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Un aquarium « dévonien » : des poissons modernes mutants répliques de créatures d’océans anciens

Tetsuto Miyashita © Tetsuto Miyashita

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Poisson-zèbre normal (à gauche) et mutant à la gueule ouverte (à droite). 

Ottawa, 6 août 2020 – Le poisson-zèbre est une espèce commune dans les aquariums. Il intéresse autant les aquariophiles que les scientifiques. Les chercheurs ont en effet mis au point une modification inhabituelle chez ces poissons, qui fait écho au film Parc jurassique, mais l’aspect extérieur peut être trompeur. 

Une équipe de recherche qui étudie l’évolution des mâchoires chez les premiers vertébrés connus, soit des poissons vieux de 400 millions d’années, a fait une découverte : la mutation d’un seul gène chez le poisson-zèbre, gros comme un petit doigt, présente une ressemblance troublante avec une espèce éteinte depuis longtemps.   

Le phénomène que mettent en lumière ces expériences s’appelle la plasticité du développement. Il explique pourquoi la reconstitution d’animaux anciens, mise en scène dans le Parc jurassique, continuera pendant longtemps encore de relever de la fiction cinématographique et non de la réalité scientifique. 

« La plasticité que nous observons chez les mutants est la clé d’un grand mystère », déclare Tetsuto Miyashita, Ph. D., depuis peu paléontologue au Musée canadien de la nature. Il dirige l’équipe de recherche collaborative qui comprend notamment des scientifiques des universités de l’Alberta, de Chicago et de la Californie du Sud. Leurs résultats sont publiés dans le Journal of Experimental Biology.

Tetsuto Miyashita s’intéresse à l’évolution des traits caractéristiques des vertébrés, notamment des mâchoires qui comptent parmi les premiers développements importants.

« Nous pensons généralement que l’évolution ajoute de nouveaux traits. Par exemple, les premières mâchoires sont apparues il y a 450 millions d’années chez les poissons, à qui elles ont conféré un avantage déterminant sur les autres créatures. Aujourd’hui, nous nous étoufferions et suffoquerions sans mâchoires. Mais parfois l’évolution va en sens opposé : elle élimine un trait présent depuis des millions d’années et ouvre ainsi de nouvelles avenues évolutionnaires. Mon idée est de voir ce phénomène en action. »

Digitally reconstructed skeletons of zebrafish.

Tetsuto Miyashita © Tetsuto Miyashita

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Reconstitution numérique à partir d’un tomodensitogramme d’un squelette de poisson-zèbre mutant (en haut) et d’un normal (en bas).

Pour ce faire, Tetsuto Miyashita a fait naître un poisson-zèbre porteur d’une mutation sur un gène qui code la formation de l’articulation de la mâchoire. Le mutant est né sans articulation temporomandibulaire de sorte que ses mâchoires inférieure et supérieure sont fusionnées en une seule : le poisson mutant a donc une bouche ouverte qui lui est impossible de fermer. Miyashita lui trouve une ressemblance avec la peinture Le cri d’Edward Munch.

Le chercheur a observé que, curieusement, ces poissons mutants nageant dans l’aquarium étaient capables de survivre et de prospérer malgré leur incapacité à mordre en raison de l’absence de mâchoires articulées. « Au lieu de happer la nourriture, ils poursuivent leur proie jusqu’à ce qu’elle termine dans leur cavité béante. Ils semblent incapables de bouger les lèvres ou de fermer la bouche. Ils restent littéralement bouche bée. »

Les chercheurs ont observé que, lors de leur développement, le crâne de ces poissons mutants sans mâchoires se remodèle avec une face plus courte, des joues plus développées et des muscles du cou massifs. Il s’agit des mêmes traits que présentaient certains des premiers poissons sans mâchoires du Silurien et du Dévonien, il y a presque un milliard d’années.

Connus sous les noms d’anaspides et de thélodontes, ces poissons depuis longtemps disparus vivaient dans d’anciens océans. Ils sont très éloignés des ancêtres des poissons-zèbres. Mais comme les poissons-zèbres mutants, les fossiles de ces créatures révèlent qu’elles étaient incapables de mordre et on suppose qu’elles avaient la même stratégie pour se nourrir

Tetsuto Miyashita © Tetsuto Miyashita

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Tetsuto Miyashita tenant un anaspide vieux de 430 millions d’années mis au jour à l’île Cornwallis au Nunavut (Canada). Ce poisson fossile sans mâchoires ressemble au poisson-zèbre mutant. @ Tetsuto tsuto Miyashita.

On se croirait plongés dans le Parc jurassique, comme si Tetsuto Miyashita avait créé un poisson sans mâchoires du Dévonien à partir d’un poisson moderne. Mais la situation est plus nuancée, explique-t-il : « La ressemblance relève davantage de la coïncidence que de la conception. Les anaspides et les thélodontes sont des cousins au degré très distant d’un demi-milliard de générations. Les poissons-zèbres ne provenant pas de leurs lignées ne peuvent donc pas redevenir comme eux. »

Les expériences sur les poissons-zèbres mutants laissent à penser que le génie génétique ne permet pas de faire renaître un ancêtre. Il permet simplement une convergence superficielle de caractéristiques que les mutants développent par nécessité. « Ces résultats rendent le scénario du Parc Jurassique extrêmement irréaliste. Engendrer des similitudes est très superficiel et totalement différent des origines et du contenu. »

Miyashita explique que la notion scientifique de plasticité du développement explique pourquoi les traits d’organismes éteints resurgissent parfois chez des mutants fabriqués en laboratoire, comme chez le très médiatisé « poulet-dinosaure ». Bien que, dans de pareils cas, on ait l’impression de remonter le temps de l’évolution, la plasticité nous fait comprendre qu’il ne s’agit de rien d’autre que de coïncidences. 

Ceci dit, ces premières expériences soulèvent des questions pour de futures recherches scientifiques, comme celle de savoir comment les poissons sans mâchoires éteints, qui sont les prédécesseurs des poissons actuels, faisaient pour se nourrir, respirer et nager. Les biologistes peuvent aussi étudier les poissons-zèbres mutants pour explorer les « sauts » occasionnels que l’on observe dans l’évolution. Comprendre comment la fusion des mâchoires se produit chez les mutants peut ouvrir des avenues pour de nouveaux traitements de certaines maladies articulaires.  

Tetsuto Miyashita est entré en fonction au Musée canadien de la nature le 1er avril 2020 (durant la pandémie de COVID) après des recherches postdoctorales à l’Université de Chicago. Il projette de poursuivre ses travaux sur les poissons-zèbres mutants en établissant un autre aquarium de recherche du Dévonien au Musée.  

Renseignements pour les médias et demandes d’images :

Dan Smythe
Chef, Relations avec les médias
Musée canadien de la nature
613-698-9253; dsmythe@nature.ca

Tetsuto Miyashita
Chercheur, paléobiologie
Musée canadien de la nature
tmiyashita@nature.ca