L’ascension des tétrapodes (vertébrés à quatre membres) est l’une des transitions évolutives emblématiques conservées dans les archives fossiles. Ces animaux, qui vivaient il y a environ 385 à 320 millions d’années pendant les périodes dévonienne et carbonifère de l’histoire de la Terre, ont ouvert la voie à l’évolution et à la diversification de tous les autres vertébrés terrestres tels que nous les connaissons aujourd’hui, y compris les amphibiens, les reptiles, les oiseaux et les mammifères. comme les humains.
On a longtemps pensé que ces premiers animaux grandissaient très lentement tout au long de leur vie, devenant progressivement de plus en plus gros, comme une salamandre moderne. Cependant, dans une nouvelle étude en Biologie des communications des chercheurs du Département de biologie de l’organisme et de l’évolution (OEB) de l’Université de Harvard, du Comité de biologie de l’évolution (CEB) de l’Université de Chicago et du Field Museum of Natural History ont ouvert l’os fossile du fémur (cuisse) d’une gamme de stades de croissance chez le tétrapode précoce, Whatcheeria deltae, et a trouvé des preuves que l’animal grandissait rapidement jusqu’à l’âge adulte, remettant en question la sagesse conventionnelle sur la croissance des tétrapodes.
L’auteure principale Megan R. Whitney, ancienne chercheuse postdoctorale à l’OEB, et l’auteure principale, la professeure Stephanie E. Pierce (OEB), conservatrice de la paléontologie des vertébrés au Museum of Comparative Zoology, ont étudié les premiers tétrapodes pour mieux comprendre leur croissance, ce qui aide pour mieux comprendre le cycle biologique des animaux. « Examiner ces fossiles, c’est comme lire un livre d’histoires et nous essayons de lire autant de chapitres que possible en examinant comment les juvéniles grandissent jusqu’à l’âge adulte », a déclaré Whitney, « en raison de l’emplacement de Whatcheeria dans l’arbre généalogique des tétrapodes que nous voulions ciblez cet animal et regardez son livre d’histoires à différentes étapes de la vie. »
La rareté des premiers échantillons de tétrapodes dans les archives fossiles est un défi pour les scientifiques qui travaillent souvent à partir de corps fossiles incomplets ou de groupes d’espèces. Whatcheeria, cependant, est une exception unique car elle est représentée par des centaines d’ossements de plusieurs individus de tailles différentes qui ont tous été conservés dans une localité de l’Iowa. « Whatcheeria est l’une des vedettes de notre collection de paléontologie », a déclaré le co-auteur, le Dr Ken Angielczyk, conservateur MacArthur de la paléomammologie au Field Museum. « C’est l’un des premiers tétrapodes les mieux représentés dans les archives fossiles, et l’abondance de matériel nous permet de poser des questions sur sa biologie qui sont impossibles pour presque tous ses contemporains. »
Whatcheeria ressemblait à une salamandre surdimensionnée avec des jambes et des bras robustes qui supportaient son poids sur terre, mais avait d’autres caractéristiques anatomiques qui suggéraient qu’elle était toujours liée à l’eau. Whatcheeria vivait sur les bords d’un lac terrestre de plaine à l’interface de l’eau et de la terre il y a environ 331 à 326 millions d’années, ce qui suggère que ces animaux ont passé du temps dans des habitats aquatiques et terrestres.
Le co-auteur Benjamin KA Otoo (CEB) et Angielczyk ont fourni neuf échantillons représentatifs couvrant les classes de taille connues de Whatcheeria, du juvénile à l’adulte. Whitney et Pierce ont ensuite fabriqué des tranches minces de plaquettes du fossile pour examiner la structure microscopique des tissus osseux dans les os de la cuisse (fémurs) en plaçant les plaquettes sous un microscope à lumière polarisée. Lorsqu’ils ont ouvert et examiné l’échantillon d’os juvénile, ils ont trouvé des preuves d’os fibrolamellaire, qui est un tissu osseux primaire associé à une croissance rapide.
« J’ai un souvenir très distinct d’avoir sauté sur le mou avec Stéphanie [Pierce] et dire que cela enfreint toutes les règles auxquelles nous pensions sur la façon dont la croissance évolue chez ces premiers tétrapodes », a déclaré Whitney.
Pierce et Whitney ont rappelé l’un de leurs études antérieures sur le tétrapode Greererpeton, un tétrapode précoce du Carbonifère légèrement plus jeune, qui a montré une stratégie de croissance très différente de croissance modérée avec une période sans croissance pendant une longue période. Ils ont émis l’hypothèse que cela pourrait être dû à la migration de l’animal entre les plans d’eau.
« Nous avons vu cela chez plusieurs individus de Greererpeton, alors quand nous avons regardé les os de Whatcheeria et avons trouvé quelque chose de complètement différent, nous savions que ces animaux et leur histoire de vie devaient être affectés par leurs interactions avec leur environnement et leur place dans leurs anciens écosystèmes. « , a déclaré Pierce.
Whatcheeria est l’un des plus grands animaux récupérés du site fossile de l’Iowa. La grande taille combinée aux preuves d’os fibrolamellaire a conduit les chercheurs à émettre l’hypothèse que Whatcheeria aurait pu croître rapidement pour atteindre rapidement la grande taille nécessaire pour être un prédateur de premier plan dans son environnement.
« Si vous allez être un prédateur de haut niveau, un très gros animal, cela peut être un avantage concurrentiel de devenir gros rapidement car il est plus facile de chasser d’autres animaux et plus difficile pour les autres prédateurs de vous chasser », a déclaré Pierce. « Cela peut également être une stratégie de survie bénéfique lorsque vous vivez dans des environnements imprévisibles, tels que le système lacustre habité par Whatcheeria, qui a traversé des périodes saisonnières de mort. »
L’hypothèse a toujours été que seuls les amniotes (reptiles, oiseaux et mammifères) déposaient de l’os fibrolamellaire compatible avec une croissance rapide et qu’une croissance lente était ancestrale pour les tétrapodes. Mais comme Whitney et Pierce l’ont découvert, ce type de tissu osseux a évolué près de l’origine des premiers tétrapodes, bien plus tôt que prévu.
« Les taux de croissance élevés de Whatcheeria en tant que juvénile nous montrent qu’une croissance lente et régulière tout au long de la vie n’est peut-être pas la condition ancestrale de tous les tétrapodes », a déclaré Whitney, « et cette découverte contribue à la diversité des modèles que nous voyons alors que nous continuons à échantillonner. de plus en plus de premiers tétrapodes. Nous constatons qu’ils ne sont pas tous des animaux lents et paresseux, mais qu’ils sont incroyablement diversifiés en eux-mêmes. »
Whitney, actuellement professeur adjoint à l’Université Loyola de Chicago, et Pierce prévoient de continuer à étudier la microstructure du tissu osseux des premiers tétrapodes pour révéler leur histoire de vie et leur lien avec leur niche écologique, en ciblant spécifiquement les animaux trouvés plus tôt dans les archives fossiles que Whatcheeria. « Nous avons récemment recueilli des données d’histologie osseuse sur un parent de Whatcheeria à l’aide de la technologie synchrotron avancée », a déclaré Pierce, « et nos résultats préliminaires passionnants indiquent une autre stratégie de croissance inattendue. »
Plus d’information:
L’histologie des os fossiles révèle des origines anciennes pour la croissance rapide des juvéniles chez les tétrapodes, Biologie des communications (2022). DOI : 10.1038/s42003-022-04079-0