La reconstruction artistique du yunnanozoaire du biote cambrien de Chengjiang montre des squelettes pharyngés en forme de panier. Crédit : Dinghua Yang
La recherche révèle que les yunnanozoaires sont les plus anciens vertébrés souches connus.
De nouvelles découvertes répondent à des questions sur les archives fossiles.
Les scientifiques sont depuis longtemps perplexes face à la lacune des archives fossiles qui expliquerait l’évolution des invertébrés vers les vertébrés. Les vertébrés partagent des caractéristiques uniques, comme une colonne vertébrale et un crâne, et comprennent les poissons, les amphibiens, les reptiles, les oiseaux, les mammifères et les humains. Les invertébrés, en revanche, sont des animaux sans colonne vertébrale.
Le processus évolutif qui a amené les invertébrés à devenir des vertébrés – et ce à quoi ressemblaient ces premiers vertébrés – est un mystère pour les scientifiques depuis des siècles.
Une équipe de scientifiques a étudié les yunnanozoaires, des créatures éteintes du début de la période cambrienne (il y a 518 millions d’années), et a découvert des preuves qu’ils sont les plus anciens vertébrés souches connus. Les vertébrés souches sont des vertébrés éteints, mais très proches des vertébrés vivants.
Les scientifiques, de l’Institut de géologie et de paléontologie de Nanjing, de l’Académie chinoise des sciences, et de l’Université de Nanjing, ont publié leurs résultats le 7 juillet 2022 dans le journal Science.
Le vertébré tige du yunnanozoaire. Crédit : Fangchen Zhao
Au fil des ans, les chercheurs ont étudié l’évolution des vertébrés et se sont concentrés sur les arcs pharyngés. Il s’agit de structures qui produisent des parties du visage et du cou, comme les muscles, les os et le tissu conjonctif. Les scientifiques ont émis l’hypothèse que l’arc pharyngé a évolué à partir d’une tige de cartilage non articulée chez les ancêtres vertébrés, comme l’amphioxus chordé, un proche parent invertébré des vertébrés. Cependant, on ne sait pas avec certitude si cette anatomie existait réellement chez les anciens ancêtres.
Afin de mieux comprendre le rôle de l’arc pharyngé chez les anciens vertébrés, l’équipe de recherche a étudié les fossiles de yunnanozoaires à corps mou découverts dans la province du Yunnan, en Chine. Pendant des années, les chercheurs ont étudié les yunnanozoaires, avec des conclusions divergentes sur la façon d’interpréter l’anatomie de la créature. L’affinité des yunnanozoaires a été débattue pendant environ trois décennies, avec de multiples articles publiés soutenant des opinions différentes, dont quatre dans Nature et Science.
L’équipe de recherche a entrepris d’examiner des spécimens fossiles yunnanozoïques nouvellement collectés de manière encore inexplorée, en menant une étude anatomique et ultrastructurale à haute résolution. Les 127 spécimens étudiés présentent des résidus carbonés bien conservés qui ont permis à l’équipe de réaliser des observations ultrastructurales et des analyses géochimiques détaillées.
L’équipe a appliqué la microtomographie à rayons X, la microscopie électronique à balayage, la microscopie électronique à transmission, la spectrométrie Raman, la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier et la spectroscopie à rayons X à dispersion d’énergie aux spécimens fossiles. Leur étude a confirmé de multiples façons que les yunnanozoaires possèdent des cartilages cellulaires dans le pharynx, une caractéristique considérée comme spécifique aux vertébrés. Les résultats de l’équipe confirment que les yunnanozoaires sont des vertébrés souches. Les résultats de leur étude montrent que les yunnanozoaires sont les parents les plus anciens et aussi les plus primitifs des vertébrés du groupe couronne.
Au cours de leur étude, l’équipe a observé que les sept arcs pharyngiens des fossiles de yunnanozoaires sont similaires les uns aux autres. Tous les arcs ont des segments et des filaments semblables à ceux d’un bambou. Les arcs voisins sont tous reliés par des tiges horizontales dorsales et ventrales, formant un panier. Un squelette pharyngé en forme de panier est une caractéristique que l’on retrouve aujourd’hui chez les poissons vivants sans mâchoire, tels que les lamproies et les myxines.
“Deux types de squelettes pharyngés – le type en panier et le type isolé – sont présents chez les vertébrés cambriens et vivants. Cela implique que la forme des squelettes pharyngés a une histoire évolutive précoce plus complexe que ce que l’on pensait auparavant”, a déclaré TIAN Qingyi, le premier auteur de l’étude, de l’Université de Nanjing et de l’Institut de géologie et de paléontologie de Nanjing, de l’Académie chinoise des sciences.
Leurs recherches ont fourni à l’équipe de nouvelles connaissances sur les structures détaillées des arcs pharyngiens. Les nouvelles observations anatomiques réalisées par l’équipe dans le cadre de leur étude confirment le placement évolutif des yunnanozoaires à la base de l’arbre de vie des vertébrés.
Référence : “L’ultrastructure révèle des vertébrés ancestraux”.pharyngeal skeleton in yunnanozoans” par Qingyi Tian, Fangchen Zhao, Han Zeng, Maoyan Zhu et Baoyu Jiang, 7 juillet 2022, Science.
DOI : 10.1126/science.abm2708
L’équipe de recherche comprend Qingyi Tian de l’Université de Nanjing (NJU) et de l’Institut de géologie et de paléontologie de Nanjing, Académie chinoise des sciences (NIGPAS) ; Fangchen Zhao et Han Zeng de NIGPAS ; Maoyan Zhu de NIGPAS et de l’Université de l’Académie chinoise des sciences ; et Baoyu Jiang de NJU.
Le Programme de recherche stratégique prioritaire (B) de l’Académie chinoise des sciences et la Fondation nationale des sciences de Chine ont financé cette recherche.
