Recherche sur les poissons fossilisés de la fin du Dévonien, il y a environ 375 millions d'années, détaille l'évolution des nageoires lorsqu'elles ont commencé à se transformer en membres aptes à la marche sur terre.

La nouvelle étude des paléontologues de l'Université de Chicago, publié cette semaine dans le Actes de l'Académie nationale des sciences , utilise la tomodensitométrie pour examiner la forme et la structure des rayons des nageoires tout en restant enfermés dans la roche environnante. Les outils d'imagerie ont permis aux chercheurs de construire pour la première fois des modèles numériques en 3D de l'ensemble de la nageoire du poisson Tiktaalik roseae et de ses parents dans les archives fossiles. Ils pouvaient ensuite utiliser ces modèles pour déduire comment les nageoires fonctionnaient et changeaient au fur et à mesure qu'elles évoluaient en membres.

Une grande partie de la recherche sur les nageoires au cours de cette étape de transition clé se concentre sur les grands, des os et des morceaux de cartilage distincts qui correspondent à ceux de notre bras, avant bras, poignet, et des chiffres. Connu sous le nom de « endosquelette, " les chercheurs retracent comment ces os ont changé pour devenir des bras reconnaissables, les jambes et les doigts des tétrapodes, ou des créatures à quatre pattes.

Les rayons et les épines délicats des nageoires d'un poisson forment une seconde, squelette "dermique" non moins important, qui subissait également des changements évolutifs au cours de cette période. Ces pièces sont souvent négligées parce qu'elles peuvent s'effondrer lorsque les animaux sont fossilisés ou parce qu'elles sont retirées intentionnellement par les préparateurs de fossiles pour révéler les os plus gros de l'endosquelette. Les rayons dermiques forment la majeure partie de la surface de nombreuses nageoires de poissons, mais ont été complètement perdus chez les premières créatures dotées de membres.

"Nous essayons de comprendre les tendances générales et l'évolution du squelette dermique avant que tous ces autres changements ne se produisent et que les membres à part entière n'évoluent, " a déclaré Thomas Stewart, Doctorat., un chercheur postdoctoral qui a dirigé la nouvelle étude. "Si vous voulez comprendre comment les animaux évoluaient pour utiliser leurs nageoires dans cette partie de l'histoire, c'est un ensemble de données important."

Voir les anciennes nageoires en 3D

Stewart et ses collègues ont travaillé avec trois poissons du Dévonien supérieur présentant des caractéristiques primitives de tétrapodes :Sauripterus taylori, Eusthenopteron foordi et Tiktaalik roseae, qui a été découvert en 2006 par une équipe dirigée par le paléontologue de UChicago Neil Shubin, Doctorat., l'auteur principal de la nouvelle étude. On croyait que Sauripterus et Eusthenopteron étaient entièrement aquatiques et utilisaient leurs nageoires pectorales pour nager, bien qu'ils aient pu se hisser au fond des lacs et des ruisseaux. Tiktaalik a peut-être pu supporter la majeure partie de son poids avec ses nageoires et les a peut-être même utilisées pour s'aventurer hors de l'eau pour de courts trajets à travers des bas-fonds et des vasières.

"En voyant toute la nageoire de Tiktaalik, nous obtenons une image plus claire de la façon dont il s'est soutenu et se déplaçait. L'aileron avait une sorte de paume qui pouvait affleurer le fond boueux des rivières et des ruisseaux, " a déclaré Shubin.

Stewart et Shubin ont travaillé avec les étudiants de premier cycle Ihna Yoo et Justin Lemberg, Doctorat., un autre chercheur du laboratoire de Shubin, pour numériser des spécimens de ces fossiles alors qu'ils étaient encore enfermés dans la roche. À l'aide d'un logiciel d'imagerie, ils ont ensuite reconstruit des modèles 3D qui leur ont permis de se déplacer, faites pivoter et visualisez le squelette dermique comme s'il était complètement extrait du matériau environnant.

Les modèles ont montré que les rayons des nageoires de ces animaux étaient simplifiés, et la taille globale de la toile des nageoires était plus petite que celle de leurs prédécesseurs plus poissonneux. Étonnamment, ils ont également vu que le haut et le bas des nageoires devenaient asymétriques. Les rayons des nageoires sont en fait formés par des paires d'os. Chez Eusthenopteron, par exemple, la dorsale, ou haut, le rayon de la nageoire était légèrement plus grand et plus long que le ventral, ou celle du bas. Les rayons dorsaux de Tiktaalik étaient plusieurs fois plus gros que ses rayons ventraux, suggérant qu'il avait des muscles qui s'étendaient sur la face inférieure de ses nageoires, comme la base charnue de la paume, pour aider à supporter son poids.

"Cela fournit des informations supplémentaires qui nous permettent de comprendre comment un animal comme Tiktaalik utilisait ses nageoires dans cette transition, " Stewart a déclaré. "Les animaux sont passés de nager librement et d'utiliser leurs nageoires pour contrôler le flux d'eau autour d'eux, à s'adapter pour pousser contre la surface au fond de l'eau.

Stewart et ses collègues ont également comparé les squelettes dermiques de poissons vivants comme l'esturgeon et le poisson poumon pour comprendre les motifs qu'ils voyaient dans les fossiles. Ils ont vu certaines des mêmes différences asymétriques entre le haut et le bas des ailerons, suggérant que ces changements ont joué un rôle plus important dans l'évolution des poissons.

"Cela nous donne plus de confiance et un autre ensemble de données pour dire que ces modèles sont réels, répandu et important pour les poissons, pas seulement dans les archives fossiles en ce qui concerne la transition des nageoires aux membres, mais la fonction des nageoires au sens large."