Molécules & morphologie: L’évolution de la fonction

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2 Molécules & morphologie: L’évolution de la fonction
venimeuse chez les squamates Morsure de crotale (Crotalus atrox) Nicolas VIDAL UMR 7138 Département S&E MNHN

3 Phylogénie des Tétrapodes
Oiseaux Crocodiles Tortues Lepidosauria Mammifères Grenouilles Salamandres Cécilies

4 Lepidosauria - Sphenodontida (2 sp.) Squamata (8400 sp.)
Sphenodon punctatus - Sphenodontida (2 sp.) Squamata (8400 sp.) - serpents (3150 sp.) - ‘lézards’ (5080 sp.) - amphisbènes (170 sp.)

5 Scolecophidia Alethinophidia

6 Vidal, Rage, Couloux & Hedges (2009)
Caenophidia Alethinophidia (106 MYA) Vidal, Rage, Couloux & Hedges (2009) Serpentes in ‘The timetree of life’ (9 gènes nucléaires)

7 Alethinophidia, Caenophidia
Erythrolamprus aesculapii (Xenodontinae) Micrurus lemniscatus (Elapidae) Alethinophidia, Caenophidia

8 Alethinophidia, Caenophidia
Oxybelis aeneus (Colubrinae) Xenoxybelis argenteus (Xenodontinae) Alethinophidia, Caenophidia

9 CAENOPHIDIA (2620 sp.) Acrochordidae Atractaspididae Elapidae
Viperidae ‘Colubridae’

10 A. V. P. A.

11 (Atractaspis, Homoroselaps)
ATRACTASPIDIDAE 70 sp. Atractaspidinae (Atractaspis, Homoroselaps) Solénoglyphe, protéroglyphe Aparallactinae (‘Colubridae’ africains) Aglyphe, opisthoglyphe

12 Atractaspis microlepidota
Amblyodipsas polylepis

13 ELAPIDAE 340 sp. Elapinae Hydrophiinae Protéroglyphe
Afrique, Asie, Amérique Hydrophiinae marins terrestres (Australie, Papouasie Nelle Guinée, Mélanésie) Protéroglyphe

14 Ophiophagus hannah Laticauda colubrina

15 Azemiopinae (Azemiops) Viperinae (incl. Causus)
VIPERIDAE 270 sp. Crotalinae (‘pitvipers’) Azemiopinae (Azemiops) Viperinae (incl. Causus) Solénoglyphe

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17 ‘COLUBRIDAE’ 1940 sp. Colubrinae Natricinae Xenodontinae Pareatinae Xenodermatinae Lamprophiinae Homalopsinae Psammophiinae ……….. Aglyphe, opisthoglyphe

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19 Protéroglyphe Solénoglyphe Aglyphe, opisthoglyphe Protéroglyphe Solénoglyphe Aglyphe, opisthoglyphe

20 Vidal et al. 2007. CR Biologies
A.V.P.A. (Systématique) Vidal et al CR Biologies

21 A: aglyphe O: opisthoglyphe A, O O A, O A, O A A, O A, O O A A
Atractaspis micropholis A, O Atractaspidines Homoroselaps lacteus Aparallactus werneri Pseudaspis cana Psammophylax variabilis O Rhamphiophis oxyrhynchus Psammophiines Malpolon monspessulanus Mimophis mahfalensis Lamprophiids Leioheterodon madagascariensis Duberria lutrix A, O Psammodynastes pulverulentus Lamprophis fuliginosus Bothrophthalmus lineatus Mehelya capensis Lycophidion ornatum Elapsoidea semiannulata Dendroaspis angusticeps Elapids Laticauda colubrina Bungarus fasciatus Micrurus surinamensis Rhinobothryum lentiginosum A, O Macroprotodon cucullatus Colubrids Phyllorhynchus decurtatus Hapsidophrys smaragdina A Calamaria pavimentata Rhabdophis subminiatus Xenochrophis flavipunctatus A, O Natriciteres olivacea Natricids Natrix natrix Sinonatrix annularis Alsophis cantherigerus Sibon nebulata A, O Leptodeira annulata Dipsadids Diadophis punctatus Pseudoboa nigra Pseudoxenodontids Pseudoxenodon karlschmidti Grayia ornata Enhydris enhydris O Homalopsids Homalopsis buccata Erpeton tentaculatum Causus resimus Atheris squamigera Viperids Cerastes cerastes Bothriechis schlegelii Azemiops feae A Pareas carinatus Pareatids Aplopeltura boa A Xenodermus javanicus Xenodermatids Stoliczkaia borneensis Acrochordus granulatus A: aglyphe O: opisthoglyphe

22 Dipsadidae (700 sp.) Vidal et al., MPE (2000)

23 Aglyphe Opisthoglyphe => Termes inutiles

24 Aglyphe et opisthoglyphe:
pas de dents maxillaires agrandies dents agrandies à l’avant max. dents agrandies à l’arrière max. dents agrandies à l’avant/arrière max. dents agrandies au milieu/arrière max. dents agrandies au milieu max. sillons sur toutes les faces des dents deux dents agrandies: sillon => Termes inutiles (encore)

25  Anthony (1955)

26 Crochets & dents maxillaires agrandies
sont homologues Vonk et al. Nature 2008 Evolutionary origin & development of snake fangs

27 Glandes venimeuses Cellules séreuses Cellules muqueuses

28 Glande de Duvernoy (séreuse + muqueuse) Séreuse
Homologue des glandes venimeuses Absente Mixte (séreuse + muqueuse) Séreuse # agrandissement des dents

29 dents postérieures agrandies
Caenophidia sans A.V.P.A. (‘Colubridae’) 100/117 sp. étudiées: une glande de Duvernoy bien différenciée 134/177 sp: dents postérieures agrandies (93 avec sillons) Taub (1967)

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31 Envenimations locales ou systémiques: +100 sp.
Caenophidia sans A.V.P.A. (‘Colubridae’) Envenimations mortelles: 5 sp., 5 genres Envenimations locales ou systémiques: +100 sp. “aglyphe” “opisthoglyphe” Plusieurs familles

32 Denture max. différenciée
Venimosité ‘Modèles’ mammaliens inadéquats Autres indices: Cellules séreuses Denture max. différenciée

33 S D 630 A.V.P.A. Absence Venimeux 630+1900
Dipsadids Natricids A.V.P.A. Colubrids Atractaspidines Protéroglyphe Lamprophiines Psammophiines Absence Elapids Homalopsids D Viperids S Venimeux Pareatids Xenodermatids S : Cellules séreuses supralabiales D : Denture maxillaire différenciée Vidal, J. Tox., Vidal & David, MPE Vidal et al CR Biologies

34 Fry, Scheib, Norman, van der Weerd, Young, McNaughtan, Ramjan,
Vidal, Poelmann, Norman Evolution of an arsenal: structural & functional diversification of the venom system in the advanced snakes (Caenophidia) Molecular & Cellular Proteomics, 2008

35 1. L’ appareil venimeux est apparu tôt 2. Bricolage intensif 3. Caenophidia sans A.V.P.A. à étudier (1940 sp./3150 serpents)

36 Lepidosauria - Sphenodontida (2 sp.) Squamata (8400 sp.)
Sphenodon punctatus - Sphenodontida (2 sp.) Squamata (8400 sp.) - serpents (3150 sp.) - ‘lézards’ (5080 sp.) - amphisbènes (170 sp.)

37 Lézards venimeux Helodermatidae (2 sp.) Amérique du Nord et Centrale
Heloderma suspectum Amérique du Nord et Centrale Glandes venimeuses mandibulaires => Venin apparu 2X chez les squamates

38 Lee et al., dans Assembling the tree of life, Oxford, 2004
Comportement Morphologie Physiologie Ecologie Conséquences 1500 sp. 6900 sp. Mâchoires Langue Pianka & Vitt, PNAS 2005 Lee et al., dans Assembling the tree of life, Oxford, 2004 Vitt et al., History and ecology of squamates, Am. Nat. 2003 Evans, The early history of lizards, Biol. Rev. 2003 Pough et al., Herpetology, Prentice Hall, 2003 Vitt & Pianka, Lizards, Univ. California Press, 2003 Zug et al., Herpetology, Academic Press, 2001 Schwenk, Feeding, Academic Press, 2000

39 Vidal & Hedges, 2009. C.R. Biologies

40 Fry, Vidal, Norman, Vonk, Scheib, Ramjan, Kuruppu, Fung,
T O X I C F E R A Mucous Fry, Vidal, Norman, Vonk, Scheib, Ramjan, Kuruppu, Fung, Hedges, Richarson, Hodgson, Ignjatovic, Summerhayes, Kochva Early evolution of the venom system in lizards and snakes Nature 2006

41 Anguimorpha Varanidae étudiés Prédateurs de grosses proies
(Varanidae, Helodermatidae, Anguidae, Xenosauridae, Shinisauridae) Varanidae étudiés Varanus glauerti Prédateurs de grosses proies

42 Iguania Iguanidae Chamaeleonidae La plupart: insectivores
(Iguanidae, Agamidae, Chamaeleonidae) Iguanidae Chamaeleonidae Iguana delicatissima Furcifer pardalis La plupart: insectivores Certains herbivores Certains prédateurs de grosses proies => Toxines relictuelles

43 Le venin est apparu 1X chez les Squamates
(~170 MYA, Jurassic): TOXICOFERA (4900/8400 sp. = 58% des squamates) Anguimorpha (Varanidae, Helodermatidae): Glandes supralabiales perdues Glandes venimeuses infralabiales Iguania: Petites glandes séro/muqueuses supra et infralabiales Serpentes: Caenophidia: glandes venimeuses supralabiales glandes infralabiales muqueuses Autres: glandes supralabiales muqueuses glandes infralabiales variées => Serpents non caenophidiens, iguanes, & anguimorphes (anguidae) à étudier