Les algues fossiles, datant d’il y a 541 millions d’années, offrent de nouvelles perspectives sur les racines du règne végétal


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  • Les paléontologues ont identifié un nouveau genre et une nouvelle espèce d’algues appelées Protocodium sinense qui est antérieure à l’origine des plantes terrestres et des animaux modernes et offre un nouvel aperçu de la diversification précoce du règne végétal.

    Découvert sur un site en Chine, ce fossile vieux de 541 millions d’années est la première et la plus ancienne algue verte de cette époque à être préservée en trois dimensions, permettant aux chercheurs d’étudier sa structure interne et d’identifier le nouveau spécimen avec une précision sans précédent. L’étude est publiée aujourd’hui dans BMC Biologieouvrant une fenêtre sur un monde d’énigmes évolutives que les scientifiques commencent tout juste à résoudre.

    « Protocodium appartient à une lignée connue d’algues vertes et possède une architecture étonnamment moderne, montrant que ces algues étaient déjà bien diversifiées avant la fin de la période édiacarienne », explique le co-auteur Cédric Aria, postdoctorant au Département d’écologie et de biologie évolutive de la Faculté des arts et des sciences de l’Université de Toronto et basée au Musée royal de l’Ontario (ROM). « Sa découverte touche à l’origine de tout le règne végétal et donne un nom familier aux organismes qui ont précédé l’explosion cambrienne de plus d’un demi-milliard il y a des années, lorsque les premiers écosystèmes modernes du monde ont émergé. »

    Le nouvellement découvert Protocodium des fossiles ont été trouvés par une équipe dirigée par Hong Hua, professeur de géologie, et comprenant Shu Chai, chercheur postdoctoral, tous deux de la Northwest University, Xi’an, Chine. Il fait partie du biote de Gaojiashan, le nom donné à un groupe important de fossiles exceptionnellement bien conservés, dans la formation Dengying dans la province méridionale du Shaanxi. Au cours des 20 dernières années, cette formation géologique a livré d’importantes espèces fossiles documentant la fin de la période édiacarienne il y a 541 millions d’années.

    Les organismes et leurs parties qui, à l’origine, n’absorbent pas les minéraux, contrairement aux coquillages ou aux os, nécessitent des conditions exceptionnelles pour être préservés. Dans ce cas, les fossiles entiers et leurs fins détails cellulaires ont été préservés en trois dimensions grâce au remplacement de la matière organique d’origine par du phosphate. Ce mode de conservation a permis aux chercheurs d’utiliser diverses techniques de microscopie électronique et à rayons X pour découper virtuellement le fossile, dévoiler sa structure interne avec précision et finalement l’identifier comme un proche parent du fossile moderne. Codium algue, un type d’algue.

    Protocodium les fossiles sont de petites sphères d’un demi-millimètre de large, comme de gros grains de pollen, recouvertes d’une multitude de dômes plus petits. Grâce à l’examen 3D, les chercheurs ont déterminé que la surface en forme de dôme faisait partie d’une cellule unique complexe contenant de minces brins appelés siphons. Cette morphologie est typique de certaines algues unicellulaires modernes qui contiennent de nombreux noyaux.

    La découverte de Protocodium appellerait à la prudence lors de l’identification de fossiles sphériques génériques d’Ediacaran et pourrait impliquer que des organismes comme Codium sont en fait beaucoup plus anciens et répandus. Les célèbres embryons fossiles de Doushantuo, également de Chine et conservés en 3D, ont

    été au cœur de débats sur l’origine profonde de certains groupes d’animaux. Des stades spécifiques de certains de ces embryons ressemblant à des animaux ressemblent à l’unicellulaire Protocodium à l’extérieur, mais le découpage en 3D révèle comment ils sont composés de nombreuses cellules. D’autre part, de nombreux fossiles ronds 2D d’algues incertaines ou d’autres affinités sont également connus de l’Édiacarien et des périodes plus anciennes, mais de manière moins détaillée.

    « Nous savons que les fossiles ressemblant à des algues ont au moins un milliard d’années », explique Chai, le premier auteur de l’étude. « Mais jusqu’à présent, la préservation bidimensionnelle plate et granuleuse a rendu difficile la reconnaissance de structures morphologiques autres que générales. »

    Les algues vertes sont des organismes photosynthétiques, ce qui signifie qu’elles convertissent la lumière et le dioxyde de carbone en sucres et en oxygène. Ils étaient donc probablement des fondements importants des premiers écosystèmes de la Terre, et l’étude suggère que les algues vertes étaient déjà établies dans les eaux peu profondes du monde en tant que recycleurs de dioxyde de carbone et producteurs d’oxygène avant l’explosion cambrienne.

    Outre sa petite taille, Protocodium apparaît étonnamment identique à la moderne Codium, un type d’algues vertes présentes dans de nombreuses mers du monde. Certains types de ces algues sont notoirement envahissants – tels que Codium fragile sous-espèce tomentosoides, surnommé « doigts de l’homme mort » pour son apparence, et répandu avec des coquillages d’élevage commercial. D’un point de vue évolutif, les algues vertes comme les anciennes Protocodium et les plantes terrestres partagent un ancêtre commun que l’on pensait être âgé d’environ un milliard à un milliard et demi d’années, mais maintenant probablement plus ancien – l’attribution de Protocodium si proche d’un groupe moderne repousse dans le temps l’histoire de tout le règne végétal.

    « Il est très révélateur qu’un tel organisme soit resté pratiquement inchangé pendant au moins 540 millions d’années », déclare Aria. « Par l’Ediacarien, l’évolution l’avait poussé vers une zone adaptative stable — il y est confortable depuis, et plus que cela, plutôt réussi. A tel point, en fait, qu’aujourd’hui Codium profite du commerce mondial pour supplanter facilement les autres espèces d’algues. »

    Le soutien financier pour la recherche et le travail sur le terrain est venu de la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine et du Programme national clé de recherche et de développement. La boursière postdoctorale d’Aria est financée par les fondations Albert et Barbara Milstein et la famille Polk (ROM) et la subvention à la découverte du CRSNG accordée au Dr Jean-Bernard Caron, Richard M. Ivey conservateur de la paléontologie des invertébrés au ROM.

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