Le squelette est une charpente intérieure sur laquelle s’attachent les muscles. Les os qui le composent sont unis entre eux par des articulations. Cet ensemble impose la forme générale du corps.
Le tissu osseux et le tissu cartilagineux sont les composantes majeures du squelette.
Le cartilage croit rapidement en conservant une grande rigidité. Cette propriété est particulièrement favorable pour le développement de l’embryon et la croissance des os longs des membres. La plus grande partie du squelette est en premier lieu formée de cartilage, remplacé ultérieurement par de l’os.
Le cartilage constitue de façon définitive le squelette des « poissons » cartilagineux actuels tels que les requins.
Os longs
Les tissus osseux, par une importante calcification, constituent un matériau résistant aux tensions et aux compressions tout en restant légers. La matrice osseuse est constamment détruite et reconstruite.
La colonne vertébrale est un organe de soutien. Elle est constituée d’une succession de pièces cartilagineuses ou osseuses : les vertèbres. Elles sont le plus souvent composées d’un corps vertébral et d’un arc neural protégeant la moelle épinière.
Chez les Tétrapodes, les vertèbres successives s’articulent entre elles de sorte que la colonne vertébrale soit à la fois rigide et flexible.
Les Vertébrés vivant sur la terre ferme ont dû faire face à la gravité et de ce fait, des modifications importantes de la colonne vertébrale ont été sélectionnées.
La régionalisation de la colonne vertébrale s’est complexifiée au cours de l’évolution. En effet, la colonne vertébrale des « poissons » n’est constituée que de 2 régions : l’une antérieure portant des côtes, l’autre postérieure sans côte.
Le passage de la vie aquatique à la vie terrestre a été rendu possible par la liaison du bassin à la colonne vertébrale au niveau d’une ou de plusieurs vertèbres appelées vertèbres sacrées.
Chez les Amniotes (Reptiles-Oiseaux-Mammifères), la différenciation d’un cou mobile est à corréler à l’apparition de vertèbres cervicales à côtes réduites ou absentes et de vertèbres thoraciques à côtes bien développées dont certaines atteignent le sternum (pièce squelettique impaire ventrale).
Quant aux Mammifères, leurs vertèbres sacrées sont soudées formant le sacrum, associé au bassin. Chez l’Homme et les Grands Singes (sans queue), les vertèbres caudales se soudent pour former le coccyx.
Enfin chez les Oiseaux, les vertèbres sacrées se soudent aux vertèbres lombaires, aux dernières vertèbres thoraciques et aux premières vertèbres caudales en une pièce osseuse le synsacrum. Ce dernier est lui-même soudé au bassin. Par ailleurs, les dernières vertèbres caudales sont soudées et portent les grandes plumes caudales.
L’articulation du crâne à la colonne vertébrale qui permet une grande mobilité de la tête ne s’observe que chez les Amniotes (Reptiles-Oiseaux-Mammifères). Chez les Amphibiens, la mobilité de la tête est réduite ; chez les « Poissons » la tête et le tronc sont solidaires.
Il est constitué de 2 parties : le neurocrâne et le splanchnocrâne.
Le neurocrâne est une enveloppe rigide protégeant le cerveau et les organes sensoriels : olfactifs, visuels et auditifs. Il présente un orifice à l’arrière où passe la moelle épinière.
Le splanchnocrâne entoure et soutient les cavités buccale et pharyngienne. Ainsi chez les « poissons », il englobe les mâchoires et les os soutenant les branchies. Chez les vertébrés terrestres, il constitue une partie du squelette de la face et du cou.
Les membres observés ci-dessus sont différents et assurent une diversité des types de locomotion. Cependant, ils n’appartiennent qu’à deux types de structures : la nageoire et le membre chiridien (chiros : mouvement en grec).
Ce sont des replis de peau soutenus par des rayons squelettiques. L’émergence des nageoires paires a probablement contribué au succès des animaux les possédant en leur permettant de chasser plus efficacement leurs proies.
Les « poissons » à nageoires charnues, très abondants il y a 350 à 400 Ma, ne sont plus représentés que par 2 groupes : les Dipneustes et les Cœlacanthes. Ce sont les plus proches parents des premiers Tétrapodes (Vertébrés à 4 pattes).
Les membres chiridiens dérivent vraisemblablement des nageoires paires des « poissons ».
Vers -365 Ma, l’apparition du membre chiridien chez les premiers Tétrapodes constitue une étape fondamentale de l’histoire des Vertébrés.
Ce changement avec d’autres modifications anatomiques a rendu possible la conquête des continents.
Durant cette période, une grande diversité de « poissons » à nageoires charnues vivait dans des eaux peu profondes, pauvres en O2. Ils utilisaient leurs poumons pour respirer. L’abondance des végétaux encombrant les milieux aquatiques peu profonds, les « poissons » s’y déplaçaient probablement grâce à leurs robustes nageoires.
La découverte de fossiles datant de cette époque, en particulier le fossile de Tiktaalik rosae a permis de reconstituer la transition progressive des nageoires aux membres chiridiens.
Les os de ses nageoires antérieures sont disposés selon le modèle observé chez tous les Tétrapodes laissant penser qu’il pouvait se soulever lorsqu’il était dans l’eau.
Contrairement aux idées reçues, l’apparition du membre chiridien est antérieure à la conquête de la terre ferme. En effet, les premiers Tétrapodes sont avant tout des animaux aquatiques vivant en eaux peu profondes. Leurs membres horizontaux ressemblaient à des pagaies, les articulations entre les 3 segments étaient assez peu mobiles.
L’évolution de la disposition du membre chiridien par rapport au corps a permis aux Tétrapodes de s’affranchir progressivement du milieu aquatique.
Chez la plupart des amphibiens fossiles et chez les reptiles actuels, les membres se plient en Z et soulèvent le corps au-dessus du sol. Cette organisation ne permet qu’une marche lente et requiert une musculature puissante.
Le membre dressé des Mammifères présente des avantages pour la locomotion, il agit comme un ressort. Le soulèvement du corps n’exige plus une musculature puissante. L’allègement des masses musculaires et une meilleure utilisation des bras de levier permettent d’accroitre l’enjambée.
La multitude des structures du membre chiridien a entrainé une diversité des modes de locomotion (courses, saut, vols …). Ainsi, les vertébrés ont colonisé de nombreux milieux.
L’adaptation à la course chez les Mammifères a nécessité au moins 3 modifications essentielles.
- L’allongement des membres permettant d’augmenter la longueur de la foulée.
- La réduction du nombre de doigts (particulièrement marquée chez les onguligrades).
- Le relèvement de l’autopode permettant une course plus rapide.
les différentes structures de pattes
Elle est caractérisée par une patte postérieure en forme de « Z » avec une longueur équivalente pour les 3 segments assurant des mouvements de « flexion-extension ».
L’adaptation au vol a nécessité la transformation du membre antérieur en aile et plus particulièrement une transformation de l’autopode. Les trois métacarpiens ont fusionné et les doigts de la main sont inclus dans l’aile.
De plus, le squelette s’est allégé (les os présentent souvent une structure interne lacunaire) tout en conservant sa résistance pour le décollage et l’atterrissage.
La chauve-souris (Mammifère) possède une main à 5 doigts : 4 doigts soutiennent un repli cutané appelé patagium, le 1er doigt reste libre.
Les otaries et les phoques (Mammifères) qui se déplacent à terre ont conservé leurs membres postérieurs. En revanche, ces derniers ont disparu chez les Dauphins (Mammifères), exclusivement aquatiques.
Les membres antérieurs de ces Mammifères sont aplatis en palettes natatoires. Ils participent à la direction et à l’équilibration.
Tous les membres pairs ont disparu chez les espèces rampantes et fouisseuses telles que les Serpents… Toutefois, des vestiges de membres postérieurs sont présents chez quelques Serpents actuels : les Boas, les Pythons….
Elle est associée à une réduction de la longueur des bras par rapport aux jambes et à un allongement du fémur. Le gros orteil est large et non opposable aux autres orteils du pied.
De plus, la colonne vertébrale présente une cambrure spécifique avec 4 courbures. Elle permet d’amortir les chocs et les tensions engendrés par la marche bipède. Le trou occipital (orifice par lequel passe des artères, des nerfs et la moelle épinière) est situé au centre sous le crâne.
Les ceintures sont des structures qui permettent d’articuler les membres à la colonne vertébrale. C’est à leur niveau que s’insère la partie la plus importante de la musculature des membres. Elles régressent avec la disparition des membres (serpent).
La ceinture pectorale relie les membres antérieurs à la colonne vertébrale. La ceinture pelvienne relie les membres postérieurs à la colonne vertébrale.