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Une larve fossile de lamproie bouleverse la théorie bien établie sur l’origine des vertébrés

Tetsuto Miyashita © Canadian Museum of Nature

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Fossil of the hatchling of Priscomyzon, from the Late Devonian around 360 million years ago. The hatchling is already equipped with large eyes and toothed sucker, which in modern lampreys only develop in adults. (The Canadian 25-cent coin offers a size comparison for the tiny fossil).

 

Ottawa, 10 mars 2021 – Une nouvelle étude sur des fossiles de lamproie vieux de plus de 300 millions d’années remet en question la théorie bien établie sur l’origine évolutionnaire des vertébrés (tous les animaux dotés d’une colonne vertébrale). Les résultats sont publiés le 10 mars dans la revue scientifique Nature.

Les lamproies sont des poissons anciens dépourvus de mâchoires qui ressemblent à des anguilles. Apparues il y a environ 500 millions d’années, elles fournissent depuis longtemps des indices sur l’évolution des vertébrés. Des chercheurs du Musée canadien de la nature, de l’Université de Chicago et du musée Albany d’Afrique du Sud publient les résultats d’analyses d’une douzaine de minuscules fossiles qui présentent les différentes étapes du cycle de vie et de la croissance d’anciennes lamproies, de l’état de larve à celui de juvénile puis d’adulte.

Ces résultats infirment la théorie bien établie selon laquelle la larve de la lamproie moderne (appelée ammocète), aveugle et nourrie par filtration, représenterait l’image même des ancêtres de tous les vertébrés vivants. Selon ces nouvelles découvertes, les larves des lamproies anciennes sont totalement différentes de celles des lamproies modernes.     

« Les lamproies perdent ainsi leur rôle de représentation des conditions ancestrales des vertébrés, explique l’auteur principal Tetsuto Miyashita, Ph. D., paléontologue au Musée canadien de la nature. Il nous faut donc maintenant trouver un remplaçant à cette fonction. »

Tetsuto Miyashita explique que les lamproies ont un cycle de vie singulier. « Après l’éclosion, la larve des lamproies modernes s’enterre dans le lit du cours d’eau et filtre sa nourriture avant de se transformer en adulte qui, lui, se nourrit de sang. La larve est si différente de l’adulte que les scientifiques ont d’abord cru qu’il s’agissait de deux espèces différentes. Après avoir découvert que la première n’était qu’une étape précoce du cycle de vie de la seconde, les scientifiques ont cru reconnaître dans cette larve en apparence primitive l’image de nos très lointains ancêtres. »

Kristen Tietjen © Kristen Tietjen

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Reconstitution d’artiste montrant les étapes du cycle de vie de la lamproie fossile Priscomyzon riniensis, qui vivait il y a environ 360 millions d’années dans une lagune côtière. Sens horaire à partir de la droite : une minuscule larve dotée de grands yeux et chargée d’un sac vitellin; un juvénile; un adulte exhibant son disque buccal suceur muni de dents.

Mais les fossiles de lamproie récemment découverts racontent une tout autre histoire. Mis au jour en Afrique du Sud et aux États-Unis (Illinois et Montana), ils appartiennent à quatre espèces éteintes différentes et leur âge s’échelonne de 310 à 360 millions d’années. Les chercheurs ont remarqué que les sujets les plus petits, d’à peine 15 mm de longueur (la taille d’un ongle), portaient un sac vitellin : ils venaient donc à peine d’éclore lorsqu’ils sont morts. En les examinant, les auteurs ont observé que ces jeunes larves étaient déjà dotées de grands yeux et d’un disque buccal muni de dents, organes que les lamproies modernes acquièrent à l’âge adulte seulement.

« Fait remarquable, nous disposons de suffisamment de spécimens pour reconstituer le cycle de vie, de l’éclosion à l’adulte, pour plusieurs lignées indépendantes de lamproies anciennes, déclare Michael Coates, Ph. D., professeur de biologie à l’Université de Chicago et coauteur de l’étude avec Rob Gess, Ph. D., du musée Albany et Kristin Tietjin de l’Université du Kansas. Ces fossiles montrent tous la même chose : les larves ressemblaient à un adulte miniature. »

Selon les chercheurs, ces résultats vont à l’encontre de l’histoire de l’évolution reconnue depuis 150 ans selon laquelle les larves des lamproies modernes, avec leur curieux cycle de vie, nous offrent une image des conditions des lointains ancêtres des vertébrés. En démontrant que, contrairement aux lamproies modernes, les espèces anciennes n’étaient pas aveugles et ne se nourrissaient pas par filtration à aucune étape de leur vie, les chercheurs ont ébranlé le modèle de l’évolution bien établi et enseigné dans les manuels.  

Tetsuto Miyahsita © Musée canadien de la nature

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Tetsuto Miyashita (à droite) et le chercheur Rob Gess en 2016 sur le dépôt de schiste de Makhanda, en Afrique du Sud, dans lequel ont été mis au jour des fossiles de la lamproie Priscomyzon. On a découvert dans ce site de nombreux fossiles de plantes et d’invertébrés qui ont permis de reconstituer le milieu dans lequel vivait Priscomyzon.

À l’examen du registre des fossiles, les chercheurs pensent maintenant que les poissons à armure (ostracodermes) aujourd’hui éteints pourraient être de bons candidats pour occuper la base de l’arbre de vie des vertébrés. Les larves de lamproies modernes représentent au contraire une innovation beaucoup plus récente sur le plan de l’évolution. 

Si tel est le cas, pourquoi les larves de lamproies modernes apparaissent-elles si primitives ? Selon l’équipe, l’alimentation par filtration chez les larves seraient une innovation apparue au fil de l’évolution pour permettre aux lamproies de coloniser les cours d’eau et les lacs. Les fossiles de lamproies de cette étude proviennent de sédiments marins. Les lamproies modernes dont les larves aveugles se nourrissent par filtration vivent surtout en eau douce.

Pour les anciennes lamproies suceuses de sang, les rivières et les lacs auraient été des environnements ingrats offrant un réservoir de proies limité et imprévisible. « Les lamproies ont résolu le problème en s’enterrant dans les sédiments et en aspirant les particules de nourriture disponibles dans l’attente de devenir adultes et de pouvoir chasser des proies gorgées de sang, explique Tetsuto Miyashita. Mais il n’est pas nécessaire d’être trop compliqué pour ce genre de vie. Même si les lamproies ont inventé cette nouvelle étape larvaire d’alimentation par filtration, la larve elle-même reste simple et rudimentaire. Et donc nous avons, à tort, interprété cette simplicité comme étant un trait primitif. »

Selon les chercheurs, ce genre de découverte est de nature à révolutionner ce qu’on enseigne dans les manuels. « Les lamproies ne sont plus, comme nous le pensions, de petites machines à remonter le temps, dit Michael Coates. Elles demeurent importantes et essentielles pour notre compréhension de l’histoire ancienne de la diversité des vertébrés, mais nous devons reconnaître qu’elles aussi ont évolué et se sont spécialisées. »

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Renseignements complémentaires
Le chercheur de terrain Rob Gess a joué un rôle de premier ordre dans cette étude en dirigeant des fouilles remarquables dans un dépôt de schiste du Dévonien tardif près de Makhanda, en Afrique du Sud. En 2006, Rob Gess et Michael Coates ont décrit le plus vieux fossile connu d’une lamproie adulte (Priscomyzon riniensis) mis au jour dans ce site. Tetsuto Miyashita collabore à ce projet depuis 2016 à titre de boursier post-doctoral de l’Université de Chicago. L’équipe reconnaît également le travail de Kristen Tietjen, qui a réalisé les tomodensitogrammes et les reconstitutions d’artiste du cycle de vie des lamproies fossiles.  

Renseignements pour les médias et obtention d’images
Dan Smythe
Chef, Relations avec les médias
Musée canadien de la nature
613-698-9253 (cell.)
dsmythe@nature.ca