Il y a environ 540 millions d'années, la vie sur Terre a connu une poussée d'évolution qui a donné naissance aux principaux groupes d'animaux vivants aujourd'hui, y compris ceux avec une colonne vertébrale et ceux qui chassent des proies. Cette aubaine est connue sous le nom d'explosion cambrienne. D'après les archives fossiles, la vie animale semblait relativement rare et très différente des créatures apparues plus tard dans les archives fossiles.
Pendant des décennies, les paléontologues ont cherché un moyen d'expliquer le contraste saisissant de la diversité. L'une des principales théories est qu'une catastrophe environnementale a anéanti la plupart de la vie animale avant l'explosion cambrienne. Une nouvelle analyse, cependant, indique que les animaux antérieurs avaient déjà formé des écosystèmes complexes avant le début de la période cambrienne. Les chercheurs ont examiné les données des gisements fossiles du monde entier et ont déterminé que la diversité animale avait peut-être diminué au cours d'une période connue sous le nom de fin de l'Édiacarien, il y a environ 572 à 541 millions d'années. Alors que les organismes édiacariens devenaient plus spécialisés, certaines espèces ne pouvaient pas suivre leurs voisins, a rapporté l'équipe le 17 mai dans la revue PLoS Biology .
"Ce que cela montre très clairement, c'est qu'en réalité les Édiacariens étaient les précurseurs du Cambrien", explique Emily Mitchell, paléontologue à l'Université de Cambridge et co-auteur des découvertes. "C'était vraiment le début de l'explosion cambrienne."
Pendant environ 3 milliards d'années, les organismes unicellulaires ont dominé les mers de la Terre. Les premiers animaux ont émergé à la fin de l'Édiacarien, et certains des organismes les plus anciens vivaient dans les eaux profondes et ressemblaient à des plantes avec des structures d'aspect plumeux se ramifiant à partir d'une tige centrale. D'autres avaient des corps segmentés en forme de disque.
"L'une des choses vraiment uniques à propos des plus anciens de ces organismes édiacariens est qu'ils ont cette étrange ramification fractale - ils avaient des branches de branches de branches", explique Mitchell. "L'étude des organismes édiacariens est vraiment difficile parce que leurs plans corporels ne ressemblent à rien d'autre vivant aujourd'hui ou ailleurs dans les archives fossiles."
Heureusement - pour les paléontologues, en tout cas - de nombreuses communautés édiacariennes ont été préservées dans les cendres et les débris d'éruptions volcaniques, de coulées de boue et d'autres catastrophes soudaines. «C'est fondamentalement comme Pompéi; tout le monde existe heureux et puis tout à coup, vous avez cet événement funéraire massif », dit Mitchell. "Vous avez ces incroyables instantanés de la vie édiacarienne." De plus, la plupart des restes édiacariens sont restés intacts car il n'y avait pas encore de charognards pour déterrer les carcasses. Au lieu de cela, les animaux édiacariens mangeaient souvent en filtrant des restes de matière organique en décomposition et de plancton de l'eau.
Comprendre ces organismes, c'est comprendre l'origine de la vie complexe sur Terre et la probabilité qu'elle existe ailleurs dans l'univers, explique Simon Darroch, géobiologiste à l'Université Vanderbilt qui n'a pas participé à la recherche. "Nous devons vraiment déterminer ce que sont ces organismes, comment ils se sont formés et ont interagi dans les communautés, puis ce qui s'est passé au-delà de la frontière Édiacarien-Cambrien", explique Darroch. "C'est un intervalle crucial dans l'histoire de la Terre."
Dans une tentative d'enquêter sur la façon dont ces animaux vivaient et interagissaient les uns avec les autres, Mitchell et ses collaborateurs ont examiné les enregistrements de 86 lits de fossiles édiacariens. Ceux-ci représentaient 124 espèces du monde entier, comme les emblématiques Charnia et Dickinsonia. Les auteurs de l'étude ont également examiné des données précédemment publiées sur les conditions environnementales de l'Édiacarien déduites des roches environnantes. Les chercheurs ont évalué la fréquence à laquelle différentes espèces apparaissaient côte à côte et dans quels environnements.
Dans les sites les plus anciens, l'équipe a identifié peu de liens entre des espèces ou des habitats particuliers. Mais cela a changé avec des groupes de fossiles plus jeunes. Certains organismes avaient tendance à se regrouper aux mêmes endroits, tandis que d'autres ne se chevauchaient jamais. Les communautés d'organismes édiacariens variaient également plus distinctement en fonction de la profondeur ou de la région géographique dans laquelle ils habitaient.
"Ce que cela nous dit, c'est que ces espèces s'adaptent les unes aux autres et à leur environnement", déclare Mitchell.
Ce modèle de spécialisation croissante au fil du temps est à l'opposé de ce qui est attendu après un événement cataclysmique. Lorsqu'un volcan massif entre en éruption ou qu'un astéroïde tueur de dinosaures frappe la Terre, les espèces qui survivent ou émergent par la suite ont tendance à être des généralistes robustes capables de supporter un large éventail de conditions. Cela ne correspond pas à la facture des Édiacariens, ont observé Mitchell et son équipe.
« Nous constatons une augmentation de la complexité écologique », dit-elle. "Même si nous avons une diminution du nombre [global] d'espèces, c'est parce qu'elles se spécialisent, elles trouvent leurs niches particulières, plutôt que quelque chose d'extérieur les tue."
Une analyse plus détaillée sera nécessaire pour déterminer les pressions à l'origine de ces modèles, dit Mitchell. Deux espèces auraient pu occuper la même zone parce qu'elles avaient des besoins nutritionnels similaires. Ou ils peuvent avoir bénéficié de la présence de l'autre, de la même manière que les plantes et les pollinisateurs d'aujourd'hui. Une autre paire d'espèces peut ne pas coexister parce qu'elles sont adaptées à des habitats différents, ou parce qu'un animal surpassera l'autre s'il partage le même espace.
À ce stade, dit Darroch, il n'y a toujours pas suffisamment de preuves pour exclure une extinction catastrophique à la fin de l'Édiacarien. Cependant, ajoute-t-il, le nouveau document indique que les écosystèmes édiacariens étaient "certainement beaucoup plus dynamiques" qu'on ne le croit.
Les chercheurs ont déterminé que de nombreuses innovations animales, telles que les exosquelettes durs et le comportement prédateur, trouvent leur origine dans le dernier chapitre de l'Édiacarien. Selon Darroch, il "est intuitivement logique" que ces organismes commencent à s'installer dans des rôles plus spécialisés et à rechercher différents habitats.
"Plus vous regardez dans l'Édiacarien, plus vous pouvez voir que c'est un crescendo progressif", dit-il. L'émergence des groupes d'animaux modernes s'est produite relativement progressivement et "est finalement devenue folle" au début de la période cambrienne. "Mais les racines de l'explosion", ajoute-t-il, "sont beaucoup plus profondes".
