Hétérochronie

Définition

En biologie du développement, l'hétérochronie couvre tous les changements du rythme des processus ontogénétiques qui entraînent des transformations de la forme et de la taille des organismes. Dans ce processus, deux composants fondamentaux sont distingués : le début et la fin du processus; et le taux auquel il se produit.

Les girafes ont acquis leur long cou par hétérochronie :

Les girafes ont acquis leur long cou par hétérochronie, prolongeant la croissance des sept vertèbres du cou en prolongeant le développement de la croissance osseuse dans l'embryon, et non en ajoutant davantage d'os.

Explications

Le terme hétérochronie est relatif : un processus de développement chez une espèce ne peut être qualifié d'hétérochronique que par rapport au même processus chez une autre espèce (considérée comme l'état basal ou ancestral) qui fonctionne avec des temps de début et de fin différents, et/ou rythmes différents.

✅ La pédomorphose est le changement du taux de développement de la reproduction par rapport au taux de développement somatique, et peut être intégrée dans un concept plus vaste appelé hétérochronie, qui est le changement du moment ou du taux de développement d'une partie du corps en relation. l'autre, entraînant des modifications morphologiques et somatiques pouvant conduire à la création de nouvelles espèces. Cette modification ne doit pas nécessairement être somatique pour le développement de la reproduction, mais bien d'une lignée de cellules somatiques à une autre ou d'une partie du corps à une autre.

L'hétérochronie est le mécanisme par lequel différents résultats phénotypiques sont obtenus :

• néoténie
• Pédomorphose
• péramorphose
• Gérontomorphose

Histoire

Le terme hétérochronie a été inventé par Ernst Haeckel pour désigner l'une des exceptions de la récapitulation. Le premier développement systématique de la théorie de l'hétérochronie est dû à Gavin de Beer (1930, 1940, 1951, 1958), lui-même fortement influencé par la découverte de Richard Goldschmidt selon laquelle les gènes pourraient influer sur le rythme des processus. de développement et de physiologie (Goldschmidt, 1918, 1938). Si les gènes contrôlent ces taux et si le développement est lié à l'évolution, l'hétérochronie pourrait alors constituer un mécanisme évolutif important. En 1977, Stephen Jay Gould a repris la théorie de De Beer dans son modèle de montre. Deux ans plus tard, dans un article publié avec Pere Alberch, David B. Wake et Oster, la formalisation mathématique dudit modèle conceptuel a été réalisée dans une équation différentielle.

Hétérochronies intraspécifique et interspécifique

L'hétérochronie peut être divisée en types intraspécifique et interspécifique :

• L'hétérochronie intraspécifique signifie des changements dans le taux ou le moment du développement au sein d'une espèce. Par exemple, certains individus de l'espèce de salamandre Ambystoma talpoideum retardent la métamorphose du crâne. Reilley et associés Affirment que nous pouvons définir ces individus variants comme pédotypiques (développement tronqué par rapport à la condition ancestrale), pératypes (développement étendu par rapport à la condition ancestrale) ou isotypiques (atteignant la même forme ancestrale, mais mécanisme différent).
• L'hétérochronie interspécifique signifie des différences dans le taux ou le moment d'une espèce descendante par rapport à son ancêtre. Cela peut entraîner une pédomorphose (tronquer l'ontogenèse ancestrale), une péramorphose (s'étendant au-delà de l'ontogenèse ancestrale) ou une isomorphose (atteindre le même état ancestral via un mécanisme différent).

Il existe trois mécanismes principaux de l'hétérochronie, chacun pouvant changer dans l'une ou l'autre direction, donnant six types de perturbations pouvant être combinées de différentes manières. Celles-ci aboutissent finalement au développement étendu, décalé ou tronqué d'un processus particulier, tel que l'action d'un seul gène de la boîte à outils, par rapport à la condition ancestrale ou à d'autres conspécifiques, selon qu'il s'agit d'une hétérochronie inter ou intraspécifique. est le focus. Identifier laquelle des six perturbations est en train de se produire est essentielle pour identifier le mécanisme sous-jacent à la base de la péramorphose ou de la pédomorphose.

Hétérochronies génétiques

Si l'hétérochronie est essentiellement phénotypique, des changements dans le taux (déplacements) de l'expression génique peuvent produire des changements significatifs dans la structure phylogénétique. Par exemple, Koch, en 2000, a étudié deux mutations produisant des morphologies très différentes dans les ailes des papillons Papilio glaucus et Bicyclus anynana.

Kim, en 2000, a étudié les modèles d'expression des gènes de la pilosité, essentiels à l'établissement de la segmentation chez trois espèces de drosophiles Drosophila. Les auteurs soutiennent que les hétérochronies génétiques peuvent être corrélées aux modifications du nombre de segments.

Exemples

Si un processus de développement tel que la croissance d'une queue dans l'embryon de "l'espèce A" d'une salamandre commence et se termine plus tôt, mais se développe au même rythme que le même processus dans "l'espèce B", alors (et bien que le la queue de l'animal est développée avant) le résultat final sera le même. Si le début et la fin du processus ne subissent aucune modification mais augmentent le taux de croissance, la queue sera plus longue. Si le terme est retardé et que le rythme n'est pas modifié, la queue sera également plus longue. Toutes les combinaisons possibles ont été identifiées chez des animaux vivants.

✅ Les hétérochronies sont facilement identifiables lorsque nous comparons des espèces phylogénétiquement proches; par exemple, un groupe d'espèces différentes d'oiseaux dont les membres diffèrent par leur longueur moyenne.

Plusieurs hétérochronies ont été décrites chez l'Homme, en relation avec le chimpanzé. Par exemple, la croissance du cerveau et du crâne chez le foetus chimpanzé commence au même stade de développement que chez le foetus humain et a un taux de croissance similaire, mais se termine peu de temps après la naissance. Chez l'Homme, la croissance du cerveau et du crâne se poursuit plusieurs années après la naissance. Ce type particulier d'hétérochronie s'appelle la néoténie et implique un retard dans la fin du processus de développement ou, dans le cas contraire, la présence d'un processus de développement précoce dans les étapes ultérieures du développement.

✅ On sait que les humains ont environ 30 néoténies différentes par rapport au chimpanzé.

Une illustration dramatique de la façon dont l'accélération peut modifier le plan corporel chez les serpents. Là où un vertébré typique, comme une souris, ne compte qu'environ 60 vertèbres, les serpents en ont entre 150 et 400 environ, ce qui leur confère une colonne vertébrale extrêmement longue et leur permet une locomotion sinueuse. Les embryons de serpent y parviennent en accélérant leur système de création de somites (segments du corps) reposant sur un oscillateur. L'horloge de l'oscillateur est environ quatre fois plus rapide chez le serpent que chez la souris, créant initialement des somites très minces. Ceux-ci se dilatent pour adopter une forme typique de vertébré, allongeant le corps.

Les girafes gagnent leur long cou par une hétérochronie différente, prolongeant le développement de leurs vertèbres cervicales; ils conservent le nombre habituel de mammifères de ces vertèbres, sept. Ce nombre semble être limité par l'utilisation de somites du cou pour former le muscle diaphragme des mammifères; le résultat est que le cou embryonnaire est divisé en trois modules, celui du milieu (C3 à C5) servant le diaphragme. L'hypothèse est que perturber cela tuerait l'embryon plutôt que de lui donner plus de vertèbres.

En rapport avec "hétérochronie"

• ontogénétique

  

  L'ontogénétique est une partie de la biologie de l'ontogenèse, avec l'étude de l'évolution d'un point de vue génétique.

• pédomorphose

  

  La pédomorphose (juvénilisation) est un changement phylogénétique qui implique la rétention de caractères juvéniles ou même larvaires jusqu'à un âge plus...

• péramorphose

  

  En biologie du développement, une péramorphose est l'opposé d'une pédomorphose, ou d'une juvénilisation, qui consiste en un changement phylogénétique au cours...

• catalyse hétérogène

  

  La catalyse hétérogène est une catalyse dans laquelle le catalyseur et les réactifs d'une réaction chimique sont présents en différentes phases (gazeuse...