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Podcast Science 74 – L'infini : quand il n'y en a plus, il y a Cantor Podcast Science 75 – L'ornithorynque est-il un cousin de Donald Duck?
L’ornithorynque est-il un cousin de Donald?
On 29.02.2012, in Dossiers, by Marco	VN:F [1.9.22_1171]Rating: 5.0/5 (4 votes cast)
Animal très curieux que cet ornithorynque, connu de son nom technique par ornithorhynchus anatinus, venant du grec ornitho qui signifie “oiseau” et rhynkhos “le bec”, anatinus signifiant pour sa part, “comme un canard”. Autrement dit, le “bec d’oiseau semblable à un canard”.
L’ornithorynque est un étrange mélange entre caractères reptiliens (ou aviaires) et caractères proprement mammaliens. Et le comble est que le caractère qui suggéra en premier que l’ornithorynque avait des caractères non mammaliens, était son “bec de canard”, qui n’est en réalité aucunement un bec, mais une adaptation à l’alimentation en eau douce purement mammalienne.
Dans un contexte historique, où les navigateurs se faisaient souvent escroquer par les empailleurs chinois, qui leur refourguaient des têtes ou des troncs de singes accolés à des parties arrières de poissons, on peut facilement comprendre la réaction très prudente de Georges Shaw qui fut le premier à décrire l’ornithorynque:
“De tous les mammifères connus jusqu’ici, il me semble être le plus extraordinaire par son anatomie, dans la mesure où il présente un bec ressemblant parfaitement à celui d’un canard, greffé sur une tête de quadrupède. La ressemblance est si poussée qu’à première vue elle fait penser à une préparation truquée”
L’ornithorynque, victime des idées reçues
Ce fameux “bec” a donc suscité de nombreux étonnements, mais la partie arrière est elle aussi très stupéfiante, car l’ornithorynque possède, comme les reptiles, un cloaque, c’est à dire un orifice unique par lequel s’opèrent toutes les fonctions liées à l’excrétion et à la reproduction. Et cela contrairement aux mammifères qui possèdent des orifices distincts pour les processus de reproduction et d’excrétion. (cela explique l’origine de “monotrème” qui est le nom que l’on donne à la famille de l’ornithorynque et des échidnés, puisque monotrème signifie “un seul trou”)
Au niveau de l’anatomie interne, les oviductes (conduits qui acheminent les ovocytes issu des ovaires, et qu’on appelle trompe de Fallope chez les mammifères) ne se réunissent pas en un utérus (comme chez les mammifères), mais gagnent séparément le tube cloacal. Aussi, comme chez les oiseaux, l’ovaire droit des femelles ornithorynques est devenu rudimentaire et tous les ovules se forment dans l’ovaire gauche.
Ces caractéristiques étaient très troublantes pour les biologistes de l’époque, d’autant plus que nous sommes avant Darwin et que les animaux sont considérés comme appartenant à des catégories statiques ne pouvant donc pas présenter de caractéristiques intermédiaires. Les marsupiaux, également d’Australie, avaient déjà porté un sérieux coup à ce que l’on croyait être caractéristique des mammifères, et survient alors l’ornithorynque et son anatomie qui suggérait donc quelque chose d’impensable pour un mammifère: la ponte d’œufs! (Ses œufs n’avaient pas encore été découverts, c’est pour cela que j’emploie le terme “suggérer”)
En dehors des traits liés à la reproduction, l’ornithorynque paraît pourtant être un parfait mammifère : Il possède une fourrure complète et une caractéristique anatomique typique des mammifères: le présence d’un seul os à la mâchoire inférieure (le dentaire) et celle de trois osselets dans l’oreille moyenne (marteau, enclume, étrier). Les reptiles ont eux une mâchoire inférieure composée de plusieurs os et leurs oreilles n’en contiennent qu’un seul.
Mais malgré tout, même en dehors du système de reproduction, l’ornithorynque possède des caractéristiques reptiliennes, en particulier un os inter-claviculaire au niveau de l’épaule, que possèdent les reptiles et que ne présente aucun mammifère. Enfin il a également la démarche d’un reptile avec des pattes situées sur le côté du corps et non pas en dessous.
Ce mélange fantastique de caractéristiques animales fit que tous les grands biologistes de l’époque se fascinaient pour cet animal, et un débat commença à se centrer autour de sa reproduction (car comme dit plus haut, aucun œuf n’avait été retrouvé), et trois possibilités se dégageaient, avec chacune des défenseurs célèbres.
Pour l’anatomiste allemand Johann Friedrich Meckel et le français Blainville, l’ornithorynque était quand même vivipare. On ne retrouverait donc jamais d’œufs et les ornithorynques sont des mammifères ordinaires.
Pour l’anatomiste anglais Richard Owen, et Everard Home qui fut le premier à décrire en détail l’ornithorynque en 1802, l’ornithorynque serait ovovivipare, et si l’on n’avait pas retrouvé d’œufs, c’était parce que ceux-ci se dissolvaient dans le ventre de la femelle.
Mais pour les premiers évolutionnistes français, Lamarck et Étienne Geoffroy Saint-Hilaire, l’anatomie ne pouvait pas mentir et l’ornithorynque devait donc être ovipare, et ils pensaient donc qu’on finirait un jour ou l’autre à trouver des œufs.
Au début du XIXe siècle, on n’avait toujours pas trouvé non plus, de glandes mammaires chez la femelle ornithorynque. puis en 1824, Meckel les découvrit. Mais comme l’ornithorynque ne fait rien comme tout le monde, ces glandes mammaires étaient assez spéciales, ce qui contribua à amplifier les débats plutôt qu’à les arrêter.Les glandes mammaires de l’ornithorynque sont énormes et s’étendent presque depuis les pattes antérieures jusqu’au pattes postérieures, mais la femelle n’ayant pas de tétine ou mamelle, les canaux lactifères ne conduisent pas à des orifices communs. En fait, la femelle excrète le lait par de nombreux pores disséminés sur une partie de la face ventrale que les progénitures viennent lécher. Mais cela fut découvert bien plus tard, si bien que Saint-Hilaire, qui en tant que partisan de l’oviparité, tenait à éloigner l’ornithorynque le plus possible des mammifères, et soutint donc que les glandes découvertes par Meckel n’étaient pas des organes mammaires, mais l’homologue des glandes odoriférantes qui figurent sur le flanc des musaraignes servant à sécréter des substances pour attirer les mâles. Puis lorsque Meckel réussit à extraire une substance lactée, Geoffroy admit que cela pouvait être une substance alimentaire mais qu’il pouvait s’agir de mucus qui fournirait de la nourriture aux jeunes ornithorynques, plutôt que du lait.
Et c’est un jeune biologiste britannique qui résolu l’énigme en 1884, qui put recueillir quelques œufs aidé de 150 aborigènes. Mais cela ne fit qu’aggraver le problème général, car cela prouvait que l’ornithorynque était un mélange et que par conséquent, il ne pouvait être assigné à aucun des grands groupes de vertébrés sans ambiguïté: Geoffroy avait eu raison au sujet des œufs et Meckel au sujet des glandes mammaires. Avant, il était difficile de concevoir, la Nature sans catégories établies et bien distinctes. C’est pour cela que Geoffroy militait pour les œufs et l’absence de lait et Meckel pour le lait et la mise bas.La découverte de Caldwell a lieu vingt ans après la publication de Darwin, la notion d’évolution avait rendu acceptable l’idée de formes intermédiaires et de mélanges de caractères.
Un mammifère primitif?
Mais à peine délivré d’un carcan, l’ornithorynque dut en supporter un autre, puisqu’il fut accusé de “primitivité”. On le considérait comme un mammifère à présent, mais comme une pauvre créature pitoyable marquée de la flétrissure reptilienne. Mais comme j’ai pu déjà le dire lors de mon premier passage dans le podcast, l’évolution n’est aucunement une échelle montante du progrès. L’évolution procède par branchements et bien qu’une lignée de reptiles ait effectivement donné, par évolution, les mammifères, les reptiles sont toujours là et se débrouillent parfaitement bien à leur manière. Et la présence de caractères reptiliens chez l’ornithorynque signifie simplement que la branche des monotrèmes s’est détachée précocement de celles conduisant aux mammifères placentaires, après que les traits fondamentaux des mammifères soient apparus. Les caractères reptiliens des ornithorynques sont donc le signe de ce branchement précoce et non une marque d’arriération: vieux ne signifie par arriéré dans le monde darwinien.
Si l’on met de côté ce mythe de la primitivité, on peut alors mieux apprécier les élégantes adaptions de l’ornithorynque et reconnaître son organisation anatomique performante. Il faut distinguer les adaptations propres aux mammifères et celles particulières à l’ornithorynque.
Dans la première catégorie, l’on trouve la fourrure qui protège l’ornithorynque des eaux souvent froides des rivières. Celle-ci étant imperméable, elle emprisonne même une couche d’air au-dessus de la peau, procurant ainsi une isolation supplémentaire. Toujours concernant la protection en eaux froides, l’ornithorynque est capable de maintenir sa température corporelle à un niveau élevé comme la plupart des mammifères. (La découverte de cette faculté a été retardée jusqu’en 1973, justement à cause de l’image primitive qu’avait l’animal jusque-là. La plupart des biologistes soutenaient que la température interne de l’ornithorynque baissait beaucoup en eau froide, l’obligeant à des retours fréquents au terrier pour se réchauffer. Ces caractéristiques sont donc typiquement mammalienne, mais ce qui nous intéresse réellement pour justifier que l’ornithorynque est le résultat d’une évolution ayant obéi à ses intérêts particuliers, et non pas un animal primitif, ce sont ses propres adaptions.
L’ornithorynque est un animal qui passe la plus grande partie de son temps dans l’eau, à la recherche de nourriture, principalement des larves d’insectes et d’autres petits invertébrés, en fouillant avec son “bec” dans les sédiments au fond des cours d’eau. Ses adaptations particulières lui permettent de faire face aux impératifs de la vie aquatique: un corps bien caréné qui lui permet de se déplacer aisément dans l’eau, ses pattes avant sont palmées pour une meilleure propulsion tandis que la queue et ses pattes arrières, qui sont partiellement palmées, lui servent de gouvernail.
D’autres traits ont sans doute une utilité d’un point de vue de la sélection sexuelle, même si cet aspect est relativement méconnu encore. Par exemple, le mâle porte des éperons creux au niveau de chaque cheville, reliés par un canal à une glande à poison située au niveau des cuisses. Ces éperons sont probablement utilisés lors des combats entre mâles, car ils deviennent plus gros lors de la saison de reproduction, et en captivité on a déjà vu des mâles tuer leurs concurrents au moyen de leur éperons venimeux.
Enfin reconnu à sa juste valeur!
Mais voici l’ironie suprême: le trait qui plaide le plus en faveur de l’adaptation particulière de cet animal est la structure même qui lui a valu son statut mythique de primitif: Il s’agit du mal-nommé “bec de canard”. C’est la plus belle invention propre à l’ornithorynque. Ce bec n’est aucunement l’homologue de celui des oiseaux. Il s’agit d’une structure originale apparue par évolution uniquement chez les monotrèmes (l’échidné en possède une version différente sous forme d’un long museau pointu). Il ne s’agit pas d’un simple organe dur, inerte et corné. Son armature rigide est recouverte d’une fine peau qui contient de nombreux organes sensoriels. Étrangement, lorsque l’ornithorynque est sous l’eau, il exclut tous ses autres systèmes sensoriels: des voiles de peau recouvrent ses minuscules yeux et ses oreilles, tandis qu’une paire de valves clôt les narines. Il ne fait alors appel plus qu’à son bec pour localiser obstacles et nourritures.
Les dissection réalisées sur des crânes avaient d’ailleurs montré que les nerfs optiques et olfactifs sont presque rudimentaires, alors que les nerfs trijumeaux, qui apportent au cerveau les informations sensorielles en provenance de la face, sont remarquablement développés!
Des expériences en neurophysiologie moderne ont davantage souligné le caractère finement adapté du bec de l’ornithorynque: Des colonnes de cellules épithéliales (chacune étant sous-tendue d’un réseau complexe de récepteurs nerveux) sont distribuées sur toute la surface du bec et leur densité est quatre à six fois plus grande à l’avant de la partie supérieure du “bec”, là où se font les premiers contacts avec les obstacles et les pièces alimentaires.
Différents types de récepteurs nerveux ont également été mis en évidence, ce qui suggère que l’ornithorynque est capable de distinguer différentes sortes de signaux.
Les neurophysiologistes savent repérer les aires responsables de l’activation de parties définies du corps et délimiter ainsi une “carte” cérébrale du corps. Ces cartes cérébrales mettent en évidence l’importance d’organes particulièrement développés, car ils sont représentés par des aires extrêmement larges à la surface du cortex. Chez l’ornithorynque, les cartes cérébrales se ramènent presque entièrement à une représentation du bec.
L’ornithorynque a donc longtemps souffert d’une image dégradée mais il a finalement réussi à faire admettre sa valeur, notamment grâce à son bec. Et grâce aux importantes études qui ont eu lieu depuis les années 1970, nous avons appris à reconnaître que l’ornithorynque est un bijou d’adaptation…
Données complémentaires: L’ornithorynque est un animal relativement petit (le plus gros spécimen connu pesait 2,2 kg et dépassait à peine 60 cm de la tête à la queue). Il construit des terriers aux bords des ruisseaux et des rivières. les plus grands servent de nids à l’époque de la reproduction et peuvent faire jusqu’à 3,60mètres de long, d’autres sont plus petits et servent à l’usage quotidien.
Source: “La foire aux dinosaures” – Stephen Jay Gould
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Ah ben fallait bien que je te tombe dessus Marco, après avoir ‘parasité’ Franck sur son dernier dossier…
Alors je vais commencer par dire que c’était un excellent dossier, à ton habitude. Il y a cependant une erreur récurrente qui s’est propagé dans toute ta présentation et qui perturbe mon 6ème sens anatomique: l’emploi du terme reptile.
En soi, reptile, c’est comme poisson ou légume: c’est un mot utile pour désigner des organismes et les mettre rapidement dans un sac pour que tout le monde puisse comprendre de quoi on parle. Mais quand on parle d’évolution, d’anatomie comparée et nécessairement, de taxonomie, mieux vaut être précis.
Or, Reptile (http://fr.wikipedia.org/wiki/Reptile ), en taxonomie, c’est un groupe qui n’a pas de valeur intéressante en terme de représentation de liens de parenté, car il est incomplet.
Le groupe des reptiles (reptile est issu du latin repere qui signifie « ramper », terme qui fait référence au serpent de la Genèse) désigne des animaux à écailles et dont la température interne correspond à celle de l’environnement externe (on les appelle ectotherme). Historiquement donc, on plaçait dans le groupe des reptiles des animaux vivant actuellement comme les crocodiliens, les squamates (lézards, serpents) et les tortues mais aussi des groupes d’espèces disparues comme les dinosaures, les ptérosaures, les ichtyosaures, les plésiosaures et les pliosaures. On y trouvait même des espèces appartenant aux synapsides: groupe de tétrapodes amniotes dont la descendance comprend les mammifères… Si ce groupe est incomplet, c’est que pour qu’un groupe soit complet (on dit monophylétique) il faut qu’il représente la descendance complète d’un ancêtre précis. Or le dernier ancêtre commun des “reptiles” cités plus haut, a également donné les oiseaux par exemple, qui sont des dinosaures théropodes ayant survécu au cataclysme du crétacé/tertiaire et qui ont le sang chaud (42°C) et donc pas ectothermes…
Pire, si les reptiles comprenaient certaines espèces synapsides… et bien cela voudrait donc dire que tous les mammifères (et donc nous, humains), serions des reptiles… Ça craint un peu, non? Si tu veux parler du groupe qui comprend crocodiliens, squamates et tortues, sache qu’on parle du groupe des Sauropsidés (http://fr.wikipedia.org/wiki/Sauropsida )… et qu’il comprend également les oiseaux!
Alors la première fois où tu as évoqué le mot reptile, c’est pour parler du cloaque. Or, cette caractéristique morphologique est retrouvée chez les Sauropsidés, certes, mais également chez de nombreux poissons et les amphibiens… La présence d’organes spécialisés et séparés pour l’émission d’excrétions et de gamètes se trouve donc bel et bien chez les mammifères placentaires…mais aussi chez de nombreux poissons osseux. Il s’agit d’une probable convergence évolutive: ces deux groupes d’organismes ayant acquis cette caractéristique morphologique séparément au cours de l’évolution.
Quand ensuite tu parles de l’oreille, en employant le terme reptile, tu désignes finalement tous les vertébrés qui ne sont pas des mammifères placentaires.
Et quand tu parles de l’interclavicule, il s’agit en fait d’une caractéristique partagée par tous les tétrapodes non mammifères placentaires.
Bon je te concèderai la mention du groupe des reptiles pour parler de leur démarche… C’est bien sur ce critère qu’on a trouvé ce nom, n’est-ce pas?
Allez courage pour les prochains dossiers!
Oui c’est vrai que contrairement à Franck, je n’avais pas eu droit à ma cartouche ^^
Bon voilà c’est chose faite maintenant Je ne peux rien dire d’autre à part que tu as tout à fait raison!
En plus je suis inexcusable, puisque en temps normal j’aime bien rappeler dans une discussion que le groupe des reptiles n’est pas monophylétique et donc ne représente pas grand chose en terme de cladistique.
J’avais laissé tel quel par soucis de simplicité en négligeant l’importance d’être rigoureux sur ce point, mais je pense que c’est un tord car fondamentalement, à la lumière de tes explications plus complètes, je me rend compte que l’erreur est presque aussi énorme que lorsque j’entends le fameux “l’homme descend du singe” et qui provoque chez moi des réactions Sheldoniques (pour faire référence à “The Big Bang Theory”)
Donc encore une fois, merci pour ta correction et également pour toutes les précisions, j’en sais maintenant un peu plus (mon savoir limité n’allait guère plus loin que la connaissance du groupe des sauropsidés…)