La première apparition de trilobites dans les archives fossiles remonte à 521 millions d'années dans les océans de la période cambrienne, quand les continents étaient encore inhospitaliers à la plupart des formes de vie. Peu de groupes d'animaux se sont adaptés avec autant de succès que les trilobites, qui étaient des arthropodes qui vivaient sur les fonds marins pendant 270 millions d'années jusqu'à l'extinction massive à la fin du Permien il y a environ 252 millions d'années.

Plus les organismes vivaient il y a longtemps, plus leurs fossiles sont rares et plus il est difficile de comprendre leur mode de vie. Les paléontologues sont confrontés à une tâche ardue pour établir des relations évolutives dans le temps et l'espace. Surmontant les difficultés inhérentes à l'investigation d'un groupe d'animaux ayant vécu il y a si longtemps, Des scientifiques brésiliens affiliés au Département de biologie de l'École des sciences Bauru de l'Université d'État de São Paulo (FC-UNESP) et au Laboratoire de paléontologie de l'École de philosophie Ribeirão Preto de l'Université de São Paulo, Science and Letters (FFCLRP-USP) ont réussi pour la première fois à déduire des patrons paléobiogéographiques chez les trilobites.

La paléobiogéographie est une branche de la paléontologie qui se concentre sur la répartition des plantes et des animaux disparus et leurs relations avec les caractéristiques géographiques anciennes. L'étude a été menée par Fábio Augusto Carbonaro, chercheur postdoctoral au Laboratoire de paléontologie des macroinvertébrés Bauru (LAPALMA) de l'UNESP dirigé par le professeur Renato Pirani Ghilardi. Parmi les autres participants figuraient Max Cardoso Langer, professeur à la FFCLRP-USP, et Silvio Shigueo Nihei, professeur au Bioscience Institute de la même université (IB-USP).

Les chercheurs ont analysé les différences morphologiques et les similitudes des 11 espèces de trilobites décrites jusqu'à présent dans le genre Metacryphaeus; ces trilobites vivaient au Dévonien il y a entre 416 millions et 359 millions d'années (mya) dans les eaux froides de la mer qui recouvrait l'actuelle Bolivie, Pérou, Brésil, les Malvinas (Falklands) et l'Afrique du Sud.

La période dévonienne est subdivisée en sept étapes. Métacriphée vécu pendant les stades Lochkovien (419,2-410,8 mya) et Pragian (410,8-407,6 mya), qui sont les premiers stades du Dévonien.

Les résultats de la recherche ont été publiés dans Rapports scientifiques et font partie du projet « Paléobiogéographie et routes migratoires des paléoinvertébrés du Dévonien au Brésil », qui est soutenu par la Fondation de recherche de São Paulo -FAPESP et le Conseil national du Brésil pour le développement scientifique et technologique (CNPq). Ghilardi est le chercheur principal du projet.

"Quand ils se sont éteints dans le Permien, il y a 252 millions d'années, les trilobites n'ont laissé aucune descendance. Leurs plus proches parents vivants sont les crevettes, et, plus à distance, les araignées, scorpion, araignées de mer et acariens, " a déclaré Ghilardi.

Les fossiles de trilobites se trouvent en abondance partout dans le monde, expliqua-t-il - si abondamment qu'on les appelle parfois les cafards de la mer. La comparaison n'est pas injustifiée, car anatomiquement, les trilobites ressemblent à des cafards. La différence est qu'ils n'étaient pas des insectes et avaient trois segments ou lobes longitudinaux du corps (d'où le nom).

Dans l'hémisphère nord, les archives fossiles de trilobites sont très riches. Les paléontologues ont jusqu'à présent décrit 10 ordres comprenant plus de 17, 000 espèces. Les plus petits mesuraient 1,5 millimètre de long, tandis que les plus grands mesuraient environ 70 cm de long et 40 cm de large. Des trilobites parfaitement conservés peuvent être trouvés dans certaines régions, comme le Maroc. Ceux-ci peuvent être magnifiques lorsqu'ils sont utilisés pour créer des camées ou des bijoux en taille-douce. Fossiles de trilobites du Brésil, Pérou et Bolivie, en revanche, sont souvent mal conservés, consistant simplement en les impressions laissées dans la boue benthique par leurs exosquelettes.

« Bien que leur état de conservation soit loin d'être idéal, il y a des milliers de fossiles de trilobites dans les sédiments qui forment le bassin du Paraná dans la région sud du Brésil, et le bassin de Parnaíba le long de la ligne de partage nord-nord-est, " dit Ghilardi, qui préside également la Société brésilienne de paléontologie.

Selon Ghilardi, leur mauvais état de conservation pourrait être dû aux conditions géologiques et climatiques prévalant dans ces régions au cours de l'ère paléozoïque, lorsque les portions de terre ferme qui formeraient un jour l'Amérique du Sud étaient au pôle Sud et entièrement recouvertes de glace pendant de longues périodes.

Au Dévonien, L'Amérique du Sud et l'Afrique étaient connectées dans le cadre du supercontinent Gondwana. L'Afrique du Sud s'est jointe à l'Uruguay et à l'Argentine dans la région de River Plate, et les États du sud du Brésil étaient en continuité avec la Namibie et l'Angola.

Analyse parcimonieuse

La recherche a commencé par une analyse de 48 caractéristiques (taille, forme et structure des organes et des parties anatomiques) trouvés dans une cinquantaine de spécimens fossiles des 11 espèces de Metacryphaeus. "En principe, ces caractéristiques servent à établir leur phylogénie - l'histoire évolutive de toutes les espèces de l'univers, analysé en termes de lignes de filiation et de relations entre des groupes plus larges, " a déclaré Ghilardi.

Connue comme une analyse parcimonieuse, cette méthode est largement utilisée pour établir des relations entre les organismes d'un écosystème donné, et ces dernières années, il a également commencé à être utilisé dans l'étude des fossiles.

Selon Ghilardi, parcimonie, en général, est le principe selon lequel l'explication la plus simple des données est l'explication préférée. Dans l'analyse de la phylogénie, cela signifie que l'hypothèse concernant les relations qui nécessite le plus petit nombre de changements caractéristiques entre les espèces analysées (dans ce cas, trilobites du genre Metacryphaeus) est celui qui est le plus susceptible d'être correct.

La contribution biogéographique à l'étude a été faite par le professeur Nihei, qui travaille à IB-USP en tant que taxonomiste et systématicien des insectes. Le domaine de la systématique s'intéresse aux changements évolutifs entre les ascendances, tandis que la taxonomie se concentre sur la classification et la dénomination des organismes.

"L'analyse biogéographique implique généralement des groupes vivants dont les âges sont estimés par la phylogénie moléculaire, ou la soi-disant horloge moléculaire, qui estime quand deux espèces ont probablement divergé sur la base du nombre de différences moléculaires dans leur ADN. Dans cette étude des trilobites, nous avons utilisé l'âge de la même manière, mais il a été obtenu à partir des archives fossiles, " dit Nihei.

"Le point principal de l'étude était d'utiliser des fossiles dans une méthode qui implique normalement la biogéographie moléculaire. Très peu d'études de ce type ont déjà impliqué des fossiles. Je pense que notre étude ouvre la voie à une nouvelle approche basée sur des méthodes biogéographiques nécessitant un chronogramme [ un cladogramme à datation moléculaire] car ce chronogramme peut également être obtenu à partir de taxons fossiles tels que ceux étudiés par les paléontologues, plutôt que des cladogrammes moléculaires pour les animaux vivants."

En tant que paléontologue vertébré spécialisé dans les dinosaures, Langer a reconnu qu'il en sait peu sur les trilobites mais beaucoup sur les techniques de calcul modernes utilisées dans l'analyse parcimonieuse, sur laquelle s'est fondée sa participation à l'étude. "Je crois que l'aspect clé de cette étude, et la raison pour laquelle il a été accepté pour publication dans une revue aussi importante que Rapports scientifiques , c'est que c'est la toute première utilisation de la parcimonie pour comprendre la phylogénie d'un genre trilobite dans l'hémisphère sud, " il a dit.

Dispersion du Gondwana

Les résultats des analyses paléobiogéographiques renforcent la théorie préexistante selon laquelle la Bolivie et le Pérou constituaient le foyer ancestral de Métacriphée. "Les modèles estiment une probabilité de 100 pour cent que la Bolivie et le Pérou aient formé la zone ancestrale du clade Metacryphaeus et la plupart de ses clades internes, ", a déclaré Ghilardi. La confirmation de la théorie montre que les modèles parcimonieux ont le pouvoir de suggérer la présence de clades à un moment précis dans le passé, même lorsqu'il n'y a aucun enregistrement physique connu de cette présence.

Dans le cas de Métacriphée, les enregistrements les plus anciens en Bolivie et au Pérou datent du début du stade Pragian (410,8-407,6 millions d'années), mais on pense que le genre a évolué dans la région pendant le stade Lochkovien (419,2-410,8 millions d'années). Parcimonie, donc, suggère que Metacryphaeus est originaire de Bolivie et du Pérou quelque temps avant 410,8 millions d'années mais pas avant 419,2 millions d'années. En tout cas, on pense qu'il est bien plus ancien que tous les fossiles connus.

Selon Ghilardi, les résultats peuvent être interprétés comme montrant que le rayonnement adaptatif de Metacryphaeus vers d'autres régions du Gondwana occidental s'est produit lors d'épisodes de transgression marine dans le Lochkovien-Pragien, lorsque la mer a inondé certaines parties du Gondwana. « La dispersion des trilobites Metacryphaeus au cours du Lochkovien s'est produite de la Bolivie et du Pérou au Brésil, jusqu'au bassin du Paraná, maintenant dans la région du Sud, et le bassin du Parnaíba, sur la ligne de partage nord-nord-est—et vers les Malvinas/Falklands, tandis que la dispersion de Pragian s'est produite vers l'Afrique du Sud, " il a dit.

Des trilobites fossiles ont été trouvés en continu dans le bassin du Paraná au cours des dernières décennies. Les trilobites collectés à la fin du XIXe siècle dans le bassin de Parnaíba étaient détenus par le Musée national du Brésil à Rio de Janeiro, qui a été détruite par un incendie en septembre 2018. « Ces fossiles n'ont pas encore été retrouvés sous les décombres et il est probable qu'il n'en reste rien. ils ont dû se dissoudre dans l'incendie, " a déclaré Ghilardi.