L’étude des extinctions massives induites par le changement climatique dans le passé géologique profond permet aux chercheurs d’explorer l’impact des crises environnementales sur l’évolution des organismes. Un exemple principal est les crises climatiques du Permien-Trias, une série de changements climatiques provoqués par le réchauffement climatique qui s’est produit entre le Permien moyen (il y a 265 millions d’années) et le Trias moyen (il y a 230 millions d’années). Ces changements climatiques ont provoqué deux des plus grandes extinctions massives de l’histoire de la vie à la fin du Permien, la première à 261 millions d’années et l’autre à 252 millions d’années, cette dernière éliminant 86 % de toutes les espèces animales dans le monde.
Les extinctions de la fin du Permien sont importantes non seulement en raison de leur ampleur, mais aussi parce qu’elles marquent le début d’une nouvelle ère dans l’histoire de la planète lorsque les reptiles sont devenus le groupe dominant d’animaux vertébrés vivant sur terre. Au Permien, les faunes vertébrées terrestres étaient dominées par les synapsides, ancêtres des mammifères. Après les extinctions du Permien, au Trias (il y a 252 à 200 millions d’années), les reptiles ont évolué à un rythme rapide, créant une explosion de la diversité des reptiles. Cette expansion a été la clé de la construction d’écosystèmes modernes et de nombreux écosystèmes disparus. La plupart des paléontologues pensaient que ces taux rapides d’évolution et de diversification étaient dus à l’extinction de concurrents permettant aux reptiles de s’emparer de nouveaux habitats et de nouvelles ressources alimentaires que plusieurs groupes de synapsides avaient dominés avant leur extinction.
Cependant, dans une nouvelle étude en Avancées scientifiques Des chercheurs du Département de biologie de l’organisme et de l’évolution et du Musée de zoologie comparée de l’Université de Harvard et des collaborateurs révèlent que l’évolution rapide et le rayonnement des reptiles ont commencé beaucoup plus tôt, avant la fin du Permien, en relation avec l’augmentation constante des températures mondiales au cours d’une longue période. série de changements climatiques qui ont duré près de 60 millions d’années dans les archives géologiques.
“Nous avons constaté que ces périodes d’évolution rapide des reptiles étaient intimement liées à l’augmentation des températures. Certains groupes ont changé très rapidement et d’autres moins rapidement, mais presque tous les reptiles évoluaient beaucoup plus rapidement qu’ils ne l’avaient jamais fait auparavant”, a déclaré l’auteur principal, le boursier postdoctoral Tiago R. Simões.
Les études antérieures sur les impacts de ces changements ont souvent négligé les vertébrés terrestres en raison de la disponibilité limitée des données, se concentrant principalement sur la réponse des animaux marins
Dans cette étude, Simões et l’auteur principal, la professeure Stephanie E. Pierce (tous deux à Harvard) ont travaillé aux côtés de collaborateurs, le professeur Michael Caldwell (Université de l’Alberta, Canada) et le Dr Christian Kammerer (North Carolina Museum of Natural Sciences) pour examiner les amniotes précoces, qui représentent les précurseurs de tous les mammifères modernes, reptiles, oiseaux et leurs plus proches parents disparus, à la phase initiale de leur évolution. À ce moment-là, les premiers groupes d’ancêtres des reptiles et des mammifères se séparaient les uns des autres et évoluaient selon leurs propres voies évolutives.
“Les reptiles représentent un système terrestre idéal et rare pour étudier cette question car ils ont un registre fossile relativement bon et ont survécu à une série de crises climatiques, y compris celles qui ont conduit à la plus grande extinction de l’histoire de la vie complexe, l’extinction de masse du Permien-Trias. “, a déclaré Simões.
Les reptiles étaient relativement rares au cours du Permien par rapport aux ancêtres des mammifères. Cependant, les choses ont pris un tournant majeur au cours du Trias lorsque les reptiles ont subi une explosion massive du nombre d’espèces et de la variété morphologique. Cela a conduit à l’apparition de la plupart des grands groupes vivants de reptiles (crocodiles, lézards, tortues) et de plusieurs groupes aujourd’hui entièrement éteints.
Les chercheurs ont créé un ensemble de données basé sur une vaste collecte de données de première main de plus de 1 000 spécimens fossiles de 125 espèces de reptiles, de synapsides et de leurs plus proches parents pendant environ 140 millions d’années avant et après l’extinction du Permien-Trias. Ils ont ensuite analysé les données pour détecter quand ces espèces sont apparues pour la première fois et à quelle vitesse elles évoluaient à l’aide de techniques analytiques de pointe telles que l’analyse évolutive bayésienne, qui est également utilisée pour comprendre l’évolution de virus tels que le SRAS-COVID 19. Les chercheurs ont ensuite combiné le nouvel ensemble de données avec des données de température globale couvrant plusieurs millions d’années dans les archives géologiques pour fournir un large aperçu de la réponse adaptative majeure des animaux aux changements climatiques.
“Nos résultats révèlent que les périodes de changements climatiques rapides et de réchauffement climatique sont associées à des taux exceptionnellement élevés de changements anatomiques dans la plupart des groupes de reptiles alors qu’ils s’adaptaient aux nouvelles conditions environnementales”, a déclaré Pierce, “et ce processus a commencé bien avant le Permien-Trias. extinction, depuis au moins 270 millions d’années, indiquant que la diversification des plans corporels des reptiles n’a pas été déclenchée par l’événement d’extinction PT comme on le pensait auparavant, mais a en fait commencé des dizaines de millions d’années avant cela.
“Une lignée de reptiles, les lépidosaures, qui a donné naissance aux premiers lézards et tuataras, a viré dans la direction opposée de la plupart des groupes de reptiles et a subi une phase de changements très lents de leur anatomie globale”, a déclaré Simões, “essentiellement, leur les plans corporels étaient limités par la sélection naturelle, au lieu de devenir voyous et de changer radicalement comme la plupart des autres reptiles à l’époque.” Les chercheurs suggèrent que cela est dû à des pré-adaptations de leur taille corporelle pour mieux faire face aux températures élevées.
“La physiologie des organismes dépend vraiment de leur taille corporelle”, a déclaré Simões, “les reptiles de petite taille peuvent mieux échanger de la chaleur avec leur environnement environnant. Les premiers lézards et tuataras étaient beaucoup plus petits que les autres groupes de reptiles, pas si différents de leur parents modernes, et ils étaient donc mieux adaptés pour faire face aux changements drastiques de température.Les ancêtres beaucoup plus grands des crocodiles, des tortues et des dinosaures ne pouvaient pas perdre de la chaleur aussi facilement et devaient rapidement changer de corps pour s’adapter aux nouvelles conditions environnementales. “
Simões, Pierce et leurs collaborateurs ont également cartographié l’évolution de la taille du corps dans les régions géographiques au cours de cette période. Ils ont révélé que les pressions climatiques sur la taille du corps étaient si élevées qu’il y avait une taille corporelle maximale pour que les reptiles survivent dans les régions tropicales pendant les périodes de chaleur mortelle de cette époque.
“Les reptiles de grande taille ont essentiellement emprunté deux voies pour faire face à ces changements climatiques”, a déclaré Pierce, “ils ont soit migré plus près des régions tempérées, soit envahi le monde aquatique où ils n’avaient pas à s’inquiéter de la surchauffe car l’eau peut absorber la chaleur et maintenir sa température bien meilleure que l’air.”
“Cette forte association entre la hausse des températures dans le passé géologique et une réponse biologique de groupes de reptiles radicalement différents suggère que le changement climatique a été un facteur clé pour expliquer l’origine et l’explosion de nouveaux plans corporels de reptiles au cours du dernier Permien et du Trias”, a déclaré Simões. .
Les chercheurs tiennent à remercier le Museum of Comparative Zoology (MCZ), l’Université de Harvard, le personnel de paléontologie des vertébrés et les conservateurs de plus de 50 collections d’histoire naturelle dans le monde pour leur aide à l’accès aux spécimens. Le financement a été fourni par : Bourse postdoctorale Alexander Agassiz, MCZ; Bourse postdoctorale du Conseil de recherches en sciences nationales et en génie du Canada (CRSNG); Grant KA 4133/1-1 de la Deutsche Forschungsgemeinschaft ; Subvention à la découverte du CRSNG #23458 et subvention d’accélération du CRSNG; Faculté des sciences, Allocation de recherche des chaires, Université de l’Alberta; Fonds de recherche Lemann Brésil ; Fonds mis à disposition par l’Université de Harvard.
