La montée des prédateurs marins a remodelé la vie des océans de manière aussi spectaculaire que les extinctions de masse soudaines –

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  • Une course aux armements évolutive entre animaux marins a remanié les écosystèmes océaniques à des échelles similaires aux extinctions massives déclenchées par des catastrophes mondiales, selon une nouvelle étude.

    Des scientifiques de l’Université d’Umeå en Suède et du Florida Museum of Natural History ont utilisé des bases de données paléontologiques pour construire un modèle informatique multicouche de l’histoire de la vie marine au cours des 500 derniers millions d’années. Leur analyse des archives fossiles faisait étroitement écho à une étude fondamentale réalisée en 1981 par le paléontologue J. John Sepkoski – avec une différence essentielle.

    Les travaux statistiques révolutionnaires de Sepkoski ont montré des changements brusques de la biodiversité à l’échelle de l’océan il y a environ 490 et 250 millions d’années, correspondant à deux événements d’extinction de masse. Ces événements ont divisé la vie marine en ce qu’il a appelé «trois grandes faunes évolutives», chacune dominée par un ensemble unique d’animaux.

    Mais le nouveau modèle en révèle un quatrième.

    Le combat acharné pour la survie qui s’est déroulé entre les animaux marins prédateurs et leurs proies il y a environ 250 à 66 millions d’années a peut-être été une force tout aussi puissante, remodelant la diversité des océans dans ce que nous voyons aujourd’hui. Cette troisième grande transition a été beaucoup plus graduelle que ses prédécesseurs et dirigée par des organismes plutôt que par des processus externes.

    «Ce que nous avons appris, c’est que tous les changements majeurs dans la vie animale n’ont pas été liés à des événements d’extinction de masse», a déclaré l’auteur principal de l’étude, Alexis Rojas, qui a obtenu son doctorat. à l’Université de Floride. Rojas est maintenant chercheur postdoctoral au Integrated Science Lab, un centre dédié à la recherche interdisciplinaire à l’Université d’Umeå.

    De nombreux scientifiques ont longtemps estimé que des facteurs externes tels que l’activité volcanique, les impacts d’astéroïdes ou les changements climatiques sont les principaux moteurs des changements majeurs dans la biosphère terrestre, a déclaré le co-auteur de l’étude Michal Kowalewski, le conseiller doctoral de Rojas et le Florida Museum Thompson. Chaire de paléontologie des invertébrés.

    “Les archives fossiles nous indiquent que certaines des transitions clés de l’histoire de la vie étaient des changements rapides déclenchés par des facteurs externes brusques. Mais cette étude montre que certaines de ces transitions majeures ont été plus graduelles et peuvent avoir été provoquées par des interactions biologiques entre organismes, ” il a dit.

    L’une des raisons pour lesquelles le travail de Sepkoski était si révolutionnaire était qu’il a adopté une approche mathématique d’un problème pratique: les archives fossiles sont trop grandes et complexes pour qu’une personne puisse discerner les modèles sous-jacents de la vie en regardant uniquement des spécimens.

    «Lorsque ses composants sont examinés individuellement ou en petits groupes, la complexité de leur forme, de leur fonction, de leur interaction et de leur histoire semble souvent écrasante et presque infinie», a-t-il écrit dans l’introduction de son étude de 1981.

    Organiser ces composants en une hiérarchie de systèmes, a-t-il soutenu, offrait une vue plus complète. La modélisation de Sepkoski a divisé 500 millions d’années de vie océanique en trois grandes dynasties, chacune séparée par une extinction massive qui a ouvert la voie à de nouveaux groupes pour s’épanouir et dominer. Après le règne des trilobites, les animaux en forme de palourdes connus sous le nom de brachiopodes et certains coraux anciens et ammonites ont pris de l’importance. Après l’extinction cataclysmique de la fin du Permien, parfois connue sous le nom de «Great Dying», ils ont été à leur tour remplacés par des escargots, des palourdes, des crustacés, des coraux modernes et diverses espèces de poissons osseux.

    L’hypothèse de Sepkoski a fondamentalement changé la façon dont les scientifiques pensaient à l’histoire de la vie, a déclaré Kowalewski. Il offrait une manière organisée de comprendre l’histoire des écosystèmes marins – le scénario global et les rebondissements de l’intrigue.

    Mais à mesure que notre connaissance des archives fossiles augmente, le dilemme de Sepkoski sur la façon d’analyser des informations aussi vastes et complexes augmente, a déclaré Kowalewski.

    “Avec des millions de spécimens fossiles maintenant documentés, il n’y a tout simplement aucun moyen possible pour notre cerveau de traiter ces archives massives de données paléontologiques”, a-t-il déclaré. “Heureusement, les méthodes analytiques continuent de s’améliorer, nous offrant de meilleures façons d’extraire et d’examiner les informations cachées dans ces données extrêmement complexes.”

    Rojas a relevé ce défi en utilisant les dernières avancées en matière de modélisation de données. Plus précisément, il souhaitait utiliser des outils de réseau complexes pour créer une meilleure représentation des archives fossiles. Contrairement à d’autres approches en paléobiologie, les réseaux complexes utilisent une structure liée de nœuds représentant des variables physiques et abstraites pour découvrir des modèles sous-jacents dans un système donné. Les approches de réseau peuvent être appliquées à des phénomènes sociaux – par exemple, montrer les modèles d’interactions d’un utilisateur Facebook avec des amis sur la plate-forme – mais elles peuvent également être appliquées à des systèmes naturels complexes. Comme Sepkoski, Rojas est un paléontologue de formation classique à la recherche d’une nouvelle perspective sur les archives fossiles.

    «De nombreux processus se déroulent en même temps à plusieurs échelles: dans votre quartier, votre pays et sur toute la planète. Imaginez maintenant les processus qui se produisent en un jour, un an ou 500 ans. Ce que nous faisons, c’est essayer de comprendre toutes ces choses à travers le temps », a-t-il déclaré.

    Un réseau simple peut consister en une seule couche – tous les enregistrements de la vie animale et de leur lieu de résidence. Mais le réseau de Rojas et de ses collègues incorpore différents intervalles de temps en tant que couches individuelles, une caractéristique qui faisait défaut dans les recherches précédentes sur la macroévolution. Le résultat est ce que Rojas a décrit comme un nouveau registre fossile abstrait, un complément au registre fossile physique représenté par les spécimens dans les collections du musée.

    “C’est important parce que les questions que nous posons, les processus que nous étudions, se produisent à différentes échelles dans le temps et dans l’espace”, a déclaré Rojas. “Nous avons pris du recul afin de pouvoir examiner l’intégralité des archives fossiles. Ce faisant, nous pouvons explorer toutes sortes de questions.”

    Pensez-y comme si vous naviguiez sur un Google Earth qui représente les océans au cours des 500 derniers millions d’années. Quand et où irais-tu?

    “Notre carte interactive de la vie marine montre de plus petits groupes d’animaux et leurs interactions au sein de chaque faune évolutive”, a déclaré Rojas. “Aux niveaux les plus élémentaires, cette carte montre les régions océaniques avec des animaux particuliers. Les éléments constitutifs de notre étude sont les animaux eux-mêmes.”

    Ce réseau complexe montre ce que le modèle de Sepkoski n’a pas pu capturer: une transition graduelle de la vie océanique coïncidant avec la révolution marine mésozoïque, qui a commencé il y a environ 150 millions d’années à l’époque mésozoïque. Hypothèse initiale dans les années 1970, cette révolution a été causée par l’augmentation rapide des prédateurs marins tels que les poissons osseux, les crustacés et les escargots, qui dominent les océans depuis lors. Leur prolifération a conduit les proies à devenir plus mobiles, à se cacher sous le fond de l’océan ou à améliorer leurs défenses en épaississant leur armure, en développant des épines ou en améliorant leur capacité à régénérer des parties du corps.

    Sepkoski était au courant de la révolution marine mésozoïque, mais son modèle, limité par les méthodes et les données disponibles à l’époque, était incapable de délimiter les écosystèmes océaniques précédant et suivant cette transition graduelle. L’étude de Rojas et de ses collègues démontre que les processus physiques et biologiques jouent un rôle clé dans la formation de la vie océanique aux plus hauts niveaux.

    “Nous intégrons les deux hypothèses – la révolution marine mésozoïque et les trois grandes faunes évolutives en une seule histoire”, a déclaré Rojas. “Au lieu de trois phases de la vie, le modèle en montre quatre.”

    Joaquin Calatayud, Magnus Neuman et Martin Rosvall de l’Université d’Umeå ont également co-écrit l’étude.

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    Houssen Moshinaly

    Rédacteur web depuis 2009 et webmestre depuis 2011.

    Je m'intéresse à tous les sujets comme la politique, la culture, la géopolitique, l'économie ou la technologie. Toute information permettant d'éclairer mon esprit et donc, le vôtre, dans un monde obscur et à la dérive.

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