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La reconstruction 3D des crânes élucide l’évolution des singes du Nouveau Monde



La tomodensitométrie des fossiles de deux espèces éteintes indique des adaptations évolutives et une parenté avec des hurleurs, des araignées et des singes laineux existants.

Les fossiles crâniens appartenant à deux espèces éteintes de singe - Caipora bambuiorum et Cartelles coimbrafilhoi - ont été examinés par tomodensitométrie (CT) et reconstruits par imagerie tridimensionnelle par un groupe de scientifiques de divers pays.

Les fossiles ont été trouvés il y a près de 30 ans dans un complexe de grottes à Bahia, au Brésil, situé dans la Caatinga, un biome semi-aride qui occupe une partie de la région du nord-est du Brésil.

Les images ont été comparées à celles de crânes de 14 espèces existantes de primates d’Amérique centrale et d’Amérique du Sud, permettant aux chercheurs d’identifier des adaptations et de déduire des relations auparavant inconnues entre les espèces éteintes et existantes.

« Il s’agit de la première étude jamais réalisée sur la morphologie endocrânienne impliquant des fossiles de singes du Nouveau Monde, ou platyrrhines », a déclaré André Menezes Strauss , professeur au Musée d’archéologie et d’ethnologie de l’Université de São Paulo (MAE) et chercheur associé affilié au Laboratoire de Archéologie et anthropologie environnementale / évolutive (LAAAE) à l’Institut universitaire des biosciences (IB-USP) au Brésil.

À l’aide d’un plâtre prélevé à l’intérieur du crâne (casse-tête), les paléoanthropologues ont analysé la morphologie endocrânienne pour estimer la forme et la taille du cerveau des primates fossiles.

Les résultats de l’étude, qui a été soutenue par la São Paulo Research Foundation - FAPESP , sont publiés dans l’ American Journal of Physical Anthropology .

Les chercheurs ont décrit des variations de forme crânienne et endocrânienne chez 14 espèces appartenant aux quatre genres existants de la famille des Atelidae - Alouatta (singes hurleurs), Ateles (singes araignées), Brachyteles (singes araignées laineuses ou muriquis), et Lagothrix (singes laineux) - ainsi que les espèces éteintes C. bambuiorum et C. coimbrafilhoi . Il existe aujourd’hui environ 350 espèces de primates dans le monde. Plus de 200 sont des platyrrhines.

L’étude a été dirigée par Ivan Perez, anthropologue au musée La Plata en Argentine. Ses collaborateurs comprenaient des scientifiques brésiliens affiliés à l’Université de São Paulo (USP) et à l’Université de Campinas (UNICAMP), ainsi que des chercheurs d’institutions en Belgique, en France, en Allemagne et aux États-Unis. Cástor Cartelle, paléontologue à l’Université pontificale catholique de l’État de Minas Gerais (PUC-MG), dont Cartelles coimbrafilhoi est nommé, était également membre de l’équipe de recherche.

Outre le FAPESP, le Conseil national brésilien pour le développement scientifique et technologique (CNPq), le Fonds argentin de recherche scientifique et technologique (FONCYT) et le Conseil national de la recherche scientifique et technique (CONICET) ont également soutenu l’étude.

Les spécimens fossiles de C. bambuiorum et C. coimbrafilhoi sont déposés au Musée d’histoire naturelle de PUC-MG à Belo Horizonte, Minas Gerais. Les 14 cranes des platyrrhines existantes provenaient de collections détenues par le musée argentin La Plata, le musée national du Brésil à Rio de Janeiro, le musée argentin des sciences naturelles à Buenos Aires et le musée national d’histoire naturelle des États-Unis à Washington, DC.

« Les 16 échantillons ont été numérisés à l’aide d’un scanner CT médical. Un modèle 3D virtuel de l’endocrâne a été généré pour chaque échantillon, et les modèles 3D des surfaces crâniennes ont été extraits des données du scanner », a déclaré Strauss.

Les spécimens fossiles ont été endommagés, en particulier dans la région des arcades zygomatiques (pommettes), les chercheurs ont donc opté pour deux stratégies pour les analyser. Selon Strauss, dans le cas de C. bambuiorum, l’arc zygomatique droit était absent, mais l’arc gauche était intact.

« Nous avons réfléchi l’arc non endommagé sur le côté endommagé dans le modèle 3D, en profitant de la symétrie bilatérale, et au moyen de cette réparation virtuelle, nous avons obtenu un spécimen complet », a-t-il déclaré.

« Chez C. coimbrafilhoi , les deux côtés étaient absents, nous avons donc utilisé une méthode d’imputation pour estimer les positions des parties manquantes. »

Perez a numérisé 26 repères anatomiques et 373 repères semi-définitifs le long des courbes et des surfaces de chaque endocrâne, ainsi que 64 repères et 196 repères semi-définitifs sur chaque crâne. En morphométrie géométrique, un repère est un point 2D ou 3D d’importance évolutive. Les semi-repères sont définis par des emplacements par rapport à d’autres repères, par exemple à mi-chemin entre les repères X et Y.

« Les données ont servi de base à une analyse multivariée pour comparer toutes les caractéristiques des 16 spécimens et pour rechercher des similitudes et des différences qui indiquaient des modèles morphologiques [et donc] adaptatifs », a déclaré Strauss.

En d’autres termes, parce que les spécimens d’espèces existantes d’Atelidae, les plus grands singes du Nouveau Monde, comprenaient des crânes d’Alouatta, Ateles, Brachyteles et Lagothrix, ils ont été comparés aux spécimens des espèces éteintes afin de savoir si les deux fossiles ressemblaient et pourrait être étroitement lié à l’un d’entre eux.

Crânes 3D

Strauss a déclaré que les données ont clairement montré que C. bambuiorum devrait être regroupé avec Ateles, Brachyteles et Lagothrix, qui sont tous éloignés d’Alouatta.

Cela signifie que le genre Alouatta partage un ancêtre commun avec les autres genres d’Atelidae et avec C. bambuiorum et qu’il est plus ancien que l’ancêtre commun partagé par Ateles, Brachyteles et Lagothrix.

« Cependant, lorsque la position de C. bambuiorum est analysée uniquement par rapport à Ateles, Brachyteles et Lagothrix, la conclusion est que le fossile est clairement le plus proche de Brachyteles », a déclaré Strauss.

« L’hypothèse selon laquelle C. bambuiorum était similaire à un singe araignée géant (Ateles), initialement posée par Cástor Cartelle il y a 20 ans, a été réfutée par nos données, qui ont montré que le singe éteint était en fait beaucoup plus similaire à un muriqui ’géant’ (Brachyteles). "

Dans le cas de C. coimbrafilhoi , l’analyse multivariée a produit quelques surprises. La première était que les données ne le regroupaient clairement avec aucun des quatre genres existants d’Atelidae mais remplissaient systématiquement l’espace morphospace auparavant vide entre Alouatta et les trois autres genres.

« En ce qui concerne les espèces fossiles, nous montrons que C. bambuiorum est positionné dans la plage de variation observée pour les Brachyteles, tandis que C. coimbrafilhoi présente une forme endocrânienne qui ne chevauche pas la plage de variation observée pour aucun des Atelidae existants. Des quatre genres, C. coimbrafilhoi est le plus proche d’Alouatta dans la morphospace endocrânienne mais le plus proche de Lagothrix en termes crâniens », a déclaré Strauss.

« Nous avons constaté que lorsque le facteur de taille a été supprimé, les caractéristiques de C. coimbrafilhoi étaient intermédiaires entre Alouatta d’un côté et Ateles, Brachyteles et Lagothrix de l’autre », a déclaré Strauss.

« Nos résultats suggèrent qu’au sein du clade atélidé, l’extinction de C. bambuiorum et C. coimbrafilhoi a conduit à une perte significative de variation biologique qui n’aurait pas pu être imaginée avec la découverte de ces fossiles », conclut l’article.

Peter Lund et Cástor Cartelle


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