Des travaux, dont les résultats sont publiés dans la revue Evolution du mois de novembre 2013, ont permis de décrire l'enchaînement évolutif qui a conduit les rats et les souris à acquérir un appareil masticatoire unique, clé de leur succès évolutif, en étudiant plusieurs centaines de spécimens actuels et fossiles.

Les rats et les souris font partie de la sous-famille de rongeurs appelée Murinae, apparue en Asie il y a 12 millions d'années, qui s'est répandue «dans tout 'l'Ancien Monde' (Eurasie, Afrique, Australie) en moins de 2 millions d'années, une vitesse remarquable». Leur succès évolutif est attesté par leurs 584 espèces actuelles, qui représentent «plus de 10 % de la diversité des mammifères actuels».

Une des raisons avancées pour expliquer leur capacité à s'adapter à des milieux très différents serait l'apparition d'un appareil masticatoire unique parmi les rongeurs, car la survenue de ce caractère coïncide avec «une importante phase de diversification au sein de cette sous-famille» et avec leur rapide expansion.

Pour mieux comprendre ce processus évolutif «plusieurs centaines de dents de rongeurs actuels ou disparus» ont été étudiés à l'aide du faisceau de rayons X du Synchrotron européen (ESRF) de Grenoble. Des méthodes, «issues de la cartographie pour analyser des modèles numériques 3D de la morphologie dentaire de ces espèces», ont été également appliquées. En outre, l'usure des dentures «a permis de reconstituer le sens de la mastication, de l'arrière vers l'avant ou oblique, de ces animaux». Deux moments évolutifs fondamentaux dans l'acquisition de cet appareil masticatoire sont alors apparus.

Tout d'abord, il y a environ 16 millions d'années, les ancêtres des Murinae sont passés d'un régime herbivore à un régime insectivore, «favorisé par l'acquisition de mouvements masticatoires peu communs parmi les mammifères, dirigés de l'arrière vers l'avant mais qui continuent d'imbriquer les dents opposées»: ces mouvements diminuent l'usure et préservent «des reliefs dentaires pointus, servant à percer le squelette externe des insectes».

Ensuite, «il y a douze millions d'années, les tous premiers Murinae retournent à un régime alimentaire herbivore tout en conservant leurs mouvements masticatoires», ce qui «leur permet également d'utiliser leurs deux mandibules simultanément durant la mastication». Au cours de ce changement de régime, leur appareil masticatoire se dotent «de trois rangées longitudinales de cuspides (i.e., de reliefs)» alors que «leurs ancêtres, ainsi que les autres rongeurs apparentés comme les hamsters et les gerbilles, n'en possèdent que deux, tout comme les humains».

Cette étude, qui retrace «les 'tâtonnements' de l'évolution aboutissant à une combinaison morphologique à l'origine de l'étonnant succès évolutif d'une famille animale», a fait appel à des méthodes d'analyse innovantes, qui devraient permettre d'étudier les changements de régimes alimentaires chez d'autres mammifères éteints. Elles pourraient, en particulier, se révéler fructueuses avec les primates, qui ont connu, avant l'apparition des hominidés, «plusieurs changements de régime alimentaire qui ont influé sur leur histoire évolutive postérieure».