Macroévolution des rongeurs dans le contexte des changements environnementaux majeurs du Miocène – RoMa

Le projet se concentre sur l'étude des rongeurs fossiles pour comprendre leur histoire évolutive, leur dispersion géographique et les processus de diversification, notamment à travers des événements majeurs tels que la formation du pont terrestre entre l’Eurasie et l’Afrique. Les familles de rongeurs étudiées incluent les ctenodactylines, rhizomyines, zapodidés, sciuridés, gerbillins, murins, gliridés, thryonomyidés et pedétidés, présentes en Afrique et en Eurasie dès le Miocène.

Les fossiles proviennent de sites en Liban, Israël, Grèce, Turquie, ainsi que de collections internationales, offrant une grande diversité de genres. Ces spécimens permettront de tester les hypothèses évolutives, comme celles de la Reine Rouge et du Jester Courtois, qui concernent la compétition et la diversification entre les espèces.

L’analyse morphologique des molaires fossiles repose sur des techniques de morphométrie géométrique 2D et 3D. Les données 2D sont obtenues grâce à un système Leica M205C, et l’analyse de la forme est réalisée avec le logiciel TPSdig, tandis que l’analyse de Fourier est effectuée avec le package Momocs sous R. Cette approche permet de quantifier les variations morphologiques des molaires tout en tenant compte de l’usure. Les spécimens scannés en 3D sont analysés avec des logiciels comme AVISO pour la modélisation de surface et le package "molaR" pour caractériser la topographie fonctionnelle des dents, ce qui permet de relier les innovations morphologiques aux adaptations écologiques.

Les relations phylogénétiques des groupes de rongeurs sont étudiées en intégrant des données morphologiques et moléculaires. Les données génétiques sont obtenues via des bases de données comme GenBank. Les analyses phylogénétiques sont réalisées avec des modèles bayésiens de datation (total-evidence dating) utilisant les logiciels BEAST et Mr Bayes. Ces analyses permettent de reconstruire les arbres évolutifs des rongeurs et de déterminer les dates de divergence des groupes, grâce à des méthodes telles que le « tip-dating » avec le « birth-death model ».

L’objectif final du projet est de comprendre les facteurs ayant influencé la diversification des rongeurs, en étudiant l’impact des variables biotiques et abiotiques. Les taux de diversification sont estimés à l’aide de modèles probabilistes comme BAMM et PyRate. Ces logiciels permettent d’analyser la distribution des fossiles pour estimer les taux de spéciation, d’extinction et de préservation. L’effet des facteurs environnementaux et des traits biologiques sur la diversification est étudié par des régressions bayésiennes hiérarchiques utilisant des variables comme la température, la diversité locale ou la morphologie dentaire.

Ce projet, qui allie des techniques comme la morphométrie géométrique, les scans 3D et des analyses phylogénétiques bayésiennes, fournira des informations essentielles pour comprendre l’évolution des rongeurs à travers le temps et les facteurs qui ont façonné leur diversité actuelle.

Les recherches interdisciplinaires intégrant la paléontologie et la biologie moléculaire, dans le but d’évaluer les modèles évolutifs des vertébrés éteints, sont encore relativement rares. Dans ce cadre, nous, chercheurs de l'équipe RoMA, avons rédigé une revue des dernières méthodes pouvant être appliquées en paléontologie pour adopter une approche holistique des mécanismes et des patterns évolutifs à long terme (López-Antoñanzas et al., 2022).

Les groupes de rongeurs pour les quels nous avons créé une base de données morphologiques sont les suivants :

1-Les Cricetodontinae : Ce groupe de rongeurs éteints a été étudié à travers une approche morphologique et phylogénétique. Nous avons comparé les topologies d'arbres phylogénétiques obtenues à partir d'approches classiques et bayésiennes. Les résultats ont montré que les événements de refroidissement du Miocène ont influencé l'évolution des Cricetodontinae, favorisant la dispersion et entraînant des événements importants d'origination et d'extinction (López-Antoñanzas et al., 2024a ; López-Antoñanzas et Peláez-Campomanes, 2022a,b).

2-Les Cricetinae : Nous avons mené une étude sur l'origine et la diversification précoce de ces rongeurs à partir de fossiles du Miocène et du Pliocène, en utilisant des méthodes bayésiennes et de parcimonie. Ce travail a permis de résoudre des incertitudes systématiques et de proposer des réponses concernant les relations entre plusieurs genres (Dirnberger et al., 2024).

3-Les Muroidae : Cette super-famille, qui inclut les souris et les rats, a été étudiée en utilisant une base de données morphologique de fossiles et de données moléculaires. Nous avons proposé de nouvelles datations pour des clades majeurs, tels que les Muridae et les Cricetodontinae, en prenant en compte les fossiles afin de fournir des estimations plus précises de l’âge d’apparition de ces groupes. Cette étude a également révélé une dynamique biogéographique importante, avec des dispersions fréquentes, notamment vers l’Asie de l’Est au Miocène (López-Antoñanzas et al., 2024b).

4-Les muridés en Iran : En collaboration avec un chercheur de l'Université de Téhéran, nous avons étudié l’évolution et l’histoire géographique des muridés en Iran. L'analyse moléculaire a permis de dater la divergence des groupes principaux à environ 12,3 millions d’années, avec les gerbillines divergeant plus tard, autour de 10 millions d’années, en concordance avec les données fossiles. Cette étude a révélé que la formation des montagnes Zagros et Alborz a joué un rôle clé dans la spéciation des rongeurs iraniens (Afzali et López-Antoñanzas, 2024).

Ces travaux soulignent l'importance de combiner les données morphologiques des fossiles et des espèces vivantes pour mieux comprendre l’histoire évolutive des rongeurs et les événements géographiques qui ont façonné leur diversification.

Les perspectives de cette recherche sont multiples et visent à approfondir la compréhension de l'évolution des rongeurs à travers des approches innovantes et holistiques :

1. Collecte de données morphologiques détaillées : Le principal défi reste la création de bases de données complètes pour les rongeurs fossiles et modernes, particulièrement en ce qui concerne la morphologie dentaire. La collecte de ces données est essentielle pour combler les lacunes actuelles dans les matrices de caractères nécessaires aux analyses phylogénétiques robustes. Dans ce cadre, le projet RoMa permette de continuer à rassembler des informations cruciales sur des groupes de muroidés.

2. Intégration des données morphologiques et moléculaires : Une des grandes perspectives réside dans l’intégration des données moléculaires et morphologiques au sein d'une approche phylogénétique globale. Nos recherches ont révélé que, dans certains cas, les résultats moléculaires ne correspondent pas parfaitement aux données fossiles. Il est donc crucial d’adopter une approche combinée, en particulier un modèle de "morpho-horloge moléculaire", pour obtenir une vue plus complète et cohérente de l’évolution des rongeurs.

3. Études de la diversification et des taux d’évolution : Une autre perspective importante consiste à évaluer les taux de diversification des rongeurs à l’aide de modèles probabilistes avancés, tels que BAMM et PyRate, qui utilisent des arbres phylogénétiques calibrés dans le temps et des données fossiles pour estimer les périodes de diversification rapide. Ces outils permettront d'identifier les facteurs écologiques et géographiques ayant influencé ces événements.

4. Incorporation de caractères continus : L’intégration de caractères continus dans les analyses permet de mieux comprendre l’évolution des traits morphologiques de manière graduelle, en complément des caractères discrets souvent utilisés dans les études phylogénétiques classiques. Cette approche, développée en collaboration avec des chercheurs ANR comme Tiago Simões et Sabrina Renaud, enrichira le cadre analytique en offrant une perspective plus nuancée de l’évolution des rongeurs.

5. Estimation des états ancestraux : L'estimation des états ancestraux pour différents traits morphologiques au sein des groupes de muroidés permettra de mieux comprendre les trajectoires évolutives de ces traits et leur relation avec les changements environnementaux et écologiques au cours de l’évolution.

En résumé, ces recherches ouvrent la voie à une meilleure compréhension des dynamiques évolutives des rongeurs en combinant des approches morphologiques, moléculaires et écologiques. Elles permettent de résoudre des questions complexes concernant la diversification, l'adaptation et la répartition géographique des rongeurs au cours des temps géologiques.

Le climat du Miocène a été altéré par des variations eustatiques et orogéniques, dues à une importante activité tectonique. Le
contact entre l’Afro-Arabie et l’Europe, il y a environ 20 millions d’années, a créé un passage permettant des échanges faunistiques.
Le but du projet RoMa est d’évaluer, dans ce contexte unique de changements biotiques et abiotiques, la réponse évolutive du
groupe de mammifères le plus diversifié, les rongeurs. Des méthodologies innovantes, appliquées à une combinaison d’approches
morphologiques et phylogénétiques couplées à des datations moléculaires robustes, permettra d’inférer la dynamique de spéciation
et d’extinction, ainsi que les variations de diversité le long des lignées. Des questions fondamentales en biologie évolutive seront
abordées : pourquoi certains clades sont plus ou moins diversifiés ? Quel est le rôle d’innovations clés comparées aux facteurs
extrinsèques ?