Une nouvelle étude met en lumière l’évolution des animaux

Les animaux* apparaissent pour la première fois dans les archives fossiles il y a environ 574 millions d’années. Leur arrivée apparaît comme une «explosion» soudaine dans les roches de la période cambrienne (il y a 539 millions d’années à 485 millions d’années) et semble contrer le rythme généralement graduel du changement évolutif. De nombreux scientifiques (y compris Darwin lui-même) pensent que les premiers animaux ont en fait évolué bien avant la période cambrienne, mais ils ne peuvent pas expliquer pourquoi ils sont absents des archives fossiles.

La méthode de «l’horloge moléculaire», par exemple, suggère que les animaux ont évolué pour la première fois il y a 800 millions d’années, au début de l’ère néoprotérozoïque (il y a 1 000 millions d’années à 539 millions d’années). Cette approche utilise les taux auxquels les gènes accumulent des mutations pour déterminer le moment où deux ou plusieurs espèces vivantes ont partagé pour la dernière fois un ancêtre commun. Mais bien que les roches du début du Néoprotérozoïque contiennent des micro-organismes fossiles, tels que des bactéries et des protistes, aucun fossile d’animal n’a été trouvé.

Cela a posé un dilemme aux paléontologues : la méthode de l’horloge moléculaire surestime-t-elle le point auquel les animaux ont évolué pour la première fois ? Ou les animaux étaient-ils présents au début du Néoprotérozoïque, mais trop mous et fragiles pour être préservés ?

Pour étudier cela, une équipe de chercheurs dirigée par le Dr Ross Anderson du Département des sciences de la Terre de l’Université d’Oxford a effectué l’évaluation la plus approfondie à ce jour des conditions de conservation qui devraient permettre de capturer les premiers fossiles d’animaux.

L’auteur principal, le Dr Ross Anderson, a déclaré: «Les premiers animaux manquaient vraisemblablement de coquilles ou de squelettes à base de minéraux et auraient nécessité des conditions exceptionnelles pour être fossilisés. Mais certains gisements de mudstone cambriens témoignent d’une conservation exceptionnelle, même des tissus animaux mous et fragiles. Nous avons estimé que si ces conditions, connues sous le nom de préservation du type de schiste de Burgess (BST), se produisaient également dans les roches néoprotérozoïques, alors un manque de fossiles suggérerait une réelle absence d’animaux à cette époque.

Pour étudier cela, l’équipe de recherche a utilisé une gamme de techniques analytiques sur des échantillons de gisements de mudstone cambrien provenant de près de 20 sites, afin de comparer ceux qui hébergent des fossiles de BST avec ceux qui ne conservent que des restes à base de minéraux (tels que des trilobites). Ces méthodes comprenaient la spectroscopie des rayons X à dispersion d’énergie et la diffraction des rayons X réalisées dans les départements des sciences de la Terre et des matériaux de l’Université d’Oxford, en plus de la spectroscopie infrarouge réalisée à Diamond Light Source, le synchrotron national du Royaume-Uni.

L’analyse a révélé que les fossiles avec une conservation exceptionnelle de type BST étaient particulièrement enrichis en une argile antibactérienne appelée berthierine. Les échantillons avec une composition d’au moins 20 % de berthierine ont donné des fossiles de BST dans environ 90 % des cas.

La cartographie minérale à micro-échelle des fossiles de BST a révélé qu’une autre argile antibactérienne, appelée kaolinite, semblait se lier directement aux tissus en décomposition à un stade précoce, formant un halo protecteur lors de la fossilisation.

«La présence de ces argiles était le principal prédicteur de savoir si les roches abriteraient des fossiles de BST», a ajouté le Dr Anderson. “Cela suggère que les particules d’argile agissent comme une barrière antibactérienne qui empêche les bactéries et autres micro-organismes de décomposer les matières organiques.”

Les chercheurs ont ensuite appliqué ces techniques pour analyser des échantillons provenant de nombreux dépôts de mudstone néoprotérozoïques riches en fossiles. L’analyse a révélé que la plupart n’avaient pas les compositions nécessaires à la conservation de la BST. Cependant, trois gisements au Nunavut (Canada), en Sibérie (Russie) et à Svalbard (Norvège) avaient des compositions presque identiques aux roches BST de la période cambrienne. Néanmoins, aucun des échantillons de ces trois gisements ne contenait de fossiles d’animaux, même si les conditions étaient vraisemblablement favorables à leur conservation.

Le Dr Anderson a ajouté: «Les similitudes dans la distribution des argiles avec des fossiles dans ces rares échantillons du Néoprotérozoïque précoce et avec des dépôts cambriens exceptionnels suggèrent que, dans les deux cas, les argiles étaient attachées à des tissus en décomposition et que des conditions propices à la préservation de la BST étaient disponibles dans les deux temps. périodes. Cela fournit la première “preuve d’absence” et soutient l’idée que les animaux n’avaient pas évolué au début de l’ère néoprotérozoïque, contrairement à certaines estimations de l’horloge moléculaire.

Selon les chercheurs, l’étude suggère un âge maximum possible à l’origine des animaux d’environ 789 millions d’années : l’âge estimé le plus jeune de la formation du Svalbard. Le groupe a maintenant l’intention de rechercher des gisements néoprotérozoïques de plus en plus jeunes avec des conditions de préservation de la BST. Cela confirmera l’âge des roches dans lesquelles les animaux sont absents des archives fossiles parce qu’ils étaient réellement absents, plutôt que parce que les conditions n’ont pas permis leur fossilisation. Ils ont également l’intention de réaliser des expériences en laboratoire pour étudier les mécanismes qui sous-tendent les interactions argile-organique dans la préservation de la BST.

Le Dr Anderson a ajouté: «La cartographie des compositions de ces roches à l’échelle microscopique nous permet de comprendre la nature des archives fossiles exceptionnelles d’une manière que nous n’avons jamais pu faire auparavant. En fin de compte, cela pourrait aider à déterminer comment les archives fossiles peuvent être biaisées en faveur de la préservation de certaines espèces et de certains tissus, modifiant ainsi notre perception de la biodiversité à différentes époques géologiques.

*Les « animaux » peuvent être définis comme des organismes multicellulaires eucaryotes du règne biologique Animalia. À quelques exceptions près, les animaux se nourrissent de matière organique, respirent de l’oxygène, se reproduisent sexuellement, possèdent des organes sensoriels spécialisés et un système nerveux, et sont capables de réagir rapidement aux stimuli.