lundi 16 avril 2018

Le Big-Bang de la Vie

La vie. Un sujet qui en intéresse bien plus qu'un. Pourtant, elle a beau attirer tous les regards, elle demeure toujours un mystère. A l'heure où j'écris, on ne sait pas encore comment, où et quand la vie est apparue sur Terre. Enfin, nous n'avons pour l'instant formé que des hypothèses qui se basent sur des fragments de découvertes. Qu'à cela ne tienne, les scientifiques se mettent d'accord que la vie a fait son apparition il y a au moins 3,5 milliards d'années sur Terre. Par quel moyen ? Nous parlerons de cela dans un prochain article. Là, n'est pas la question.
Cependant, ce que l'on pense savoir est que, à cette époque, la vie se réduisait à de microscopiques organismes unicellulaires, c'est-à-dire constitués d'une seule cellule. Les premiers organismes étaient alors des bactéries, plus précisément des cyanobactéries qui peuplaient le milieu aquatique. Et ces minuscules êtres-vivants ont occupé une place écologique très importante, sans doute l'une des plus importantes que la Terre ait connue ! En effet, les cyanobactéries ont la capacité de pratiquer la photosynthèse. Elles peuvent convertir l'énergie solaire (les photons) en énergie chimique en fixant du dioxyde de carbone (CO2) et en libérant du dioxygène (O2) dans l'atmosphère. Du DIOXYGÈNE. Il y a 2,45 milliards d'années, les cyanobactéries ont été responsables de la Grande Oxydation, c'est-à-dire une soudaine augmentation de la quantité d'O2 dans l'air. Cette disponibilité croissante du dioxygène dans l'atmosphère permet d'améliorer considérablement les performances énergétiques de ceux capables de le métaboliser. A cela s'ajoute la formation d'une couche protectrice d'ozone (via les molécules d'O2) enveloppant notre planète. Elle permet alors d'absorber les rayons UV nocifs pour les organismes vivants. La température de l'atmosphère augmente peu à peu. Ainsi, toutes les conditions physico-chimiques favorables au développement de la vie sont réunies.

On voit bien que la concentration en dioxygène (O2) a augmenté brusquement ! 

Au fil des millions d'années, des formes plus complexes font leur apparition. C'est le cas des organismes pluricellulaires qui émergent il y a 2,1 milliards d'années. Le temps passe alors, certaines formes apparaissent et perdurent, d'autres disparaissent...
C'est alors que les premiers animaux (qui sont tous des êtres pluricellulaires) mettent le premier pas sur la scène de la vie il y a 600 millions d'années environ.  Vous vous demandez probablement en lisant cet article quelles preuves ont été mises en avant pour prouver cette datation...
Dans les années 1940, un géologue australien, Reginald Sprigg, a découvert dans les collines Ediacara, en Australie, une multitude de fossiles aux formes étranges de tubes ou de feuilles. Ces fossiles d'organismes font donc partie des plus anciens organismes pluricellulaires connus ! Ils s’avéraient assez rudimentaires d'un point de vue anatomique. Ils ressemblaient fortement aux méduses actuelles, des animaux à symétrie radiaire, c'est-à-dire qui possèdent seulement une face orale et une face anale. Ainsi, nous avons appelé cet assemblages d'organismes à corps mou la Faune de l'Ediacarien (ou faune d'Ediacara).


Dickinsonia est l'un des emblèmes fossiles de la faune d'Ediacara
Cependant, ces genres fossiles ne sont pas spécifiques à l'Australie. Les paléontologues ont découvert des organismes similaires en Namibie comme Namacalathus, l'un des plus anciens métazoaires* squelettiques connus ou bien Charnia en Grande-Bretagne, une sorte de corail.

D'abord classé parmi les algues, Charnia serait finalement un animal même si rien n'est sûr ! 
 Finalement, tous ces assemblages d'organismes fossiles précambriens proviendraient de différentes régions du monde correspondant pour la plupart à des environnements marins peu profonds.

Continuons notre petit voyage dans le lointain passé alors qu'une vie foisonnante et grouillante se déploie ! J'ai même envie de dire que des animaux organisés de façon plus complexe apparaissent, présentant notamment une symétrie bilatérale cette fois ! Autrement dit, ces animaux possèdent un "avant", un "arrière", une face dorsale et une face ventrale (comme nous !). Des appareils fonctionnels se développent aussi tels que le tube digestif ou le système nerveux. A partir de ce moment, ces nouveaux spécimens sont plus mobiles, perçoivent davantage leur environnement (notamment avec l'apparition des yeux !). On appelle cette émergence soudaine de multiples embranchements animaux : l'explosion cambrienne. Si on décortique l'expression, elle veut dire qu'une multitude d'espèces animales est apparue lors de la période du Cambrien (entre -540 millions d'années et -530 millions d'années !). Et c'est la faune de Burgess qui reflète cette fois l'incroyable diversité animale qui a émergé lors du Cambrien ! De même que pour la faune d'Ediacara, celle de Burgess, située au Canada cette fois, est un assemblages d'organismes fossiles bien conservés dans des strates de schistes. Pour la petite histoire, c'est en 1909 qu'un géologue américain, Charles Walcott, découvre, par hasard, cette merveilleuse faune. En effet, suite à une importante tempête de neige, en dégageant le passage pour le cheval de sa femme, Charles fendit une roche révélant un bel exemplaire d'Arthropode qu'il nomma le "Crabe-dentelles" du fait de l'apparence de l'animal. Bon, il s'agit peut-être d'une anecdote légèrement exagérée... Quoiqu'il en soit, notre cher Walcott a découvert dans les Montagnes Rocheuses de la Colombie britannique au Canada des fossiles totalement exceptionnels enfouis dans les schistes de Burgess.

Voilà le "crabe-dentelles" (Marrella splendens)
On a pu y découvrir de nombreux genres représentatifs de multiples embranchements actuels. Parmi ceux-là, de nombreuses espèces de la star des fossiles ont été retrouvées dans les schistes de Burgess. Vous les connaissez peut-être, ce sont bien les Trilobites. Ce sont des Arthropodes (le groupe rassemblant les crustacés, insectes, araignées et compagnie) qui se sont éteints il y a 250 millions d'années (à la fin du Permien) et que l'on reconnaît facilement. Ils sont caractérisés par une carapace (un exosquelette) très rigide, leur corps étant subdivisé en trois parties bien distinctes : le céphalon (la "tête") comportant notamment des yeux fonctionnels, le thorax constitué de plusieurs segments et le pygidium (la "queue"). Pour la plupart des espèces répertoriées (plus de 18 000 !), leur mode de vie était benthique, c'est-à-dire qu'ils côtoyaient les profondeurs des mers et océans, à la recherche de quelques autres petits invertébrés (tels que des vers) à se mettre sous la dent (enfin, ils n'avaient pas de dent...).

Une espèce de Trilobitiforme
Reconstitution de Sidneyia
 Certaines découvertes fossiles nous permettent d'établir des hypothèses sur le fonctionnement des chaînes trophiques* du Cambrien. Harry Whittington et son équipe ont pu réaliser des dissections d'organes d'organismes fossiles. C'est en pratiquant cette méthode que certains petits trilobites et quelques Mollusques ont pu être retrouvés à l'intérieur du tube digestif d'un autre animal, celui de Sidneyia, un autre Arthropode marin carnivore.

En fait, les animaux retrouvés dans le contenu digestif d'un autre permettent de construire peu à peu des chaînes et des réseaux alimentaires. Les traces et empreintes laissées sur les sédiments permettent de renseigner sur le mode de vie des organismes. Bref, chaque léger indice apporte une grande information quant au fonctionnement des écosystèmes marins de cette époque.

Mais, tout cela soulève plusieurs questionnements. Comment ces organismes fossiles ont pu être si bien conservés ? Pourquoi pouvons-nous retrouver des corps mous de bonne "qualité" alors que, par habitude, seules les parties "dures" des organismes sont conservées (comme les os) ? Comment certains organes ont-ils pu rester si intacts ? D'ailleurs, cette branche de la paléontologie qui cherche à comprendre le processus de fossilisation des corps porte un nom, c'est la taphonomie. D'après les spécialistes, ces schistes se seraient formés suite à de fortes coulées de boues qui ont enseveli rapidement les animaux qui vivaient à la base du récif. La boue pénétra alors dans les organes des bébêtes, et grâce à de fines couches de sédiments, ils se séparèrent du corps dans différents micro-niveaux. Ce phénomène explique le fait d'observer des organismes en structure tridimensionnelle bien conservée. De plus, la compression des strates de sédiments sous l'effet de la boue, a chassé l'O2 à l'extérieur (comme si l'on appuyait sur une éponge remplie d'air). Cette exposition plus faible au dioxygène a ralenti la décomposition des organismes et permis une bonne conservation de la forme des tissus mous. Bref, tous ces processus physico-chimiques ont permis de conserver plus de 65 000 spécimens appartenant à 120 espèces différentes !
Vous comprendrez pourquoi je ne peux pas passer en revue chacune de ces espèces (même si cela s'avère particulièrement passionnant !).

Mais, je dois tout de même vous parler de Pikaia gracilens (non, ce n'est pas le nom d'un Pokémon), une espèce de Céphalochordé* fossile qui a l'aspect d'une anguille. Il semblerait qu'un animal, semblable à Pikaia, soit l'ancêtre de tous les Vertébrés actuels. En d'autres termes, les poissons, amphibiens, reptiles, Oiseaux et Mammifères descendraient de cet organisme allongé ressemblant à un ver. En effet, il paraîtrait que Pikaia soit composé d'une chorde, c'est une structure allongée cartilagineuse présente à l'état embryonnaire, se développant en colonne vertébrale (sauf chez les Lamproies et les Myxines*). Or, les Vertébrés font bien partie du groupe des Chordés, ils présentent une chorde ! Le seul "hic" qui laisse penser que Pikaia n'est pas un Vertébré est la présence de petits tentacules étranges inhabituels... Affaire à suivre !


Pikaia gracilens
Une espèce de Céphalochordé, très similaire à Pikaia gracilens


         











En outre, depuis le début du XXème siècle, la carrière des Schistes de Burgess n'a pas été la seule carrière à dévoiler de si beaux fossiles du Cambrien ! D'autres gisements fossilifères dans le monde ont été dénichés révélant, de nouveau, une importante diversité d'organismes fossiles appartenant à des Embranchements inconnus ou actuels ! C'est le cas de nombreuses carrières au Groenland, en Australie et en Chine avec le célèbre site fossilifère de Chengjiang où a été retrouvé le fossile d'un des plus anciens vertébrés aujourd'hui connus. Le dénommé Myllokunmingia. Un genre de "poisson" ressemblant à nos myxines actuelles.

Reconstitution de Myllokunmingia

Après avoir observé, les yeux étincelants, quelques spécimens fossiles retrouvés dans tous ces endroits du monde, nous sommes à même de nous demander quelles sont les causes de cette frappante diversité. Hé bien, un des grands mystères de la paléontologie qui plane toujours aujourd'hui est la raison de ce Big-Bang de la diversité animale. Nous ignorons encore les causes de cette soudaine augmentation du nombre d'espèces à cette époque... Cependant, plusieurs hypothèses ont été mises en avant. Bien sûr, comme nous l'avons cité au début de cet article, l'augmentation de la concentration en O2 dans l'atmosphère a probablement joué un rôle central. Ensuite, le facteur du hasard a sûrement apporté sa pierre à l'édifice ; les mutations génétiques, qui sont des modifications de l'ADN héritables et purement aléatoires ont permis à bon nombre d'organismes de développer des adaptations morpho-anatomiques leur permettant de faire face aux multiples contraintes environnementales (l'apparition des yeux pour la chasse, l'apparition de la chorde pour la nage etc...).

Bref, j'espère que cet article plutôt mystérieux vous a fait prendre conscience que la nature est véritablement un beau bordel. Moult formes animales sont apparues, ont disparu, sont réapparues différemment... Elles ont évolué sous l'effet des mutations génétiques et de l'environnement. Dit d'une façon moins "scientifique", c'est comme si l'évolution avait expérimenté tout un tas de nouveautés pour faire face aux contraintes de l'environnement. Nous nous retrouvons ainsi face à des animaux complètement étranges dignes de scénarios de sciences-fiction !

Bon c'est très artistique mais voilà à quoi pouvait ressembler un écosystème marin au Cambrien ! 


Voilà, j'espère que cet article vous a plu, j'espère aussi qu'il n'a pas été trop technique ! Je voulais vraiment vous faire connaître, si cela n'avait jamais été fait, les faunes d'Ediacara et de Burgess qui témoignent de l'explosion de la diversité animale à cette époque. Cependant, sachez que la paléontologie est l'une des sciences qui est sans cesse révolue. Tout peut changer au fil des années et des progrès technologiques. Par exemple, la découverte d'un fossile peut tout bouleverser dans l'ordre des choses établies. C'est pour cela qu'il est dangereux d'émettre des lois fondamentales en paléontologie (et même en sciences). La science est sans arrêt mise au goût du jour. Lorsqu'on lit un bouquin scientifique, il faut, préalablement, se renseigner sur sa date de publication car lire des choses trop anciennes peut s'avérer finalement contre-productif...

Merci à tous de l'avoir lu et à bientôt sur l'Odyssée Terrestre ! 



Lexique :
- métazoaire = animal
- schiste : type de roche sédimentaire formé par des particules d'argile et de limon.
- chaîne trophique = chaîne alimentaire
- Céphalochordé : en gros, c'est un groupe rassemblant des animaux ressemblant à des poissons mais organisés de façon plus rudimentaire. Ce ne sont pas des Vertébrés !
- Myxines : ce sont des vertébrés aquatiques, allongés, sans mâchoires qui vivent dans les profondeurs des océans se nourrissant d'organismes en décomposition.

Sources :
- Histoire pittoresque de la paléontologie, Babin C et Gatet M, édition ellipses.
- Nature, vol. 530, pages : 268-270, February 18th 2016.   
- Intraspecific variation in an Ediacaran skeletal metazoan : Namacalathus from the Nama group, Namibia, Penny AM, Wood RA, Zhuravley AY, Curtis A, Bowyer F, Tostevin R - Geobiology, 2017, 15, 81-93.
- Pikaia gracilens Walcott : stem chordate, or already specialized in the Cambrian, Mallatt J et Holland N., Journal of experimental technology, part B, Molecular and Devlopmental evolution. 2013 June, 320(4), 247-271.
- wikipedia.org
- www.futura-sciences.com
- www.hominides.com
- "l'explosion cambrienne et les schistes de Burgess" - Sciences étonnantes (Youtube)
- http://godfra.chez-alice.fr/Docshv/docshv.html (photo de l'écosystème marin cambrien)

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2 commentaires:

  1. Merci à vous de l'avoir lu ! Content que vous l'ayez apprécié ! A bientôt ;)

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