Mécanismes macro-évolutifs et déterminants de la diversité morphologique des membres antérieurs des mammifères

Macroevolutionary patterns and drivers of morphological diversification in mammalian forelimbs

• Auteur / Autrice : Priscila S. Rothier
• Direction : Anthony Herrel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie évolutive
• Date : Soutenance le 07/07/2023
• Etablissement(s) : Paris, Muséum national d'histoire naturelle
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la nature et de l'Homme - Évolution et écologie (Paris ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Mécanismes adaptatifs et évolution (2006-.... ; Brunoy (Essonne))
• Jury : Président / Présidente : Géraldine Veron
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Géraldine Veron, Bruno Frédérich, Sharlene Santana, Raphaël Cornette, John A. Nyakatura
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bruno Frédérich, Sharlene Santana

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mammifères

Morphométrie

Mots clés libres

Disparité

Morphométrie

Écologie

Développement

Convergence phénotypique

Disparity

Morphometrics

Ecology

Development

Phenotypic convergence

Résumé

La diversification morphologique est influencée par plusieurs facteurs, comme l'habitat où les lignées se diversifient, les variations écologiques, la divergence de développement, l'histoire phylogénétique et le hasard. Dans ce contexte, les membres des vertébrés offrent un système particulièrement intéressant pour étudier les processus évolutifs qui génèrent la diversification des traits phénotypiques. Les membres présentent une diversité morphologique remarquable qui a favorisé la dispersion des vertébrés dans les environnements terrestres, marquant ainsi le début de la radiation adaptative des tétrapodes. Chez les mammifères, la diversité morphologique des membres comprend les pattes et les ailes, en passant par les nageoires, les sabots et bien plus encore. Cette variation est souvent suggérée comme étant liée à leur radiation dans presque tous les habitats du monde. L'objectif de cette thèse était d'étudier les modes d'évolution morphologique des membres antérieurs des mammifères, en élucidant le rôle des facteurs intrinsèques et extrinsèques qui sous-tendent la diversité morphologique entre les structures anatomiques et entre les groupes. En utilisant des méthodes comparatives phylogénétiques, un ensemble complet de données morphologiques de squelettes de membres antérieurs a été compilé, comprenant plus de 800 espèces et représentant 97,5 % des familles de mammifères existantes. Il s'agit de l'ensemble de données morphologiques sur les membres le plus complet du point de vue taxonomique jamais collecté pour les mammifères. Dans un premier temps, la morphologie de l’avant-bras a été examinée notamment la variation entre les segments osseux et leur séquence de développement. Par la suite, la variation phénotypique entre les lignées de mammifères a été explorée, en vue de déterminer l'influence des contraintes physiques associées à l'utilisation de l'habitat sur la disparité des membres antérieurs. L'évolution des écologies locomotrices et leur impact sur les modes d’évolution des membres antérieurs chez les mammifères ont également été étudiés. Les principales découvertes de cette thèse révèlent que la variation morphologique entre les différents os du bras et entre les clades est inégale et influencée par la spécialisation écologique. Il a été constaté que le moment de la condensation osseuse prédit la diversité du squelette chez les mammifères, mais la séquence développementale n'est pas la seule explication. Les résultats suggèrent que le mode de locomotion a eu un impact significatif sur la disparité du squelette des membres antérieurs entre les lignées de mammifères. Aussi, les écologies locomotrices ont fortement déterminé le tempo et le mode d'évolution morphologique du membre antérieur. Les résultats novateurs présentés dans cette thèse font progresser de manière significative notre compréhension de la diversité au sein des clades des mammifères. En outre, ces résultats mettent en lumière les mécanismes macro-évolutifs qui sous-tendent la diversification des traits et fournissent des informations précieuses sur la dynamique évolutive des structures des membres à travers différents clades et écologies.

Morphological diversification is a complex process influenced by several factors, including the habitats where lineages diversify, ecological variation, developmental divergence, phylogenetic history, and chance. In this context, the vertebrate limb is an appealing system to explore the evolutionary drivers of trait diversification as it displays a remarkable morphological diversity that facilitated the dispersal of vertebrates in terrestrial environments, marking the onset of the adaptive radiation of Tetrapoda. In mammals, the morphological diversity of limbs ranges from paws to wings, flippers, hooves, and much more, and the morphology of the forearm is often suggested to be linked to the radiation of mammals into almost every habitat in the world. The objective of this thesis was to investigate the patterns of morphological evolution of the mammalian forelimb, elucidating the role of intrinsic and extrinsic drivers of morphological diversity within traits and between groups. Using phylogenetic comparative methods, a comprehensive morphological dataset of forelimb skeleton was compiled. Initially, forearm morphology was examined in terms of variation between bone segments and their timing of development. Subsequently, phenotypic variation between mammalian lineages was explored, with a focus on the influence of physical constraints associated with habitat use on forelimb disparity. Finally, the evolution of locomotor ecologies and their impact on evolutionary patterns of forelimb diversification in mammals were also investigated. The key findings of this thesis reveal that morphological variation within limb traits and between clades is uneven and influenced by ecological specialization to varying degrees. The timing of bone condensation was found to predict skeletal diversity throughout Mammalia, but developmental sequence alone does not explain all aspects of bone variation. The results suggest that the medium used for locomotion has a significant impact on the forelimb skeletal disparity across mammal lineages, and that locomotor ecologies strongly shaped the tempo and mode of morphological evolution of the arm. The novel and insightful findings presented in this thesis significantly advance our understanding of clade-level diversity within Mammalia. Moreover, these findings shed light on the macroevolutionary patterns underlying trait diversification and provide valuable insights into the evolutionary dynamics of limb structures across different clades and ecologies.