Le système musculo-squelettique

L’évolution du squelette

Avant l’avènement du squelette, les animaux aquatiques ont

développé la notocorde. Ce sont des cellules empilées qui sont

retenues ensemble dans une gaine formée de tissu fibro-élastique.

La rigidité de la notocorde permet de ramener le corps à sa

position initiale après une courbure. C’est le début des

mouvements animaux rapides dans l’océan.

On trouve la notocorde dans tous les embryons de vertébrés et

elle persiste chez certains poissons, dont les esturgeons, et chez

l’amphioxus. L’amphioxus, animal toujours vivant sur terre,

représente bien nos premiers ancêtres cordés.

Ensuite, les vertèbres se sont construites autour de cette notocorde et des nerfs dorsaux. Cela a

permis la protection de cette région importante. Au début, les vertèbres n’étaient que de

simples assemblages de cartilage. Les requins et les raies sont de fiers représentants de cette

étape de l’évolution. Enfin, les vertèbres se sont solidifiées en devenant osseuses. Grâce à ce

matériau résistant, elles ont pu être utilisées par l’évolution pour former de multiples formes

avec des pointes où s’accrochent les muscles.

Le crâne est apparu en même temps que la colonne

vertébrale, procurant évidemment l’avantage de

protéger la tête et le cerveau. Mais ces « craniates »

ne possédaient pas de mâchoire! La mâchoire s’est

développée pas la transformation du premier arc

branchial, espèce de pièce rigide qui supporte et

protège les branchies.

Le passage entre l’eau et le terrestre :

Comme les poissons vivent dans un milieu 800 fois plus dense que l'air, on pourrait penser que les mouvements y sont de ce fait considérablement gênés. Il n'en n'est rien. L'extrême densité a sa contrepartie avantageuse: l'eau soutient les corps qui sont immergés. Un animal peut se déplacer au gré du courant s’il le souhaite, se laisser dériver. Dans l’eau, la propulsion du poisson se fait par l'intermédiaire d'ondulations du corps. Les nageoires (pectorales, pelviennes, anale et dorsale) sont responsables des différentes manœuvres (changement de direction, freinage, etc.), qui ne demande par une grande puissance. Par conséquent, la masse musculaire est principalement associée avec le squelette axial, soit la colonne vertébrale. La masse musculaire des appendices (nageoires) est minime. Puisque l'impact de la force gravitationnelle est faible en milieu aqueux, la colonne vertébrale est souple et permet les mouvements latéraux associés avec les ondulations du corps.

En milieu terrestre, la situation est nettement différente. La propulsion du corps ne se fait plus par des mouvements ondulatoires du corps puisque l’air, de faible densité, ne peut servir de point d’appui. On ne peut avancer sur la terre ferme en poussant l’air autour du corps. Les animaux doivent donc suivre la gravité et utiliser le sol pour se mouvoir. Chez les animaux terrestres, ce sont principalement les membres qui doivent transférer la force

de propulsion au reste du corps. Donc contrairement aux animaux aquatiques, la musculature

reliée aux membres gagne en importance par rapport à la musculature axiale. De plus, comme le

corps n'est plus supporté par l'eau, la colonne vertébrale est nettement plus rigide et supporte

toutes les viscères. Étant plus rigide, la musculature du dos est réduite, car la rigidité de la

colonne vertébrale rend superflue la présence de gros muscles dorsaux comme chez les

poissons.

La force gravitationnelle est une force qui cause de grands soucis aux animaux aquatiques. Les

poumons, par exemple, seraient écrasés si le corps n’était soulevé de terre par des membres, ou

s’ils n’étaient pas protégés par la cage thoracique (sternum et côtes).

D’ailleurs, la sortie de l’eau des amphibiens s’est faite 40 millions d’années après le

développement des membres. Les caractéristiques supposément « faite pour marcher » ont en

fait été développées sous l’eau comme adaptations aquatiques! L’hypothèse de plus en plus

acceptée pour comprendre la transformation des nageoires paires (pectorales et pelviennes)

des premiers vertébrés terrestres, est qu’elles ont été modifiées pour soulever le corps et

permettre une respiration efficace malgré la gravité. Il est important de rappeler que ces

nageoires ancestrales possèdent les mêmes os de base que les membres.

Pour avancer, l’animal doit soulever son corps (à la manière d’un push-up) et faire une torsion latérale du corps pour avancer un membre. Ce mode primitif de locomotion tétrapode est énergétiquement inefficace. Les mammifères (ainsi que certains grands dinosaures) ont modifié ce système de locomotion en déplaçant les membres sous le corps. Les membres deviennent donc des colonnes de support pour le corps. Il s'agit d'un système relativement passif, donc très économique au niveau énergétique. Par conséquent, les restrictions sur la taille de ces animaux sont moindres. C’est pourquoi, dans l’histoire de la vie, les très gros animaux appartiennent à ces deux groupes. Le passage des animaux nageant aux animaux marchant a demandé de nombreuses adaptations osseuses autres que les membres. Il fallait entre autre le renforcement de l’attachement des

membres au corps, afin d’avoir de la puissance et des mouvements amples. Les membres antérieurs se sont rattachés grâce au détachement de certains os du crâne pour former la ceinture scapulaire (omoplates et clavicules). Comme ces os se sont déplacé plusieurs vertèbres vers l’arrière, cela a permis également la formation du cou. La tête est alors libérée du corps et l’animal peut tourner sur les côtés afin percevoir mieux son environnement ou de mieux capturer des proies.

L’image ci-dessous résume plusieurs différences squelettiques entre Eusthenopteron, un poisson avec des nageoires qui possèdent nos os, et Acanthostega un amphibien ancestral.

Une autre modification du crâne

est impressionnante : la formation

des trois os de l’oreille interne.

L’étrier, le marteau et l’enclume

proviennent de trois os qui

formaient l’articulation de la

mâchoire. Cette adaptation

permet la perception de plus de

longueurs d’ondes sonores dans

l’air. En plus, la simplification de

l’articulation, qui passe de 4 os à

un seul, devient plus solide.

Se déplacer en vol

Le vol permet d’utiliser l’air, si peu

dense, pour se déplacer. Mais,

pour bénéficier de l’énorme

avantage qu’occasionnent les

déplacements aériens il faut être

léger. C’est pourquoi le squelette

des oiseaux est creux et simplifié. Plusieurs os sont éliminés, donc les dents. En plus, il faut

pouvoir être aérodynamique afin de minimiser la friction contre l’air. Cela est semblable aux

animaux aquatiques qui sont hydrodynamiques pour les mêmes raisons.

Questions pour bien comprendre la matière

1- Explique ce que possédaient les animaux qui étaient les ancêtres proches des vertébrés

pour leur rigidité.

2- Quelle est l’espèce vivante qui est semblable à nos ancêtres cordés?

3- Quels puissants indices possèdent-on qui indiquent que les membres des animaux

proviennent des nageoires de certains poissons?

4- Quelle est l’origine de notre mâchoire?

5- Quels sont les deux modifications osseuses majeures qui a permis la « réutilisation » de

certains os du crane pour fabriquer des adaptations importantes. Énonce ces deux

changements et explique l’avantage évolutif de chacun.

6- Quelles sont les deux différences importantes entre le monde aquatique et le monde

terrestre qui ont forcés de grands changements au niveau du corps des animaux?

7- Explique les différences entre les mouvements animaux aquatiques et les mouvements

animaux terrestres.

8- De quelle façon le squelette des premiers amphibiens les ont-t-ils aidé pour leur

respiration?

9- Il y a plusieurs nageoires sur un poisson. Quelles sont les nageoires précises qui sont

devenues les membres des animaux terrestres?

10- Quelles adaptations squelettiques aident les oiseaux pour le vol?