logo Essonne

Anatomie comparée : le retour programmé

L'anatomie des animaux raconte une histoire. Celle de leur évolution sur Terre. Et la comparaison de ces anatomies raconte la grande histoire de la vie sur Terre. C'est dire l'importance de l'anatomie comparée.

Squelettes d'anoures - AmphibiensSquelettes d'anoures (grenouilles, rainettes, sonneurs, crapauds) dont la comparaison attentive peut informer sur l’évolution des espèces.
© B. Faye / MNHN

Sur une table, les squelettes de quatre mains : celles d’un lémurien, d’un gibbon, d’un bonobo et celle d’un homme, ou d’une femme - enfin d’un Homo sapiens ! À bien les regarder, on remarque que toutes ces mains ont un pouce bien séparé des quatre autres doigts. Une telle particularité anatomique ne serait-elle pas un signe, celui d’appartenance à une même lignée familiale ?

Cet exercice et le questionnement qui va avec rythment le quotidien du scientifique qui s’adonne à l’anatomie comparée. Et lui permettent progressivement de dessiner l’arbre de la vie, cet "arbre généalogique" qui raconte l’évolution. Grâce à cette discipline, le scientifique peut aussi établir des classifications et en tirer des conclusions sur les processus adaptatifs de telle ou telle espèce (partie 1).
 
C’est en effet en comparant des mains, des clavicules, des colonnes vertébrales, des muscles, ou encore l’intérieur des cellules, que les scientifiques créent des apparentements, c’est-à-dire des regroupements de plusieurs espèces qui appartiendraient à une même famille dotée d’ascendants communs. Et ainsi, d’apparentement en apparentement, avec le concours de la statistique, ils en viennent à dessiner cet arbre de la vie.
 
L’anatomie comparée est donc essentielle à notre connaissance du vivant. Mais la génétique, qui elle aussi permet de caractériser et de classer le vivant, l’a peu à peu supplantée, pour finalement la marginaliser. Nombre de scientifiques appellent à son retour. Un appel conforté par la démarche en vogue qui consiste à associer et le gène et l’anatomie comparée pour tenter de répondre à des questions comme : "Quand et comment apparaît la colonne vertébrale ? le bras ? le duodénum ?…" Ou plus généralement : "Comment évolue-t-on ? " (partie 2) Cette convergence ravirait certainement Charles Darwin, le père de la théorie de l’évolution. Théorie qui ne serait pas si bien fondée sans le concours de l’anatomie comparée (partie 3).

01.Comparateur d’anatomie

Poisson antarctique notothenioideiAbondant en terre Adélie, le poisson antarctique notothenioidei, Notothenia coriiceps, s’est adapté aux températures négatives grâce à des protéines antigel présentes dans son sang.
© CNRS / ICOTA

Avant d’être directeur du département Systématique et évolution, du Muséum national d’Histoire naturelle (MNHN), Guillaume Lecointre est ichtyologue, un spécialiste des poissons. On en compte 27 000 espèces différentes. Dont 123 "notothénioïdes", un groupe qui fréquente surtout les eaux froides de l’Antarctique et le microscope de Guillaume Lecointre !

Comment les a-t-on classés ? "Avec l’anatomie comparée ! répond-il. Mais avant de pouvoir étudier leur structure interne, il faut qu’elle soit lisible. Ce qui n’est pas évident chez ce genre d’animaux marins. Leur squelette séché se déforme. Les cartilages se rabougrissent et les os perdent leurs connections." Il est vrai que pour un petit mammifère, une simple dissection suffit à révéler toute son anatomie.
 
Pour les notothénioïdes, comme pour la majorité des poissons, l’ichtyologue doit suivre une série d’étapes bien définies : comme on ne peut couper les muscles sans risquer de déplacer les os, on les rend translucides via un bain d’enzymes "coupeuses" de protéines. Un bain empli de bleu cyan colore les cartilages, un autre d’alizarine teinte de rouge les os. "Et l’on met le tout sous le microscope, poursuit l’ichtyologue. Les mille et un détails de l’ossature, la fusion de certains éléments entre eux,… tout est parfaitement visible."

C’est maintenant que le travail du "comparateur d’anatomie" commence réellement. Il ausculte, mesure, décrit,… et couche sur le papier chaque particularité anatomique. Puis il réunit les similitudes trouvées chez telles ou telles espèces. Les spécialistes parlent d’homologies. Elles permettent de rapprocher des espèces les unes avec les autres, de créer des apparentements, de constituer des groupes. Dans celui des perciformes par exemple, groupe comportant les poissons étudiés par Guillaume Lecointre, ont été réunis tous les individus dont les nageoires pelviennes sont dotées d'une épine. Celle-ci est parfois ventrale, parfois située près de la bouche, mais elle est toujours présente.

Autre exemple pris ailleurs dans le monde vivant : tous les animaux qui ont les pouces en opposition des autres doigts appartiennent au groupe des primates. Et si demain on découvre une nouvelle espèce arborant un tel pouce, elle a de forte chance de finir classée parmi les primates.
 
En fait c’est la multiplication des caractères fournis par l’anatomie qui renforce le résultat d’une classification. Et quand le nombre de ces caractères devient trop conséquent, l’outil statistique vient en renfort. Surtout depuis la fin des années quatre-vingts : le gène commence alors à être couramment employé comme caractère. Ce ne sont plus uniquement des humérus, des crânes,… que l’on compare, mais des dizaines de gènes. Plus précisément les enchaînements des bases nucléotidiques, constitutives de ces gènes.
 
"Avant il nous fallait deux ans de travail d’un scientifique expérimenté, précise le spécialiste, pour obtenir des résultats portant sur une centaine de caractères anatomiques étudiés chez une centaine d’individus d’espèces différentes. Maintenant, à partir des données génétiques, en six mois à peine, un étudiant vous sort une liste plus importante de caractères informatifs !"

Dans des laboratoires comme celui de Guillaume Lecointre, l’analyse génétique est devenue incontournable. Avec son équipe, ils ont par exemple montré que les plus proches parents des poissons antarctiques, sur lesquels ils travaillent, étaient le groupe des perches. Des poissons qui vivent dans les eaux douces de l’hémisphère Nord !

02.Le retour en grâce

Arbre phylogénétique - PrimatesVoici un arbre phylogénétique, ici celui des primates, reconstruit à partir de séquences d’ADN. Les espèces contemporaines figurent aux feuilles de l'arbre, sur le cercle extérieur, tandis que les espèces ancestrales correspondent aux nœuds, et les temps évolutifs séparant les espèces aux branches.
© O.Gascuel, S.Guindon /LIRMM-CNRS, E.Douzery, P-H.Fabre/ISEM-CNRS, F.Chevenet /IRD

La génétique a permis d’enrichir notre connaissance du vivant, "c’est incontestable, commente Guillaume Lecointre. À tel point que certains ont cru que c’était le Graal de la classification. Et ont oublié la nécessité de l’anatomie comparée."

Les gènes ne racontent pas toujours l'histoire des espèces qui les portent. En effet, depuis quelques années maintenant les scientifiques savent qu’il existe un transfert de gènes ou de fragments de gènes d’une espèce à une autre, lors de croisements contre nature. Le phénomène est rare. Mais ces "voyages illégitimes", comme les appelle le spécialiste, sont source de pièges pour le classificateur. Si bien qu'il faut aujourd'hui utiliser plusieurs gènes séparément pour voir si tous racontent bien la même histoire des espèces. "Avec ses forces et ses faiblesses, une séquence génétique n’est qu’un caractère parmi d’autres pour nous aider à classer," conclut-il.
 
Autre bémol sur la toute puissance du gène : seul, il ne peut raconter la mise en place chronologique des caractères au cours de l’évolution. Les vertèbres sont apparues il y a 530 millions d’années, la mâchoire faite d’un os unique - celle des mammifères - 310 millions d’années plus tard. Les narines rapprochées et ouvertes vers le bas, il y a 34 millions d’années, la disparition de la queue 5 millions d’années plus tard, etc. C’est bien l’étude des structures anatomiques et des fossiles qui a permis un tel enchaînement chronologique.
 
"La génétique ne nous permet pas de tout raconter" disait Stephen Jay Gould. Ce grand évolutionniste américain, dès 1997, prêchait pour que l’anatomie comparée garde sa place. Il a même consacré un ouvrage à ce sujet : Ontogeny and Phylogeny (Ontologie et phylogénie), édité par Harvard university press.
 
Aujourd’hui plus que jamais, nombre de systématiciens du monde entier appellent de tous leurs vœux à un retour de l’anatomie comparée. Au Muséum national d’Histoire naturelle (MNHN), Guillaume Lecointre est de ceux-là. Dans un récent congrès - les Rencontres de l’ichtyologie française -, il notait avec étonnement que toutes les planches anatomiques présentées avaient majoritairement été réalisées par des vétérinaires, "les derniers qui aient encore et le matériel et les compétences ! lance-t-il. Il est temps de rattraper notre retard." Il poursuit : "En France, le contexte est un peu particulier : 80 % de l’anatomie comparée se pratique dans les murs du MNHN… Or il n’y a eu aucun recrutement pendant plus de quarante ans dans cette institution. Le résultat est que l’on a perdu trois générations de spécialistes." Les recrutements ont doucement repris depuis 2003.

Ce retour de l’anatomie comparée est d’autant plus pertinent que la tendance actuelle est de l’associer à la génétique, l’embryologie et la paléontologie. Ce nouveau domaine de recherche s’appelle l’évo-dévo - une contraction de "évolution" et "développement". Il tente de répondre à des questions comme : "Comment une main de mammifère a-t-elle évolué pour donner celle d’un primate ?"

03.Des origines de l’anatomie comparée

Planche d'anatomie comparée - Saint-HilairePlanche de "philosophie anatomique" des organes respiratoires d’un belzébuth, d’un brochet et d’un pingouin, dessinée par Geoffroy Saint-Hilaire, naturaliste français du XIXe siècle.
© BIUM Paris

L’âge d’or de l’anatomie comparée débute à la fin du XVIIIe siècle et se prolonge durant tout le XIXe siècle. Durant cette période faste, un naturaliste anglais pose pierre à pierre les fondements de sa théorie sur l’évolution. Son nom : Charles Darwin. "Il faut bien se rendre compte, rappelle Stéphane Schmitt, historien des sciences au Laboratoire de philosophie et d’histoire des sciences (université Paris 7 Diderot - CNRS) que l’anatomie comparée est à cette époque l’une des principales disciplines des sciences de la vie. Darwin y consacre d’ailleurs de nombreuses pages dans son Origine des espèces," parue en 1859. Il y a 150 ans exactement.
 
Pourtant, le naturaliste anglais ne dissèque pas. Ou si peu. Il profite davantage du travail réalisé par d’autres. Qui sont-ils ? Un détour par l’histoire des sciences s’impose. Si Aristote, au IVe siècle av. J-C, pose les bases de l’anatomie comparée, il faut attendre la fin du XVIIe siècle pour connaître les premières dissections d’animaux en nombre. "Mais ils ne font pas encore de la comparaison, précise Stéphane Schmitt, les scientifiques de cette époque se limitant à une monographie sur un animal, dans lequel on trouve une description de son anatomie." Il faut patienter encore un siècle pour que l’on réalise de façon "routinière" les comparaisons d’anatomies.
 
Deux grands scientifiques français s’illustrent dans ce domaine : Geoffroy Saint-Hilaire et Georges Cuvier. Tous deux membres du Muséum national d’Histoire naturelle, ils n’en sont pas moins radicalement opposés sur ce que "raconte" l’anatomie comparée.

Par exemple, Saint-Hilaire essaye de pousser aussi loin que possible la comparaison entre des organes de poisson et des organes humain - l’œil par exemple. Pour finalement arriver à la conclusion que tous les animaux sont organisés suivant un même plan anatomique. Quitte à trouver des réponses déroutantes quand sa thèse ne fonctionne pas idéalement. Comme pour les insectes : chez ces "invertébrés", la chaîne nerveuse est ventrale, alors qu’elle est dorsale chez les vertébrés. Qu’à cela ne tienne, Saint-Hilaire suggère que l’arthropode est un vertébré à l’envers !

En revanche, pour Cuvier il y a forcément des limites à l’anatomie comparée, des frontières. Les deux plans d’organisation "arthropode" et "vertébré" sont, selon lui, irréductibles l’un à l’autre : chacun, parfaitement fonctionnel, possède sa propre cohérence. "Cette opposition, cela peut paraître étonnant aujourd’hui, va donner lieu à un grand débat dans les années 1830, dit Stéphane Schmitt. Un débat très “médiatisé”, si je peux me permettre cette terminologie anachronique, qui captive toute l’Europe. Même le poète allemand Goethe s’y intéresse."
 
Pour autant ce n’est pas un débat sur l’évolution. Il faut attendre Darwin qui, en quelque sorte, n’a plus qu’à reprendre tous ces résultats pour alimenter sa réflexion. Et se conforter à l’idée que lorsque tels et tels animaux ont des anatomies proches c’est sans doute qu’ils appartiennent à une même famille et qu’ils partagent des ancêtres.
 
Si l’anatomie comparée n’est pas le seul argument pour expliquer l’évolution, elle renforce substantiellement la théorie proposée par Darwin. Et en retour, cette discipline profite de la pertinence la théorie de l’évolution en gagnant ainsi, au milieu du XVIIIe siècle, ses lettres de noblesse.

Restez connecté

Suivez-nous : Page Facebook Page Twitter

Lettre d'information :

Vidéo

Cette vidéo nécessite le plug-in gratuit Flash 8.
Il semble que vous ne l'avez pas.
Cliquer ici pour le télécharger

Interview de Xavier Raepsaet - La propulsion nucléaire spatiale

Portraits d'experts

  • Romina Aron Badin, les primates au coeur
  • Jacques-Marie Bardintzeff, une vie consacrée aux volcans
  • Catherine Charlot-Valdieu :  Home sweet home
  • Didier Labille, l’astronomie en amateur professionnel