Des cerveaux fossilisés de Stanleycaris vieux de 500 millions d'années incitent à repenser l'évolution des insectes et des araignées

Un ancien prédateur radiodonte doté de trois yeux permet de mieux comprendre l'évolution du plan corporel des arthropodes

TORONTO, ON, 8 juillet 2022 - Le ROM (Royal Ontario Museum) a révélé de nouvelles recherches basées sur une cache de fossiles contenant le cerveau et le système nerveux d'un prédateur marin vieux d'un demi-milliard d'années provenant des schistes de Burgess et appelé Stanleycaris. Stanleycaris appartenait à une ramification ancienne et éteinte de l'arbre de l'évolution des arthropodes, appelée Radiodonta, qui présente une parenté lointaine avec les insectes et les araignées modernes. Ces découvertes éclairent l'évolution du cerveau, de la vision et de la structure de la tête des arthropodes. Les résultats ont été annoncés dans l'article intitulé "A three-eyed radiodont with fossilized neuroanatomy informs the origin of the arthropod head and segmentation" (Un radiodonte à trois yeux avec une neuroanatomie fossilisée informe sur l'origine de la tête et de la segmentation des arthropodes), publié dans la revue Current Biology.

C'est ce qui se trouve à l'intérieur de la tête de Stanleycaris qui a le plus enthousiasmé les chercheurs. Dans 84 des fossiles, les restes du cerveau et des nerfs sont encore préservés après 506 millions d'années.

"Bien que les cerveaux fossilisés de la période cambrienne ne soient pas nouveaux, cette découverte se distingue par la qualité étonnante de la préservation et le grand nombre de spécimens", a déclaré Joseph Moysiuk, auteur principal de la recherche et candidat au doctorat en écologie et biologie évolutive de l'Université de Toronto, basé au Musée royal de l'Ontario. "Nous pouvons même distinguer des détails fins tels que les centres de traitement visuel desservant les grands yeux et les traces de nerfs pénétrant dans les appendices. Les détails sont si clairs qu'on a l'impression d'observer un animal mort hier".

Les nouveaux fossiles montrent que le cerveau de Stanleycaris était composé de deux segments, le protocérébrum et le deutocérébrum, reliés respectivement aux yeux et aux griffes frontales.

"Nous concluons que la tête et le cerveau à deux segments sont profondément enracinés dans la lignée des arthropodes et que leur évolution a probablement précédé le cerveau à trois segments qui caractérise tous les membres vivants de ce phylum animal diversifié", a ajouté Moysiuk.

Chez les arthropodes actuels, comme les insectes, le cerveau se compose d'un protocérébron, d'un deutocérébron et d'un tritocérébron. Si la différence d'un segment ne semble pas changer la donne, elle a en fait des implications scientifiques radicales. Étant donné que des copies répétées de nombreux organes d'arthropodes se trouvent dans leur corps segmenté, il est essentiel de déterminer comment les segments s'alignent entre les différentes espèces pour comprendre comment ces structures se sont diversifiées au sein du groupe.

"Ces fossiles sont comme une pierre de Rosette, permettant de relier les caractéristiques des radiodontes et d'autres arthropodes fossiles primitifs à leurs homologues des groupes survivants", note Moysiuk.

En plus de sa paire d'yeux pédonculés, Stanleycaris possédait un grand œil central à l'avant de la tête, une caractéristique jamais observée auparavant chez un radiodonte. "La présence d'un énorme troisième œil chez Stanleycaris était inattendue. It emphasizes that these animals were even more bizarre-looking than we thought, but also shows us that the earliest arthropods had already evolved a variety of complex visual systems like many of their modern kin” said Dr. Jean-Bernard Caron, ROM’s Richard Ivey Curator of Invertebrate Palaeontology, and Moysiuk’s PhD supervisor. "Comme la plupart des radiodontes ne sont connus que par des fragments épars, cette découverte est un pas en avant crucial pour comprendre à quoi ils ressemblaient et comment ils vivaient", a ajouté M. Caron, qui est également professeur associé à l'Université de Toronto, en écologie et évolution et en sciences de la Terre.

À l'époque cambrienne, les radiodontes comptaient parmi les animaux les plus grands, la célèbre "merveille étrange" Anomalocaris atteignant au moins un mètre de long. Avec ses 20 centimètres de long, Stanleycaris était petit pour son groupe, mais à une époque où la plupart des animaux ne dépassaient pas la taille d'un doigt humain, il aurait été un prédateur impressionnant. Les systèmes sensoriels et nerveux sophistiqués de Stanleycaris lui auraient permis de repérer efficacement de petites proies dans l'obscurité.

Doté de grands yeux composés, d'une bouche circulaire à l'aspect redoutable garnie de dents, de griffes frontales munies d'une impressionnante série d'épines et d'un corps flexible et segmenté doté d'une série de lamelles de natation sur les côtés, Stanleycaris aurait été un véritable cauchemar pour tout petit habitant des fonds marins assez malchanceux pour croiser son chemin.

À propos des schistes de Burgess
Pour cette recherche, Moysiuk et Caron ont étudié une collection inédite de 268 spécimens de Stanleycaris. Les fossiles ont été principalement collectés dans les années 1980 et 1990 dans des couches rocheuses situées au-dessus du célèbre site de Walcott Quarry des schistes de Burgess dans le parc national de Yoho, en Colombie-Britannique, au Canada, et font partie de la vaste collection de fossiles des schistes de Burgess conservée au ROM.

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 les connaissances et la compréhension de cette période clé de l'histoire de la Terre et de faire connaître ces sites au monde entier par le biais de 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 désormais partie du site du patrimoine mondial des parcs des montagnes Rocheuses canadiennes.

Des fossiles de Stanleycaris peuvent être vus par le public dans la nouvelle exposition de fossiles des schistes de Burgess dans la galerie Willner Madge, Dawn of Life at ROM.

Le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada a apporté un soutien financier important à la recherche, par l'intermédiaire d'une bourse d'études supérieures du Canada Vanier accordée à Moysiuk et d'une subvention à la découverte (n° 341944) accordée à Caron.

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Article de journal
Un radiodonte à trois yeux avec une neuroanatomie fossilisée informe sur l'origine de la tête et de la segmentation des arthropodes publié dans Current Biology
DOI 10.1016/j.cub.2022.06.027