Les oreilles externes des humains pourraient avoir évolué à partir des branchies de poissons préhistoriques, selon une nouvelle étude. Des expériences de modification génétique indiquent que le cartilage des branchies de poissons a migré vers le canal auditif il y a des millions d'années au cours de notre évolution. Les chercheurs suggèrent que les racines évolutives des oreilles externes pourraient remonter encore plus loin aux invertébrés marins anciens, tels que les limules.
La recherche fournit un aperçu des origines des oreilles externes, qui sont uniques aux mammifères. Gage Crump, professeur de biologie des cellules souches et médecine régénérative à l'Université de Californie du Sud et co-auteur de l'étude, a déclaré : « Lorsque nous avons commencé le projet, l'origine évolutive de l'oreille externe était une boîte noire complète. »
Des découvertes antérieures avaient établi que nos oreilles moyennes, situées derrière le tympan et composées de trois petits os, provenaient des os de la mâchoire de poissons anciens. Cette transformation des structures anatomiques a incité les chercheurs à se demander si l'oreille externe cartilagineuse dérivait également d'une structure de poisson ancestrale.
Les oreilles externes humaines, ainsi que celles d'autres mammifères, contiennent un sous-type de cartilage connu sous le nom de cartilage élastique, qui est plus flexible que le cartilage hyalin ou le fibrocartilage présents dans le nez humain et les disques entre nos vertèbres, respectivement.
Une découverte clé reliant les oreilles externes humaines aux poissons était la présence de cartilage élastique dans les branchies de poissons. Crump a déclaré : « Lorsque nous avons commencé l'étude, il y avait très peu d'informations sur l'existence du cartilage élastique en dehors des mammifères. »
En utilisant des colorants protéiques, les chercheurs ont trouvé que les branchies de poissons zèbres (Danio rerio), de saumons atlantiques (Salmo salar) et de trois autres espèces de poissons contiennent du cartilage élastique. Cela indique que le cartilage élastique est une caractéristique commune parmi les poissons osseux modernes, comme le rapportent les chercheurs dans l'étude publiée le 9 janvier dans la revue Nature.
Les scientifiques ont ensuite examiné le lien évolutif entre le cartilage élastique dans les branchies de poissons et les oreilles externes des mammifères. Comme le cartilage élastique ne se conserve pas bien dans les fossiles, ils ont utilisé des indices moléculaires à la place. Ils ont examiné des éléments de contrôle génétique connus sous le nom de « régulateurs », qui sont de courtes séquences d'ADN qui activent les gènes associés lorsqu'elles sont liées à des protéines spécifiques.
En raison de la nature hautement spécifique des tissus des régulateurs génétiques, les chercheurs ont facilement détecté leur activité. Pour évaluer si l'activité des régulateurs — et donc la régulation génique — était similaire dans les branchies de poissons et les oreilles externes humaines, Crump et ses collègues ont inséré des régulateurs d'oreille externe humaine dans les génomes de poissons zèbres, déclenchant une activité dans les branchies.
Dans une expérience inverse, ils ont inséré des régulateurs associés aux branchies de poissons zèbres dans les génomes de souris et ont observé une activité dans les oreilles externes des souris. D'autres expériences avec des têtards et des lézards anoles verts (Anolis carolinensis) ont montré que les amphibiens et les reptiles ont également hérité de leurs structures de branchies et d'oreilles des poissons. Chez les lézards, l'activité des régulateurs était située dans le canal auditif, ce qui indique que le cartilage élastique a commencé à migrer des branchies vers l'oreille externe il y a environ 315 millions d'années, lorsque les reptiles sont apparus.
Les résultats suggèrent que des éléments d'un programme de développement des branchies ancestrales ont été réutilisés plusieurs fois au cours de l'évolution des vertébrés pour produire des structures de branchies et d'oreilles diverses. L'équipe a également identifié un régulateur dans les cellules de limule qui a déclenché une activité dans les branchies de poissons zèbres, indiquant que nos oreilles externes pourraient avoir des racines évolutives plus profondes que précédemment reconnues.
Bien que d'autres recherches soient nécessaires pour confirmer l'étendue de ces racines, Crump a déclaré : « Ce travail fournit un nouveau chapitre à l'évolution de l'oreille des mammifères. »