L’expression d’un seul gène peut transformer les écailles en plumes

La peau des vertébrés terrestres peut avoir une variété d’appendices kératinisés, y compris des cheveux, des plumes ou des écailles. Pourtant, malgré la diversité des formes au sein et entre les espèces, le développement embryonnaire de ces appendices commence généralement de la même manière – à partir de cellules qui produisent un épaississement localisé à la surface de la peau et expriment des gènes particuliers.

Par exemple, l’un de ces gènes, appelé Sonic hedgehog (Chut), contrôle une voie de signalisation qui permet la transmission de messages à l’intérieur et entre les cellules, et est impliquée dans le développement d’une variété de structures, telles que le tube neural, les bourgeons des membres et les appendices cutanés.

En manipulant le Chut voie et en modifiant son expression, une équipe de chercheurs dirigée par l’Université de Genève (UNIGE) a récemment découvert comment transformer durablement en plumes les écailles qui recouvrent habituellement les pattes des poulets, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives pour l’étude des mécanismes qui ont permis des transitions révolutionnaires radicales parmi les espèces.

Dans des recherches antérieures, les scientifiques ont montré que les cheveux, les plumes et les écailles sont des structures homologues héritées d’un ancêtre reptilien commun. Maintenant, ils ont utilisé les plumes de l’embryon de poulet comme étude de cas pour comprendre les voies génétiques derrière le développement des appendices cutanés.

« Nous avons utilisé la technique classique du « mirage d’œufs », dans laquelle une torche puissante illumine les vaisseaux sanguins à l’intérieur de la coquille d’œuf. Cela nous a permis de traiter précisément des embryons de poulet avec une molécule qui active spécifiquement le Chut voie, injecté directement dans la circulation sanguine », a déclaré le co-auteur de l’étude Rory Cooper, postdoctorant en évolution artificielle et naturelle à l’UNIGE.

L’expérience a révélé que ce traitement spécifique à une seule étape était suffisant pour déclencher la formation d’abondantes plumes juvéniles de type duvet, dans des régions du corps qui seraient normalement couvertes d’écailles. Ces plumes artificielles étaient comparables à celles recouvrant le reste du corps du poulet, car elles étaient régénératrices et remplacées par la suite par des plumes adultes.

« Nos résultats indiquent qu’un saut évolutif – des écailles aux plumes – ne nécessite pas de grands changements dans la composition ou l’expression du génome. Au lieu de cela, un changement transitoire dans l’expression d’un gène, Chutpeut produire une cascade d’événements de développement conduisant à la formation de plumes au lieu d’écailles », a déclaré l’auteur principal Michel Milinkovitch, professeur de biologie de l’évolution et du développement à l’UNIGE.

Ces résultats – publiés dans la revue Avancées scientifiques – pourraient aider les scientifiques à mieux comprendre les mécanismes évolutifs à l’origine de la grande diversité des formes animales observées dans la nature.

Des écailles aux plumes

Les oiseaux ont évolué à partir d’un groupe de dinosaures carnivores appelés théropodes. L’un des changements les plus significatifs au cours de cette évolution a été le développement de plumes à partir d’écailles.

Écailles reptiliennes

Les ancêtres des oiseaux étaient des dinosaures théropodes à écailles reptiliennes. Ces écailles sont des structures simples et aplaties constituées de kératine, une protéine qui forme également les cheveux et les ongles humains.

Proto-plumes ou Plumes Primitives

Certains dinosaures, comme ceux du groupe Coelurosauria, ont commencé à développer des structures en forme de plumes. Ces premières « plumes » ressemblaient davantage à des filaments fins ressemblant à des cheveux, parfois appelés « dino fuzz ». Il s’agissait probablement d’une simple mutation qui a provoqué l’allongement des écailles.

Évolution des plumes

Au fil du temps, ces filaments sont devenus plus complexes. Ils ont commencé à se ramifier, conduisant à des structures qui ressemblent davantage aux plumes modernes. Ces plumes primitives auraient pu être avantageuses pour de multiples raisons, telles que la régulation thermique ou l’affichage lors des rituels d’accouplement, ce qui favoriserait leur maintien par sélection naturelle.

Plumes entièrement développées

Finalement, ces structures ramifiées se sont développées dans les plumes que nous voyons chez les oiseaux aujourd’hui. Ils ont évolué vers différentes formes à des fins différentes – certains pour le vol, d’autres pour l’isolation, le camouflage ou les parades d’accouplement.

Il est important de noter qu’il s’agit d’une explication simplifiée d’un processus évolutif très complexe qui s’est déroulé sur des millions d’années. De plus, la compréhension de ce processus est basée sur le consensus scientifique actuel et pourrait changer à mesure que de nouvelles découvertes sont faites.

Nous avons des preuves directes de cette transition dans les archives fossiles. Plusieurs espèces de dinosaures non aviaires ont été trouvées avec des empreintes de plumes dans la roche entourant leurs fossiles. Certains des plus remarquables d’entre eux se trouvent dans le Lagerstätte chinois, qui a fourni des exemples magnifiquement préservés de dinosaures à plumes comme Sinosauropteryx et Microraptor.

Par Andreï Ionescu, Terre.com Rédacteur personnel