Comment la colonne vertébrale est influencée par le mode de vie

Ob Mensch oder Makrele, Wirbeltiere haben eine Wirbelsäule. Diese geniale Konstruktion ist nicht nur der zentrale Teil eines Skeletts, das den Körper von innen stützt und beweglich macht. Sie schützt auch das Rückenmark, indem sie es mit Knochen umgibt. Dabei ist die Wirbelsäule, wie wir sie heute kennen, Ergebnis einer langen Evolution: Die Urahnen der Wirbeltiere besaßen nur eine weitaus simplere Version, einen elastischen Stab, der unter dem Rückenmark verlief. In Kombination mit daran verankerten Muskelpaketen ermöglichte diese Chorda dorsalis genannte Rückenstütze bereits seitliche Schlängelbewegungen. Bei fast allen heutigen Wirbeltieren wird sie in einem frühen Stadium des Embryos angelegt, dann aber durch eine lange Reihe von Wirbeln ersetzt. Gelenkig miteinander verbunden, erlauben sie Fischen, seitlich schlängelnd zu schwimmen und die Schwanzflosse kraftvoll einzusetzen.

Au cours de l’évolution, la colonne vertébrale a été repensée à plusieurs reprises afin de pouvoir répondre à de nouvelles exigences. À mesure que les poissons évoluaient progressivement en amphibiens, leurs membres avaient besoin de soutien. Au Dévonien, il y a environ 370 millions d’années, les vertèbres lombaires des premiers animaux à quatre pattes n’avaient pas encore été remodelées en conséquence. Au lieu d’ancrer leurs os pelviens directement à la colonne vertébrale, des côtes de forme spéciale étaient prises en sandwich entre eux.

Les fossiles découverts au Groenland attestent qu’une connexion mécanique était ainsi créée entre le bassin et la colonne vertébrale. Acanthostega et Ichthyostéga. Ces anciens amphibiens équipés de branchies rampaient et pagayaient probablement sous l’eau entre les plantes. Ichthyostéga Avec ses jambes relativement fortes, il pourrait éventuellement rendre dangereuse la zone frontalière entre l’eau et la terre.

Tiktaalik roseae, dont les restes fossiles proviennent de l’île d’Ellesmere, dans l’extrême nord du Canada, était encore clairement un poisson avec son corps écailleux. Long de plus de deux mètres, ce représentant du poisson à nageoires charnues (Sarcoptérygiens) un animal majestueux qui utilisait ses puissantes nageoires pectorales pour bien plus que simplement nager. Il était probablement aussi capable de se promener au fond de l’eau et de s’y appuyer pour défier le courant ou attaquer ses proies. Comme les nageoires pectorales, les nageoires pelviennes étaient de Tiktaalik également polyvalent et équipé d’os basaux qui peuvent être interprétés comme des précurseurs des os des jambes. L’équivalent d’un os de la cuisse n’a pas été conservé sous forme fossile, mais l’emboîture correspondante sur le bassin l’a été.

Que les os du bassin de Tiktaalik Les scientifiques dirigés par Thomas A. Stewart de l’Université d’État de Pennsylvanie et Justin B. Lemberg de l’Université de Chicago ont découvert qu’ils étaient connectés à la colonne vertébrale d’une manière similaire à celle des amphibiens les plus primitifs. Comme ils le rapportent dans les « Actes » de l’Académie nationale américaine des sciences, ils ont pu reconstruire une colonne vertébrale bien conservée de Tiktaalik roseae en trois dimensions grâce à la tomodensitométrie. Il s’est avéré que deux côtes dans la zone des vertèbres lombaires étaient sensiblement élargies et courbées vers le bas. Cette position suggère que les deux étaient attachés au bassin avec du tissu conjonctif sous forme de ligaments. Avec deux paires de côtes au lieu d’une seule Tiktaalik ainsi une construction comparable est formée comme Acanthostega et Ichthyostéga, qui sont venus comme amis à quatre pattes. Apparemment, le couplage indirect du bassin et de la colonne vertébrale a précédé le développement des jambes, y compris des pieds et des orteils.

Le défi consistant à fixer son crâne plat et large à la colonne vertébrale de manière moins rigide que ce n’est habituellement le cas chez les poissons a été relevé. Tiktaalik Il existe également une solution particulière : les deux premières vertèbres ne constituent pas encore l’unité fonctionnelle avec laquelle nous tournons la tête sur le côté pour regarder par-dessus notre épaule. Au lieu de cela, l’os du crâne auquel s’amarre la première vertèbre n’était pas fermement attaché au reste du crâne. Cela a donné Tiktaaly La tête a probablement un certain degré de mobilité, ce qui est utile pour attraper une proie.

Vers la fin du Carbonifère, il y a environ 310 millions d’années, les premiers reptiles sont apparus. Ils avaient la capacité de se débrouiller sur la terre ferme et étaient donc bien équipés pour la vie sur terre. Néanmoins, certains reptiles ont tourné le dos à la terre pour reconquérir l’habitat aquatique. La première preuve évidente en est fournie par les fossiles de Mesosaurus d’Afrique australe et d’Amérique du Sud, vieux d’environ 290 millions d’années : ce reptile mesurant environ un mètre de haut avait des orteils palmés et un long museau avec de longues dents pointues, idéal pour attraper des poissons.

La tendance au retour occasionnel à la mer s’est également poursuivie chez les mammifères. Les ancêtres des phoques d’aujourd’hui ont parcouru ce chemin il y a environ 20 millions d’années. Cela a affecté sa colonne vertébrale, ont analysé les scientifiques dirigés par Juan Miguel Esteban et Alberto Martín-Serra de l’Université de Málaga. Avec des collègues du Canada et de Grande-Bretagne, ils ont utilisé des modèles tridimensionnels de vertèbres pour étudier différents types de phoques à l’aide de méthodes multivariées. Leurs résultats ont été publiés dans les « Actes de la Royal Society B ».

Il s’avère que la famille des chiens de mer, qui comprend les phoques communs et les phoques gris ainsi que les éléphants de mer géants, a conçu ses vertèbres cervicales de manière à ce que le cou puisse être facilement maintenu raide. La famille des phoques à oreilles, ainsi nommée en raison de leurs oreilles extérieurement reconnaissables, se caractérise par un cou extrêmement mobile. Une telle agilité peut aider les otaries et les otaries à attraper des poissons agiles. Cependant, si les phoques à oreilles veulent se déplacer rapidement sous l’eau, ils doivent raidir leur cou en contractant leurs muscles afin que leur corps soit le plus épuré possible.

Les vertèbres thoraciques des chiens de phoque sont également plus courtes et offrent relativement peu de liberté de mouvement. Cela correspond à une nage dans laquelle les nageoires pectorales ne jouent pas un rôle majeur : les phoques et autres phoques chiens nagent en balançant leur bassin et donc leurs pattes postérieures transformées en nageoires, de haut en bas. Mais contrairement aux baleines et aux dauphins, les phoques ne passent pas toute leur vie dans l’eau. Au moins pendant la saison des amours et pour donner naissance à leur progéniture, ils ont besoin d’un sol solide sous leurs nageoires. Avec leur corps profilé, les chiens de phoque sont extrêmement agiles dans l’eau, mais assez maladroits sur terre. Allongés sur le ventre, ils doivent laborieusement ramper vers l’avant.

Les phoques à oreilles, quant à eux, rament lorsqu’ils nagent avec leurs pattes avant, qui ont été transformées en nageoires. De plus, les muscles puissants des longues apophyses épineuses dirigées vers le haut des vertèbres thoraciques peuvent plier la colonne thoracique de manière significative. Les phoques à oreilles peuvent donc effectuer des manœuvres de rotation étonnamment rapides dans l’eau. Sur terre, ils soutiennent leur corps sur leurs nageoires avant et, contrairement à l’eau, utilisent également leur paire de nageoires arrière pour se déplacer. Ils grimpent même volontiers de cette manière sur les côtes rocheuses. La forme de leurs vertèbres montre que la colonne lombaire des phoques à oreilles est également très mobile. Chez les chiens phoques, en revanche, comme les vertèbres thoraciques, elles ont des projections latérales relativement longues qui limitent les mouvements de flexion.

Cependant, l’habitat dans lequel les phoques voyagent a également influencé l’évolution de la colonne vertébrale. Quelle que soit l’appartenance à une famille de phoques, les corps vertébraux des espèces qui errent en haute mer ont tendance à être plus courts. Après tout, ce qui est le plus important en haute mer, c’est un corps compact et profilé, capable de parcourir rapidement de longues distances tout en économisant de l’énergie. Dans les régions côtières, cependant, une plus grande maniabilité est nécessaire pour attraper des proies. La colonne vertébrale doit être flexible en conséquence. Mais ce ne sont pas seulement les manœuvres de virage brusques qui nécessitent de la force musculaire. Afin de garder le corps à nouveau rationalisé, des muscles forts sont également nécessaires. Apparemment, la colonne vertébrale a été façonnée autant par le mode de vie des habitants de l’océan ou des côtes que par la façon de nager des phoques.