Histoire évolutive, morphologie fonctionnelle et développement des cœlacanthes mésozoïques et actuels

par Hugo Dutel

Thèse de doctorat en Biologie des organismes

Sous la direction de Gae͏̈l Clément et de Marc Herbin.

Le président du jury était Philippe Janvier.

Le jury était composé de Peter Aerts, Anthony Herrel, Zerina Johanson.

Les rapporteurs étaient Dominique Adriaens, Lionel Cavin.


  • Résumé

    Les cœlacanthes (Actinistia) forment un clade de vertébrés sarcoptérygiens non terrestres, aujourd’hui représentés par un seul genre, Latimeria. Dans une première partie, je présente tout d’abord les redescriptions des cœlacanthes mésozoïques Megalocoelacanthus et Trachymetopon. Ces fossiles apportent de nouvelles informations sur les relations phylogénétiques et la paléobiogéographie des cœlacanthes mésozoïques. L’étude de ces fossiles souligne en outre la variation morphologique du crâne chez les cœlacanthes « géants » du mésozoïque. Je présente ensuite les premières données sur le développement précoce de Latimeria obtenues à partir de l’utilisation de la lumière synchrotron, et discute de l’importance des données développementales pour notre compréhension de l’évolution du système crânien des cœlacanthes. En outre, l’étude des implications fonctionnelles des variations morphologiques du crâne observées au cours de l’histoire évolutive des cœlacanthes est nécessaire pour comprendre les compromis évolutifs auxquels est soumis le système crânien, et pour formuler des inférences sur le mode de prise alimentaire et sur l’écologie des cœlacanthes fossiles étudiés. Cependant, cet objectif nécessite en premier lieu une compréhension fine de la mécanique du crâne chez le cœlacanthe actuel, Latimeria. Cette problématique fait l’objet du reste de la thèse. Le cœlacanthe Latimeria est l’unique vertébré actuel possédant un crâne divisé en deux portions, l’une antérieure, l’autre postérieure, articulées par une articulation intracrânienne. Cette articulation est associée à un muscle pair, le muscle basicrânien. L’articulation intracrânienne était supposée permettre l’élévation de la partie antérieure du crâne lors de l’ouverture de la gueule, contribuant ainsi à augmenter le volume buccal pour réaliser une puissante dépression négative du milieu aqueux environnant, entraînant une aspiration des proies. Une redescription de l’anatomie musculo-squelettique du crâne de Latimeria est présentée à partir de la dissection d’un spécimen adulte. Ces nouvelles données suggèrent que l’articulation intracrânienne et l’appareil hyoïdien sont beaucoup moins mobiles que ce qui était précédemment supposé. L’élévation de la partie antérieure du crâne apparaît impossible. Les observations anatomiques suggèrent en revanche qu’une ventroflexion limitée de la partie antérieure du crâne à partir de sa position de repos est possible sous l’action du muscle basicrânien. Je démontre ensuite à partir d’un modèle statique à l’équilibre que le muscle basicrânien permet d’augmenter la force de morsure chez Latimeria. Les résultats préliminaires d’analyse par éléments finis, permettant de caractériser le comportement mécanique du crâne de Latimeria lors de la morsure, ainsi que les perspectives du travail de cette thèse sont finalement présentés. La compréhension du fonctionnement du crâne chez Latimeria permettra dans de futurs travaux d’étudier les implications sur la prise alimentaire des différentes morphologies crâniennes observées dans le registre fossile des cœlacanthes, et ainsi formuler des inférences sur l’écologie des ces fossiles

  • Titre traduit

    Evolutionary history, functional morphology and development of mesozoic and extant Coelacanths


  • Résumé

    Coelacanths (Actinistia) form a clade of lobe-finned vertebrates that are nowadays represented by a single genus, Latimeria. In this thesis, I first present a redescription of poorly known fossil coelacanths Trachymetopon and Megalocoelacanthus from the Jurassic and Cretaceous periods. These fossils give new insights into the phylogenetic relationships and paleobiogeography of the Mesozoic coelacanths. Moreover, they shed light on the variability in the skull anatomy in large-sized, fossil coelacanths. Then, I present unique data on the early development of the extant coelacanth Latimeria based on X-ray synchrotron microtomography, and discuss of the importance of developmental data to our understanding of the evolution of the cranial system in coelacanths. Investigation of the functional significance of the morphological variation in skull anatomy is also needed to understand the evolutionary trade-offs in the cranial system of coelacanths, and to make inferences on the feeding behavior and ecology of fossil coelacanths. However this objective first necessitates an in-depth understanding of the skull mechanics in the extant coelacanth Latimeria, which is investigated in the rest of this thesis. Among extant vertebrates, Latimeria is unique in having a skull divided into an anterior and a posterior part, articulated by means of an intracranial joint. This joint is associated with a paired muscle, the basicranial muscle. This complex articulation was previously thought to allow an elevation of the snout by 15° to 20°, which would enhance mouth opening distance and allowing the animal to perform a powerful suction. The basicranial muscle was thought to depress the anterior portion of the skull from its elevated state during mouth closure. I re-describe the musculo-skeletal anatomy of the skull based on the dissection of an adult coelacanth specimen. These new data suggest that the intracranial joint and the hyoid apparatus are less mobile than previously thought. The elevation of the anterior portion of the skull is unlikely. However, a small but distinct ventroflexion of the anterior portion of the skull from its resting position under the action of the basicranial muscle is likely based on the anatomy of the joint. Using a static equilibrium model, I show that the basicranial muscle increases the overall bite force generated by Latimeria, suggesting that the role of a functional intracranial joint in coelacanths may be associated with bite force generation rather than suction feeding. Preliminary results of finite element analysis on biting in Latimeria, as well as future research directions are finally presented. The understanding of the skull mechanics in Latimeria will serve to investigate in future work the functional implications on feeding of the variations in skull anatomy described in fossil coelacanths

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  • Détails : 1 vol. (242 p.)
  • Annexes : Bibliographie : 250 réf.

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  • Cote : TH 2013 -- 21
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