Le phosphore est l’un des éléments cruciaux pour la construction des organismes et leur métabolisme. Son cycle à travers les environnements est également l’un des mieux compris. Cependant, les paléontologues tchèques Peter Kraft et Michal Mergl ont pensé qu’il pourrait encore y avoir des espaces blancs sur la carte de notre compréhension d’un processus aussi fondamental. Leur publication, qui porte un nouveau regard sur l’évolution du cycle du phosphore au cours des temps géologiques, vient d’être publiée dans Tendances en écologie et évolution.
Dans une étude approfondie de fossiles dévoniens intéressants mais encore peu connus avec des coquilles phosphatées du bassin de Prague en République tchèque, Kraft et Mergl ont discuté de leurs occurrences dans le passé géologique. Il s’agissait pour la plupart de faits bien connus, notamment le déclin progressif qui a culminé à la fin du Paléozoïque inférieur au cours du Dévonien.
Cependant, ils ont également noté que certains groupes représentés dans les strates plus anciennes par de grands spécimens ont produit des formes naines au Dévonien. C’était comme s’ils manquaient de matière pour les obus. La question logique a été posée : pourquoi ? La question de la perte radicale de phosphore dans l’environnement s’est avérée si intrigante que les deux auteurs se sont mis à étudier en détail les différents coins du cycle de cet élément. Ce sous-produit de leur étude originale est ainsi devenu un projet de recherche indépendant.
« Le cycle du phosphore est l’un des cycles élémentaires fondamentaux qui, entre autres, jouent un rôle clé dans la biologie des océans. Par conséquent, il [are] plusieurs études à ce sujet. Le problème, cependant, est que la grande majorité d’entre eux étudient le cycle du phosphore de «l’ère humaine», qui a considérablement modifié l’ensemble du cycle. Par conséquent, nous avons décidé de proposer un modèle synthétique de l’histoire évolutive influencée par le phosphore pour publication », explique Kraft de l’Institut de géologie et de paléontologie, Faculté des sciences, Université Charles, Prague.
Les études publiées montrent clairement que la disponibilité du phosphore dans l’environnement fixe une limite claire à l’expansion de la vie. Et puisque la disponibilité de cet élément peut influencer à la fois les processus à court et à long terme, les auteurs ont décidé de discuter du rôle du phosphore dans trois phases de l’évolution de la vie dans les océans.
La première étape est la fin du Précambrien (période édiacarienne), caractérisée par une disponibilité facile du phosphore et de nombreuses accumulations de phosphate. Combiné à une augmentation de la teneur en oxygène, il peut être considéré comme l’une des principales causes de l’émergence d’organismes multicellulaires.
Le Paléozoïque inférieur a été une ère critique du cycle du phosphore en raison de l’intense implication du biote dans sa dynamique. Au début, le phosphore était facilement disponible en grande quantité et donc de nombreux groupes ont eu l’opportunité de construire des coquilles phosphatées externes. Cela a très probablement contribué à l’histoire de l’explosion cambrienne, une période où des représentants de presque tous les phyla animaux sont apparus dans les archives fossiles dans un laps de temps relativement court. Le Cambrien fut donc un « âge d’or » pour les organismes à coquilles phosphatées externes.
Au cours de la période ordovicienne, cependant, la vie a commencé à changer de manière significative, avec le soi-disant grand événement de biodiversité de l’Ordovicien (GOBE) augmentant considérablement le nombre de taxons et d’individus. Ici, l’utilisation principale du phosphore a changé : il était nécessaire dans les structures cellulaires, et les coquilles externes de phosphate ont commencé à devenir un luxe. Ce processus a été accéléré par l’émergence et la diversification évolutive des vertébrés qui, bien qu’ils aient besoin de beaucoup de phosphore, savaient mieux le gérer. Cette deuxième phase évolutive a culminé avec l’explosion des vertébrés lors de la révolution du necton dévonien et a marqué le déclin des groupes à coquilles externes de phosphate.
L’ère suivante, de la fin du Paléozoïque à nos jours, est caractérisée par une disponibilité limitée mais aussi sélective du phosphore dans les mers et les océans. Des processus géologiques tels que le Varisque (400–300 Ma) et les orogenèses alpines (80 Ma à nos jours) ont grandement contribué à l’apport de phosphore aux océans. Cependant, la capacité du phosphore à atteindre les océans à partir de sa source principale dans les roches des continents dénudés a été entravée par la propagation de la végétation sur terre et d’autres influences telles que le climat à cette époque. Plus important encore, il était concentré dans les organismes de la colonne d’eau. Et les vertébrés pélagiques étaient le principal « filtre ».
« Il est très intéressant que les fluctuations de la disponibilité du phosphore dans les périodes post-dévoniennes aient affecté les brachiopodes linguliformes, qui ont non seulement réussi à survivre avec une coquille de phosphate externe, mais ont également enregistré une récupération temporaire au cours du tertiaire », explique Mergl de la Faculté d’éducation. de l’Université de Bohême de l’Ouest à Pilsen.
Petr Kraft et al, Lutte pour le phosphore et renversement du Dévonien, Tendances en écologie et évolution (2022). DOI : 10.1016/j.tree.2022.03.009