Etude morpho-fonctionnelle des nageoires paires du coelacanthe actuel Latimeria : Considérations sur les modalités de la terrestrialisation des vertébrés

par Rohan Mansuit

Thèse de doctorat en Anatomie fonctionnelle

Sous la direction de Gaël Clément et de Marc Herbin.


  • Résumé

    Les coelacanthes (Actinistia) forment un clade de sarcoptérygiens seulement représentés de nos jours par un genre Latimeria, et qui est considéré comme le groupe-frère du clade dipneustes + tétrapodes. De par leur position phylogénétique et leur mode de vie, ils sont considérés comme un bon modèle pour étudier la sortie des eaux des vertébrés et le passage des nageoires aux pattes. Il est cependant nécessaire d’avoir une bonne compréhension de son anatomie squelettique et musculaire avant de pouvoir faire toute inférence sur la sortie des eaux. L’étude du développement des nageoires paires a montré un développement similaire à celui des autres vertébrés, avec les nageoires pelviennes qui se forment plus tardivement que les nageoires pectorales. Tout comme chez les dipneustes, les éléments radiaux pré-axiaux se mettent en place par la fragmentation du mésomère associé, de façon précoce dans le développement. Nous avons également pu mettre en évidence le développement progressif d’une ossification superficielle de la ceinture pelvienne, dans sa partie antérieure, associée à un système trabéculaire. Le système trabéculaire et l’ossification superficielle permettent de renforcer la ceinture pelvienne cartilagineuse, et ainsi de résister aux importantes contraintes musculaires qui s’exercent sur cette partie. L’étude de l’anatomie musculaire a permis de mettre en évidence la grande complexité musculaire des nageoires, par rapport à ce qui était déjà connu. La nageoire pelvienne semble de plus avoir une organisation musculaire plus plésiomorphique que la nageoire pectorale, puisque la majorité des muscles pelviens vont de la ceinture pelvienne aux rayons des nageoires, similaire à ce qui se retrouve chez les actinoptérygiens. En revanche, les muscles de la nageoire pectorale s’insèrent majoritairement sur les éléments endosquelettiques, comme pour les dipneustes et les tétrapodes. De plus, la nageoire pectorale est plus puissante que la nageoire pelvienne, ce qui semble indiquer un rôle plus important pour la locomotion du coelacanthe. L’étude de la mobilité articulaire des nageoires a montré que la nageoire pectorale a une plus grande mobilité que la nageoire pelvienne. Cette diminution de la mobilité au niveau de la nageoire pelvienne semble être lié à la morphologie particulière des mésomères de la nageoire, et de la position proximo-latérale des éléments radiaux pré-axiaux pelviens. Enfin, nous avons mené une étude préliminaire sur l’évolution de l’architecture musculaire au cours de la sortie des eaux des vertébrés. Il apparait que les pattes ont une masse et développent une force plus importante que les nageoires chez les poissons, nécessaire pour produire la force nécessaire à la propulsion sur le substrat. Les poissons en revanche se propulsent principalement par leur nageoire caudale, et ne nécessitent donc pas de nageoires puissantes. Enfin, nous avons montré que les membres postérieurs des tétrapodes sont plus puissants que les nageoires pelviennes des poissons, relatif aux membres et nageoires pectoraux. Ce résultat supporte l’idée d’un changement locomoteur durant la sortie des eaux des vertébrés, vers un mode de propulsion postérieur.

  • Titre traduit

    Morpho-functional study of the paired fins of the extant coelacanth Latimeria : Considerations on the terrestrialization process of vertebrates


  • Résumé

    Among the sarcopterygians, the clade of coelacanths (Actinistia) is today only represented by the coelacanth genus Latimeria, and is the sister-taxa of the clade lungfish + tetrapods. Based on their phylogenetic position and their ecology, they are considered as a good model to study the fin-to-limb transition. However, it is necessary to have a good understanding of the skeletal and muscular anatomy of their paired fins before to infer their role in the fin-to-limb transition. As in other jawed vertebrates, we showed that the development of the pectoral fins occurs earlier than that of the paired fins. The development of the radial elements around the metapterygial axis of the fin occurs by the fragmentation of the associated mesomere, as observe in lungfish. We also highlighted by the development of a superficial ossification of the anterior part of the pelvic girdle, associated with a trabecular system in the adult. This trabecular system and this ossification permit to resist to the important constraints developed by the muscles inserted on this part of the girdle. The study of the muscular anatomy showed a more complex anatomy than previously known, with that of the pelvic fin that seems more plesiomorphic than that of the pectoral fin. Indeed, the muscles of the pelvic fin run from the girdle to the fin rays, whereas on the pectoral fin, majority of the muscles insert on the endoskeletal elements, as in lungfish and tetrapods. Moreover, the pectoral fin is stronger than the pelvic fin, that indicates a more important role for the locomotion. The joint mobility of the pectoral and pelvic fins was also studied, after complete dissections of the fins. We showed that the pectoral fin has a greater mobility than the pelvic fin. This difference of mobility is due to the morphology of the mesomeres on the pelvic fin, with pre-axial radial element on a more proximo-lateral position than that of the pectoral fin. Finally, we made a preliminary study on the evolution of the muscle architecture during the fin-to-limb transition. It appears that the muscle mass and force are more important in tetrapod than in fish, relative to the body size. The limbs need to produce more force than fins, since they are the principal locomotor force generator. In fishes however, the propulsion is mainly produced by the lateral undulation of the body and the caudal fin. Thus the paired fins don’t need to produce a large amount of force. The hind limbs of tetrapods are also more powerful than the pelvic fins of fishes, relative to the pectoral appendages, what supports the hypothesis of a locomotor shift during the fin-to-limb transition.


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