L'étude des caractères basicrâniens et endocraniens chez les vertébrés fossiles et actuels connait un regain d'intérêt depuis quelques années. Ces caractères bénéficient en effet d'une bonne réputation en tant que marqueurs phylogénétiques, ainsi que d'un biais taphonomique favorable à leur fossilisation. C'est pourquoi dans ce volume, la région auditive et l'oreille interne (Partie I) et l'endocrâne (Partie II) de mammifères fossiles appartenant au clade des Afrotheria ont été scannés par (micro)tomographie à rayon-X, décrits, étudiés et comparés à ceux des espèces actuelles. Il s'agit plus précisément des Afrotheria fossiles que sont les Bibymalagasia (Chapitre 1), le Macroscelididae Chambius (Chapitre 2), de nombreux Hyracoidea du Paléogène (Chapitre 3) ainsi que des Tethytheria basaux tels que le proboscidien Numidotherium, l'embrithopode Arsinoitherium et le sirénien Prorastomus (Chapitre 4). Cette étude met en lumière l'intéressant signal phylogénétique fournit par les caractères de la région auditive et de l'endocrâne, capable de soutenir certains clades moléculaires (e.g. Afroinsectivora, ‘Panelephantulus'). Elle montre aussi comment, sous certaines pressions de sélection, ces caractères peuvent converger de façon remarquable (e.g. chez les téthythères). Cette étude apporte aussi des éléments qui appuient l'hypothèse d'une origine Africaine des Afrotheria, ainsi que celle faisant de l'ancêtre commun des afrothères un mammifère plutôt ‘ongulé' que ‘insectivore'. Ces inférences fondées sur l'observation des représentants fossiles les plus anciens de ce groupe sont importants pour notre compréhension de l'origine et de la diversification des afrothères et des mammifères placentaires en général. / The study of basicranial and endocranial characters in vertebrate paleontology has recently known a regain of interest. Indeed, these characters are renowed for their phylogenetic stability and are usually easily preserved in the fossil record. Here, the auditory region (Part I) and endocranium (Part II) of some fossil representatives of the mammalian order Afrotheria have been scanned using X-ray (micro)tomography, described and compared to their modern day's counterparts. These fossil afrotheres are the Bibymalagasia (Chapter 1), the stem sengi Chambius (Chapter 2), numerous Hyracoidea (Chapter 3) and stem Tethytheria such as the proboscideans Numidotherium, the embrithopod Arsinoitherium and the sirenian Prorastomus (Chapter 4). This study highlights the strong phylogenetic signal carried by the characters of the auditory region and endocast, which could even support some molecular clades (e.g. Afroinsectivora, ‘Panelephantulus'). It also shows that convergences can occur under certain selective pressure (e.g. in Tethytheria). Finally this study brings new clues that support the hypothesis of an African origin of Afrotheria as well as that of an ‘ungulate-like' instead of ‘insectivore-like' ancestor. These inferences based on the observation of the oldest and basal-most fossil representatives of this group are crucial to understand the origin, evolution and diversification of afrotherian and placental mammals across the Cenozoic.

Il existe chez les espèces du genre Homo une diversité morphologique crânienne et cérébrale importante, et les interactions de ces deux éléments sont complexes. De manière générale, au cours de l’évolution de ce taxon, le neurocrâne prend une importance croissante par rapport au bloc facial en raison d’une expansion cérébrale marquée. Cependant, les modalités de cette expansion sont multiples, et elle se met en place chez les différentes espèces via des modifications morphologiques qui leur sont propres. Mise à part l’augmentation du volume cérébral, l’endocrâne témoigne de réorganisations neuroanatomiques. Ces différents facteurs - volume et organisation – ainsi que les contraintes morpho-fonctionnelles diverses exercées sur la face externe du crâne, sont susceptibles de résulter en une variété de relations morphologiques et spatiales entre le neurocrâne et l’endocrâne. Il est donc pertinent de documenter ces relations afin de pouvoir par la suite mieux appréhender la variabilité et les mécanismes évolutifs à l’oeuvre chez les différents taxons du genre Homo. Nous explorons dans ce travail de thèse les variations jointes du neurocrâne et de l’endocrâne dans le genre Homo et chez Homo sapiens. Cette contribution est basée sur l’analyse de modèles virtuels de crânes et d’endocrânes à l’aide de méthodes géométriques et d’une méthode innovative de déformations de surfaces. Nous avons étudié des données morphologiques issues de populations actuelles afin d’éclaircir la nature des relations entre le neurocrâne et l’endocrâne chez Homo sapiens. Pour cela, nous avons comparé les asymétries des hémisphères de l’endocrâne – qui reflètent celles des hémisphères cérébraux – aux asymétries de la voûte crânienne. Les schémas d’asymétrie bilatérale relevés sont identiques sur le crâne et sur l’endocrâne. Cela s’explique par une morphologie de la voûte du crâne calquée sur celle de l’endocrâne, malgré un effet « tampon » de l’os qui n’enregistre pas sur sa face externe toutes les asymétries cérébrales. Les possibles corrélations entre le degré d’asymétrie et des facteurs tels que la conformation générale du crâne, la robustesse des superstructures osseuses, le sexe et le volume endocrânien ont également été explorées. Nous avons ensuite analysé les schémas de co-variation entre neurocrâne et endocrâne au sein du genre Homo. Nous avons ainsi pu mettre en évidence des éléments de co-variation qui concernent l’ensemble du genre Homo, et d’autres qui sont spécifiques à certains taxons, notamment aux Néandertaliens ou à Homo sapiens. Ainsi, si la conformation de la voûte crânienne est très semblable à la morphologie endocrânienne, les interactions crâne-endocrâne dans la zone occipitale et cérébelleuse apparaissent plus variables, et semblent inféodées au degré de globularisation de l’ensemble du cerveau et du neurocrâne. Ces résultats mettent en évidence certaines interactions entre réorganisations cérébrales et morphologie crânienne chez les différentes espèces du genre Homo, et soulignent le caractère crucial du croisement des données et des méthodes pour l’interprétation du registre fossile. / Species of the genus Homo display cranial and endocranial morphological variations, with complex interactions between these two elements. Generally speaking, throughout the evolution of this taxon the neurocranium becomes increasingly important by comparison with the facial skeleton, due to a marked cerebral expansion. The modalities of this expansion differ accross species and occur at least partly through species-specific morphological processes. Apart from the increase in cerebral volume, the endocast bears the traces of neuroanatomical reorganisations. These two factors – volume and organisation – as well as various morpho-functional constraints on the external face of the cranium, may result in a variety of morphological and spacial relationships between the neurocranium and the endocranium. It is therefore important to document these relations in order to better apprehend the variability and the evolutionary mechanisms behind the morphologies of the different Homo species.This doctoral thesis explores the joint morphological variations of the neurocranium and endocast in the genus Homo and within Homo sapiens through multiple approaches. We offer a contribution to this topic based on shape analyses of virtual crania and endocasts, using geometric morphometrics and an innovative technique of surface deformations. We analysed morphological data from extant populations in order to clarify the nature of the relationship between the neurocranium and the endocast in Homo sapiens. One of the lines of evidence investigated is the correspondence between neurocranial and endocranial (and therefore cerebral) gross asymmetries. Our results show that the patterns of bilateral asymmetries of the neurocranium are identical to those of the endocranium. There is a close correspondance between the morphologies of the endocranial and cranial vaults, despite the neurocranium not displaying the full extent of cerebral asymmetries on its external vault. Correlations between asymmetry and factors including sex, endocranial volume and importance of the bony superstructures were also tested. Co-variation patterns between neurocranial and endocranial morphologies in the genus Homo were analysed. Our results highlight elements of co-variation between the neuro and endocranium which are shared accross the genus Homo, and others which are species-specific. While the cranial vault closely follows endocranial morphology, interaction patterns between the endo and neurocranium in the occipito-cerebellar area appear more variable and linked to the overall degree of globularisation of the brain and neurocranium. These results highlight some of the interactions between cerebral reorganisations and cranial morphology in Homo species, and underline the importance of crossing data and methods in order to interpret the fossil record.

L’anatomie interne des crânes des stégocéphales Stanocephalosaurus (Temnospondyli), Laosuchus (Chroniosuchia) et Diplocaulus (Lepospondyli) a pu être révélée par l’utilisation de la tomographie à rayons X et a permis de mieux comprendre leur paléobiologie : 1) l’oreille moyenne de Stanocephalosaurus serait adaptée à la perception de sons dans le milieu subaquatique ; 2) des canaux sensoriels intra-osseux ont été identifiés chez Laosuchus. La morphologie endocrânienne a ensuite été utilisée dans une analyse phylogénétique portant sur les relations de parentés controversées entre stégocéphales et lissamphibiens. Cette analyse montre que la monophylie des lissamphibiens serait due à un phénomène d’attraction des longues branches, résultant de l’optimisation de la simplification crânienne, identifiée comme une convergence. Les morphologies de la boite crânienne, du stapes et du palais favorisent une origine diphylétique des lissamphibiens parmi les temnospondyles. / The intracranial anatomy of the stegocephals Stanocephalosaurus (Temnospondyli), Laosuchus (Chroniosuchia) and Diplocaulus (Lepospondyli) has been revealed by X-rays tomography and allowed to better understand their paleobiology: 1) the middle ear of Stanocephalosaurus would be an underwater adapted hearing system; 2) intraosseous sensorial canals have been identified in Laosuchus. The endocranial morphology have been included in a phylogenetic analysis on the debated relationships between stegocephals and lissamphibians. This analysis shows that the monophyly of Lissamphibia may result from a long-branch attraction, due to the optimisation of the cranial simplification, here as identified convergent. The morphologies of braincase, stapes and palate favour a biphyletic origin of lissamphibians among temnospondyls.

L'étude des caractères basicrâniens et endocraniens chez les vertébrés fossiles et actuels connait un regain d'intérêt depuis quelques années. Ces caractères bénéficient en effet d'une bonne réputation en tant que marqueurs phylogénétiques, ainsi que d'un biais taphonomique favorable à leur fossilisation. C'est pourquoi dans ce volume, la région auditive et l'oreille interne (Partie I) et l'endocrâne (Partie II) de mammifères fossiles appartenant au clade des Afrotheria ont été scannés par (micro)tomographie à rayon-X, décrits, étudiés et comparés à ceux des espèces actuelles. Il s'agit plus précisément des Afrotheria fossiles que sont les Bibymalagasia (Chapitre 1), le Macroscelididae Chambius (Chapitre 2), de nombreux Hyracoidea du Paléogène (Chapitre 3) ainsi que des Tethytheria basaux tels que le proboscidien Numidotherium, l'embrithopode Arsinoitherium et le sirénien Prorastomus (Chapitre 4). Cette étude met en lumière l'intéressant signal phylogénétique fournit par les caractères de la région auditive et de l'endocrâne, capable de soutenir certains clades moléculaires (e.g. Afroinsectivora, 'Panelephantulus'). Elle montre aussi comment, sous certaines pressions de sélection, ces caractères peuvent converger de façon remarquable (e.g. chez les téthythères). Cette étude apporte aussi des éléments qui appuient l'hypothèse d'une origine Africaine des Afrotheria, ainsi que celle faisant de l'ancêtre commun des afrothères un mammifère plutôt 'ongulé' que 'insectivore'. Ces inférences fondées sur l'observation des représentants fossiles les plus anciens de ce groupe sont importants pour notre compréhension de l'origine et de la diversification des afrothères et des mammifères placentaires en général.

Les cadres temporel, géographique et environnemental associés à l'émergence et l'évolution des premiers homininés en Afrique du Sud pendant le Plio-Pléistocène constituent des éléments clés dans la compréhension de l'histoire de la lignée humaine. Les cercopithécoïdes, relativement abondants dans les dépôts fossilifères du Néogène africain et quasi systématiquement associés aux restes d'homininés, représentent des marqueurs biochronologiques et des indicateurs écologiques sensibles. Toutefois, en se basant seulement sur les critères morphologiques traditionnels, la systématique du registre cercopithécoïde fossile reste encore incertaine. Afin de mieux caractériser leur paléobiodiversité, nous avons détaillé par des techniques d'imagerie à haute résolution les restes crânio-dentaires de 91 spécimens cercopithécoïdes provenant des sites de Makapansgat, Taung, Sterkfontein, Kromdraai et Swartkrans. En particulier, nous avons mesuré et comparé les variations dans l'organisation endostructurale dentaire, la conformation du labyrinthe osseux et l'architecture endocrânienne à travers l'application de méthodes statistiques et de modélisation virtuelle (e.g., morphométrie géométrique, modèles déformables). À titre comparatif, nous avons également intégré dans nos analyses un échantillon de 80 spécimens cercopithécoïdes actuels. En plus de l'identification de caractères nouveaux et pertinents pour la diagnose des taxons fossiles, nos résultats mettent en évidence des biomarqueurs utiles pour la reconstruction des contextes paléoenvironnementaux et biochronologiques, notamment en ce qui concerne la morphologie de la jonction émail-dentine et l'architecture néocorticale. L'estimation de la paléobiodiversité révèle un certain degré d'homogénéité morphologique pour quelques taxons papionines qui plaide en faveur d'une réduction du nombre d'espèces effectivement présentes dans les gisements fossilifères sud-africains. / The temporal, geographical and environmental frameworks of the early hominin emergence and evolution in South Africa during the Plio-Pleistocene are key elements for the understanding of the human lineage history. The cercopithecoids, relatively abundant in the African Neogene fossiliferous deposits and almost invariably associated with hominin remains, represent sensitive biochronological markers and ecological indicators. However, based on traditional morphological criteria only, the systematics of the cercopithecoid fossil record remains uncertain. In order to better characterize their paleobiodiversity, by means of high-resolution imaging techniques we have detailed 91 South African cercopithecoid craniodental specimens from the sites of Makapansgat, Taung, Sterkfontein, Kromdraai and Swartkrans. More specifically, we measured and compared the variation in dental endostructural organization, bony labyrinth conformation and endocranial architecture through the application of statistical and virtual modeling methods (e.g., geometric morphometrics, deformation-based models). For comparative purposes, we also integrated in our analyses a sample consisting of 80 extant cercopithecoid specimens. Besides the identification of some new characters suitable for the diagnosis of fossil taxa, our results reveal biomarkers useful for the reconstruction of paleoenvironmental and biochronological contexts, notably based on the enamel-dentine junction morphology and the neocortical architecture. The paleobiodiversity assessment highlights a certain degree of morphological homogeneity for some of the papionin taxa and suggests a reduction of the number of species actually present in the South African fossiliferous deposits.