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hiStoire évolutive d’une niche écologique PoLyvalente: les grands cétArtiodactyles Semiaquatiques et Herbivores – SPLASH

Histoire évolutive du mode de vie semi-aquatique chez les hippopotames et leurs ancêtres

SPLASH étudie les relations entre le mode de vie semi-aquatique (amphibie) et les milieux humides chez les hippopotames et leurs parents disparus au cours des 50 derniers millions d’années. Le rôle écologique clef de ces animaux est décrypté afin de tester l’impact des changements environnementaux passés dans un cadre biologique contraint

Une spécialisation écologique clef dans les écosystèmes terrestres

SPLASH aborde cinq questions de fond. <br />1. Le mode de vie semi-aquatique était-il répandu chez les ancêtres des hippopotames et apparentés ? <br />2. Dans combien de lignées différentes de ces animaux le mode de vie semi-aquatique s’est-il développé, et avec quelles caractéristiques ? <br />3. Quels étaient les facteurs environnementaux principaux ayant conduit ces animaux à adopter un mode de vie semi-aquatique ? <br />4. Dans quelle mesure les adaptations semi-aquatiques ont-elles favorisé l’expansion et la diversification de ces animaux en leur permettant de tirer parti des changements rapides des milieux humides ? <br />5. Ces animaux étaient diversifiés dans le passé et que les hippopotames ne sont plus représentés que par deux espèces en danger. Les tendances environnementales de ces derniers millions d’années (notamment climatiques) ont-elles contribué à l’extinction de nombreuses espèces ? <br />Répondre à ces questions vise à décrypter comment les conditions environnementales et leurs changements ont fait du mode de vie semi-aquatique une niche écologique féconde en biodiversité, en innovations morphologiques et en transformations des milieux terrestres.

SPLASH emploie trois approches principales.
La première de ces approches vise à générer de nouvelles données en collectant des spécimens inédits sur le terrain et en étudiant des collections fossiles en Afrique, en Asie et en Europe. Sur cette base, SPLASH estime le nombre d’espèces éteintes et décrit leurs caractéristiques anatomiques en utilisant notamment l’anatomie comparée classique alliée à des techniques d’imagerie de pointe.
La seconde approche vise à reconstituer l’écologie de ces espèces :
- leurs régimes alimentaires, par analyse de la composition chimique (isotopique) de leurs dents et des usures microscopiques liées à leurs derniers repas ;
- leur locomotion, par analyse de la morphologie et des propriétés mécaniques de leurs membres ;
- leurs sens, par reconstruction morphologique 3D des structures internes de leur crâne ;
- leur dépendance aux milieux humides, par examen de leurs traits morphologiques, de la structure interne des os de leurs membres et de la composition isotopique de leurs dents.
La troisième approche effectue la synthèse des précédentes en replaçant les différentes données de diversité et d’écologie dans un canevas détaillé des relations de parentés entre espèces au cours du temps, et en confrontant ce canevas aux évènements climatiques, tectoniques et paléogéographiques connus.

A ce jour, SPLASH a permis de décrire plusieurs nouvelles espèces de parents éteints des hippopotames, dont une forme qui préfigure les tous premiers hippopotames anatomiquement modernes, vivant il y a huit millions d’années en Afrique orientale.
Les premiers résultats des analyses paléoécologiques permettent d’indiquer qu’une forme très ancienne de parent éloigné des hippopotames était déjà semi-aquatique il y a plus de 30 millions d’années.
Une analyse des os impliqués dans l’audition chez des cétacés très anciens montre que ces animaux avaient une morphologie proche de celle de formes exclusivement terrestres, et que la spécialisation de l’audition en immersion, observée chez les hippopotames et certains cétacés, est très probablement apparue de façon indépendante dans les deux groupes.
Par ailleurs, SPLASH a permis également de développer une collaboration internationale nouvelle entre nos laboratoires (ISEM et IPHEP) et l’Université Columbia aux Etats-Unis, dans le domaine de l’analyse des contenus isotopiques des dents témoins des régimes alimentaires et des habitats.

SPLASH permettra de comprendre quel rôle cette niche de grands herbivores semi-aquatiques a joué dans la conquête des océans par les mammifères, les cétacés (baleines, dauphins, orques) partageant des ancêtres relativement proches avec les hippopotames.
SPLASH fournira également un modèle pour comprendre comment les changements environnementaux modifient l’histoire évolutive d’un groupe animal sur le long terme. Ce modèle sera utile aux études futures des écosystèmes passés, notamment ceux qui ont abrité nos ancêtres, mais constituera également une base théorique et comparative pour les travaux de conservation de diversité actuelle dans les milieux humides, particulièrement sensibles au changement climatique actuel.

Jusqu’à présent, SPLASH a permis de produire dix publications dans des revues indexées internationales (dont Current Biology, Journal of Human Evolution, Journal of Vertebrate Paleontology). Les travaux de SPLASH ont été communiqués quatre fois dans des réunions professionnelles internationales. Certains de ces travaux ont été repris par des médias généralistes nationaux et internationaux (Nature, Forbes, etc.)

Les grands herbivores semi-aquatiques (large semiaquatic herbivores, LSH, par exemple les hippopotames) ont été des ingénieurs écosystémiques très répandus dans les habitats terrestres et aquatiques passés, ayant joué un rôle important dans la séquence évolutive unissant cétacés et artiodactyles. SPLASH utilisera un clade de LSH cétartiodactyles, les Hippopotamoidea, pour étudier comment les interactions entre mécanismes évolutifs, spécialisation écologique, et contraintes environnementales ont généré la diversité et la distribution des mammifères. L’histoire évolutive des Hippopotamoidea (Hippopotamidae + anthracothères) est étroitement liée à celle des Cetacea (clade Cetancondota), mais contrairement à cette dernière, elle a été peu étudiée jusqu’ici. Les Hippopotamoidea présentent une vaste distribution spatiotemporelle (de l’Éocène à nos jours, de l’Ancien au Nouveau Monde) documentée par un registre fossile très abondant, ainsi qu’une large gamme d’écologies et des adaptations semi-aquatiques développées en parallèle dans différentes lignées.
Nos recherches sur ce groupe suivront une double approche. Premièrement, SPLASH étudiera la paléobiologie d’espèces hippopotamoïdes clefs en combinant des méthodes de pointes en matière de reconstructions morpho-fonctionnelles et paléoécologiques. Nous décrirons les adaptations sensorielles, locomotrices, alimentaires et aquatiques de ces espèces. Ceci nous permettra d’établir des ensembles de caractères précisant la zone adaptative des LSH. Ces ensembles devraient correspondre à différents degrés de dépendance aux milieux aquatiques, ainsi qu’à des adaptations connexes à cette dépendance (par exemple, liées au grégarisme).
Deuxièmement, nous intégrerons ces données paléobiologiques à leur cadre phylogénétique. Pour cela, SPLASH réévaluera la diversité des LSH au sein des Cetancodonta et introduira de nouveaux jeux de données morphologiques basés sur l’observation directe de nombreux taxons. Les analyses phylogénétiques de ces données offriront un soutien renouvelé à la relation entre Hippopotamidae et anthracothères, ainsi qu’une clarification des relations basales, notamment de la position des Cetacea au sein des Cetartiodactyla. Elles testeront également le clade moléculaire formé par les Cetancodonta avec les Ruminantia. Nos données paléobiologiques seront superposées à ces résultats phylogénétiques (mapping). Ceci devrait permettre de confirmer la prévalence de la niche LSH et de décrire la séquence de ses essors et déclins au sein des Hippopotamoidea et des formes éocènes apparentées. À partir de ces résultats, nous proposerons des optimisations de caractères révisées aux nœuds principaux de l’histoire évolutive des Cetartiodactyla (notamment pour l’ancêtre commun aux Cetacea et aux Hippopotamidae). En confrontant nos données intégrées aux données environnementales, nous examinerons notamment le développement des adaptations des LSH en réponse au stress environnemental, ainsi que l’extinction de LSH en regard du refroidissement et de l’aridification néogènes.
Les résultats de SPLASH pourront être considérés comme des « expériences naturelles » de l’évolution, déroulées sur des millions d’années pendant le Cénozoïque. Ces « expériences » seront utiles pour tester et/ou générer des hypothèses macroévolutives, comme par exemple l’importance de l’homologie profonde pour l’évolution mammalienne. SPLASH sera également une source de nouvelles données sur les écosystèmes cénozoïques, intéressant les sciences du paléoenvironnement, et en particulier la contextualisation de l’évolution humaine. Finalement, SPLASH offrira des données sur les réponses passées d’organismes semi-aquatiques à des changements environnementaux et climatiques non-anthropiques qui pourront, à titre comparatif, être utiles aux chercheurs travaillant dans le domaine de la conservation.

Coordinateur du projet

Monsieur Jean-Renaud BOISSERIE (Institut de Paléoprimatologie et Paléontologie Humaine : Evolution et Paléoenvironnements)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

ISEM Institut des Sciences de l'Evolution - Montpellier
IPHEP-CNRS Institut de Paléoprimatologie et Paléontologie Humaine : Evolution et Paléoenvironnements

Aide de l'ANR 260 906 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2015 - 48 Mois

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