Cette grenouille est l'une des rares à avoir une dentition complète

De longs membres et des cornes spectaculaires surplombant ses yeux : la grenouille de Guenther est un amphibien des forêts andines brumeuses à l'allure inquiétante. Comme d'autres grenouilles marsupiales, cette espèce, connue sous le nom de Gastrotheca guentheri, évolue sur le versant ouest de la cordillère Occidentale à plus de 1 200 mètres d'altitude.

Mais sa caractéristique la plus étrange est ailleurs : elle possède un ensemble complet de dents.

Attendez. Les grenouilles ont des dents ? En fait, oui : la plupart des grenouilles en ont un petit nombre sur la mâchoire supérieure. Mais pratiquement aucune des 7 000 espèces de grenouilles vivantes connues n'a de dents le long de sa mâchoire inférieure. Exception faite, donc, de G. guentheri.

Malheureusement, cette espèce n'a pas été aperçue depuis 1996 - et même avant cela, elle a rarement été observée ou étudiée. Il existe peu de spécimens de cette espèce dans les collections des musées - moins de 30 spécimens ont été recensés dans le monde entier. Par voie de conséquence, aucune image réelle des dents elles-mêmes n'existait.

Cette absence de documentation a laissé de nombreuses questions en suspens, dont une très simple : à quoi ressemble la mâchoire de cette grenouille si singulière ?

Daniel Paluh, herpétologue suivant un doctorat à l'Université de Floride, a voulu combler ce manque de connaissances. Avec des collègues du Florida Museum of Natural History, il a utilisé un scanner micro-CT pour scruter les crânes de six spécimens de G. guentheri conservés pendant des décennies dans de l'alcool.

Les images et l'analyse en résultant ont été publiées le 10 novembre dans la revue Evolution. C'est le premier aperçu en profondeur des mâchoires et des dents de l'espèce.

DENTS PERDUES ET RETROUVÉES

L'étude permet également de résoudre d'autres énigmes. Il y a environ 230 millions d'années, les ancêtres des grenouilles modernes ont perdu leurs dents le long de leur mâchoire inférieure de manière définitive. Alors pourquoi cette grenouille a-t-elle des dents, et comment sont-elles apparues ?

Pour commencer, Paluh et ses collègues ont démontré que ces dents sont en effet authentiques et formées de tissu osseux appelé dentine et recouvertes d'émail, réfutant les suggestions selon lesquelles ces structures étaient peut-être des « pseudo-dents ». Les chercheurs ont également découvert que ces dents, provenant du Musée d'histoire naturelle de l'Université du Kansas, ressemblaient beaucoup aux dents observées le long de la mâchoire supérieure d'autres grenouilles marsupiales.

Ces résultats fournissent des preuves permettant de réfuter une théorie de l'évolution centenaire connue sous le nom de loi d'irréversibilité du développement de Dollo. Développée par le paléontologue Louis Dollo, cette théorie veut qu'une fois qu'un trait est perdu dans un groupe d'organismes, il disparaît de manière inéluctable. Un organisme ne peut pas ré-évoluer pour retrouver une caractéristique que son ancêtre avait perdu. De fait les humains n'ont plus les caractéristiques distinctives de leurs plus lointains ancêtres, comme le fait d'avoir une queue préhensile.

La logique de la théorie de Dollo semble inébranlable. Pourtant, des biologistes évolutionnistes ont fait mentir cette théorie de l'évolution, exemples à l'appui : des lézards redéveloppant la ponte aux phasmes perdant puis regagnant des ailes.

Mais la réapparition de dents chez G. guentheri pourrait être le cas le plus improbable de réévolution connu à ce jour. En 2011, le biologiste évolutionniste John Wiens a étudié les relations évolutives entre 170 espèces différentes de grenouilles pour créer une chronologie entre le moment où les grenouilles ont perdu leurs dents inférieures il y a 230 millions d'années et le moment où G. guentheri aurait retrouvé ses dents. 

Il a découvert que les dents n'étaient réapparues qu'il y a environ 20 millions d'années, un laps de temps « sans précédent » entre la perte d'un trait et sa réapparition.

Wiens, qui travaille actuellement à l'Université de l'Arizona et n'a pas pris part à l'étude parue dans Evolution, pense que G. guentheri avait un avantage : elle disposait toujours d'un réseau fonctionnel de gènes pour faire pousser des dents le long de sa mâchoire supérieure.

« Ce n'est pas comme si elle devait repartir de zéro », souligne Wiens. « Il s'agit simplement de les refaire pousser à un endroit où elles n'ont pas été depuis 200 millions d'années. »

Ce processus aurait probablement été impossible chez d'autres amphibiens, comme les crapauds, qui sont complètement édentés. John Abramyan, un biologiste de l'Université du Michigan-Dearborn qui n'a pas non plus pris part à l'étude, a récemment étudié les gènes liés à l'émail chez les crapauds, qui ont complètement perdu leurs dents il y a environ 60 millions d'années. Il a découvert que les gènes avaient essentiellement dégénéré en pseudogènes sur des millions d'années.

« Ces gènes sont essentiellement sans emploi » et non fonctionnels, indique Abramyan. « [Mais] puisque la plupart des grenouilles ont encore des dents au niveau de la mâchoire supérieure, elles ont théoriquement tous les outils pour fabriquer une dent fonctionnelle, donc c'est un moindre saut évolutif. »

PUZZLE ÉVOLUTIF

Néanmoins, cela ne nous dit pas pourquoi ni comment cette espèce a retrouvé ses dents inférieures, bien que son régime alimentaire joue certainement un rôle. En tant que principal outil utilisé par les animaux pour mordre et mâcher leur nourriture, les dents sont souvent façonnées par les aliments disponibles. 

Le penchant de la plupart des grenouilles pour les petits insectes et l'utilisation de leurs langues collantes pour attraper leurs proies ont rendu les dents moins importantes pour certaines espèces. Cependant, G. guentheri possède un régime alimentaire qui comprend des proies aussi grosses que les lézards et d'autres grenouilles. Lorsque vous vous attaquez au gros gibier, il peut être utile d'avoir des dents plus basses pour coincer les proies qui se tortillent.

Mais si les dents ont réapparu pour aider G. guentheri à engloutir des proies plus grosses, pourquoi cela n'a-t-il pas été aussi le cas pour d'autres grenouilles carnivores ? Certaines grenouilles, comme les volumineuses grenouilles « Pacman » d'Amérique du Sud, arborent des crocs le long de leur mâchoire inférieure. Mais ces crocs sont des pseudo-dents, des extensions osseuses de la mandibule, dépourvues à la fois de dentine et d'émail.

Certaines réponses pourraient se cacher au niveau embryonnaire, selon Alexa Sadier, biologiste évolutionniste à l'Université de Californie à Los Angeles. Spécialisée dans l'évolution des dents chez les chauve-souris, elle a récemment passé en revue plusieurs cas où des traits perdus sont restés dans les premiers stades de développement. Elle pense que comparer le développement de G. guentheri avec les embryons d'autres espèces de grenouilles pourrait aider à mieux comprendre comment et quand les gènes activent ou désactivent la formation de dents.

Paluh espère également effectuer des travaux génétiques sur le développement de la grenouille, mais les embryons de l'espèce sont une chose rarissime - un spécimen vivant de G. guentheri n'a pas été observé dans la nature depuis 1996, pas même dans les contreforts volcaniques humides de Cotacachi Cayapas, en Équateur, où l'espèce prospérait autrefois. Bien qu'on en sache peu sur ces grenouilles, on sait que leur nombre a diminué à mesure que l'agriculture et l'exploitation forestière ont grignotté les forêts équatoriennes et colombiennes. D'aucuns craignent que l'espèce ne soit déjà éteinte.

Cependant, la redécouverte soudaine d'une grenouille présumée éteinte n'est pas sans précédent. En 2018, par exemple, des chercheurs ont trouvé une grenouille marsupiale cornue (Gastrotheca cornuta) qui n'avait pas été observée depuis treize ans dans les mêmes forêts équatoriennes où G. guentheri a déjà été observé.

Daniel Paluh espère que G. guentheri réapparaîtra également, notamment parce que des échantillons vivants de cet amphibien seront cruciaux pour résoudre cette énigme évolutive.