Variation multiscalaire des formes dentaires en 3D chez les sélaciens et inférences développementales et évolutives : odyssée d'une dent de scyliorhinidé

Multiscale variation of 3D tooth forms in selachians and developmental and evolutionary inferences : Odyssey of a scyliorhinid tooth

• Auteur / Autrice : Fidji Berio
• Direction : Nicolas Goudemand, Mélanie Debiais-Thibaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 07/04/2021
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Evolution Ecosystèmes Microbiologie Modélisation (Lyon ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Génomique Fonctionnelle de Lyon (Lyon ; 2007-....) - Institut des sciences de l'évolution (Montpellier)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure de Lyon (2010-...)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Janvier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Goudemand, Mélanie Debiais-Thibaud, Philippe Janvier, Sylvain Adnet, Jürgen Kriwet, Valentina Di Santo, Mason Dean
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sylvain Adnet, Jürgen Kriwet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vertébrés

Scyliorhinidés

Apprentissage automatique

Histologie

Dents

Chondrichthyens

Mots clés libres

Chondrichtyens

Évo-dévo

Morphologie dentaire

Morphométrie géométrique

Histologie

Apprentissage automatique

Scyliorhinidés

Vertèbrés

Chondrichtyens

Evo-devo

Tooth morphology

Geometric morphometrics

Histology

Machine learning

Scyliorhinids

Vertebrae

Résumé

Les dents sont des structures répétées dont l’histoire évolutive est étroitement liée à celle de l’émergence des tissus minéralisés des vertébrés. Les dents des vertébrés actuels présentent une importante diversité de tissus, de formes et donc de développement, ce qui permet de les étudier dans un contexte de diversification des espèces. Les dents des sélaciens se renouvellent en permanence et présentent des morphologies variées en lien avec les comportements reproducteur et alimentaire.Ce travail aborde dans un premier temps la variation des formes dentaires de deux scyliorhinidés en utilisant de la morphométrie géométrique en 3D et un algorithme d’apprentissage automatique. Il décrit pour la première fois en détail l’émergence de l’hétérodontie gynandrique au cours de l’ontogénie chez des requins et discute des implications de cette variation pour la taxonomie.Les tests fonctionnels réalisés au cours de cette thèse suggèrent par ailleurs que les facteurs de signalisation Shh et Fgf influencent la morphogenèse des cuspides et la minéralisation dentaire. Ces résultats sont discutés dans le cadre de la divergence entre espèces et de l’acquisition de certains comportements reproducteur et alimentaire.Les données histologiques de vertèbres révèlent enfin une proportion inattendue d’élasmobranches actuels dont les arcs neuraux présentent de la minéralisation fibreuse, un tissu similaire à l’os dont la présence au sein de ce clade a longtemps été supposée perdue. Ces résultats permettent de discuter de l’évolution des tissus squelettiques et de questionner quels pourraient être les facteurs écologiques expliquant la restriction de tissus minéralisés particuliers à certains groupes de requins et de raies.

Teeth are serial structures whose evolutionary and developmental history is intricately linked with the emergence of mineralised tissues in vertebrates. Teeth display a broad range of forms and differ in developmental patterns in extant vertebrates, making them remarkable elements to study species diversification. Selachian teeth renew permanently and display morphologies that are correlated with mating and trophic behaviours.This work first assesses the variation of tooth forms in two scyliorhinids by using 3D geometric morphometrics and machine learning. The emergence of gynandric heterodonty is detailed for the first time along the ontogeny of sharks and it is demonstrated that this natural variation should be first assessed before performing species discrimination.This work also questions the role of specific proteins on the acquisition of a shark tooth form over development. Functional tests suggest an impact of Shh and Fgf3 in the cusp morphogenesis and in the mineralisation process. These proteins are promising explanatory variables to the inter- and intraspecific tooth differences observed, leading to hypotheses on their role in the evolution of structures with speciation and trophic and mating behaviours.Histological data on extant chondrichthyan vertebrae finally highlight the unsuspected proportion of extant elasmobranchs exhibiting fibrous mineralisation in the neural arches, a bone-like tissue which occurrence had long been refuted in this group. Evolutionary considerations are discussed in the light of the evolution of jawed vertebrates and question on the ecological factors that led particular tissues to be restricted to specific shark and batoid groups.