Reconstruire plus petit ? Les modèles d’extinction et d’origine changent après les extinctions massives

Reconstruire plus petit ?  Les modèles d'extinction et d'origine changent après les extinctions massives
Fossile de trilobite de la période ordovicienne

Un fossile de trilobite de la période ordovicienne, qui a duré il y a environ 485 à 443 millions d’années. Une nouvelle analyse des fossiles marins de la plupart des derniers demi-milliards d’années montre que les règles habituelles de l’évolution de la taille corporelle changent au cours des extinctions de masse et de leurs récupérations. Crédit : Smithsonian

Une analyse approfondie des fossiles marins de la plupart des derniers demi-milliards d’années montre que les règles habituelles de l’évolution de la taille corporelle changent au cours des extinctions de masse et de leurs récupérations. La découverte est une première étape vers la prédiction de la manière dont l’évolution se déroulera de l’autre côté de la crise d’extinction actuelle.

Des scientifiques de l’Université de Stanford ont découvert un modèle surprenant dans la façon dont la vie réapparaît après un cataclysme. Recherche publiée le 6 octobre 2021 dans Actes de la Royal Society B montre que les règles habituelles d’évolution de la taille corporelle changent non seulement pendant l’extinction de masse, mais aussi pendant la récupération ultérieure.

Depuis les années 1980, les biologistes évolutionnistes se demandent si les extinctions massives et les récupérations qui les suivent intensifient les critères de sélection des temps normaux – ou modifient fondamentalement l’ensemble des traits qui marquent les groupes d’espèces pour la destruction. La nouvelle étude trouve des preuves de ce dernier dans une analyse approfondie des fossiles marins de la plupart des derniers demi-milliards d’années.

Plume Étoile Crinoïde

Une espèce moderne de crinoïde connue sous le nom d’étoile à plumes.

La question de savoir si et comment la dynamique évolutive change à la suite de l’annihilation mondiale a “des implications profondes non seulement pour comprendre les origines de la biosphère moderne, mais aussi pour prédire les conséquences de la crise actuelle de la biodiversité”, écrivent les auteurs.

“En fin de compte, nous voulons pouvoir examiner les archives fossiles et les utiliser pour prédire ce qui va disparaître et, plus important encore, ce qui revient”, a déclaré l’auteur principal Pedro Monarrez, chercheur postdoctoral à la Stanford’s School of Earth, Energy & Sciences de l’environnement (Stanford Earth). “Lorsque nous examinons de près 485 millions d’années d’extinctions et de récupérations dans les océans du monde, il semble y avoir un modèle dans ce qui revient en fonction de la taille du corps dans certains groupes.”

Reconstruire plus petit ?

L’étude s’appuie sur recherches récentes à Stanford qui a examiné la taille corporelle et le risque d’extinction chez les animaux marins dans des groupes connus sous le nom de genres, un niveau taxonomique au-dessus des espèces. Cette étude a révélé que les genres de plus petite taille sont en moyenne autant ou plus susceptibles que leurs plus grands parents de disparaître.

La nouvelle étude a révélé que ce schéma est vrai pour 10 classes d’animaux marins pendant les longues périodes entre les extinctions de masse. Mais les extinctions massives bouleversent les règles de manière imprévisible, les risques d’extinction devenant encore plus grands pour les genres plus petits dans certaines classes, et les genres plus grands perdants dans d’autres.

Crinoïdes fossilisés

Crinoïdes fossilisés, ou nénuphars.

Les résultats montrent des genres plus petits dans une classe connue sous le nom de crinoïdes – parfois appelés lys de mer ou argent féerique – étaient nettement plus susceptibles d’être anéantis lors d’extinctions massives. En revanche, aucune différence de taille détectable entre les victimes et les survivants n’est apparue pendant les intervalles « de fond ». Parmi les trilobites, un groupe diversifié apparenté aux limules modernes, les chances d’extinction diminuaient très légèrement avec la taille du corps pendant les intervalles de fond – mais augmentaient d’environ huit fois avec chaque doublement de la longueur du corps pendant l’extinction de masse.

Lorsqu’ils ont regardé au-delà des genres marins qui se sont éteints pour considérer ceux qui étaient les premiers de leur espèce, les auteurs ont découvert un changement encore plus spectaculaire dans les modèles de taille corporelle avant et après les extinctions. Pendant les périodes d’arrière-plan, les genres nouvellement évolués ont tendance à être légèrement plus gros que ceux qui ont précédé. Au cours de la récupération après une extinction de masse, le schéma s’inverse et il devient plus courant que les créateurs de la plupart des classes soient minuscules par rapport aux espèces restantes qui ont survécu au cataclysme.

Les genres de gastéropodes, y compris les escargots de mer, font partie des quelques exceptions au modèle de reconstruction plus petite. Les genres de gastéropodes nés pendant les intervalles de récupération avaient tendance à être plus grands que les survivants de la catastrophe précédente. Presque partout, écrivent les auteurs, “la sélectivité sur la taille du corps est plus prononcée, quelle que soit la direction, pendant les événements d’extinction de masse et leurs intervalles de récupération que pendant les périodes de fond”.

Considérez cela comme la version de la biosphère consistant à choisir des démarreurs et des chauffe-bancs en fonction de la taille et du poids plus que des compétences après avoir perdu un gros match. Il pourrait bien y avoir une logique à ce plan de match dans l’arc de l’évolution. “Notre prochain défi est d’identifier les raisons pour lesquelles tant de créateurs après l’extinction de masse sont petits”, a déclaré l’auteur principal Jonathan Payne, le professeur Dorrell William Kirby à Stanford Earth.

Les scientifiques ne savent pas encore si ces raisons peuvent être liées aux conditions environnementales mondiales, telles que les faibles niveaux d’oxygène ou la hausse des températures, ou à des facteurs liés aux interactions entre les organismes et leur environnement local, comme la rareté de la nourriture ou la pénurie de prédateurs. Selon Payne, « Identifier les causes de ces schémas peut nous aider non seulement à comprendre comment notre monde actuel est né, mais aussi à projeter la réponse évolutive à long terme à la crise d’extinction actuelle. »

Données fossiles

Il s’agit du dernier d’une série d’articles du groupe de recherche de Payne qui exploitent des analyses statistiques et des simulations informatiques pour découvrir la dynamique évolutive des données sur la taille corporelle à partir des enregistrements de fossiles marins. Dans 2015, l’équipe a recruté des stagiaires du secondaire et des étudiants de premier cycle pour aider à calculer la taille et le volume corporel de milliers de genres marins à partir de photographies et d’illustrations. L’ensemble de données résultant comprenait la plupart des genres d’animaux invertébrés fossiles connus de la science et était au moins 10 fois plus grand que toute compilation précédente de tailles corporelles d’animaux fossiles.

Le groupe a depuis étendu l’ensemble de données et l’a mis à l’épreuve pour les modèles. Entre autres résultats, ils ont découvert qu’une plus grande taille corporelle est devenue l’un des principaux déterminants du risque d’extinction pour les animaux marins pour la première fois dans l’histoire de la vie sur Terre.

Pour la nouvelle étude, Monarrez, Payne et le co-auteur Noel Heim de l’Université Tufts ont utilisé les données de taille corporelle provenant des archives fossiles marines pour estimer la probabilité d’extinction et d’origine en fonction de la taille corporelle au cours de la plupart des 485 millions d’années. En associant leurs données de taille corporelle avec les enregistrements d’occurrences du public Base de données de paléobiologie, ils ont pu analyser 284 308 occurrences de fossiles d’animaux marins appartenant à 10 203 genres. “Cet ensemble de données nous a permis de documenter, dans différents groupes d’animaux, comment les modèles évolutifs changent lorsqu’une extinction de masse se produit”, a déclaré Payne.

Reprise future

D’autres paléontologues ont observé que les animaux de plus petite taille deviennent plus fréquents dans les archives fossiles à la suite d’extinctions massives – l’appelant souvent « l’effet Lilliput », d’après le royaume des personnes minuscules dans le roman du XVIIIe siècle de Jonathan Swift. les voyages de Gulliver.

Les résultats de la nouvelle étude suggèrent que la physiologie animale offre une explication plausible à ce modèle. Les auteurs ont trouvé le schéma classique de rétrécissement dans la plupart des classes d’animaux marins avec de faibles niveaux d’activité et un métabolisme plus lent. Les espèces de ces groupes qui ont évolué pour la première fois juste après une extinction de masse avaient tendance à avoir des corps plus petits que ceux qui sont apparus pendant les intervalles de fond. En revanche, lorsque de nouvelles espèces évoluaient en groupes d’animaux marins plus actifs avec un métabolisme plus rapide, elles avaient tendance à avoir des corps plus gros à la suite de l’extinction et des corps plus petits en temps normal.

Les résultats mettent en évidence l’extinction de masse comme un drame en deux actes. “La partie extinction change le monde en supprimant non seulement beaucoup d’organismes ou beaucoup d’espèces, mais en les supprimant selon divers schémas sélectifs. Ensuite, la récupération n’est pas seulement égale pour tous ceux qui survivent. Un nouvel ensemble de biais entre dans le modèle de reprise », a déclaré Payne. “Ce n’est qu’en combinant ces deux que vous pouvez vraiment comprendre le monde que nous obtenons cinq ou 10 millions d’années après un événement d’extinction.”

Référence : « Mass extinctions alter extinction and origination dynamics respect to body size » par Pedro M. Monarrez, Noel A. Heim et Jonathan L. Payne, 6 octobre 2021, Actes de la Royal Society B.
DOI : 10.1098/rspb.2021.1681

Payne est également professeur de sciences géologiques et, par courtoisie, de biologie.

Le soutien à cette recherche a été fourni par la National Science Foundation des États-Unis et l’École des sciences de la terre, de l’énergie et de l’environnement de Stanford.

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