Des chercheurs dirigés par l’Université de Bristol montrent que les premières mâchoires des archives fossiles ont été prises dans un compromis entre la maximisation de leur force et leur vitesse.
Presque tous les vertébrés sont des vertébrés à mâchoires, y compris les humains, évoluant pour la première fois il y a plus de 400 millions d’années et se distinguant par leurs mâchoires portant des dents. Les humains doivent leur succès évolutif à l’évolution des mâchoires, qui a permis aux animaux de traiter une plus grande variété d’aliments.
Les mâchoires ont évolué à partir des arcs branchiaux, une série de structures chez les poissons qui soutiennent leurs branchies. Une nouvelle étude publiée dans la revue Avancées scientifiques aujourd’hui, explore comment une structure respirante est devenue une structure mordante. Pour ce faire, des chercheurs basés à la School of Earth Sciences de Bristol ont collecté des données sur les formes des mâchoires fossiles au cours de leur évolution précoce et des modèles mathématiques pour les caractériser. Ces modèles ont permis à l’équipe d’extrapoler un large éventail de formes de mâchoires théoriques qui auraient pu être explorées par les premières mâchoires évolutives. Ces mâchoires théoriques ont été testées pour leur force – la probabilité qu’elles se cassent pendant une morsure et leur vitesse – l’efficacité avec laquelle elles pouvaient être ouvertes et fermées. Ces deux fonctions sont dans un compromis, ce qui signifie qu’augmenter la force signifie généralement diminuer la vitesse ou vice versa.
La comparaison des formes réelles et théoriques de la mâchoire a révélé que l’évolution de la mâchoire a été limitée à des formes qui ont la vitesse et la force les plus élevées possibles. Plus précisément, les premières mâchoires de l’ensemble de données étaient extrêmement optimales, et certains groupes se sont éloignés de cet optimum au fil du temps. Ces résultats suggèrent que l’évolution du mordant a été très rapide.
William Deakin, Ph.D. étudiant à l’Université de Bristol et auteur principal, a déclaré: « Les mâchoires sont une caractéristique extrêmement importante des gnathostomes – ou bouches à mâchoires. Elles sont non seulement extrêmement répandues, mais presque toutes les créatures qui en ont les utilisent de la même manière – pour saisir de la nourriture et la traiter. C’est plus que ce que l’on peut dire d’un bras, d’un pied ou d’une queue, qui peuvent être utilisés pour toutes sortes de choses.
« Cela rend les mâchoires extrêmement utiles à quiconque étudie l’évolution de la fonction. Des mâchoires très différentes d’animaux très différents peuvent être testées de manière similaire. Ici, nous avons montré que des études sur une grande variété de mâchoires, utilisant une morphologie théorique et des paysages adaptatifs pour capturer leur variété dans la fonction, peut aider à faire la lumière sur les questions d’évolution. »
Philip Donoghue, professeur de paléobiologie à Bristol et co-auteur de l’étude, a déclaré: « Les premiers vertébrés à mâchoires ont des mâchoires de toutes formes et tailles, longtemps considérées comme reflétant l’adaptation à différentes fonctions. Notre étude montre que la plupart de cette variation était également optimal pour la force et la vitesse, ce qui en fait des prédateurs redoutables. »
Emily Rayfield, également professeur de paléobiologie à Bristol et co-auteur de l’étude, a ajouté : « Le nouveau logiciel développé par Will pour analyser l’évolution des vertébrés à mâchoires est unique. Il nous permet de cartographier l’espace de conception des innovations anatomiques clés. , comme les mâchoires, et déterminer leurs propriétés fonctionnelles. Nous prévoyons de l’utiliser pour découvrir de nombreux autres secrets de l’histoire de l’évolution.
William J. Deakin et al, Augmentation de la disparité morphologique et diminution de l’optimalité de la vitesse et de la force de la mâchoire lors du rayonnement des vertébrés à mâchoires, Avancées scientifiques (2022). DOI : 10.1126/sciadv.abl3644. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abl3644