Il y a environ 365 millions d’années, un groupe de poissons a quitté l’eau pour vivre sur terre. Ces animaux étaient précoces tétrapodes, une lignée qui rayonnerait pour inclure plusieurs milliers d’espèces, notamment des amphibiens, des oiseaux, des lézards et des mammifères. Les êtres humains sont les descendants de ces premiers tétrapodes, et nous partageons l’héritage de leur transition eau-terre.
Et si, au lieu de s’aventurer sur les rives, ils avaient rebroussé chemin ? Et si ces animaux, juste sur le point de quitter l’eau, s’étaient retirés pour vivre à nouveau dans des eaux plus ouvertes ?
Un nouveau fossile suggère qu’un poisson, en fait, a fait exactement cela. Contrairement à d’autres animaux étroitement apparentés, qui utilisaient leurs nageoires pour soutenir leur corps au fond de l’eau et s’aventuraient peut-être occasionnellement sur la terre ferme, cette créature nouvellement découverte avait des nageoires conçues pour nager.
En mars 2020, j’étais à l’Université de Chicago et membre du biologiste de Neil Shubin laboratoire. Je travaillais avec Justin Lemberg, un autre chercheur de notre groupe, pour traiter un fossile recueilli en 2004 lors d’une expédition dans l’Arctique canadien.
De la surface de la roche dans laquelle il était enfoncé, nous pouvions voir des fragments de mâchoires, d’environ 2 pouces de long (5 cm) et avec des dents pointues. Il y avait aussi des taches d’écailles blanches avec une texture bosselée. L’anatomie nous a donné des indices subtils que le fossile était un tétrapode précoce. Mais nous voulions voir à l’intérieur du rocher.
Nous avons donc utilisé une technologie appelée tomodensitométrie, qui projette des rayons X à travers l’échantillon, pour rechercher tout ce qui pourrait être caché à l’intérieur, hors de vue. Le 13 mars, nous avons scanné un morceau de roche sans prétention qui avait quelques écailles sur le dessus et avons découvert qu’il contenait une nageoire complète enterrée à l’intérieur. Nos mâchoires sont tombées. Quelques jours plus tard, le laboratoire et le campus ont fermé et le COVID-19 nous a mis en confinement.
La nageoire dévoilée
Une palme comme celle-ci est extrêmement précieuse. Cela peut donner aux scientifiques des indices sur l’évolution des premiers tétrapodes et sur la façon dont ils vivaient il y a des centaines de millions d’années. Par exemple, en fonction de la forme de certains os du squelette, nous pouvons prédire si un animal nageait ou marchait.
Bien que ce premier scan de la nageoire soit prometteur, nous avions besoin de voir le squelette en haute résolution. Dès que nous avons été autorisés à revenir sur le campus, un professeur du département des sciences géophysiques de l’université nous a aidés à tailler le bloc à l’aide d’une scie à pierre. Cela a rendu le bloc plus fin, moins de roche, permettant un meilleur balayage et une vue plus proche de la nageoire.
Lorsque la poussière s’est dissipée et que nous avons fini d’analyser les données sur les mâchoires, les écailles et les nageoires, nous avons réalisé que cet animal était une nouvelle espèce. Non seulement cela, il s’avère que c’est l’un des plus proches parents connus des vertébrés membres, ces créatures avec des doigts et des orteils.
Nous l’avons nommé Qikiqtania wakei. Son nom de genre, prononcé « kick-kiq-tani-ahh », fait référence aux mots inuktituts Qikiqtaaluk ou Qikiqtani, le nom traditionnel du région où le fossile a été trouvé. Lorsque ce poisson était vivant, il y a plusieurs centaines de millions d’années, c’était un environnement chaud avec des rivières et des ruisseaux. Son nom d’espèce rend hommage à la fin David Wakeun scientifique et un mentor qui a inspiré tant d’entre nous dans le domaine de la biologie de l’évolution et du développement.
Une animation de la nageoire pectorale de Qikiqtania montrant comment elle a été conservée dans la roche. Les écailles sont représentées en jaune, les rayons des nageoires en bleu et l’endosquelette en gris. 1 crédit
Les squelettes racontent comment vivait un animal
Qikiqtania en dit long sur une période critique de l’histoire de notre lignée. Ses écailles indiquent sans ambiguïté aux chercheurs qu’il vivait sous l’eau. Ils montrent des canaux sensoriels qui auraient permis à l’animal de détecter l’écoulement de l’eau autour de son corps. Ses mâchoires nous disent qu’il se nourrissait comme un prédateur, mordait et s’accrochait à sa proie avec une série de crocs et aspirait de la nourriture dans sa bouche par succion.
Mais c’est la nageoire pectorale de Qikiqtania qui est la plus surprenante. Il a un os humérus, tout comme notre bras. Mais Qikiqtania a une forme très particulière.
Les premiers tétrapodes, comme Tiktaalik, ont des humérus qui possèdent une crête proéminente sur la face inférieure et un ensemble caractéristique de bosses, où les muscles s’attachent. Ces bosses osseuses nous disent que les premiers tétrapodes vivaient au fond des lacs et des ruisseaux, utilisant leurs nageoires ou leurs bras pour se soutenir, d’abord sur le sol sous l’eau et plus tard sur terre.
L’humérus de Qikiqtania est différent. Il manque ces crêtes et processus de marque. Au lieu de cela, son humérus est mince et en forme de boomerang, et le reste de la nageoire est large et ressemble à une pagaie. Cette palme a été conçue pour la natation.
Alors que d’autres premiers tétrapodes jouaient au bord de l’eau, apprenant ce que la terre avait à offrir, Qikiqtania faisait quelque chose de différent. Son humérus ne ressemble vraiment à aucun autre connu. Mes collègues et moi pensons que cela montre que Qikiqtania s’est détourné du bord de l’eau et a évolué pour vivre, une fois de plus, hors du sol et en eau libre.
Une animation du squelette complet de Qikiqtania. 1 crédit
L’évolution n’est pas une marche dans une direction
L’évolution n’est pas un processus simple et linéaire. Bien qu’il puisse sembler que les premiers tétrapodes tendaient inévitablement vers la vie sur terre, Qikiqtania montre exactement les limites d’une telle perspective directionnelle. L’évolution n’a pas construit d’échelle vers les humains. C’est un ensemble complexe de processus qui, ensemble, font croître l’arbre de la vie enchevêtré. De nouvelles espèces se forment et se diversifient. Les branches peuvent partir dans n’importe quel nombre de directions.
Ce fossile est spécial pour de nombreuses raisons. Ce n’est pas seulement miraculeux que ce poisson ait été conservé dans la roche pendant des centaines de millions d’années avant d’être découvert par des scientifiques dans l’Arctique, sur Île d’Ellesmere. Ce n’est pas seulement qu’il est remarquablement complet, avec son anatomie complète révélée par hasard à l’aube d’une pandémie mondiale. Il fournit également, pour la première fois, un aperçu de la plus grande diversité et de l’éventail des modes de vie des poissons lors de la transition eau-terre. Il aide les chercheurs à voir plus qu’une échelle et à comprendre cet arbre fascinant et emmêlé.
Les découvertes dépendent de la communauté
Qikiqtania a été trouvé sur des terres inuites et appartient à cette communauté. Mes collègues et moi n’avons pu mener cette recherche que grâce à la générosité et au soutien de personnes des hameaux de Resolute Bay et de Grise Fiord, des chasseurs et trappeurs Iviq de Grise Fiord et du ministère du Patrimoine et de la Culture du Nunavut. À eux, au nom de toute notre équipe de recherche, « nakurmiik ». Merci. Les expéditions paléontologiques sur leurs terres ont véritablement changé notre compréhension de l’histoire de la vie sur Terre.
Le COVID-19 a empêché de nombreux paléontologues de voyager et de visiter des sites de terrain à travers le monde ces dernières années. Nous sommes impatients de revenir, de rendre visite à de vieux amis et de chercher à nouveau. Qui sait quels autres animaux se cachent, attendant d’être découverts à l’intérieur de blocs de pierre sans prétention.
Cet article est republié de La conversation sous licence Creative Commons. Lis le article original.