Comment le serpent a-t-il perdu ses jambes?

Anonim

Les serpents sont des reptiles carnivores allongés du sous-ordre des Serpentes . Leur caractéristique la plus distinctive est leur absence d'appendices. Les serpents sont sans jambes, ils se déplacent en glissant vers l'avant, traînant et en tirant leurs corps sur le sol.

Maintenant, si une queue est une caractéristique essentielle du corps d'un animal, nous devons nous demander où se termine le corps du serpent et où commence sa queue. C'est comique, mais c'est un problème philosophique très profond, si vous me le demandez. Mais ne nous attardons pas plus dessus.

Sur une note beaucoup plus sérieuse, nous devrions nous concentrer sur la question de savoir pourquoi les serpents ont perdu leurs jambes en premier lieu.

(Crédit photo: Pixabay)

La question qui se pose est essentiellement de savoir pourquoi la nature jugerait cette régression meilleure pour la survie que d’avoir des membres comme les autres reptiles. La dextérité rendrait beaucoup plus facile de creuser des terriers que sans une paire de membres antérieurs.

Un journal novateur affirme que les serpents préhistoriques possédaient des membres, même très minces. Ils les ont progressivement perdues à cause de certaines contraintes énergétiques. Nous verrons plus tard comment ces contraintes ont imposé cette régression et stoppé la croissance des membres lors de la phase de fabrication - au niveau des gènes.

Serpents aux os de la cheville

La recherche suggère que les serpents ont évolué à partir de lézards qui ont fouillé sur terre ou nagé dans l'océan. Cependant, les jambes sont devenues obsolètes dans les deux cas, l'animal ayant évolué au fil du temps. Il semble qu'ils aient perdu leurs membres à cause de la présence de membres empêchant la locomotion aquatique. Mais qu'en est-il des fouilles? Les membres antérieurs ne seraient-ils pas utiles pour pelleter?

Les zoologues affirment que les serpents creusent rarement leurs propres trous. Ils ont plutôt pénétré dans les trous creusés par des animaux plus petits, probablement une proie potentielle. Dans ce scénario, les membres antérieurs les auraient certainement rendus plus grands que le trou et les auraient empêchés d'accéder à leur nourriture.

La présence de membres aurait été responsable d'un formidable gaspillage d'énergie. Ces contraintes ont forcé la régression à ne pas avoir de jambes. La régression s'est également produite sans aucun impact sur la survie de l'organisme. L'étude souligne que la perte de membres peut être attribuée aux serpents qui les grandissent à un rythme extrêmement lent ou à ceux qui ne grandissent que pendant une très courte période.

Seulement s'il avait des membres.

Pour l'étude, Houssaye et ses collègues du Muséum national d'histoire naturelle de Paris ont examiné de manière rigoureuse un serpent fossile préhistorique appelé Eupodophis descouensi. On pense que les plus anciens serpents remontent à 94-112 millions d'années. Ce serpent ne faisait pas partie des plus anciens, mais il s'est approché, il est estimé à environ 90 millions d'années.

Les scientifiques ont utilisé une nouvelle technique d'imagerie très avancée appelée Laminographie par rayonnement synchrotron (SRCL). La procédure utilise de grosses machines qui nous permettent d’agrandir et de voir les caractéristiques microscopiques avec des détails exquis. Plus important encore, il ne cause aucun dommage à ces spécimens inestimables.

Les machines exposent un échantillon à un rayonnement X intense qui pénètre profondément dans le fossile à travers chaque fissure lorsqu’il tourne sur un substrat. La procédure génère des milliers d'images 2D haute définition, qui sont compilées pour former un modèle 3D sophistiqué du fossile.

(Crédit photo: Pansci.asia)

Le modèle tridimensionnel du serpent fossilisé illustre les hanches de l'ancien serpent et ses pattes élancées de 2 cm! Il montrait 2 petits membres postérieurs régressés et une absence de membres antérieurs. La jambe palpable était pliée au genou et possédait 4 os de la cheville, mais elle n'avait ni os de pied ni d'orteil. Cette morphologie ressemble assez étroitement aux membres d'un lézard terrestre moderne.

Un autre serpent du même âge, Najesh rionegrina, aurait également 2 pattes arrière infiniment minces. Le serpent présentait un sacrum, une caractéristique osseuse triangulaire qui soutient le bassin.

Ces caractéristiques pourraient avoir disparu subtilement à mesure que l'animal évoluait.

Le simple tweak génétique qui a fait perdre le membre au serpent

Une étude très élégante a révélé que le génome du serpent possède des gènes pour la genèse et la croissance des membres, mais de minuscules mutations de l'ADN situées près d'un gène jouant un rôle essentiel dans l'architecture et la croissance des membres ont empêché le gène de s'activer, modifiant ainsi son apparence pour toujours.

(Crédit photo: pxhere.com)

Ceci illustre un effet papillon scintillant où une variation minime se transforme en différences conséquentes. L'étude met en évidence les vicissitudes spectaculaires qu'une seule mutation génétique peut induire. Les zoologistes prétendent que cette régression aurait pu entrer en action il y a 150 millions d'années.

Martin Cohn, biologiste du développement de l’Université de Floride, a cherché les premiers indices en 1999. Il a découvert que certains gènes d’un embryon de serpent participaient à un type d’activité différent de celui d’autres reptiles du même État. Il s'est rendu compte que l'introduction d'un facteur de croissance pourrait permettre à ces embryons de commencer à se développer. Cependant, comme la technologie d’édition des gènes n’était qu’à ses débuts, Cohn n’avait pas les outils nécessaires pour approfondir ses connaissances.

Quatre ans plus tard, Hanken et ses collègues ont découvert que l'activité d'un gène appelé Sonic hedgehog (Shh) jouait un rôle important dans la formation et la taille des membres du lézard, suggérant qu'elle pourrait également être significative pour les serpents.

Au fur et à mesure que la technologie d’édition des gènes s’imposait, les scientifiques ont suivi l’activité embryonnaire des pythons afin d’expliquer pourquoi leurs jambes poussent sans jamais se développer pleinement. Les résultats ont révélé 3 délétions dans le commutateur génétique contrôlant l'activité du même gène Sonic Hedgehog (SHH) !

Le gène tire son nom du célèbre personnage de bande dessinée Sonic the Hedgehog (Crédit photo: Flickr).

Le commutateur est formellement appelé l' amplificateur. L'amplificateur déclenche une étape où toutes les protéines contrôlant l'activité de ce gène sont délivrées. Les délétions rendent les protéines difficiles à ancrer, ce qui leur confère une fenêtre étroite d'activité des gènes au cours du développement de l'embryon du python, ce qui est crucial pour la croissance des membres.

Alex Visel, génomiste au Lawrence Berkeley National Laboratory de Berkeley, en Californie, a comparé les séquences génétiques de serpents anciens, tels que les pythons et les boas, à des serpents nouvellement développés, tels que les cobras et les pythons. Il a constaté que ce dernier ne possédait aucun reste de jambe présent dans le premier. Leurs amplificateurs étaient remplis de délétions et de mutations régressives.

Les chercheurs ont ensuite tenté de tester l'influence de cet activateur sur les membres de la souris, afin de prévoir ses effets sur la croissance de leurs membres. Dans le cadre d’une expérience intéressante, les chercheurs ont utilisé la technique d’édition de gènes CRISPR-Cas9 pour remplacer le stimulant propre d’un rongeur par des activateurs d’autres animaux, puis par un activateur de serpent.

Lors de la maturation avec l'activateur d'autres espèces, les jambes de la souris se sont développées de manière conventionnelle. Cependant, lorsqu’il a été remplacé par le rehausseur de serpent, la croissance des membres était limitée à de petites bosses! De plus, lorsque le chercheur a effectué les ajouts nécessaires à l'ADN et a replacé l'amplificateur modifié dans les souris, la croissance des jambes a repris sa croissance normale!

De cette façon, un ajustement microscopique modifiant les barreaux de l'ADN du serpent restreignait tout appendice saillant à un bourgeon imperceptible ou, dans le cas de nouvelles itérations d'espèces de serpents, provoquait une régression sans aucun appendice.

(Crédit photo: Pixabay)

Cependant, les scientifiques ne savent toujours pas si cette modification peut être considérée comme la seule mutation monumentale qui a introduit la tendance au limbless chez les lézards et a facilité leur évolution en serpents. Ils croient que cette mutation n’est peut-être pas l’unique auteur, mais c’est certainement un acteur majeur de ce drame qui se déroule.

Pour le moment, l'ancêtre commun à tous les serpents se cache toujours dans l'ombre, insaisissable et peu disposé à être identifié.