L’émergence des tétrapodes

On a longtemps supposé que les premières excursions sur la terre ferme depuis le milieu aquatique avaient été accomplies par des poissons sarcoptérygiens du Dévonien, tel Eusthenopteron. Comme ils étaient forcés de se déplacer sur la terre pour changer de mares lors de sécheresses, leurs nageoires se seraient transformées en pattes. Dans les années 1920–1930, Ichthyostega et Acanthostega furent les premiers tétrapodes dévoniens découverts. Pour les paléontologues de l’époque, ils étaient de parfaits chaînons manquants : imaginés comme des animaux terrestres, ils étaient considérés comme les descendants immédiats des premiers poissons ayant posé la nageoire sur la terre ferme. Ce scénario évolutif a été largement véhiculé auprès du grand public.

Dans les années 1980–1990, de nouveaux fossiles d’Ichthyostega et d’Acanthostega ont été mis au jour par l’équipe menée par Jennifer Clack (1947–2020). Ces découvertes ont changé radicalement notre compréhension de l’origine des tétrapodes. Acanthostega et Ichthyostega sont apparus comme des animaux très différents l’un de l’autre, mais tous deux aquatiques et non terrestres. Ils possédaient en effet des pattes courtes, peu flexibles, qui ressemblaient à des palettes natatoires composées de sept (Ichthyostega) ou huit (Acanthostega) doigts. Et la présence de branchies a même été identifiée chez Acanthostega ! La meilleure compréhension de l’anatomie de ces fossiles a déclenché une vague de nouvelles découvertes. Des fossiles fragmentaires conservés dans les collections des musées à travers le monde et considérés comme des restes de poissons sarcoptérygiens ont pu être étudiés sous un jour nouveau et identifiés comme ceux de tétrapodes. La diversité anatomique ainsi que la répartition temporelle et géographique des premiers tétrapodes ont ainsi été substantiellement élargies durant la première décennie du XXI^e siècle. On sait désormais que les tétrapodes dévoniens vivaient dans des environnements aquatiques variés, comme des deltas, des lagunes et des rivières.

Acanthostega et Ichthyostega possèdent des caractéristiques propres aux tétrapodes actuels, telles que des pattes munies de doigts. Comprendre l’origine de ces structures nécessitait donc de chercher du côté des poissons sarcoptérygiens du Dévonien. Présenté au monde en 2006, Tiktaalik est l’un des plus proches cousins fossiles des tétrapodes, et sa découverte a représenté une avancée majeure. À l’instar des tétrapodes, Tiktaalik a une tête aplatie et triangulaire, avec les yeux situés sur le dessus de la tête à la manière des crocodiles actuels. Il possède cependant des nageoires – qui réservent quelques surprises. Les rayons osseux qui soutiennent le voile de la nageoire forment un éventail à l’extrémité des membres de Tiktaalik. Ceux-ci sont robustes, fléchis, et leur articulation terminale forme un poignet. Plus récemment, des phalanges rudimentaires ont été identifiées dans la nageoire d’Elpistostege, un proche cousin de Tiktaalik. L’ébauche de doigts dans des nageoires ! Ces découvertes ont donc révélé que des caractéristiques que l’on considérait propres aux tétrapodes sont partagées par leurs plus proches cousins. L’émergence de la morphologie des tétrapodes ne représente donc pas un brusque saut évolutif mais s’est échelonnée sur plusieurs dizaines de millions d’années. Mais que nous disent ces fossiles sur la biologie et le mode de vie d’animaux sans équivalent dans la nature actuelle ? Et comment comprendre l’origine des transformations anatomiques observées chez ces fossiles ?

Au cours des 20 dernières années, la paléontologie a intégré un ensemble de concepts et d’outils analytiques souvent issus d’autres domaines. Ces outils permettent de tester des hypothèses formulées sur la biologie des fossiles et de tenter ainsi de déterminer les facteurs sous-tendant les transformations anatomiques observées au cours de l’évolution. L’imagerie par rayons X et l’accès à de puissants outils de modélisation 3D ont véritablement révolutionné le domaine en permettant notamment d’étudier l’anatomie interne des fossiles sans les dégrader, mais aussi de quantifier et d’analyser mathématiquement la diversité morphologique. Les approches de biomécanique issues de l’ingénierie offrent la possibilité de tester des hypothèses sur la manière dont ces animaux se déplaçaient et se nourrissaient, à partir d’une connaissance plus fine de la biologie des organismes actuels. Grâce à la puissance de calcul désormais disponible, des modélisations mathématiques permettent non seulement de reconstruire les relations de parenté entre de nombreux organismes, mais aussi d’élaborer des scénarios évolutifs en relation avec différents facteurs biotiques et abiotiques. L’étude des fossiles s’inscrit ainsi désormais dans un cadre résolument pluridisciplinaire.