La boîte crânienne en 3D de Shuyu. Crédit : IVPP
L’oreille moyenne humaine, qui abrite trois os minuscules et vibrants, joue un rôle essentiel dans le transport des vibrations sonores vers l’oreille interne, où elles se transforment en impulsions nerveuses qui nous permettent d’entendre.
Des preuves embryonnaires et fossiles prouvent que l’oreille moyenne humaine a évolué à partir du spiracle des poissons. Cependant, l’origine du spiracle des vertébrés a longtemps été un mystère non résolu dans l’évolution des vertébrés.
“Ces fossiles ont fourni les premières preuves anatomiques et fossiles d’un spiracle de vertébré provenant de branchies de poisson.” – Prof. GAI Zhikun
Quelques 20th siècle, croyant que les premiers vertébrés devaient posséder une branchie spiraculaire complète, ont cherché à en trouver une entre les arcs mandibulaire et hyoïde des premiers vertébrés. Malgré des recherches approfondies s’étendant sur plus d’un siècle, aucun fossile de vertébré n’en a trouvé.
Aujourd’hui, cependant, des scientifiques de l’Institut de paléontologie des vertébrés et de paléoanthropologie (IVPP) de l’Académie chinoise des sciences et leurs collaborateurs ont trouvé des indices de ce mystère dans des fossiles de galeaspidés cuirassés en Chine.
Leurs conclusions ont été publiées dans la revue Frontières de l’écologie et de l’évolution le 19 mai 2022.
Selon le Prof. GAI Zhikun de l’IVPP, premier auteur de l’étude, les chercheurs de l’institut ont successivement trouvé au cours des 20 dernières années une espèce vieille de 438 millions d’années. Shuyu 3D et le premier fossile de galéaspide vieux de 419 millions d’années entièrement conservé avec des filaments branchiaux dans la première chambre branchiale. Ces fossiles ont été découverts respectivement à Changxing, dans la province du Zhejiang, et à Qujing, dans la province du Yunnan.
La reconstruction virtuelle en 3D de Shuyu. Crédit : IVPP
“Ces fossiles ont fourni la première preuve anatomique et fossile d’un spiracle de vertébré provenant de branchies de poisson”, a déclaré GAI.
Un total de sept endocasts virtuels de la Shuyu ont ensuite été reconstruits. Presque tous les détails de l’anatomie crânienne de Shuyu ont été révélés dans son crâne de la taille d’un ongle, y compris cinq divisions cérébrales, des organes sensoriels et des passages de nerfs crâniens et de vaisseaux sanguins dans le crâne.
“De nombreuses structures importantes de l’être humain peuvent remonter à nos ancêtres poissons, comme nos dents, nos mâchoires, nos oreilles moyennes, etc. La tâche principale des paléontologues est de trouver les importants chaînons manquants dans la chaîne de l’évolution du poisson à l’homme. Shuyu a été considéré comme un chaînon manquant clé aussi important que Archaeopteryx, Ichthyostega et Tiktaalika déclaré ZHU Min, académicien de l’Académie chinoise des sciences.
Le premier fossile de galéaspide vieux de 419 millions d’années entièrement préservé avec des filaments branchiaux dans la première chambre branchiale. Crédit : IVPP
Le spiracle est un petit trou derrière chaque œil qui s’ouvre sur la bouche chez certains poissons. Chez les requins et toutes les raies, le spiracle est responsable de la prise d’eau dans l’espace buccal avant d’être expulsée par les branchies. Le spiracle est souvent situé vers le haut de l’animal, ce qui permet de respirer même lorsque l’animal est en grande partie enfoui sous des sédiments.
Dans le Polypterusle poisson osseux vivant le plus primitif, les spiracles sont utilisées pour respirer l’air. Cependant, les spiracles des poissons ont fini par être remplacées chez la plupart des espèces autres que les poissons, qui ont évolué pour respirer par le nez et la bouche. Dans les premiers tetrapods, the spiracle seems to have developed first into the Otic notch. Like the spiracle, it was used in respiration and was incapable of sensing sound. Later the spiracle evolved into the ear of modern tetrapods, eventually becoming the hearing canal used for transmitting sound to the brain via tiny inner ear bones. This function has remained throughout the evolution to humans.
“Our finding bridges the entire history of the spiracular slit, bringing together recent discoveries from the gill pouches of fossil jawless vertebrates, via the spiracles of the earliest jawed vertebrates, to the middle ears of the first tetrapods, which tells this extraordinary evolutionary story,” said Prof. Per E. Ahlberg from Uppsala University and academician of the Royal Swedish Academy of Sciences.
Reference: “The Evolution of the Spiracular Region From Jawless Fishes to Tetrapods” by Zhikun Gai, Min Zhu, Per E. Ahlberg and Philip C. J. Donoghue, 19 May 2022, Frontiers in Ecology and Evolution.
DOI: 10.3389/fevo.2022.887172
