Les chercheurs ont apporté un nouvel éclairage sur l’évolution des piliers colonnaires biominéralisés dans les coquilles de petits coquillages marins appelés brachiopodes à coquille phosphatée ou linguliformes.
La recherche, publiée aujourd’hui sous forme de eLife Reviewed Preprint, est décrit par les éditeurs comme une contribution importante à notre compréhension du rôle et de l’évolution des coquilles colonnaires chez les brachiopodes, sur la base de preuves solides.
Le Cambrien, une période géologique il y a environ un demi-milliard d’années, a produit l’évolution de la vie la plus intense de l’histoire de la Terre. Pendant cette période, certaines espèces marines ont développé des architectures de coquilles biominéralisées. Dans la biominéralisation, la minéralisation biologiquement contrôlée produit des squelettes composites organiques-inorganiques – dans ce cas des coquilles – qui auraient joué un rôle essentiel dans la survie et la condition physique de ces premières espèces.
L’une de ces espèces sont les brachiopodes, qui ont des coquilles dures sur leurs surfaces supérieure et inférieure (valves ventrales et dorsales). Cela leur donne l’apparence d’une palourde, bien qu’ils ne soient pas apparentés. Les brachiopodes ont émergé et se sont propagés rapidement au cours de la période cambrienne. Une sous-espèce, connue sous le nom de brachiopodes linguliformes, présente un intérêt particulier en raison de sa coquille légère offrant une combinaison unique de résistance et de ténacité.
« On pense que ces qualités sont dues à la disposition du phosphate de calcium avec une matrice organique en sandwichs empilés d’unités colonnaires, ce qui est unique aux premiers brachiopodes linguliformes », explique l’auteur principal Zhiliang Zhang, professeur au Laboratoire clé d’État de paléobiologie. et stratigraphie, Institut de géologie et de paléontologie de Nanjing, Académie chinoise des sciences, Nanjing, Chine et Université Macquarie, Sydney, Australie.
« Bien que des études approfondies aient été réalisées sur les coquilles vivantes et fossiles, la plupart d’entre elles se sont concentrées sur les animaux à coquille carbonée. On comprend donc moins bien comment les brachiopodes linguliformes ont développé ces coquilles colonnaires. »
Pour mieux comprendre l’évolution et la diversité des colonnes biominéralisées, ZL Zhang et ses collègues ont examiné des fossiles de certaines des premières familles de brachiopodes linguliformes : Eoobolidae, Lingulellotretidae et Acrotretidae. Les échantillons de fossiles ont été prélevés dans la formation Cambrian Series 2 Shuijingtuo, dans le sud du Shaanxi et l’ouest du Hubei, dans le sud de la Chine, une région largement considérée comme l’un des centres d’origine et de dispersion précoce des brachiopodes linguliformes.
Les Eoobolidae sont généralement considérés comme les plus anciens brachiopodes linguliformes connus, c’est pourquoi l’équipe a commencé par examiner leurs coquilles en détail. Ils ont découvert que les colonnes microscopiques étaient empilées les unes sur les autres pour former la couche secondaire de la coque, dans un « modèle sandwich empilé ». Cette architecture sandwich augmente la solidité, la flexibilité et la capacité de la coque à résister aux fissures en remplissant l’espace entre les colonnes avec des matériaux organiques, ressemblant aux colonnes et au béton armé souvent utilisés dans la construction de bâtiments.
Les auteurs affirment que cette structure de coquille efficace et économique pourrait être responsable de la dispersion généralisée des brachiopodes linguliformes lors de l’explosion cambrienne.
Les colonnes des premiers Eoobolidae se sont avérées relativement petites et la couche secondaire de leurs coquilles était peu développée, comprenant seulement deux à trois unités sandwich. Il en résulte une épaisseur de coque d’environ 30 micromètres. Chez les Eoobolidae ultérieurs, le nombre d’unités sandwich a augmenté jusqu’à 10, ce qui a donné une épaisseur de coque d’environ 50 micromètres, mais la taille des colonnes elles-mêmes est restée la même.
Comparés aux Eoobolidae, les Lingulellotretidae avaient une structure de coquille plus développée. Les colonnes étaient plus grandes et l’équipe a observé jusqu’à 20 unités sandwich. Cela a abouti à une épaisseur de coque d’environ 70 micromètres. Cette coquille plus épaisse a permis aux Lingulellotretidae de croître jusqu’à deux fois la taille du corps des Eoobolidae.
Les Acrotretidae semblaient avoir la structure de coquille la plus complexe de tous les linguliformes cambriens étudiés. La taille des colonnes, en termes de hauteur et de diamètre, s’est avérée environ 10 fois supérieure à celle des Eoobolidae et des Lingulellotretidae. Ils comportaient également environ 30 unités sandwich, ce qui donnait une coque beaucoup plus épaisse de plus de 300 micromètres.
Chez les Eoobolidae et les Lingulellotretidae, l’équipe a remarqué que les colonnes empilées étaient plus développées autour de leur coquille ventrale inférieure. Ce développement élève une région du corps appelée pseudointeraire au-dessus du plancher de la coquille, permettant un plus grand espace pour le système digestif tout en lui offrant également une certaine protection chez les Lingulellotretidae.
Chez les Acrotretidae, ce développement était encore plus prononcé, ce qui pourrait avoir augmenté la hauteur et la résistance de la coquille ventrale. Le nouveau plan corporel – diminutif et plano-conique – d’Acrotretida a été établi au cours du processus de croissance de la coquille.
Il existe quelques limites notables à ces résultats. Par exemple, les premiers enregistrements des structures de coquille chez les brachiopodes linguliformes sont actuellement incomplets, selon le eLife examen public. De plus, l’origine de la biominéralisation du phosphate chez les brachiopodes reste un mystère plus important dans l’évolution animale.
Les auteurs affirment que des recherches supplémentaires sont donc nécessaires sur l’ultrastructure de la coquille des fossiles de brachiopodes à coquille phosphatée mieux préservés, ainsi que sur les brachiopodes d’ascendance plus ancienne (groupes souches) pour mieux comprendre l’origine, l’évolution et la fonction de la biominéralisation chez ces animaux.
« La continuité de la structure de la coquille en colonnes que nous avons vue dresse le tableau d’une probable transformation évolutive continue entre Eoobolida, Lingulellotretidae et Acrotretidae », conclut le co-auteur Zhifei Zhang, professeur à l’Université du Nord-Ouest, Xi’an, Chine.
« La coquille colonnaire avec un modèle sandwich empilé a probablement joué un rôle important dans l’évolution des brachiopodes linguliformes. Elle peut expliquer l’épanouissement des Acrotrétides à coquille phosphatée dans la seconde moitié du Cambrien et la floraison continue de ce groupe de brachiopodes jusqu’à le Grand Événement de la Biodiversification. »
Plus d’information:
Zhiliang Zhang et al, Diversité et croissance évolutive des colonnes biominéralisées chez les brachiopodes à coquille phosphatée du Cambrien précoce, eLife (2023). DOI : 10.7554/eLife.88855.1