Des appendices claspés découverts chez un trilobite du milieu du Cambrien révèlent des secrets sur le comportement d’accouplement.

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Accouplement d'Olenoides serratus

Reconstruction artistique de la position d’accouplement chez Olenoides serratus. Crédit : Holly Sullivan

Les fossiles peuvent fournir aux scientifiques de nombreuses informations sur un animal, comme sa morphologie, son environnement et sa place dans l’arbre de vie. Il est cependant très difficile d’observer le comportement reproducteur d’un animal dans les archives fossiles. Il faut un fossile exceptionnellement bien conservé pour révéler les secrets des stratégies de reproduction de certains des plus anciens animaux complexes.

Dans une nouvelle étude publiée aujourd’hui (6 mai 2022) dans la revue Geology, la doctorante Sarah R. Losso et le professeur Javier Ortega-Hernández, tous deux du département de biologie organique et évolutive de Harvard, révèlent le comportement d’accouplement des trilobites du fossile du milieu du Cambrien, Olenoides serratus.

Les trilobites sont un groupe d’arthropodes vieux de 520 à 250 millions d’années, probablement proches du point de ramification de deux grands groupes d’arthropodes, les chélicérates (limules, araignées et scorpions) et les mandibulates (mille-pattes, crabes et insectes). Ils dominent le registre fossile de l’ère paléozoïque, se trouvent sur tous les continents et comptent plus de 20 000 espèces décrites. Ils doivent leur nom à l’aspect trilobé de leur exosquelette durable enrichi en calcite, qui se conserve facilement et a produit un excellent registre de fossiles. La morphologie des trilobites a été largement étudiée, mais la reproduction des trilobites est peu connue. Parmi les rares exemples, on trouve des œufs non fécondés qui ont été trouvés sous la tête d’un spécimen présumé femelle, ainsi que des grappes d’œufs fécondés qui ont été déposées dans des sédiments au Cambrien. Les chercheurs ont émis l’hypothèse que les grands groupes de trilobites fossilisés ensemble pourraient représenter des mues massives et des événements d’accouplement similaires à ceux observés chez des espèces marines vivantes comme la limule de l’Atlantique. Limulus polyphemus. Pourtant, le comportement reproducteur des trilobites, y compris leur accouplement et leur fécondation, reste pratiquement inconnu.

Reconstruction de l'accouplement d'Olenoides serratus

Reconstruction de l’accouplement chez Olenoides serratus : a) Diagramme montrant les appendices du mâle alignés avec l’exosquelette de la femelle. b) Reconstruction artistique de la position d’accouplement. Crédit : Holly Sullivan (https://www.sulscientific.com/)

Losso, qui travaille sur une redescription complète de la morphologie de l’espèce. Olenoidesa étudié et imagé chaque Olenoides serratus spécimen disponible au Musée royal de l’Ontario, à la Commission géologique du Canada et dans les collections de paléontologie invertébrée de la Smithsonian Institution. O. serratus est connu de plusieurs sites en Amérique du Nord, mais tous les spécimens avec des appendices préservés ont été recueillis dans les schistes de Burgess en Colombie-Britannique, Canada. Contrairement à l’exosquelette, les appendices (antennes, pattes et branchies) ne sont pas préservés très fréquemment car ils ne sont pas renforcés par de la calcite. La préservation des appendices nécessite des conditions uniques au moment de l’enfouissement, qui sont présentes dans les schistes de Burgess et dans d’autres sites rares où la préservation des fossiles est exceptionnelle. En examinant un fossile bien préservé du Shale de Burgess conservé au Musée royal de l’Ontario, Losso a découvert des pattes en forme de pince au milieu du corps, semblables à celles des limules mâles adultes, ce qui suggère une stratégie d’accouplement similaire.

Losso a examiné 65 spécimens avec des appendices préservés connus à ce jour. Vingt-trois spécimens avaient des pattes préservées dans la bonne partie du corps où se trouvaient les appendices en forme de pinces ; cependant, avec leur exosquelette intact, les pinces ne seraient pas visibles même si elles étaient présentes en raison de leur taille réduite. Quatre spécimens ont fourni une vue claire des dixième et onzième paires d’appendices, mais seulement un spécimen de O. serratus a révélé qu’ils sont modifiés en fermoirs. Les trois autres spécimens avec des paires d’appendices visibles avaient une apparence plus conventionnelle de jambes.

Spécimen de trilobite Olenoides serratus

Spécimen mâle adulte du trilobite Olenoides serratus avec des agrafes : a) Partie. b) Contre partie. Crédit : Sarah R. Losso

Bien que le spécimen de O. serratus avec des agrafes manque la moitié de son exosquelette, cela a joué en faveur du chercheur. “Ce spécimen est vraiment unique en ce sens qu’il est suffisamment bien conservé pour montrer les détails exceptionnels des membres modifiés en crochets, mais brisé pour que nous puissions réellement voir ces crochets.membres réduits qui seraient autrement couverts par l’exosquelette dorsal”, a déclaré Losso. “Ironiquement, si le spécimen était mieux conservé avec un exosquelette dorsal complet, nous n’aurions pas autant d’informations sur ses membres que maintenant.”

Losso a effectué plusieurs mesures des pièces individuelles des appendices réduits et les a comparées aux appendices du corps du même spécimen et aux appendices connus de différents spécimens. Olenoides dans cette même position. Ceci a démontré que les appendices plus petits ont une morphologie unique connue uniquement de ce spécimen. Losso a ensuite examiné les appendices spécialisés chez d’autres arthropodes vivants à des fins de comparaison et pour comprendre à quoi pouvaient servir ces appendices.

Il existe des milliers d’espèces de trilobites qui ont une histoire vieille de 200 millions d’années. Mais sans un proche parent vivant, il est difficile de connaître le comportement reproductif. Les limules, bien que n’étant pas étroitement liées aux trilobites, sont souvent utilisées comme analogues modernes car elles ressemblent superficiellement aux trilobites, ce qui permet une comparaison utile. Les limules, comme Limulus, sont des arthropodes marins connus pour leurs frayages massifs au large des côtes du Delaware et de Cape Cod. Pendant ces événements, les mâles utilisent leurs pinces pour s’agripper à la femelle afin d’être correctement positionnés pour fertiliser les œufs libérés par la femelle.

Les pinces sont des appendices spéciaux en forme de crochets souvent présents chez les arthropodes mâles. Le mâle utilise les pinces pour s’accrocher à la femelle pendant l’accouplement. Différents groupes ont évolué de manière convergente vers cet appendice dans différentes parties du corps, en fonction du mode d’accouplement exact de ce clade. Les branchiopodes et les limules ont tous deux développé des pinces, mais elles fonctionnent de manière différente selon l’exosquelette de la femelle. Par exemple, les branchiopodes s’agrippent à la carapace, tandis que les limules s’accrochent à l’exosquelette de la femelle. Limulus s’accroche aux épines. Dans O. serratusles crochets du mâle s’alignent sur les épines du pygidium de la femelle.

“Nous savions que cela ne pouvait pas être pour la mastication parce que les appendices ne sont pas près de la tête ou de la bouche, ils sont au milieu du corps”, a déclaré Losso. “Cela montre le dimorphisme sexuel chez les trilobites, mais dans ce cas, il n’est exprimé que dans les appendices. Cela nous en dit plus sur la reproduction chez les trilobites et sur la façon dont ils se seraient accouplés, ce qui auparavant était difficile à comprendre et restait très spéculatif sur la base d’analogies modernes.”

“Il y a très peu de cas de fossiles qui ont directement informé l’écologie et le comportement reproductifs, en particulier dans des fossiles aussi anciens. Dans ce cas, parce qu’il y a une structure qui est très spécifiquement adaptée à cette fonction, il est possible de faire cet argument particulier, et plus particulier des trilobites”, a déclaré Ortega-Hernández. “C’est vraiment la première fois qu’il est possible de montrer ces membres si fortement modifiés pour cette fonction. Et cela fournit des preuves solides pour suggérer qu’un Limulus, ou un comportement semblable à celui de la limule, existait déjà au Cambrien, complètement par convergence. Donc, cela nous aide vraiment à nous faire une idée de la façon dont ces animaux vivaient réellement il y a des millions d’années.”

“Les trilobites peuvent nous aider à comprendre l’évolution du groupe d’animaux le plus abondant et le plus diversifié et produire des aperçus de l’écologie reproductive des premiers animaux”, a déclaré Losso.

Référence : “Claspers in the mid-Cambrian Olenoides serratus indicate horseshoe crab-like mating in trilobites” 6 May 2022, Géologie.
DOI : 10.1130/G49872.1

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