Un prédateur marin vieux de 508 millions d'années avec une tête "en couteau".

Le plus ancien parent proche des araignées, des scorpions et des limules a développé une tête sophistiquée pour chasser et manger de petits animaux abrités.

TORONTO, le 21 décembre 2017- Des paléontologues du Musée royal de l'Ontario (ROM) et de l'Université de Toronto (U of T) ont entièrement revisité une ancienne créature marine minuscule mais exceptionnellement féroce, appelée Habelia optata, qui a déconcerté les scientifiques depuis sa découverte il y a plus d'un siècle. La recherche de l'auteur principal Cédric Aria, récemment diplômé du programme de doctorat du département d'écologie et de biologie évolutive de la faculté des arts et des sciences de l'université de Toronto, et du coauteur Jean-Bernard Caron, conservateur principal de paléontologie des invertébrés au ROM et professeur associé aux départements d'écologie et de biologie évolutive et des sciences de la terre de l'université de Toronto, est publiée aujourd'hui dans la revue BMC Evolutionary Biology.

D'une longueur d'environ 2 cm et doté d'une queue aussi longue que le reste de son corps, Habelia optata, disparu depuis longtemps, appartient au groupe d'animaux invertébrés appelés arthropodes, qui comprend également des créatures familières telles que les araignées, les insectes, les homards et les crabes. Il a vécu au milieu de la période cambrienne, il y a environ 508 millions d'années, et provient du célèbre gisement fossilifère des schistes de Burgess, en Colombie-Britannique. Habelia optata faisait partie de l'"explosion cambrienne", une période d'évolution rapide au cours de laquelle la plupart des grands groupes d'animaux sont apparus pour la première fois dans les archives fossiles.

Comme tous les arthropodes, Habelia optata possède un corps segmenté avec un squelette externe et des membres articulés. Pendant des décennies, le principal sous-groupe d'arthropodes auquel Habelia appartenait est resté incertain. Les premières études avaient mentionné les mandibulates, une lignée hyperdiversifiée dont les membres possèdent des antennes et une paire d'appendices spécialisés appelés mandibules, généralement utilisés pour saisir, presser et écraser leur nourriture. Mais Habelia est resté par la suite l'un des arthropodes typiquement non élucidés des schistes de Burgess.

La nouvelle analyse des chercheurs de l'Université de Toronto et du ROM suggère que Habelia optata était au contraire un proche parent de l'ancêtre de tous les chélicérates, l'autre sous-groupe d'arthropodes vivant aujourd'hui, nommé ainsi en raison de la présence d'appendices appelés chélicères devant la bouche et utilisés pour couper la nourriture. Cela est principalement dû à l'anatomie générale de la tête chez Habelia et à la présence de deux petits appendices ressemblant à des chélicères, révélés dans ces fossiles.

"Habelia montre maintenant de manière très détaillée l'architecture corporelle à partir de laquelle les chélicérates ont émergé, ce qui nous permet de résoudre certaines questions de longue date", a déclaré Aria, qui est maintenant chercheur post-doctoral à l'Institut de géologie et de paléontologie de Nanjing, en Chine. "Nous pouvons maintenant expliquer pourquoi, par exemple, les limules ont une paire réduite de membres - les chilaires - à l'arrière de leur tête. Il s'agit de vestiges d'appendices entièrement formés, car les chélicérates semblent avoir eu à l'origine des têtes dotées de pas moins de sept paires de membres".

Aria et Caron ont analysé 41 spécimens au total, dont la majorité sont de nouveaux spécimens acquis par des équipes de travail sur le terrain dirigées par le ROM dans les schistes de Burgess.

Les recherches montrent que le corps bien armé de Habelia optata, couvert d'une multitude d'épines différentes, est divisé en tête, thorax et post-thorax, qui portent tous différents types d'appendices. Le thorax présente cinq paires de pattes de marche, tandis que le post-thorax abrite des appendices arrondis probablement utilisés pour la respiration.

"Les scorpions et les scorpions de mer, aujourd'hui disparus, sont également des chélicérates dont le corps est divisé en trois régions distinctes", explique Aria. "Nous pensons que ces régions correspondent globalement à celles d'Habelia. Mais une différence majeure est que les scorpions et les scorpions de mer, comme tous les chélicérates, marchent littéralement sur la tête, alors que Habelia avait encore des appendices de marche dans son thorax".

Les chercheurs estiment que cette différence d'anatomie a permis à Habelia d'évoluer vers une tête particulièrement complexe qui rend cette espèce fossile encore plus singulière par rapport aux chélicérates connus. La tête de Habelia contenait une série de cinq appendices composés d'une grande plaque munie de dents pour la mastication, d'une branche ressemblant à une jambe avec des épines rigides en forme de poils pour la préhension, et d'une branche allongée et mince modifiée comme un appendice sensoriel ou tactile.

"Cet appareil complexe d'appendices et de mâchoires faisait de Habelia un prédateur exceptionnellement féroce pour sa taille", explique Aria. "Il était probablement à la fois très mobile et efficace pour déchiqueter ses proies.

Le résultat surprenant de cette étude, malgré la parenté évolutive de Habelia avec les chélicérates, est que ces caractéristiques inhabituelles ont conduit les chercheurs à comparer la tête de Habelia à celle des mandibulates d'un point de vue fonctionnel. Ainsi, les branches sensorielles particulières ont pu être utilisées de la même manière que les mandibules utilisent les antennes. De même, les appendices en forme de plaques qui se chevauchent dans la série centrale de cinq appendices s'ouvrent et se ferment parallèlement à la face inférieure de la tête, comme le font les mandibulates, en particulier ceux qui se nourrissent d'animaux dont la carapace est durcie.
Enfin, une septième paire d'appendices à l'arrière de la tête semble avoir rempli une fonction similaire à celle des "maxillipèdes", appendices qui, chez les mandibulates, aident les autres membres de la tête à transformer la nourriture. Cette large correspondance en termes de fonction plutôt qu'en termes d'origine évolutive est appelée "convergence".

"D'un point de vue évolutif, Habelia est proche du point de divergence entre les chélicérates et les mandibulates", explique Aria. "Mais ses similitudes avec les mandibulates sont des modifications secondaires de caractéristiques qui étaient en partie déjà celles des chélicérates dans la nature. Cela suggère que les chélicérates sont issus d'espèces présentant une grande variabilité structurelle".

Les chercheurs concluent de la structure exceptionnelle de la tête, ainsi que des pattes de marche bien développées, que Habelia optata et ses proches étaient des prédateurs actifs des fonds marins du Cambrien, chassant les petites créatures marines shelly, telles que les petits trilobites - des arthropodes dotés d'exosquelettes durs et minéralisés qui étaient déjà très diversifiés et abondants à l'époque cambrienne.

"Cela confirme l'importance des carapaces et des coquilles dans l'évolution au cours de l'explosion cambrienne et élargit notre compréhension des écosystèmes à cette époque, en montrant un autre niveau de relation prédateur-proie et son impact déterminant sur l'apparition des arthropodes tels que nous les connaissons aujourd'hui", a déclaré Caron, qui était le directeur de thèse d'Aria lorsque la majeure partie de cette recherche a été menée à bien.

"L'apparition et la propagation des animaux à coquille sont considérées comme l'une des caractéristiques déterminantes de l'explosion cambrienne, et Habelia contribue à illustrer l'importance de ce facteur écologique pour la diversification précoce des chélicérates et des arthropodes en général".

Les résultats sont décrits dans l'étude "Mandibulate convergence in an armoured Cambrian stem chelicerate" (Convergence mandibulaire chez un chélicérate armé du Cambrien), dans laquelle Habelia optata prend vie grâce à l'artiste visuelle et illustratrice scientifique Joanna Liang, avec des animations décrivant l'architecture spectaculaire du corps et le mécanisme d'alimentation complexe de ce fossile. Liang a collaboré avec Aria et Caron pour produire les animations dans le cadre de sa thèse de maîtrise en communication biomédicale à l'université de Toronto, sous la direction de Dave Mazierski.

L'Université de Toronto et le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada ont financé la recherche. Les spécimens d'Habelia conservés au Musée royal de l'Ontario ont été collectés lors de travaux sur le terrain dans les années 1990, en vertu de plusieurs permis de recherche et de collecte délivrés par Parcs Canada. Les sites fossilifères des schistes de Burgess sont situés dans les parcs nationaux Yoho et Kootenay. Parcs Canada protège ces sites et collabore avec d'éminents chercheurs scientifiques afin de mieux connaître et comprendre cette période clé de l'histoire de la Terre. 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 montagnes Rocheuses canadiennes.

Pour en savoir plus sur cette recherche, voir le ROMblog https://www.rom.on.ca/en/blog/habelia-a-fossil-predator-with-a-multi-tool-head

Autres informations en ligne

Site web : Les schistes de Burgess, Musée virtuel du Canada, par le Musée royal de l'Ontario et Parcs Canada

Projets du Musée royal de l'Ontario sur les schistes de Burgess

Avant-première de la galerie Dawn of Life du Musée royal de l'Ontario

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