Des taux d’évolution rapides et soutenus expliquent comment les tétrapodes ont évolué à partir de poissons –

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  • L’une des plus grandes questions de l’évolution est de savoir quand et comment les principaux groupes d’animaux ont évolué pour la première fois. La montée des tétrapodes (tous des vertébrés à membres) à partir de leurs parents poissons marque l’un des événements évolutifs les plus importants de l’histoire de la vie. Cette transition « poisson-tétrapode » a eu lieu quelque part entre le Dévonien moyen et le Dévonien supérieur (il y a environ 400 à 360 millions d’années) et représente le début d’un changement environnemental majeur, lorsque les vertébrés ont foulé la terre pour la première fois. Pourtant, certaines des questions les plus fondamentales concernant la dynamique de cette transition sont restées en suspens depuis des décennies.

    Dans une étude publiée le 23 août dans Écologie et évolution de la nature Des chercheurs de Harvard établissent la date d’origine des premiers tétrapodes et découvrent qu’ils ont acquis plusieurs des nouveaux traits adaptatifs majeurs qui ont permis la vie des vertébrés sur terre à des taux d’évolution accélérés.

    L’étude dirigée par le Dr Tiago R. Simões, chercheur postdoctoral et auteur principal, le professeur Stephanie E. Pierce, tous deux du Département de biologie organique et évolutive de l’Université de Harvard, a appliqué des méthodes statistiques récemment développées (analyse évolutive bayésienne) pour estimer avec précision la le temps et les taux d’évolution anatomique au cours de la montée des tétrapodes. La méthode bayésienne a été adaptée à partir de méthodes développées à l’origine en épidémiologie pour étudier l’évolution des virus comme COVID-19 et n’est devenue que récemment un outil en paléontologie pour l’étude de l’évolution des espèces.

    L’étude innove également en combinant les données d’empreintes fossiles et de fossiles corporels pour déterminer l’heure d’origine des tétrapodes. “Normalement, les données d’empreintes apparaissent après les fossiles corporels de leurs fabricants de chenilles. Dans ce cas, nous avons des empreintes de tétrapodes beaucoup plus anciennes que les premiers fossiles corporels de plusieurs millions d’années, ce qui est extrêmement inhabituel. En combinant à la fois l’empreinte et les fossiles corporels, nous pourrions rechercher pour un âge plus précis pour la montée des tétrapodes », a déclaré Pierce.

    “Nous avons pu fournir un âge très précis pour l’origine des tétrapodes à environ 390 millions d’années, 15 millions d’années de plus que le plus ancien fossile de corps de tétrapode”, a déclaré Simões.

    Les chercheurs ont également découvert que la plupart des parents proches des tétrapodes avaient des taux d’évolution anatomique exceptionnellement lents, suggérant que les poissons parents des tétrapodes étaient assez bien adaptés à leur mode de vie aquatique.

    “D’un autre côté, nous avons découvert que les lignées évolutives menant aux premiers tétrapodes se sont séparées de ce modèle stable, acquérant plusieurs des nouveaux traits adaptatifs majeurs à des taux incroyablement rapides qui se sont maintenus pendant environ 30 millions d’années”, a déclaré Simões.

    Simões et Pierce ont également étendu les approches moléculaires pour étudier à quelle vitesse différentes parties du plan corporel des premiers tétrapodes ont évolué – telles que le crâne, les mâchoires et les membres – et la force de la sélection naturelle agissant sur chacun d’eux. Ils ont découvert que toutes les parties du squelette des tétrapodes étaient soumises à une forte sélection directionnelle pour développer de nouvelles caractéristiques adaptatives, mais que le crâne et les mâchoires évoluaient plus rapidement que le reste du corps, y compris les membres.

    “Cela suggère que les changements dans le crâne ont eu un rôle plus important dans les étapes initiales de la transition poisson-tétrapode que les changements dans le reste du squelette. L’évolution des membres vers la vie sur terre était importante, mais surtout à un stade ultérieur dans l’évolution des tétrapodes, quand ils sont devenus plus terrestres », a déclaré Pierce.

    “Nous voyons plusieurs innovations anatomiques dans leur crâne liées à l’alimentation et à l’approvisionnement en nourriture, permettant une transition d’un mode de capture de proies par aspiration de type poisson à une morsure de type tétrapode, et une augmentation de la taille et de l’emplacement de l’orbite”, a déclaré Simões. “Ces changements ont préparé les tétrapodes à chercher de la nourriture sur terre et à explorer de nouvelles ressources alimentaires non disponibles pour leurs parents poissons.”

    Les chercheurs ont également découvert que les taux rapides d’évolution anatomique dans la lignée des tétrapodes n’étaient pas associés à des taux rapides de diversification des espèces. En fait, il y avait très peu d’espèces autour, si peu qu’elles avaient une très faible probabilité d’être préservées dans les archives fossiles.

    Cette découverte aide à répondre à un débat en cours sur l’évolution pour savoir si de nouveaux groupes d’animaux majeurs sont apparus sous des taux rapides de changement anatomique et de diversification des espèces (l’hypothèse classique). Ou, s’il y avait d’abord des taux élevés d’évolution anatomique, avec des taux accrus de diversification des espèces se produisant seulement plusieurs millions d’années plus tard (une nouvelle hypothèse).

    “Ce que nous avons découvert au cours des deux dernières années, c’est que vous avez beaucoup de changements anatomiques lors de la construction de nouveaux plans corporels d’animaux à de courtes périodes de temps géologique, générant des taux élevés d’évolution anatomique, comme nous le voyons avec le premiers tétrapodes. Mais en termes de nombre d’espèces, ils sont restés limités et en très petit nombre pendant très longtemps, et ce n’est qu’après des dizaines de millions d’années qu’ils se diversifient et deviennent plus nombreux. Il y a certainement un découplage là-bas “, a déclaré Simões.

    Pierce a convenu: “Il faut du temps pour prendre pied dans un nouveau créneau afin d’en tirer pleinement parti.”

    “Notre étude commence au tout début de cette histoire évolutive. Il y a beaucoup, beaucoup plus de chapitres à venir”, a déclaré Pierce. « Nous voulons ensuite creuser davantage en termes de ce qui s’est passé après l’origine des tétrapodes, lorsqu’ils ont commencé à coloniser les terres et à se diversifier dans de nouvelles niches. Comment cela a-t-il un impact sur leurs taux d’évolution anatomiques par rapport à la diversification de leurs espèces à travers la planète ? C’est juste le tout début. C’est le chapitre d’introduction du livre.”

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