Bhart-Anjan Bhullar
Le crâne d’un embryon de poulet prêt à éclore possède habituellement un bec (à gauche), mais lorsque certaines protéines sont bloquées (au milieu), il développe un « museau » reptilien à partir de deux os, plutôt comme un alligator moderne (à droite).
Des biologistes ont créé des embryons de poulets avec des visages de dinosaures en bricolant les molécules qui construisent le bec des oiseaux.
Les recherches, dont les détails sont publiés aujourd’hui dans Evolution1, n’ont pas pour but de créer des troupeaux de « dino-poulets » hybrides ou de ressusciter les dinosaures, explique Bhart-Anjan Bhullar, un paléontologue actuellement à l’Université de Chicago dans l’Illinois, qui a codirigé les travaux. « Nous ne reviendrons jamais au véritable dino-poulet ou autre ». Au contraire, dit-il, l’équipe veut déterminer comment les museaux ont pu se transformer en becs lors de l’évolution des dinosaures en oiseaux il y a plus de 150 millions d’années.
La transition du dinosaure à l’oiseau était désordonnée – aucune caractéristique anatomique spécifique ne distinguait les premiers oiseaux de leurs ancêtres dinosaures mangeurs de viande. Mais aux premiers stades de l’évolution des oiseaux, les os jumeaux qui formaient le museau chez les dinosaures et les reptiles – appelés prémaxillaires – se sont allongés et se sont réunis pour produire ce qui est maintenant le bec. « Au lieu de deux petits os sur les côtés du museau, comme chez tous les autres vertébrés, il a été fusionné en une seule structure », explique Bhullar.
Reconstruction faciale
Pour mieux comprendre comment ces os ont pu se fusionner, une équipe dirigée par Bhullar et Arhat Abzhanov, biologiste de l’évolution à l’Université Harvard à Cambridge, Massachusetts, a analysé le développement embryonnaire des becs chez les poulets et les émeus, et des museaux chez les alligators, les lézards et les tortues. Ils ont raisonné que les museaux des reptiles et des dinosaures se développent à partir du prémaxillaire de manière similaire, et que les voies de développement qui forment le museau ont été modifiées au cours de l’évolution des oiseaux.
L’équipe a découvert que deux protéines connues pour orchestrer le développement du visage, FGF et Wnt, étaient exprimées différemment dans les embryons d’oiseaux et de reptiles. Chez les reptiles, les protéines étaient actives dans deux petites zones de la partie de l’embryon qui se transforme en visage. Chez les oiseaux, en revanche, les deux protéines étaient exprimées en une large bande dans la même région de l’embryon. Bhullar considère ce résultat comme une preuve provisoire que l’altération de l’activité du FGF et de Wnt a contribué à l’évolution du bec.
Pour tester cette idée, l’équipe a ajouté des produits biochimiques pour bloquer l’activité des deux protéines dans des dizaines d’œufs de poule en développement. Les chercheurs n’ont pas réellement fait éclore les œufs, dit Bhullar, car ils n’ont pas écrit cette étape dans leur protocole de recherche approuvé. Au lieu de cela, ils ont discerné des différences dans les visages des poussins prêts à éclore, qui étaient subtilement différents des poussins dont les protéines n’étaient pas inhibées. Les poussins modifiés avaient encore un lambeau de peau sur leur futur bec, de sorte que la différence n’est pas évidente, explique Bhullar. « En regardant ces animaux de l’extérieur, on pourrait toujours penser qu’il s’agit d’un bec. Mais si vous voyiez le squelette, vous seriez très confus », dit-il. « Je ne dirais pas que nous avons donné un bec aux oiseaux ».
Dans certains embryons, les prémaxillaires étaient partiellement fusionnés, alors que dans d’autres, les deux os étaient distincts et beaucoup plus courts ; certains des embryons modifiés ne semblaient pas si différents de ceux des poulets ordinaires. L’équipe a créé des modèles numériques de leurs crânes à l’aide d’un scanner de tomographie assistée par ordinateur et a constaté que certains d’entre eux ressemblaient davantage aux os d’oiseaux primitifs comme l’Archéoptéryx et de dinosaures comme le Vélociraptor, qu’à ceux de poulets non modifiés.
« Très cool », déclare Clifford Tabin, biologiste du développement à la Harvard Medical School de Boston, dans le Massachusetts. Il pense que l’équipe de Bhullar a démontré que l’expression modifiée du FGF et du Wnt a façonné le bec de l’oiseau. L’identification des changements génétiques responsables s’avérera toutefois beaucoup plus difficile. Ils pourraient se situer dans les gènes codant pour le FGF et le Wnt, ou dans les gènes des voies biochimiques connexes, ou encore dans l’ADN « régulateur » qui influence l’expression des gènes. Si ces changements pouvaient être identifiés, il pourrait être possible de modifier les génomes des poulets pour les inclure (et, à l’inverse, de rendre les reptiles plus semblables aux oiseaux par l’édition du génome).
Jack Horner, paléontologue à l’Université d’État du Montana à Bozeman, espère adopter une approche génétique pour doter les poulets de queues semblables à celles des dinosaures. Dans un article publié l’année dernière2, son équipe a identifié des mutations potentiellement impliquées dans la disparition de la queue chez les oiseaux modernes. Mais l’application de ces connaissances à l’ingénierie des « dino-poulets » s’est avérée difficile, dit-il. « Nous avons un peu plus de mal avec la queue. Il y a tellement de composants ». D’autres caractéristiques anatomiques pourraient être modifiées en bricolant des protéines de développement, ajoute Horner. « Cela nous donne beaucoup d’opportunités pour réfléchir à la création de nouveaux types d’animaux. »
Bhullar dit qu’il admire la vision de Horner, mais il est plus intéressé à rejouer l’évolution pour révéler comment elle crée de nouvelles formes. Son laboratoire prévoit d’étudier l’expansion du crâne des mammifères et les membres inférieurs inhabituels des crocodiles en ressuscitant l’anatomie ancienne. « Je pense que cela ouvrira une fenêtre aussi grande que possible dans le passé profond sans avoir de machine à remonter le temps », dit-il.