Enfoui sous la peau coriace du pied d’un éléphant se trouve l’un des mystères méconnus de l’anatomie. Il y a trois cents ans, un chirurgien a affirmé que les éléphants avaient six orteils au lieu des cinq habituels, déclenchant un débat sur la question de savoir si un chiffre supplémentaire était vraiment possible. Les anatomistes modernes se sont moqués de l’idée, insistant plutôt sur le fait que l’orteil supplémentaire n’était vraiment qu’un gros morceau de cartilage. Maintenant, une étude de dizaines de pieds d’éléphant montre que la masse se transforme vraiment en os. Le chiffre n’est pas un vrai orteil — il ressemble plus au faux pouce d’un panda. Mais il aide néanmoins à soutenir la puissante circonférence du pachyderme.

Chez les éléphants, « la structure unique du pied doit clairement être considérée comme une innovation clé », explique Matthew Vickaryous, morphologue des vertébrés à l’Université de Guelph au Canada, qui n’a pas participé à l’étude. « Le pied d’éléphant est trompeusement complexe. »

Le pouce supplémentaire du panda géant est un exemple célèbre de l’inventivité de l’évolution. Le vrai pouce de l’animal ne ressemble qu’au reste de ses doigts et, ensemble, ils forment une patte à cinq griffes. Mais en plus, les pandas ont un chiffre légèrement opposable bas sur le bord intérieur de la patte qui les aide à saisir le bambou. Ce « pouce » n’est vraiment qu’un sésamoïde, un morceau d’os qui se forme généralement à l’intérieur des tendons et des ligaments où ils croisent les articulations. La genouillère est un exemple de sésamoïde. Mais chez le panda, le sésamoïde à la base extérieure du vrai pouce s’est agrandi, prenant une identité en forme de chiffre qui aide l’animal à manger plus efficacement.

John Hutchinson, un biomécaniste évolutionniste au Royal Veterinary College au Royaume-Uni, s’est demandé si quelque chose de similaire se passait avec l’orteil de l’éléphant. Expert de la locomotion des éléphants, il avait pendant des années collecté et conservé des pieds d’éléphants – chair et tout – d’animaux morts dans des zoos. L’âge des animaux variait de nouveau-nés à ceux dans la cinquantaine. Il effectuait des tomodensitogrammes (tomodensitométrie), qui utilisent des rayons X pour imager les tissus en tranches pour obtenir des images 3D d’eux, et d’autres études pour comprendre le fonctionnement des pieds, lorsqu’il a remarqué que la masse cartilagineuse devenait souvent plus dense, comme l’os, à mesure que chaque éléphant vieillissait. La bosse pouvait mesurer jusqu’à 15 centimètres de long et 6 centimètres de large, et il semblait vraiment que cela pouvait fonctionner comme un orteil, dit-il. Il est dans la même position que le pouce du panda, mais il est intégré dans un tissu coussiné appelé coussinet adipeux.

Bien qu’ils ne soient pas visibles, les vrais orteils d’un éléphant sont orientés un peu verticalement, de sorte que l’animal marche réellement sur la pointe des pieds, le poignet et le talon hors du sol. À première vue, l’orteil supplémentaire semble être trop haut pour supporter du poids ou faire beaucoup de bien. Mais en plaçant certains des pieds d’éléphant collectés dans un appareil qui donnait l’impression que le pied soutenait le poids de l’éléphant et en les imitant avec des tomodensitogrammes supplémentaires, Hutchinson et ses collègues ont montré que le faux orteil agit également pour soutenir le poids, comme ils le rapportent en ligne aujourd’hui dans Science. « Les chiffres supplémentaires changent de position et entrent en contact avec le sol », explique Elizabeth Brainerd, morphologue fonctionnelle à l’Université Brown qui n’a pas participé à l’étude.

Pour retracer l’évolution de l’orteil supplémentaire, Hutchinson et ses collègues ont effectué des tomodensitogrammes sur les pieds d’espèces de type tapir représentant les premiers mammifères ressemblant à des éléphants et sur des fossiles d’éléphants plus récents. Ils n’ont trouvé aucune preuve de l’orteil supplémentaire dans des fossiles vieux de 50 millions d’années, qui semblaient marcher à plat, ne laissant aucune place au sixième orteil. Ces animaux passaient probablement la plupart de leur temps dans l’eau. Mais il y a 40 millions d’années, les fossiles les plus récents avaient des signes révélateurs de ce sixième orteil. À cette époque, les éléphants grossissaient et devenaient de plus en plus terrestres. Leurs pieds changeaient pour mieux supporter leur poids, avec une expansion des coussinets graisseux.

Bien que des doigts et des orteils supplémentaires apparaissent parfois comme des anomalies génétiques, et soient même fréquents chez certaines races de chats (une condition connue sous le nom de polydactylie), Hutchinson pense qu’il était plus facile pour l’os sésamoïde d’être recruté pour un soutien supplémentaire que pour qu’un véritable sixième orteil évolue chez les éléphants. Faire un sixième orteil aurait nécessité une refonte du programme de développement complexe qui conduit à la formation du pied, explique-t-il.

L’os sésamoïde a été utile pour l’éléphant, note Vickaryous. « Les formes corporelles gigantesques nécessitent des adaptations innovantes pour faire face à de fortes augmentations de masse corporelle. »Les chercheurs étudient si d’autres très grands animaux, tels que les dinosaures sauropodes, avaient des innovations similaires.

De nombreux scientifiques pensent que l’étude de l’anatomie a dépassé son apogée. Mais ce n’est pas vrai, explique Marcelo Sánchez, morphologue évolutionniste à l’Université de Zurich en Suisse. « Même des animaux aussi « bien connus » que les éléphants peuvent faire l’objet de nouvelles découvertes passionnantes, dont l’étude fournit des informations majeures sur l’évolution. »