Cet article a été initialement publié sur La Conversation.
Après quatre ans de prospection de fossiles dans un cimetière de York, en Pennsylvanie, le paléontologue amateur Chris Haefner a réalisé une découverte exceptionnelle. « Je savais que cela valait la peine d’être conservé », a-t-il déclaré. Il a partagé sa trouvaille sur Facebook.
J’ai repéré son message et compris immédiatement qu’il s’agissait d’une découverte majeure. Spécialiste des invertébrés fossiles au Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en Espagne, j’ai contacté Haefner, qui a généreusement offert le fossile au Muséum d’histoire naturelle de Londres.
En collaboration avec des collègues aux États-Unis et au Royaume-Uni, nous avons identifié cet exemplaire comme un ancêtre vieux de 510 millions d’années des étoiles de mer et oursins actuels. Unique en son genre et nouveau pour la science, il ne présente qu’un squelette partiel. Nous l’avons nommé Yorkicystis haefneri, en l’honneur de son découvreur.
Yorkicystis apporte des éclairages précieux sur l’évolution de la vie terrestre à l’époque où la plupart des grands groupes animaux actuels sont apparus pour la première fois.
Yorkicystis a vécu durant l’« explosion cambrienne », il y a 539 à 485 millions d’années. Avant cela, seules des bactéries et organismes microscopiques simples coexistaient avec la faune édiacarienne, ces mystérieuses créatures au corps mou encore mal comprises.
Le Cambrien marque une diversification massive d’espèces émergeant des océans, incluant des groupes qui domineront ultérieurement la planète et des représentants de la plupart des phyla animaux modernes.
En quelques millions d’années, des animaux complexes dotés de squelettes et carapaces dures apparaissent. Les causes restent débattues, mais un enrichissement en carbonate de calcium des océans a vraisemblablement joué un rôle clé.
Les échinodermes ne sont pas les premiers à fossiliser. Les brachiopodes, protégés dans des coquilles, et les arthropodes comme les trilobites aux exosquelettes calcaires les précèdent. À titre de comparaison, les dinosaures n’apparaîtront que 294 millions d’années plus tard.
Plus de 30 000 espèces d’échinodermes éteints sont connues, mais elles sont rares dans les gisements cambriens exceptionnels comme les schistes de Burgess (Canada) ou Chengjiang (Chine).
Les échinodermes primitifs diffèrent fortement des formes actuelles à symétrie pentamère (cinq bras radiaux).
En savoir plus sur les cténocystoïdes enfants :ils sont essentiels pour comprendre l'évolution de échinodermes assis à la base de l'arbre évolutif des échinodermes. L'arbre montre comment les échinodermes sont passés d'organismes ressemblant à des vers à des créatures en forme d'étoile que nous voyons aujourd'hui ! #Vendredi fossile pic.twitter.com/zLpGT3GNdB
– Musée d'histoire naturelle de l’Université d’Oxford (@morethanadodo) 8 juin 2018
Les échinodermes cambriens affichent une grande diversité morphologique : éocrinoïdes en forme de vase ornés de plaques géométriques et bras, héloplacoïdes cigariformes cuirassés, blastoïdes évoquant des fleurs exotiques.
L’Edrioasteroidea, proche de l’étoile de mer avec cinq bras radiaux autour de la bouche, est le groupe le plus similaire à Yorkicystis haefneri. Nous l’y avons donc rattaché phylogénétiquement.
Tandis que de nombreux organismes cambriens développaient squelettes et défenses contre les prédateurs, Yorkicystis a « déminéralisé » le sien, adoptant une anatomie partiellement molle sans protection sur une grande partie du corps.
Pour en reconstituer l’anatomie, nous avons collaboré avec le paléoillustrateur Hugo Salais. Il a modélisé en 3D chaque élément squelettique avant de produire une reconstruction haute fidélité.
Cette analyse révèle que seuls les ambulacres (bras) étaient calcifiés, protégeant les sillons alimentaires (jaunes sur le fossile). Des plaques mobiles couvraient les tentacules lors de l’alimentation. Le reste du corps, mou, est préservé comme un film carboné sombre.
La plupart des échinodermes actuels, des côtes aux abysses, possèdent un squelette interne calcaire poreux, à l’image des holothuries (concombres de mer).
Les paléontologues visent à comprendre les organismes éteints. Yorkicystis pose un défi unique, sans équivalent vivant ou fossile connu.
Les mécanismes de perte squelettique restent obscurs, mais la biologie moléculaire identifie des gènes spécifiques à la calcification chez les échinodermes, présents chez tous les vivants et présumés chez les éteints.
Chez Yorkicystis, la calcification localisée aux bras suggère une régulation génique indépendante par région corporelle – un mystère pour les biologistes moléculaires.
Nos observations émettent des hypothèses : sans squelette étendu, Yorkicystis économisait de l’énergie pour nutrition et respiration, gagnait en flexibilité pour un pompage respiratoire actif. Une défense chimique via cellules urticantes, comme chez les anémones, est également envisageable, bien que non vérifiable sur un fossile.
Cette découverte exceptionnelle illumine l’aube de l’explosion cambrienne, époque de stratégies adaptatives contrastées face aux prédateurs.
Samuel Zamora est chercheur principal en paléontologie à l’Instituto Geológico y Minero de España (IGME-CSIC). Divulgation : Samuel Zamora reçoit un financement du ministère espagnol des Sciences, de l’Innovation et des Universités (subvention n° CGL2017-87631), cofinancé par le Fonds européen de développement régional et le projet « Aragosaurus : Recursos Geológicos y Paleoambientales » (E18_17R) financé par le Gouvernement d’Aragon.
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