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Patrons de développement de l'endosquelette (Chondrification et minéralisation) chez deux espèces de chondrichthyens actuels : perspectives évo-dévo des gnathostomes

Riley, Cyrena (2016). Patrons de développement de l'endosquelette (Chondrification et minéralisation) chez deux espèces de chondrichthyens actuels : perspectives évo-dévo des gnathostomes. Thèse. Rimouski, Québec, Université du Québec à Rimouski, Département de biologie, chimie et géographie, 320 p.

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Résumé

RÉSUMÉ: La biologie évolutive du développement (Évo-Dévo) propose une approche dynamique dans la solution des questions évolutives, en étudiant les mécanismes développementaux apportant des changements au niveau du phénotype d’un organisme. C’est dans un contexte Évo-Dévo que certaines études requièrent l’utilisation de jeunes stades développementaux provenant d’organismes modèles, organisés en une séquence d’âges croissants afin de voir la progression du développement au cours de l’ontogénie. Ces séquences développementales sont devenues des outils importants afin de décrire et comparer l’ontogénie de différentes espèces et déterminer les changements produits au cours de cette période, et mieux comprendre comment ces changements ont affecté leur évolution. Ces comparaisons permettent, entre-autres, de déterminer une condition basale (plésiomorphe) en comparant la condition présente chez un groupe phylogénétiquement basale, comme les chondrichthyens (requins, raies, chimères) à celle plus dérivée des ostéichthyens (poissons osseux). Les séquences développementales sur la progression de la mise en place des éléments endosquelettiques et leur minéralisation ont été étudiées intensément chez les ostéichthyens, mais aucune description de séquence complète n’est disponible pour les chondrichthyens. Cette situation est regrettable, car elle rend difficile la polarisation des conditions observées chez les ostéichthyens. De plus, l’analyse de séquences de chondrification et de minéralisation permettrait une compréhension accrue dans la formation et l’évolution de systèmes morphologiques, tels les nageoires paires. Aussi, la présence (ou l’absence) d’homologie entre des systèmes morphologiques présents chez les chondrichthyens ont été établies sans l’utilisation du critère ontogénétique ; pourtant la similarité de développement constitue un facteur important dans la reconnaissance objective d’homologie. La description et l’analyse de la progression de la chondrification et de la minéralisation chez deux espèces de chondrichthyens sont l’objectif de cette thèse. Le premier volet avait pour objectif, en étudiant l’ordre et la mise en place des éléments cartilagineux chez un chondrichthyen, la chimère-éléphant (Callorhinchus milii), de valider la condition d’homologie sériée des nageoires paires, et de comparer la progression de la chondrification des nageoires paires entre les chondrichthyens et avec les ostéichthyens. Les résultats de cette étude sont les premiers à démontrer chez la chimère-éléphant que : (1) l’ordre et la direction de mise en place des éléments cartilagineux sont similaires entre les nageoires pectorales et pelviennes, supportant leur statut d’homologues sériés ; (2) la grande similitude morphologique et développementale entre ces nageoires suggère la présence de modules morphologiques et développementaux issus d’une duplication ; (3) le développement des nageoires paires est généralement similaire chez les chondrichthyens et (4) les conditions basales chez les gnathostomes vivants actuels incluent la présence de modules au niveau des nageoires paires, d’une direction de développement proximo-distale et la formation des nageoires pectorales avant les pelviennes. Ainsi, les stades ontogénétiques représentent une importante source d’informations morphologiques non décelées chez le phénotype adulte, et doivent être incorporés dans l’étude des conditions plésiomorphes des gnathostomes actuels. Le deuxième volet avait pour objectif, en étudiant l’ordre et la mise en place des éléments cartilagineux chez un chondrichthyen, la chimère-éléphant (C. milii), de vérifier la présence d’homologie entre la région occipitale du chondrocrâne et la région antérieure de la colonne vertébrale, de vérifier si la composition (éléments vertébraux) incorporés dans la région occipitale des chondrichthyens étaient homologues, et si les synarcua des raies et des chimères étaient homologues. Cette étude a révélé que (1) la formation de la région occipitale et antérieure de la colonne vertébrale différaient au cours de leur développement ; (2) que la composition (éléments vertébraux) de la région occipitale des chondrichthyens n’est pas homologue entre les différentes espèces et (3) que les synarcua des chimères et des raies ne sont pas homologues. Cette étude utilise, pour la première fois, le critère ontogénétique dans l’attribution de non-homologie de la région occipitale et la région antérieure de la colonne vertébrale, et entre les synarcua de chondrichthyens. Le troisième volet avait pour objectif, en décrivant la minéralisation chez un chondrichthyen, la raie épineuse (Amblyraja radiata), de comparer sa progression de minéralisation à celle présente chez d’autres chondrichthyens et ostéichthyens afin d’établir des tendances générales de la minéralisation. L’ordre, les patrons et les directions de minéralisation sont décrits pour la première fois chez un chondricthtyen. L’ordre et les directions de minéralisation sont similaires chez les chondrichthyens, et certaines tendances évolutives sont inférées pour les gnathostomes actuels. Un ensemble de contraintes phylogénétiques et mécaniques sont à l’origine de ces tendances. -- Mot(s) clé(s) en français : Chimère-éléphant, raie épineuse, Callorhinchus milii, Amblyraja radiata, ontogénie, chondrification, minéralisation, nageoires paires, tesserae, minéralisation aréolaire. -- ABSTRACT: Evolutionary developmental biology (Evo-Devo) proposes a dynamic approach in solving evolutionary questions, by studying the developmental mechanisms causing changes at the phenotypic level of the organism. It is within this Evo-Devo context that certain studies require the use of early developmental stages from model organisms, organized in sequences of increasing age in order to see the progression of development during ontogeny. These developmental sequences have become important tools in order to describe and compare the ontogeny of different species and determine changes occuring during this period, and how these changes have affected their evolution. These comparisons allow, among other things, to determine a basal (plesiomorphic) condition by comparing a phylogenetically basal group, such as chondrichthyans (sharks, skates and chimaerids) to the more derived one of osteichthyans. Furthermore, the analysis of chondrification and mineralization sequences would allow a better understanding of the formation and evolution of morphological systems, such as paired fins. Also, the presence (or absence) of homology between morphological systems observed in chondrichthyans has been established without the use of the ontogenetic criteria; however, similarity in development represents an important factor in the objective recognition of homology. The description and analysis of the progress of chondrification and mineralization in two chondrichthyan species are the main objectives of this thesis. The purpose of the first section was, by studying the order and the patterning of the cartilaginous elements in a chondrichthyan, the elephant-shark (Callorhinchus milii), to validate the serial homologue status of paired fins, and to compare the progression of the chondrification of paired fins among chondrichthyans, and with osteichthyans. The results of this study are the first to demonstrate in the elephant-shark that: (1) the order and the patterning direction of the cartilaginous elements are similar between the pectoral and pelvic fins, supporting their status as serial homologues; (2) the high morphological and developmental similarity between these fins suggests the presence of morphological and developmental modules resulting from a duplication; (3) paired fins development is generally similar in chondrichthyans and (4) the basal condition for extant gnathostomes includes the presence of paired fin modules, of a proximo-distal direction of formation and the formation of pectoral before pelvic fins. Thus, ontogenetic stages represent an important source of morphological information undetected in the adult phenotype, and must be incorporated in the study of plesiomorphic vs apomorphic conditions in extant gnathostomes. The purpose of the second section was, by studying the order and patterning of the cartilaginous elements in a chondrichthyan, the elephant-shark (Callorhinchus milii), to verify the presence of homology between the occipital region of the chondrocranium and the anterior region of the vertebral column, to verify if the vertebral elements incorporated in the occipital region of chondrichthyans are homologous, and if the synarcua of batoids and chimaerids are homologous. This study has revealed that: (1) the formation of the occipital region and of the anterior region of the vertebral column differ during their development; (2) the composition (vertebral elements) of the occipital region of chondrichthyans is not homologous among species; (3) the batoid and chimaera synarcua are not homologous. This study uses, for the first time, the ontogenetic criteria for the attribution of non-homology of the occipital region and the anterior region of the vertebral column, and between the synarcua of chondrichthyans. The purpose of the last section was, by describing mineralization in a chondrichthyan, the thorny skate (Amblyraja radiata), to compare its progression of mineralization to the one present in other chondrichthyans. This was then compared to those observed in osteichthyans in order to establish general trends of mineralization. The order, patterns and directions of mineralization are described for the first time in a chondrichthyan. The order and direction of mineralization are similar in chondrichthyans in general, and specific trends in mineralization are infered for extant gnathostomes. A combination of phylogenetic and mechanical constraints are at the origin of these trends. -- Mot(s) clé(s) en anglais : Elephant-shark, thorny skate, Callorhinchus milii, Amblyraja radiata, ontogeny, chondrification, mineralization, paired fins, tesserae, areolar mineralization.

Type de document: Thèse ou Mémoire (Thèse)
Directeur de mémoire/thèse: Cloutier, Richard
Co-directeur(s) de mémoire/thèse: Grogan, Eileen
Informations complémentaires: Thèse présentée comme exigence partielle du doctorat en biologie.
Mots-clés: Chimere Elephant Callorhincus Milii Raie Epineuse Amblyraja Radiata Ontogenie Chondrification Mineralisation Nageoire Tesserae Areolaire
Départements et unités départementales: Département de biologie, chimie et géographie > Biologie
Déposé par: DIUQAR UQAR
Date de dépôt: 20 avr. 2017 15:10
Dernière modification: 20 avr. 2017 15:10
URI: http://semaphore.uqar.ca/id/eprint/1193

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