Introduction
La morphologie, une des sciences de la vie, étudie les caractéristiques extérieures d’un organisme : son anatomie, sa forme et son apparence. L’une des premières étapes de l’identification d’un organisme est l’examen de ces caractéristiques saillantes ; cela permet de distinguer une espèce d’une autre et d’identifier de nouvelles espèces ou sous-espèces. La morphologie peut également être étudiée à une échelle beaucoup plus petite, en examinant des organes, des tissus ou des types de cellules spécifiques.
La capacité à comparer la morphologie de deux organismes est une compétence de base importante pour les scientifiques de la vie. Une observation et une comparaison simples et minutieuses ont conduit, par exemple, à la plupart des découvertes dans le domaine de la paléontologie ainsi qu’à la découverte que les baleines sont des mammifères.
Contexte historique et fondements scientifiques
De l’Antiquité à la Renaissance, les lois et les tabous culturels empêchaient les médecins de disséquer les corps humains. Leurs connaissances anatomiques provenaient de la chirurgie, du traitement de blessures et de lésions graves, et des dissections d’animaux. D’une certaine manière, la plupart des premières recherches sur l’anatomie humaine étaient des exercices de morphologie comparative. Comme l’investigation directe n’était pas possible, les médecins comblaient les lacunes de leurs connaissances en comparant des modèles animaux.
L’un d’entre eux était le médecin romain Galien de Pergame (129-216 après J.-C.), qui était très respecté pour ses écrits sur la médecine et l’anatomie. Malgré de nombreuses erreurs dues à son incapacité à effectuer des dissections humaines, Galien a été la meilleure source d’informations anatomiques jusqu’à la Renaissance. Il encourageait les médecins à être curieux et à faire leurs propres recherches. Malgré cet encouragement, ses travaux sont restés incontestés pendant plus de 1 000 ans.
Andreas van Wesel (1514-1564), plus connu sous son nom latinisé de Vésale, a été parmi les premiers médecins à remettre en question l’autorité de Galien. Il est né au début du XVIe siècle au sein d’une importante famille de médecins hollandais qui avait longtemps servi les empereurs du Saint Empire romain germanique. Au début de sa carrière, Vésale a commencé à effectuer des dissections humaines, remettant en question la domination de Galien grâce aux résultats obtenus. Comme Galien n’avait jamais disséqué de cadavre humain, Vésale a publié des corrections à ses écrits, montrant de nombreux défauts nés de la comparaison aveugle entre les humains et les animaux.
EN CONTEXTE : LES ÉTUDES ANIMALES INFLUENCENT LA PENSÉE MÉDICALE ANCIENNE
La compréhension médiévale du système nerveux était fondamentalement limitée aux observations de l’anatomie animale, tempérée par les philosophies prévalant depuis l’Antiquité. L’influence du médecin grec Galien de Pergame (129-216 apr. J.-C.) sur la théorie et la pratique médicales a été dominante en Europe tout au long du Moyen Âge et à la Renaissance. Galien considérait que les meilleurs médecins étaient aussi des philosophes, et que la philosophie favorisait la médecine. Selon la tradition galénique, la maladie est le résultat d’un déséquilibre des fluides corporels, ou humeurs. En disséquant des veaux, Galien a remarqué un réseau de nerfs et de vaisseaux à la base du cerveau du veau, dont il a supposé à tort qu’il existait également chez l’homme. Galien appela cette zone le rete mirabile et affirma que c’était le site où les esprits vitaux se transformaient en esprits animaux de l’homme. Après l’avènement du christianisme, ces esprits ont été unifiés dans le concept d’une âme chrétienne, et les médecins ont débattu de la base de l’âme dans le corps humain, vraisemblablement dans le cœur ou le cerveau.
Influence sur d’autres domaines d’étude
L’une des premières découvertes en paléontologie a été rendue possible par l’utilisation de la morphologie comparative. En 1666, des pêcheurs italiens ont capturé un grand requin. Il fut envoyé à Niels Steensen (1648-1686), plus connu sous son nom italien, Nicolaus Steno, qui était un anatomiste danois travaillant à Florence. En examinant les dents du requin, Steno a remarqué qu’elles ressemblaient beaucoup à ce qu’on appelle des « pierres de langue », de petites pierres triangulaires que l’on trouve depuis longtemps dans la terre. Steno a réalisé que ces pierres étaient des dents de requin fossilisées, et qu’au fil du temps, la matière vivante avait été remplacée par de la pierre.
La morphologie comparative a également joué un grand rôle dans la première classification des espèces végétales et animales. Le naturaliste suédois Carl Linnaeus (1707-1778 ; également connu sous le nom de Carolus Linnaeus ou Carl Linné) a développé le premier système cohérent de classification des organismes, en particulier des plantes. Son système était basé sur les caractéristiques des organes sexuels mâles et femelles des plantes. Il les a regroupées par type puis a compilé des groupes plus larges basés sur des caractéristiques communes, en s’appuyant fortement sur la morphologie comparative. Les travaux de Linné ont permis de classer systématiquement un grand nombre de plantes et d’animaux, en se basant non pas sur des catégories artificielles (comme les animaux domestiques) mais sur des traits communs. Ses travaux ont constitué le fondement de la taxonomie moderne ; sa méthode de morphologie comparative est toujours le point de départ de la classification.
Connexions culturelles modernes
Comparer les caractéristiques d’un organisme à un autre aide les scientifiques à en apprendre davantage sur les deux. Bien que la logique décrète que ceux qui ont la morphologie la plus similaire sont les plus étroitement liés, la sélection naturelle donne parfois à des organismes non apparentés des formes similaires.
Les structures qui se développent de manière similaire parce qu’elles ont une origine commune sont dites homologues. Les appendices antérieurs de la plupart des mammifères constituent un type très large de structure homologue. Celles qui ne proviennent pas d’une origine similaire sont des structures analogues. Celles-ci se développent lorsqu’un environnement similaire exerce des pressions évolutives similaires sur des organismes différents ; par exemple, la forme similaire des dauphins et des poissons, ou les ailes des oiseaux et des chauves-souris. Un exemple frappant d’homologie évolutive (adaptation convergente) est la similitude entre les yeux des animaux de différents phylums zoologiques, comme les calmars et les pieuvres, qui sont des mollusques, et ceux des vertébrés, y compris les animaux et les humains.
La morphologie comparative fournit également un soutien à la théorie de l’évolution. En étudiant à la fois les organismes vivants et les fossiles de leurs ancêtres éteints, les zoologistes et les paléontologues peuvent tirer des conclusions sur leurs origines. En étudiant les fossiles, les scientifiques peuvent voir comment les éléphants ont évolué à partir de petits animaux sans trompe, ou comment les baleines ont évolué à partir de mammifères terrestres quadrupèdes, perdant leurs pattes arrière en s’adaptant à la vie dans la mer.
Certaines des preuves les plus solides de l’évolution proviennent des études comparatives – la comparaison des similitudes structurelles des organismes pour déterminer leurs relations évolutives. Les organismes présentant des caractéristiques anatomiques similaires sont supposés être relativement proches sur le plan évolutif, et on suppose qu’ils partagent un ancêtre commun. En conséquence de l’étude des relations évolutives, les similitudes et les différences anatomiques sont des facteurs importants pour déterminer et établir la classification des organismes.
Certains organismes ont des structures anatomiques qui sont très similaires dans le développement embryologique et la forme, mais très différentes dans la fonction. Ces structures sont appelées structures homologues. Comme ces structures sont très similaires, elles indiquent une relation évolutive et un ancêtre commun des espèces qui les possèdent. Un exemple clair de structures homologues est le membre antérieur des mammifères. Lorsqu’on les examine de près, les membres antérieurs des humains, des baleines, des chiens et des chauves-souris présentent tous une structure très similaire. Chacun d’eux possède le même nombre d’os, disposés presque de la même manière. Bien qu’ils aient des caractéristiques extérieures différentes et qu’ils fonctionnent de manière différente, le développement embryologique et les similitudes anatomiques de la forme sont frappants. En comparant l’anatomie de ces organismes, les scientifiques ont déterminé qu’ils partagent un ancêtre évolutif commun et, au sens de l’évolution, ils sont relativement proches.
D’autres organismes possèdent des structures anatomiques qui fonctionnent de manière très similaire mais qui sont très différentes sur le plan morphologique et du développement. On les appelle des structures analogues. Puisque ces structures sont si différentes, même si elles ont la même fonction, elles n’indiquent pas qu’il existe une relation évolutive, ni que les deux espèces partagent un ancêtre commun. Par exemple, les ailes d’un oiseau et d’une libellule ont la même fonction : elles aident l’organisme à voler. Cependant, si l’on compare l’anatomie de ces ailes, elles sont très différentes. L’aile de l’oiseau possède des os à l’intérieur et est recouverte de plumes, tandis que l’aile de la libellule est dépourvue de ces deux structures. Ce sont des structures analogues. Ainsi, en comparant l’anatomie de ces organismes, les scientifiques ont déterminé que les oiseaux et les libellules ne partagent pas d’ancêtre évolutif commun, ou que, au sens de l’évolution, ils sont étroitement liés. Des structures analogues sont la preuve que ces organismes ont évolué le long de lignes distinctes.
Les structures vestiges sont des caractéristiques anatomiques qui sont toujours présentes dans un organisme (bien que souvent réduites en taille) même si elles ne remplissent plus de fonction. Lorsqu’on compare l’anatomie de deux organismes, la présence d’une structure chez l’un et d’une structure apparentée, bien que vestigiale, chez l’autre est la preuve que les organismes partagent un ancêtre évolutif commun et que, au sens de l’évolution, ils sont relativement proches. Les baleines, qui ont évolué à partir de mammifères terrestres, ont des os de pattes arrière vestigiaux dans leur corps. Bien qu’elles n’utilisent plus ces os dans leur habitat marin, ils indiquent que les baleines partagent une relation évolutive avec les mammifères terrestres. Les humains ont plus de 100 structures vestigiales dans leur corps.
La morphologie comparative est un outil important qui aide à déterminer les relations évolutives entre les organismes et à savoir s’ils partagent ou non des ancêtres communs. Cependant, elle constitue également une preuve importante de l’évolution. Les similitudes anatomiques entre organismes soutiennent l’idée que ces organismes ont évolué à partir d’un ancêtre commun. Ainsi, le fait que tous les vertébrés possèdent quatre membres et des poches branchiales à un moment donné de leur développement indique que des changements évolutifs se sont produits au fil du temps, aboutissant à la diversité observée aujourd’hui.
Voir aussi Biologie : Botanique ; Biologie : Systèmes de classification ; Biologie : Morphologie comparée : Études de la structure et de la fonction ; Biologie : Concepts de l’hérédité et du changement avant l’essor de la théorie de l’évolution ; Biologie : Théorie de l’évolution ; Biologie : Paléontologie ; Biologie : Zoologie.
bibliographie
Sites Web
Université d’État de Californie, Stanislaus. Département de biologie. « Introduction à l’évolution : Anatomie comparée ». http://arnica.csustan.edu/biol3020/anatomy/anatomy.htm (consulté le 26 janvier 2008).
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Kenneth T. LaPensee
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