Thèse Mécanique de la Morphogenèse Dentaire chez les Tétrapodes Fossiles H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Claude Bernard Lyon 1 École doctorale : E2M2 - Evolution Ecosystèmes Microbiologie Modélisation Laboratoire de recherche : LGL TPE - Laboratoire de Géologie de Lyon : Terre, Planètes et Environnement Direction de la thèse : Régis CHIRAT ORCID 0000000328500587 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-09T23:59:59 Les dents sont des exemples d'organes ectodermiques dont le développement implique des interactions épithélio-mésenchymateuses. L'abondante littérature consacrée à l'odontogenèse montre que les mécanismes génétiques et les voies de signalisation associées sont remarquablement conservés des téléostéens aux mammifères. Ce conservatisme, qui s'étend sur près de 450 millions d'années d'évolution contraste avec l'exceptionnelle diversité morphologique des dents. Si cette diversité est classiquement expliquée en terme d'évolution de la régulation génétique, le rôle de la biomécanique dans la morphogenèse et la diversité dentaire demeure très largement sous-exploré.

La morphogenèse biologique n'implique pas seulement des mécanismes génétiques et de vastes réseaux moléculaires, mais aussi des déformations mécaniques. La croissance différentielle des tissus à des échelles micro- et macroscopiques, en induisant des incompatibilités de longueurs et de surfaces, génère ainsi des contraintes mécaniques de compression, tension ou torsion à l'origine d'instabilités mécaniques analogues à celles observées dans des systèmes physiques. Ces instabilités sont ainsi impliquées dans la morphogenèse de nos propres organes tels le cerveau, le coeur, les poumons, les intestins ou les yeux. De rares travaux ont récemment démontré que ce type d'instabilité mécanique est également impliqué dans l'odontogenèse précoce. Le rôle majeur de ces instabilités mécaniques a été révélé dans le cas de la morphogenèse des coquilles de mollusques, travaux offrants un cadre analytique nouveau pour l'étude de la morphogenèse dentaire.

En effet, tout comme les coquilles de mollusque, les dents sont des structures minéralisées qui grandissent de façon accrétionnaire à partir de tissus élastiques. Elles arborent une grande diversité de formes et motifs de « signature » mécanique : des rides, des stries de profils variés, sinusoïdaux ou cycloïdaux, parfois parallèles ou obliques par rapport à l'axe principal de la dent, des serrations, des replis de l'émail ou des replis internes de la dentine formant des motifs radiaux, parfois « labyrinthiques » d'une surprenante complexité. Si ces structures ont été bien documentées dans la littérature, elles n'ont jusqu'à présent été interprétées que sous un angle fonctionnel ou phylogénétique.

Cette thèse se propose d'élucider en partie les bases mécaniques de la morphogenèse dentaire de vertébrés actuels et fossiles à travers l'analyse de ces motifs structuraux. L'un des buts de ce projet et de fournir une analyse détaillée de structures internes et externes des dents appartenant à différentes lignées de tétrapodes fossiles et actuels (e.g. temnospondyles, crocodiliens, ichtyosaures, dinosauriens, synapsides). Les récentes avancées en tomographie, notamment via la micro-tomographie (micro-CT), offrent désormais un accès non destructif à la structure interne des dents, à une résolution dépassant celle disponible jusqu'alors via les scanners médicaux, tout en autorisant l'acquisition rapide de données sur un grand nombre de spécimens. Ces techniques seront mises à profit pour étudier la forme des dents d'un point de vue dynamique, grâce à des empilements d'images sérielles haute résolution, permettant de reconstruire les trajectoires ontogénétiques. La croissance et la minéralisation se faisant de façon accrétionnaire, observer une dent de façon dynamique comme un diagramme spatiotemporel depuis les stades initiaux revient à lire l'histoire de l'émergence et des modifications de sa forme au cours de son développement. Ce travail doit poser des bases analytiques pour de futures approches théoriques potentiellement menées en collaboration avec des mathématiciens se consacrant à la morphogenèse biologique et avec qui des contacts et collaborations sont établis depuis plus de 15 ans dans le cadre de l'étude de la morphogenèse des coquilles de mollusques.
Longtemps marginalisée par l'essor de la génétique puis de la biologie moléculaire, la mécanique de la morphogenèse biologique connaît un regain d'intérêt marqué depuis deux décennies, stimulé notamment par une dynamique de collaborations interdisciplinaires. Ce regain d'intérêt est plus fondamentalement animé par la prise de conscience que la biomécanique constitue un verrou scientifique à lever pour fournir une explication mécaniste du développement des formes, aborder la question centrale des relations génotype-phénotype, et dans une perspective de biologie évolutive du développement (Evo-Devo), dévoiler les « règles de construction » propres au développement sous-tendant l'évolution morphologique.

Des instabilités mécaniques sont ainsi impliquées dans la morphogenèse de nos propres organes tels le cerveau, le coeur, les poumons, les intestins ou les yeux (Savin et al. 2011 ; Shyer et al. 2013 ; Varner et al. 2015 ; Tallinen et al. 2016 ; Le Garrec et al. 2017 ; Lee et al. 2021). De rares travaux ont récemment démontré que ce type d'instabilité mécanique est également impliqué dans l'odontogenèse précoce (Calamari et al. 2018). Le rôle majeur des instabilités mécaniques a été révélé dans le cas de la morphogenèse des coquilles de mollusques (Chirat et al. 2013, 2021; Moulton et al., 2020, 2025). Un aspect central de ces travaux a été de considérer simultanément la croissance du corps élastique du mollusque et celle de la coquille calcifiée. Ceci a permis de mettre en lumière une dynamique complexe impliquant une boucle de rétroaction dans laquelle les déformations mécaniques du corps de l'animal sont enregistrées durant la croissance accrétionnaire et la calcification de la coquille, coquille qui en retour détermine en partie la configuration d'équilibre du corps élastique à l'incrément suivant et les formes qui en émergent selon un processus itératif. La coquille est ainsi impliquée dans la dynamique sous-tendant sa propre morphogenèse. Ces travaux sur les bases mécaniques de la morphogenèse de structures minéralisées offrent un cadre analytique nouveau pour l'étude de la morphogenèse dentaire. C'est dans ce contexte scientifique que nous déposons ce sujet de thèse sur les « Bases mécaniques de la morphogenèse dentaire chez les tétrapodes fossiles ».
Identifier des instabilités mécaniques impliquées dans la morphogenèse dentaire de tétrapodes fossiles Restitution de la cinétique de développement des dents de tétrapodes fossiles grâce aux méthodes de micro-tomographie