir ». On peut dire qu’il est relativement simple. Il s’avère en effet que chez les Mammifères, la formation des cellules en bâtonnet et en cône est contrôlée par l’action de deux agents de transcription : une leucine qui inhibe dénommée NRL et une hormone thyroïdienne. Chez la souris et la plupart des Mammifères, dans la rétine où prédominent les cônes, il suffit que l’agent NRL soit absent pour que les cellules en cône se transforment en bâtonnet. Dès lors, le bénéficiaire de cette transformation possède une aptitude plus grande à percevoir les faibles intensités de lumière.

 

Pourtant il ne faut pas généraliser à l’échelle de tous les Mammifères. Il se trouve que les Primates, nos ancêtres, ont un itinéraire évolutif bien différent. Eux ont choisi un autre type de vie : devenus diurnes, ils conservent dans la rétine un grand nombre de cellules en cône, ce qui leur permet de distinguer aisément les couleurs, en particulier l’état de maturité des fruits dont ils sont friands.

Autrement dit, si beaucoup de Mammifères aiment la nuit, quelques uns, dont nous sommes, préfèrent le jour.

 

 

(1) G.L Walls 1942. The Vertebrate Eye and its Adaptive Radiation https://archive.org/details/vertebrateeyeits00wall

 

(2) Kim, Yang, and Oel et al.: "Recruitment of Rod Photoreceptors from Short Wavelength Sensitive Cones during the Evolution of Nocturnal Vision in Mammals" http://www.cell.com/developmental-cell/fulltext/S1534-5807(16)30336-7 , DOI: 10.1016/j.devcel.2016.05.023
(3) K. D. Angielczyk and L. Schmitz, 2014. Nocturnality in synapsids predates the origin of mammals by over 100 million years. Proc. R. Soc. B 22 October 2014 vol. 281 no. 1793.

doi: 10.1098/rspb.2014.1642

 

(4) Zhou, C., Wu, S., Martin, T., Luo, Z. X., 2013. A Jurassic mammaliaform and the earliest mammalian evolutionary adaptations. Nature 500 (7461): 163. doi:10.1038/nature12429.

http://www.dinosauria.org/blog/2015/10/05/au-jurassique-les-mammiferes-seclatent/

 

 


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