A Bizarre Half Billion-Year Old Worm with Tentacles Solves Evolutionary Mystery

La découverte d'un fossile des schistes de Burgess permet de mieux comprendre l'origine des hémichordés

TORONTO/WASHINGTON, le 27 août 2020 - De nouvelles recherches menées par des scientifiques du Musée royal de l'Ontario (ROM), du Smithsonian National Museum of Natural History et de l'Université de Montréal ont permis de découvrir les fossiles d'une nouvelle espèce d'animal marin, Gyaltsenglossus senis (prononcé Gen-zay-gloss-us senis), qui apportent de nouvelles preuves dans le débat historique entre zoologistes sur la façon dont les anatomies des deux principaux types d'un groupe d'animaux appelé hémichordés sont apparentées. Les fossiles, vieux de plus d'un demi-milliard d'années, ont été découverts dans un site des schistes de Burgess, dans les Rocheuses canadiennes. Cette découverte a été publiée le 27 août 2020 dans la revue scientifique Current Biology.

La découverte de Gyaltsenglossus senis est importante, car les premiers stades de l'évolution des hémichordés font l'objet de controverses entre les chercheurs. Elle fournit des preuves fossiles directes reliant les deux principaux groupes d'hémichordés : les entéropneustes et les ptérobranches.

Bien que les entéropneustes et les ptérobranches semblent être des types d'animaux très différents, ils sont étroitement liés. L'analyse de l'ADN des espèces actuelles confirme cette étroite parenté. De manière plus générale, le rôle du Gyaltsenglossus dans la compréhension de l'évolution des hémichordés nous aide à comprendre les origines d'un groupe plus large d'animaux appelés deutérostomes (dont fait partie l'homme) en clarifiant les caractéristiques qu'ils ont pu partager avec les hémichordés au début de leur histoire.

Les entéropneustes sont un groupe d'animaux communément appelés "vers de gland", qui sont de longs animaux fouisseurs de boue que l'on trouve aujourd'hui dans les océans du monde entier, des tropiques à l'Antarctique. L'autre grand groupe d'animaux au sein des hémichordés est celui des ptérobranches, des animaux microscopiques qui vivent en colonies, chacune protégée par des tubes qu'ils construisent et qui se nourrissent de plancton à l'aide d'une couronne de bras tentaculés.

"Les vers à gland et les ptérobranches sont si différents les uns des autres que la compréhension des origines de leur relation évolutive a été une question historique majeure en zoologie", explique Karma Nanglu, chercheur postdoctoral Peter Buck Deep Time au Smithsonian National Museum of Natural History et auteur principal de cet article. "Répondre à cette question est d'autant plus difficile que l'on manque cruellement de fossiles de ces hémichordés à corps mou. Tout au long de l'histoire des hémichordés, longue d'un demi-milliard d'années, on peut compter sur les doigts d'une main le nombre d'espèces fossiles exceptionnellement préservées.

Bien qu'ils ne mesurent que deux centimètres, les tissus mous remarquablement conservés des fossiles de Gyaltsenglossus révèlent des structures anatomiques incroyablement détaillées. Ces détails comprennent la trompe ovale des vers à gland et un panier de tentacules alimentaires semblables à ceux des ptérobranches. L'âge de ces fossiles, associé à la combinaison morphologique unique des deux principaux groupes d'hémichordés, fait de cette découverte un élément essentiel pour comprendre les débuts de l'évolution des hémichordés.

"L'hypothèse d'un animal ancien présentant une anatomie intermédiaire entre les vers à gland et les ptérobranches avait déjà été émise, mais ce nouvel animal offre la vision la plus claire de ce à quoi pouvait ressembler l'hémichordé ancestral", déclare Christopher Cameron, professeur associé à l'Université de Montréal et coauteur de cette étude. "Il est passionnant de disposer d'autant de nouveaux détails anatomiques qui permettent de formuler de nouvelles hypothèses sur l'évolution des hémichordés".

Dans le cas du Gyaltsenglossus, la préservation exceptionnelle de ces détails fins peut être attribuée aux conditions environnementales uniques des schistes de Burgess, qui ont rapidement enseveli les animaux anciens dans des coulées de boue sous-marines. Grâce à une combinaison de facteurs, dont le ralentissement du taux de décomposition bactérienne dans les corps des animaux ensevelis, les fossiles des schistes de Burgess sont préservés avec une fidélité bien supérieure à celle des sites fossilifères habituels.

"Les schistes de Burgess ont joué un rôle essentiel dans la compréhension de l'évolution des premiers animaux depuis leur découverte il y a plus de 100 ans", déclare Jean-Bernard Caron, co-auteur de l'étude et conservateur de la paléontologie des invertébrés Richard M. Ivey au ROM et professeur associé à l'université de Toronto. Jean-Bernard Caron a dirigé l'expédition de terrain qui a permis de collecter les 33 fossiles de Gyaltsenglossus en 2010.

"Dans la plupart des endroits, on a de la chance d'avoir les parties les plus dures des animaux, comme les os et les dents, préservées, mais dans les schistes de Burgess, même les parties les plus molles du corps peuvent être fossilisées avec des détails exquis", explique le Dr Caron. "Cette nouvelle espèce souligne l'importance de faire de nouvelles découvertes de fossiles pour éclairer les mystères les plus tenaces de l'évolution".

Dans ce cas particulier, Gyaltsenglossus suggère que l'hémichordé ancestral a pu utiliser les stratégies alimentaires des deux groupes modernes. Comme les vers à gland, la longue trompe a pu être utilisée pour se nourrir de boue marine remplie de nutriments, tandis qu'en même temps, et comme les ptérobranches, l'ensemble des six bras d'alimentation a probablement été utilisé pour saisir des particules de nourriture en suspension directement dans l'eau au-dessus de l'endroit où l'animal rampait.

Les hémichordés appartiennent à une division majeure de la vie animale appelée Deuterostomia, qui comprend les chordés comme les poissons et les mammifères, et non à la division de la vie animale appelée Protostomia, qui comprend les arthropodes comme les insectes et les annélides (comme les vers de terre).

"Le Gyaltsenglossus est en fait un parent très, très éloigné de notre propre branche de l'évolution des vertébrés et de l'homme. L'étroite relation entre les hémichordés et notre propre groupe évolutif, les chordés, est l'une des premières choses qui m'ont donné envie de les étudier", explique le Dr Nanglu. "Comprendre les liens anciens qui unissent des animaux comme les poissons et même les humains à leurs cousins éloignés comme les oursins et les vers à gland est un domaine très intéressant de l'arbre de l'évolution et Gyaltsenglossus aide à mettre ce lien un peu plus clairement en évidence".

C'est Charles Walcott, alors secrétaire de la Smithsonian Institution, qui a fait la découverte initiale des schistes de Burgess en 1909 et mené les recherches correspondantes. Les sites fossilifères des schistes de Burgess sont situés dans les parcs nationaux Yoho et Kootenay et sont gérés par Parcs Canada.

Parcs Canada est fier de collaborer avec d'éminents chercheurs scientifiques afin d'approfondir nos connaissances et notre compréhension de cette période clé de l'histoire de la Terre et de faire connaître ces sites au monde entier grâce à des randonnées guidées primées. Les schistes de Burgess ont été désignés site du patrimoine mondial de l'UNESCO en 1980 en raison de leur valeur universelle exceptionnelle et font maintenant partie du site du patrimoine mondial des parcs des montagnes Rocheuses canadiennes.

Le financement du travail de terrain sur les schistes de Burgess en 2010 a été en partie assuré par le département des bénévoles des musées du Musée royal de l'Ontario. Ces spécimens et d'autres spécimens des schistes de Burgess seront exposés dans une nouvelle galerie du Musée royal de l'Ontario, la Willner Madge Gallery, Dawn of Life, dont l'ouverture est actuellement prévue pour la fin de l'année 2021.

Pour en savoir plus sur les schistes de Burgess, visitez le site web primé du ROM : https://burgess-shale.rom.on.ca

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Images : montre le fossile tel qu'il apparaîtrait s'il se déplaçait au fond de l'océan en utilisant ses tentacules pour se nourrir à partir de l'eau, tandis que l'arrière-plan montre comment il se nourrirait avec sa base attachée au fond de la mer et étendue vers le haut pour se nourrir. Le fossile de droite est un spécimen complet de Gyaltsenglossus senis (ROMIP 65606.1) montrant la longueur totale de la trompe avec les six bras de nutrition au sommet. Illustration d'Emily S. Damstra. Les deux images © Royal Ontario Museum

Les vers tentaculés du Cambrien et l'origine du plan corporel des hémichordés
Current Biology (en anglais)
DOI: https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.07.078

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David McKay
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