Un atavisme, du latin atavi (), en biologie évolutive du développement réfère à la réapparition d'un caractère ancestral chez un individu qui normalement ne devrait pas le posséder. Ce trait peut soit avoir été perdu, soit avoir été transformé au cours de l'évolutionStiassny, M. 2003. Atavism. In Keywords And Concepts in Evolutionary Developmental Biology, Harvard University Press, 492 pages. Dans les deux cas, la caractéristique n'est présente ni chez les parents, ni chez un ancêtre proche . De plus, pour être considérée comme atavique, la caractéristique doit persister au cours de la vie adulte, être présente seulement chez un seul ou très peu d'individus à l'intérieur d'une population et ressembler de très près à la caractéristique que tous les membres de la population ancestrale possédaientHall, B. K. 1984. Developmental mechanisms underlying the formation of atavisms, Biological Reviews. 59(1) : 89-122.
Ce phénomène est intéressant par sa démonstration du fait qu'un gène peut rester en dormance pendant une très longue période, voire des millions d'années, à l'intérieur du bagage génétique d'innombrables générations. Des caractères plésiomorphes inexprimés sur les gènes peuvent être réactivés sans préavis, créant ainsi plusieurs possibilités de remodelage adaptatif.
Bien qu'ayant trait à la génétique, un atavisme est souvent constaté au point de vue morphologique, car l'interprétation de ce genre de phénomène découvert se fait à l'aide des fossiles des états ancestraux qui démontrent que le caractère a changé au cours de l'évolution avant de soudainement réapparaitre. Ces manifestations physiques offrent une meilleure compréhension des concepts d'un gène présent et exprimé, d'un gène présent et non exprimé, et d'un gène disparu.
Les traits ataviques peuvent se manifester spontanément ou être induits au laboratoire (expériences chez la drosophile.., développement de dents chez un embryon de poulet mutant.).vignette|La théorie atavique du cancer stipule que cette maladie est apparue il y a environ un milliard d’années, lors de l'émergence des organismes multicellulaires, et qu'elle réapparaît par réversion atavique d'un phénotype multicellulaire à un phénotype unicellulaire caractérisé par une prolifération cellulaire incontrôlée...
Exemples d'atavismes dans la nature vignette|Présence d'un appendice caudal dans l'espèce humaine : la « vraie queue » est une structure atavique tandis que la « pseudo-queue » est une malformation congénitale (protrusion de la région lombo-sacrée).|132x132px Dans la nature, il existe de nombreux exemples d'apparition de pattes chez des vertébrés les ayant perdues durant l'évolution de leur espèce. Par exemple, des cas de baleines et de serpents avec des pattes arrière ont été recensés. Le terme « atavisme spontané » est souvent utilisé, mais n'est pas tout à fait juste dans la mesure où un caractère atavique n’apparaîtra pas chez un organisme ne pouvant pas le recevoir. Bien qu'il soit étonnant de voir une baleine avec des pattes arrière, le squelette de cet animal présente une ceinture pelvienne très réduite, sous-développée et non connectée à la colonne vertébrale, mais tout de même vestigiale d'une époque où ses ancêtres avaient un bassin complet attaché à des membres postérieurs, comme il est visible sur la figure 1. Certaines baleines à fanons ont aussi un fémur vestigial, et c'est chez les espèces ayant ces parties osseuses vestigiales les plus développées que l'on retrouve le plus de cas de pattes arrière au stade adulte. Ces membres vont de peu développés à très bien formés, constitués d'un fémur, tibia, fibula, parfois aussi de quelques os tarsiens, métatarsiens et phalanges.
Chez l'humain, l'apparition d'un appendice caudal, bien qu'extrêmement rare, est un exemple d'atavisme pouvant subvenir lors du développement et reflète notre héritage commun avec d'autres mammifères.
Expérimentations scientifiques vignette|Selon la théorie de l'atavisme, des mamelons surnuméraires représentent une relique phylogénétique des mammifères et de leurs bourgeons mammaires qui se développent par paires le long des deux lignes lactéales.Étant une variation d'un gène héréditaire, les atavismes sont transmissibles à la génération suivante. L'expérience de William Ernest Castle en 1906 en fait une démonstrationWright, S. 1934. An analysis of variability in number of digits in an inbred strain of Guinea Pigs, Genetics, 19(6) : 506-536. Les premiers tétrapodes avaient sept doigts et huit orteils, et par la suite un modèle de cinq doigts et cinq orteils a été conservé (numérotés de I à V)Larsson, C. E. et al. 2002. Pentadactyl ground state of the avian wing. Journal of Experimental Zoology. 294(2):146-151. Les cochons d'Inde modernes ont quatre doigts sur les pattes antérieures et trois sur celles postérieures. Le pouce ou le gros orteil (numérotés I) des quatre membres et le petit orteil (V) des membres postérieurs ont disparu. Castle a trouvé un cochon d'Inde possédant un petit orteil sur sa patte arrière gauche. Très imparfaite, cette excroissance ne possédait ni muscles ni tendons, mais s'est révélée être un orteil en soi et non une division de l'orteil IV. Castle fit s'accoupler entre eux les descendants de ce premier cochon d'Inde en choisissant ceux qui avaient le petit orteil le mieux développé. À la cinquième génération, il obtint un cochon d'Inde avec un petit orteil parfaitement développé et fonctionnel possédant os, muscles, nerfs, vaisseaux sanguins et ongles. À chaque génération avait lieu une variation hétérochronique, le temps de développement de l'os métatarsien étant prolongé par rapport à la génération précédente. Cette étude amena Castle à la conclusion que l'orteil surnuméraire n'est pas transmis d'une génération à une autre comme un simple caractère récessif, mais plutôt que chaque gamète possède le gène de développement du petit orteil et le transmet sous une forme inexprimée à ses descendants.
Les expérimentations beaucoup plus récentes d'induction d'atavismes ont été, en majorité, réalisées par manipulations au niveau embryonnaire. Selon la cladistique actuelle, le clade le plus près des dinosaures serait celui des oiseaux. Depuis plusieurs années, de nombreux scientifiques ont fait des expériences sur des espèces d'oiseaux, principalement des poulets, afin de réactiver des caractères ancestraux attribués aux dinosaures, tels que des dents, une queue ou même des écailles reptiliennes. Le biologiste évolutionnaire Arhat Abzhanov est un de ces scientifiques. Au début des années 2000, il s'est d'abord intéressé au gène provoquant la formation d'un bec d'oiseau et ensuite aux différentes signalisations moléculaires nécessaires à la création de chaque type de forme de bec. Les dinosaures étant éteints, il utilisa un représentant d'un autre taxon relativement près des dinosaures, soit celui des crocodiliens. En comparant la formation du museau d'un alligator et celle du bec d'un poulet au niveau embryonnaire, Abzhanov découvrit que les protéines sonic hedgehog (SHH), Bmp4 (responsable de la morphogenèse osseuse) et le facteur de croissance des fibroblastes 8 (FGF-8) avaient un rôle chez les deux embryons juste avant l'apparition du museau ou du becAbzhanov, A. et al. 2004 Bmp4 and morphological variation of beaks in Darwin's finches, Science, 305(5689): 1462-1465. Le patron d'expression des gènes du bec est plus complexe chez l'oiseau, car il s'agit d'un caractère dérivé par rapport au type plésiomorphe qu'est le museau reptilien. Très simplement résumé, Abzhanov a inactivé les points d'expression en trop chez l'embryon de poulet pour ne laisser que ceux qui sont homologues dans la formation du museau de l'alligator. L'expérience fut fructueuse, l'embryon de poulet développa une structure osseuse très similaire à celle de l'alligator. Par contre, les œufs n'ont pas pu être étudiés une fois éclos, car les règlements éthiques entourant les expérimentations scientifiques ne le permettent pasGupta, S. 2011. Chicken revisits its dinosaur past, New Scientist, 2826:6-7 https://www.newscientist.com/article/mg21128264.200-reverse-evolution-chicken-revisits-its-dinosaur-past.html.
Si l'atavisme est la réactivation d'un gène habituellement inexprimé, l'expérience de Abzhanov consiste en fait à empêcher l'expression d'un gène dont le phénotype est dérivé de l'état ancestral. C'est le retour à une caractéristique ancestrale par le renversement de l'évolution, à l'opposé de la loi de Dollo, et non par la réactivation d'un gène latent. En 2002, le département d'anatomie de l'Université du Wisconsin est allé bien plus loin. « Modern birds do not have teethHarris, M. P. 2006. The development of archosaurian first-generation teeth in a chicken mutant. Current Biology. 16(4): 371-377. » écrivent-ils au début d'un de leurs articles. Les oiseaux modernes n'ont pas de dents, mais ce n'est pas le cas de leurs proches cousins dinosauriens, comme le montre la figure 2. De la même façon qu'Abzhanov, le chercheur Matthew P. Harris et ses collègues se sont penchés sur le développement embryonnaire d'un alligator et d'un poulet. En manipulant essentiellement les mêmes molécules, SHH, FGF 8 et Bmp 4, ils comprirent à quel niveau la signalisation cellulaire induisait la formation de dents chez l'alligator et comment elle était manquante chez le poulet. En activant une protéine appelée β-caténine, l'épithélium oral de l'embryon de poulet montrait à un certain stade de développement des excroissances similaires à la première génération de dents chez l'embryon d'alligator. Ce genre de manipulations volontaires au niveau embryonnaire provoque l'apparition d'atavismes qui ne sont pas basés sur des changements génétiques et hérités. Les expériences font état de la plasticité du développement chez un embryon.
Concernant les dinosaures, le paléontologue John R. Horner fait sans doute partie des chercheurs les plus influents. Plusieurs théories, autant sur le mode de vie que sur l'anatomie de ces reptiles éteints, lui sont attribuées. Il a longtemps travaillé à trouver des preuves que les oiseaux sont des descendants directs des dinosaures. Hans Larssonredpath-staff.mcgill.ca, paléontologue et chercheur à l'Université McGill (Montréal) s'est aussi intéressé à l'embryogenèse des oiseaux du point de vue de Horner, c'est-à-dire en se questionnant sur la manière dont les oiseaux ont perdu certaines caractéristiques des dinosaures. Dans un récent article paru dans le magazine EvoDevoEvoDevo, Larsson, Horner et plusieurs autres chercheurs expliquent comment, à partir des dinosaures possédant une longue queue reptilienne, les oiseaux ont acquis une queue très réduite par la fusion de plusieurs vertèbres caudales. Les changements ont lieu dans le patron de signalisation moléculaire et, pour les comprendre, ils ont étudié différentes modifications provoquées sur une souris et ayant comme résultat la fusion des vertèbres caudalesRashid, D. J., et al. 2014. From dinosaurs to birds: A tail of evolution, EvoDevo, 5:25
http://www.evodevojournal.com/content/5/1/25. Comprendre les mécanismes de signalisation qui engendrent ou inhibent la formation de différents caractères morphologiques sur les oiseaux permettrait, comme l'explique Horner lors d'une conférence présentée par la fondation TED en , une meilleure compréhension de la biologie évolutive du développement, et, aussi, de provoquer l'apparition d'atavismes rappelant des caractéristiques présentes chez les dinosaures, mais perdues chez les oiseaux modernes. Bref, il voudrait créer un « chickenosaurus »chickenosaurus sur ted.comwired.com/.
Atavisme chez les insectes