Des cerveaux fossilisés “étonnants” vieux de 500 millions d’années incitent à repenser l’évolution des insectes et des araignées.

Stanleycaris hirpex. Crédit : Sabrina Cappelli Musée royal de l’Ontario

Un ancien prédateur radiodonte doté de trois yeux révèle des informations clés sur l’évolution du plan corporel des arthropodes.

Une nouvelle recherche basée sur une cachette 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. Stanleycaris a été révélée par le Musée royal de l’Ontario (ROM). Appartenant à une branche ancienne et éteinte de l’arbre de l’évolution des arthropodes appelée Radiodonta, Stanleycaris est très éloigné des insectes et des araignées modernes. Ces résultats éclairent l’évolution du cerveau, de la vision et de la structure de la tête des arthropodes.

“Les détails sont si clairs que c’est comme si nous regardions un animal mort hier.”

– Joseph Moysiuk

Les résultats ont été annoncés dans l’article de recherche, “A three-eyed radiodont with fossilized neuroanatomy informs the origin of the arthropod head and segmentation”, publié le 5 juillet 2022 dans la revue Current Biology.

Paire de spécimens fossiles de Stanleycaris hirpex, spécimen ROMIP 65674.1-2. Crédit : Photo de Jean-Bernard Caron, Musée royal de l’Ontario.

Ce qui excite le plus les scientifiques, c’est ce qu’il y a à l’intérieur. Stanleycarisde la tête. Les restes du cerveau et des nerfs sont encore préservés après 506 millions d’années dans 84 des fossiles.

“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 (U de T), basé au Musée royal de l’Ontario. “Nous pouvons même distinguer de fins détails, comme les centres de traitement visuel desservant les grands yeux et les traces de nerfs pénétrant dans les appendices. Les détails sont si clairs que c’est comme si nous regardions un animal mort hier.”

Les nouveaux fossiles révèlent que le cerveau de Stanleycaris était composé de deux segments, le protocérébron, relié aux yeux, et le deutocérébron, relié aux griffes frontales.

“Nous concluons que la tête et le cerveau à deux segments ont des racines profondes 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 peut sembler ne pas changer la donne, elle a en fait des implications scientifiques radicales. Puisque des copies répétées de nombreux organes d’arthropodes peuvent être trouvées dans leurs corps segmentés, comprendre comment les segments s’alignent entre les différentes espèces est essentiel pour comprendre comment ces structures se sont diversifiées dans le groupe.

“Ces fossiles sont comme une pierre de Rosette, aidant à relier les traits des radiodontes et d’autres arthropodes fossiles précoces avec leurs homologues dans les groupes survivants.”

Reconstruction d’une paire de Stanleycaris hirpex ; la transparence de l’extérieur de l’individu supérieur a été augmentée pour montrer les organes internes. Le système nerveux est représenté en beige clair, le système digestif en rouge foncé. Crédit : Illustration de Sabrina Cappelli Musée royal de l’Ontario

En plus de sa paire d’yeux pédonculés, Stanleycaris possédait un grand œil central à l’avant de sa tête, une caractéristique jamais remarquée auparavant chez un radiodonte. “La présence d’un énorme troisième œil chez Stanleycaris était inattendue. Elle souligne le fait que ces animaux avaient une apparence encore plus bizarre que nous le pensions, mais elle nous montre également que les premiers arthropodes avaient déjà développé une variété de systèmes visuels complexes comme beaucoup de leurs semblables modernes”, a déclaré le Dr Jean-Bernard Caron, conservateur Richard Ivey de la paléontologie des invertébrés au ROM et directeur de thèse de Moysiuk. “Étant donné que la plupart des radiodontes ne sont connus que par des bribes éparses, cette découverte constitue une avancée cruciale dans la compréhension de leur apparence et de leur mode de vie”, a ajouté M. Caron, qui est également professeur associé à l’Université de Toronto, dans le domaine de l’écologie ;Evolution et Sciences de la Terre.

Résumé de l’article, montrant l’interprétation du système nerveux à partir de fossiles de Stanleycaris et les implications pour comprendre l’évolution du cerveau des arthropodes. Le cerveau est représenté en rouge et les cordons nerveux en violet. Crédit : Photo de Jean-Bernard Caron Musée royal de l’Ontario

À la période cambrienne, les radiodontes comprenaient certains des plus gros animaux qui existent, avec la célèbre “merveille bizarre” Anomalocaris atteignant au moins un mètre de long. Il ne mesurait pas plus de 20 cm 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. StanleycarisLes systèmes sensoriels et nerveux sophistiqués lui auraient permis de repérer efficacement les petites proies dans l’obscurité.

Reconstruction de Stanleycaris hirpex. Crédit : Art par Sabrina Cappelli Musée royal de l’Ontario

Avec de grands yeux composés, une bouche circulaire d’apparence redoutable garnie de dents, des griffes frontales avec un ensemble impressionnant d’épines, et un corps flexible et segmenté avec une série de volets de nage le long de ses côtés, Stanleycaris aurait été l’objet de cauchemars 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 recueillis dans les années 1980 et 1990 dans des couches rocheuses situées au-dessus du célèbre site de la carrière Walcott du schiste de Burgess, dans le parc national de Yoho, en Colombie-Britannique, au Canada, et font partie de la vaste collection de fossiles du schiste de Burgess conservée au ROM.

Les sites fossilifères du schiste de Burgess sont situés dans les parcs nationaux Yoho et Kootenay et sont gérés par Parcs Canada. Parcs Canada est fier de collaborer avec des chercheurs scientifiques de premier plan 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 grâce à des randonnées guidées primées. Le schiste de Burgess a été désigné site du patrimoine mondial de l’UNESCO en 1980 en raison de sa valeur universelle exceptionnelle et fait maintenant partie du site du patrimoine mondial des parcs des montagnes Rocheuses canadiennes.

Fossiles de Stanleycaris peuvent être vus par le public dans la nouvelle exposition de fossiles des schistes de Burgess dans le musée de l’environnement. Galerie Willner Madge, L’aube de la vie. au ROM.

Référence : “Un radiodonte à trois yeux avec neuroanatomie fossilisée informe sur l’origine de la tête et de la segmentation des arthropodes” par Joseph Moysiuk et Jean-Bernard Caron, 8 juillet 2022,Biologie courante.
DOI : 10.1016/j.cub.2022.06.027

Les principaux fonds de recherche proviennent du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, par le biais d’une bourse d’études supérieures du Canada Vanier à Moysiuk et d’une subvention à la découverte (no 341944) à Caron.