Ils faisaient partie des collections du Harvard Museum of Comparative Zoology (MCZ) depuis les années 1870, date à laquelle ils ont été découverts pour la première fois. Nichés parmi la plus grande collection de trilobites, ces fossiles uniques sont restés dans des tiroirs jusqu’à 145 ans plus tard, lorsque Sarah Losso, Ph.D. candidate au Département de biologie organisationnelle et évolutive (OEB) à Harvard, a commencé à parcourir la collection de trilobites dans le cadre de sa thèse.
« J’ai commencé mon doctorat en examinant toutes ces fines sections de trilobites, en les imaginant et en essayant de comprendre ce que nous pouvons réellement voir », a déclaré Losso. « Et puis je suis tombé sur quelque chose que nous ne voyons jamais dans les fossiles de trilobites. »
Dans une nouvelle étude, publiée dans Actes de la Royal Society B, l’auteur principal Losso décrit les fossiles tridimensionnels inhabituels de trilobites préparés sous forme de coupes minces montrant les tissus mous en 3D lors de l’inscription. L’étude révèle les dessous mous des trilobites inscrits et le mécanisme évolutif qui permet aux arthropodes d’inscrire leur corps pour se protéger des prédateurs et des conditions environnementales défavorables.
Les trilobites sont les premiers arthropodes de l’ère paléozoïque. Ils étaient nombreux et très divers jusqu’à ce qu’ils soient anéantis lors de l’extinction massive de la fin du Permien. Les trilobites doivent leur nom à leur corps trilobé, recouvert d’un exosquelette durable enrichi en calcite qui se conserve facilement ; faisant des trilobites une partie emblématique des archives fossiles du Paléozoïque. Leurs corps segmentés comportent de nombreuses paires de membres, dont une jambe qui marche et une branchie pour la respiration. Contrairement à leur exosquelette durable, leur dessous, y compris les pattes, est beaucoup plus mou et est donc rarement fossilisé à moins que les conditions parfaites ne soient réunies. Les trilobites n’ont pas de parents proches, malgré leur ressemblance avec les limules. Cependant, les limules peuvent servir de comparaison utile en raison de leur mode de vie similaire.
Les défis associés à la fossilisation des tissus mous rendent les trilobites étudiés par Losso encore plus spéciaux. Les fossiles proviennent du stade Mohawkien de la période Ordovicien (il y a 462 à 451 millions d’années). Ils ont été découverts dans la carrière Walcott-Rust située dans le nord de l’État de New York, près de Trenton Falls ; une région habitée à l’origine par la tribu des Iroquois. La carrière porte le nom en partie du scientifique Charles D. Walcott, qui y a découvert les trilobites inscrits dans sa jeunesse, avant de découvrir les schistes de Burgess alors qu’il était directeur de la Smithsonian Institution.
Les fossiles, que Walcott a vendus au MCZ et au Smithsonian dans les années 1870, ont été piégés dans une boue de sédiments qui s’est rapidement déplacée vers le bas de la pente et a enseveli les trilobites, permettant ainsi la préservation des tissus délicats avant que la décomposition ne les détruise. Ils ont la particularité de conserver les tissus mous, comme les pattes et les antennes, en 3D. Walcott a étudié les fossiles en les découpant en sections de fines tranches de roche et en les attachant à des lames de verre à l’aide de la sève baumière. Bien qu’elle tire le meilleur parti de ce qui était disponible à l’époque, la méthode de préparation de Walcott rend les fossiles difficiles à étudier, car les structures 3D sont considérées comme un plan 2D.
« Il s’agissait des premiers appendices complets connus d’un trilobite », a déclaré Losso, « avant leur découverte à la fin des années 1800, les scientifiques connaissaient la jambe qui marche, mais pas à quoi ressemblaient les branches branchiales. » En raison des perturbations environnementales, les trilobites se sont enrôlés pour protéger leurs appendices les plus délicats. Des sédiments ont ensuite entouré les pattes des trilobites partiellement enrôlés, créant un moule de forme externe alors même que les tissus se décomposaient.
L’inscription se produit dans de nombreux organismes différents. Il s’agit d’une stratégie de défense pour les animaux dotés d’exosquelettes durs et de tissus plus mous sur le dessous. Nous constatons une inscription chez des animaux modernes, notamment des punaises (isopodes), des mille-pattes (mille-pattes) et même des tatous. En enregistrant leur corps, ces animaux peuvent protéger leurs tissus mous vulnérables grâce à leurs exosquelettes durs contre les prédateurs. Chez les arthropodes terrestres modernes, il peut également protéger contre le dessèchement et la perte d’humidité.
Bien que les mécanismes d’inscription des trilobites soient bien étudiés, ces observations n’ont été faites qu’en examinant leurs exosquelettes en raison du manque de fossiles inscrits avec préservation des tissus mous. Sur les 20 000 espèces de trilobites, moins de 40 présentent des tissus mous préservés. Et parmi ces 40, la plupart ne conservent que des parties d’une patte ou d’une antenne. Seule une douzaine d’espèces ont connu des appendices complets, mais la plupart d’entre elles sont préservées sous forme de fossiles plats et hautement compressés, comme on le voit dans les schistes de Burgess en Colombie-Britannique.
« Ces fossiles nous donnent la première vision claire de l’organisation tridimensionnelle des tissus mous des trilobites, ainsi que des premiers moules de trilobites à différents stades d’enrôlement, ce qui nous a permis de voir réellement comment ils déplaçaient leurs appendices et autres structures dans l’ordre. pour s’inscrire », a déclaré Losso.
Les trilobites et autres arthropodes ont des rangées de plaques exosquelettiques dorsales sur le dos et le dessous. Les plaques du dos, appelées tergites, sont renforcées et beaucoup plus grandes que les plaques du dessous. Les sternites sont une rangée de plaques rigides le long de la face inférieure et sont plus mous et plus sujets à la pourriture, ils sont donc rarement observés dans les archives fossiles. Les fossiles de Walcott-Rust avaient cependant préservé les structures ventrales, notamment les sternites et les membres.
Bien que plus mous, les sternites sont trop longs et rigides pour que l’animal puisse s’y inscrire s’il ne peut pas fléchir ou articuler. Pour contourner ce problème, les sternites glissent les uns sur les autres dans un mouvement de plongée, semblable à celui des stores, ce qui permet à leur corps de se replier en boule. Les pattes des trilobites se sont également adaptées pour permettre ce mouvement en évoluant vers une forme de coin qui peut s’emboîter comme des tranches de pizza à l’intérieur de la balle inscrite.
« Comme la partie de la jambe qui s’attache au corps est rarement vue, et certainement pas en 3D, les gens la représentaient souvent comme ovale ou carrée en coupe transversale », a déclaré Losso, « mais les jambes ovales ou carrées ne permettraient pas la flexibilité nécessaire pour une inscription complète.
Losso a comparé les fossiles de Walcott-Rust aux tomodensitogrammes d’arthropodes modernes de mille-pattes, d’isopodes et de limules, qui étaient également conservés dans les collections du MCZ. Losso a découvert que les arthropodes modernes utilisaient le même mouvement de sternites que celui des trilobites pour inscrire leur corps. Des trilobites ont été trouvés tout au long de l’ère paléozoïque. L’adaptation à l’inscription leur a permis de s’épanouir et ils ont développé des structures pour faciliter l’inscription, telles que les proportions et le nombre corrects de segments dans la partie ventrale pour maintenir le corps inscrit et les jambes en forme de coin.
« Les fossiles sont connus depuis longtemps, mais personne n’avait imaginé que nous pourrions étudier les adaptations ventrales pour l’inscription en utilisant ces très bons fossiles », a déclaré Losso. « Ces fossiles nous ont permis de comparer les trilobites avec les arthropodes modernes et de voir qu’il n’y a en réalité qu’une seule façon de réaliser l’inscription étant donné le plan corporel des arthropodes. C’est un excellent exemple d’évolution convergente entre toutes ces différentes lignées, et sur une vaste période de temps, car nous le voyons à l’Ordovicien et aujourd’hui. C’est une stratégie importante pour la survie qui prospère aujourd’hui.
« Le travail de Sarah a grandement amélioré notre compréhension d’une stratégie comportementale clé qui a permis aux trilobites d’avoir un succès incroyable pendant plus de 200 millions d’années, et a également attiré une nouvelle attention sur les collections historiques de fossiles de Walcott-Rust au MCZ qui n’ont pas été étudiées pendant 100 ans », a déclaré auteur principal Javier Ortega-Hernández, professeur adjoint à l’OEB et conservateur de paléontologie des invertébrés au MCZ. « Les nouvelles données sur la morphologie tridimensionnelle des trilobites lors de l’inscription nous permettront pour la première fois de modéliser avec précision cette stratégie complexe et représenteront un bel exemple d’évolution convergente en action entre des espèces éloignées. »
Plus d’information:
Sarah R. Losso et al, Evolution convergente des adaptations ventrales pour l’enrôlement chez les trilobites et les euarthropodes existants, Actes de la Royal Society B : Sciences biologiques (2023). DOI : 10.1098/rspb.2023.2212