Cet article a été initialement publié sur La conversation.
Après quatre ans de recherche de fossiles dans un cimetière à York, en Pennsylvanie, le paléontologue amateur Chris Haefner a fait une découverte intrigante. “Je savais que ça valait la peine d’être gardé”, a-t-il déclaré. Il a posté sa découverte sur Facebook.
J’ai repéré son message et j’ai réalisé qu’il s’agissait d’une découverte majeure : j’étudie les invertébrés fossiles au Conseil espagnol de la recherche. Lorsque j’ai contacté Haefner, il a accepté de faire don du fossile au Natural History Museum de Londres.
En travaillant avec des collègues aux États-Unis et au Royaume-Uni, nous avons déterminé qu’il s’agissait d’un parent vieux de 510 millions d’années des étoiles de mer et des oursins d’aujourd’hui. Il est tout à fait unique, nouveau pour la science et n’a qu’un squelette partiel. Nous l’avons nommé Yorkicystis haefnerid’après son trouveur.
Yorkicystis a révélé de nouvelles informations sur l’évolution de la vie précoce sur Terre à une époque où la plupart des groupes d’animaux d’aujourd’hui sont apparus pour la première fois.
L’explosion cambrienne
Yorkicystis vécu pendant « l’explosion cambrienne », il y a 539 à 485 millions d’années. Avant cette époque, des bactéries et d’autres organismes microscopiques simples vivaient aux côtés de la faune édiacarienne, de mystérieuses créatures au corps mou que les scientifiques connaissent peu.
Le Cambrien a apporté une énorme prolifération d’espèces qui ont émergé des mers. Ils comprenaient des groupes d’organismes qui finiraient par dominer la planète et des représentants de la plupart des groupes d’animaux d’aujourd’hui.
En quelques millions d’années, des animaux complexes avec des squelettes et des carapaces dures sont apparus. La raison pour laquelle cela s’est produit reste incertaine, mais un changement majeur dans la chimie des océans, avec une concentration plus élevée de carbonate de calcium, a probablement joué un rôle clé.
Les échinodermes n’étaient pas les premiers trouvés dans les archives géologiques. Les brachiopodes – des animaux marins qui vivaient protégés dans des coquillages – les ont précédés. Il en va de même pour les arthropodes, un groupe qui avait des exosquelettes de calcite bien formés, y compris des trilobites.
Pour le contexte, les dinosaures sont apparus 294 millions d’années après l’aube du Cambrien.
Les premiers échinodermes
Il existe plus de 30 000 espèces d’échinodermes éteintes, mais elles sont très rares dans les endroits à la préservation cambrienne exceptionnelle, comme les schistes de Burgess au Canada et Chengjiang en Chine.
Certains des premiers échinodermes primitifs étaient assez différents de leurs parents actuels, qui ont cinq bras s’étendant du centre de leur corps, une structure appelée “symétrie pentamère”.
Les échinodermes cambriens avaient une large gamme de structures corporelles. Les éocrinoïdes avaient des corps en forme de vase protégés par des plaques à motifs géométriques et un certain nombre de structures en forme de bras. Les hélicoplacoïdes, en forme de gros cigares, étaient recouverts d’une armure de calcite avec une “bouche” qui s’enroulait autour de son corps. Les espèces de blastoïdes ont pris diverses formes, ressemblant souvent à des fleurs exotiques.
L’Edrioasteroidea ressemblait à l’étoile de mer d’aujourd’hui, et avec cinq bras qui rayonnaient de sa bouche, c’est l’organisme qui Yorkicystis haefneri ressemble le plus. Nous l’avons donc classé au sein de ce groupe sur l’arbre évolutif.
Yorkicystisl’échinoderme sans squelette
Alors que de nombreux organismes cambriens formaient des squelettes sophistiqués et des structures de défense pour les protéger des prédateurs, Yorkicystis a fait le contraire. Il a « déminéralisé » son squelette. C’était un animal partiellement mou, sans protection sur une grande partie de son corps.
Pour comprendre l’anatomie de cet organisme, nous nous sommes associés à un paléoillustrateur pour visualiser cette créature à partir des preuves fossiles dont nous disposions. Hugo Salais a d’abord modélisé chaque partie du squelette en 3D, puis l’a utilisé pour créer une reconstruction, une réplique haute résolution.
A partir de cette réplique, nous avons observé que seuls ses bras, ou ambulacres, étaient calcifiés, protégeant ses « sillons alimentaires », ses parties nourricières, qui sont jaunes dans le fossile. Une série de plaques couvraient ses tentacules et s’ouvraient et se fermaient pendant l’alimentation. Le reste de son corps était mou, représenté dans le fossile par un film sombre enrichi en carbone.
La plupart des échinodermes actuels, que l’on trouve des côtes du monde aux profondeurs abyssales sombres de l’océan, ont un squelette interne. Les exceptions sont les concombres de mer et certaines espèces qui vivent enfouies sous le fond marin. Leurs squelettes, comme Yorkicystissont formés de plaques poreuses de calcite.
Apportant Yorkicystis vivre
En tant que paléontologues, nous cherchons à comprendre les organismes disparus. Yorkicystis représentait un défi majeur, puisqu’aucun animal similaire n’est connu, ni vivant ni éteint.
On sait très peu de choses sur pourquoi et comment certains échinodermes ont perdu des parties de leur squelette. Mais les progrès de la biologie moléculaire ont révélé qu’il existe un ensemble spécifique de gènes responsables de la formation d’un squelette chez les échinodermes. Tous les échinodermes vivants portent ces gènes; nous supposons que les groupes éteints l’ont fait aussi.
Mais en Yorkicystis, il y a une différence marquée entre la calcification de ses rayons, ou bras, et son absence sur le reste de son corps. Elle soulève l’hypothèse que les gènes impliqués dans la formation du squelette peuvent avoir agi indépendamment dans différentes parties de Yorkicystis‘ corps. C’est un mystère que seuls les biologistes moléculaires pourront percer.
Nos études nous ont permis de formuler quelques hypothèses sur cet animal, bien que de nombreuses questions demeurent. Nous croyons que sans squelette dans une partie importante de son corps, Yorkicystis était capable de conserver de l’énergie pour d’autres processus métaboliques tels que l’alimentation ou la respiration. Il a également amélioré la flexibilité, permettant une respiration plus active au moyen du pompage.
Il existe une autre possibilité intrigante : l’absence de squelette pourrait être liée à une sorte de système de protection contre les piqûres, comme celui utilisé par les anémones actuelles qui paralysent les proies avec des cellules piquantes sur les tentacules qui entourent leur bouche. Cette question, cependant, et bien d’autres, ne peut pas être résolue avec un simple fossile.
Mais l’étonnante découverte de Yorkicystis a fourni plus d’informations sur une période de l’histoire évolutive divergente à l’aube de l’explosion cambrienne, une époque où certains organismes ont adopté des squelettes pour éviter les prédateurs – et d’autres se sont adaptés de manière très différente.
Samuel Zamora est chercheur principal en paléontologie à l’Instituto Geológico y Minero de España (IGME – CSIC). Divulgation : Samuel Zamora reçoit un financement du ministère espagnol des Sciences, de l’Innovation et des Universités (subvention no CGL2017-87631), cofinancé par le Fonds européen de développement régional et le projet “Aragosaurus : Recursos Geológicos y Paleoambientales” (E18_17R) financé par le Gouvernement d’Aragon.
