Les scientifiques se sont longtemps interrogés sur le vide dans les archives fossiles qui expliquerait l’évolution des invertébrés vers les vertébrés. Les vertébrés, y compris les poissons, les amphibiens, les reptiles, les oiseaux, les mammifères et les humains, partagent des caractéristiques uniques, telles qu’une colonne vertébrale et un crâne. Les invertébrés sont des animaux sans colonne vertébrale.
Le processus qui a amené les invertébrés à devenir des vertébrés – et à quoi ressemblaient ces premiers vertébrés – est un mystère pour les scientifiques depuis des siècles.
Une équipe de recherche a maintenant mené une étude sur les yunnanozoaires, des créatures éteintes du début du Cambrien (il y a 518 millions d’années), et a découvert des preuves qu’ils sont les plus anciens vertébrés souches connus. Le terme vertébré souche fait référence aux vertébrés éteints, mais très étroitement liés aux vertébrés vivants.
L’équipe de recherche, de l’Institut de géologie et de paléontologie de Nanjing, de l’Académie chinoise des sciences et de l’Université de Nanjing, a publié ses découvertes dans la revue La science le 8 juillet 2022.
Au fil des ans, alors que les scientifiques étudiaient l’évolution des vertébrés, les recherches se sont concentrées sur les arcs pharyngés, ces structures qui produisent des parties du visage et du cou, telles que les muscles, les os et le tissu conjonctif. Les chercheurs ont émis l’hypothèse que l’arc pharyngé a évolué à partir d’une tige de cartilage non articulée chez des ancêtres vertébrés, tels que le chordé amphioxus, un proche parent invertébré des vertébrés. Mais si une telle anatomie existait réellement chez les anciens ancêtres n’était pas connue avec certitude.
Afin de mieux comprendre le rôle de l’arc pharyngé chez les anciens vertébrés, l’équipe de recherche a étudié les fossiles des yunnanozoaires à corps mou trouvés dans la province du Yunnan, en Chine. Pendant des années, les chercheurs ont étudié les yunnanozoaires, avec des conclusions divergentes sur la façon d’interpréter l’anatomie de la créature. L’affinité des yunnanozoaires a été débattue pendant environ trois décennies, avec plusieurs articles publiés soutenant des opinions diverses, dont quatre en La nature et La science.
L’équipe de recherche a entrepris d’examiner des spécimens de fossiles de yunnanozoaires nouvellement collectés de manière jusque-là inexplorée, en menant une étude anatomique et ultrastructurale à haute résolution. Les 127 spécimens qu’ils ont étudiés ont des résidus carbonés bien conservés qui ont permis à l’équipe de mener des observations ultrastructurales et des analyses géochimiques détaillées.
L’équipe a appliqué la microtomographie à rayons X, la microscopie électronique à balayage, la microscopie électronique à transmission, la spectrométrie Raman, la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier et la spectroscopie à rayons X à dispersion d’énergie sur les spécimens fossiles. Leur étude a confirmé de multiples façons que les yunnanozoaires ont des cartilages cellulaires dans le pharynx, une caractéristique considérée comme spécifique aux vertébrés. Les découvertes de l’équipe confirment que les yunnanozoaires sont des vertébrés souches. Les résultats de leur étude montrent que les yunnanozoaires sont les parents les plus anciens et aussi les plus primitifs des vertébrés du groupe couronne.
Au cours de leur étude, l’équipe a observé que les sept arcs pharyngiens des fossiles du yunnanozoaire sont similaires les uns aux autres. Tous les arcs ont des segments et des filaments en forme de bambou. Les arcs voisins sont tous reliés par des tiges horizontales dorsales et ventrales, formant un panier. Un squelette pharyngé en forme de panier est une caractéristique que l’on trouve aujourd’hui chez les poissons sans mâchoires vivants, tels que les lamproies et les myxines.
« Deux types de squelettes pharyngés – les types en forme de panier et isolés – se produisent chez les vertébrés cambriens et vivants. Cela implique que la forme des squelettes pharyngés a une histoire évolutive précoce plus complexe qu’on ne le pensait auparavant », a déclaré Tian Qingyi, le premier auteur. de l’étude, de l’Université de Nanjing et de l’Institut de géologie et de paléontologie de Nanjing, Académie chinoise des sciences.
Leurs recherches ont fourni à l’équipe de nouvelles connaissances sur les structures détaillées des arcs pharyngés. Les nouvelles observations anatomiques réalisées par l’équipe dans leur étude soutiennent le placement évolutif des yunnanozoaires à la partie très basale de l’arbre de vie des vertébrés.
Qingyi Tian et al, Ultrastructure révèle le squelette pharyngé des vertébrés ancestraux chez les Yunnanozoans, La science (2022). DOI : 10.1126/science.abm2708. www.science.org/doi/10.1126/science.abm2708
Tetsuto Miyashita, vertébrés de type « Arch », La science (2022). DOI : 10.1126/science.adc9198. www.science.org/doi/10.1126/science.adc9198