Une équipe internationale de chercheurs a découvert des restes d'un poisson à dents vieux de 439 millions d'années qui suggèrent que les ancêtres des ostéichtyens modernes (poissons à nageoires rayonnées et à lobes) et des chondrichtyens (requins et raies) sont apparus bien plus tôt qu'on ne le pensait.

Des découvertes connexes ont été publiées dans Nature le 28 septembre.

Un site isolé dans la province du Guizhou, dans le sud de la Chine, contenant des séquences de couches sédimentaires de la lointaine période silurienne (il y a environ 445 à 420 millions d'années), a produit des découvertes de fossiles spectaculaires, notamment des dents isolées identifiées comme appartenant à une nouvelle espèce (Qianodus duplicis) de vertébré primitif à mâchoires. Nommé d'après l'ancien nom du Guizhou moderne, Qianodus possédait des éléments dentaires particuliers en forme de spirale portant plusieurs générations de dents qui ont été ajoutées tout au long de la vie de l'animal.

Les spirales dentaires (ou verticilles) de Qianodus se sont avérées être l'un des fossiles les moins courants récupérés sur le site. Ce sont de petits éléments qui atteignent rarement 2,5 mm et ont donc dû être étudiés sous grossissement avec de la lumière visible et des rayons X.

Une caractéristique remarquable des volutes est qu'elles contenaient une paire de rangées de dents fixées dans une zone médiane surélevée de la base de la volute. Ces soi-disant dents primaires montrent une augmentation progressive de la taille vers la partie interne (linguale) du verticille. Ce qui rend les verticilles de Qianodus inhabituelles par rapport à celles d'autres vertébrés, c'est le net décalage entre les deux rangées de dents primaires. Une disposition similaire des rangées de dents voisines est également observée dans les dentitions de certains requins modernes, mais n'a pas été identifiée auparavant dans les verticilles dentaires des espèces fossiles.

La découverte indique que les groupes de vertébrés à mâchoires bien connus de la soi-disant "ère des poissons" (il y a 420 à 460 millions d'années) étaient déjà établis quelque 20 millions d'années plus tôt.

"Qianodus nous fournit la première preuve tangible de dents, et par extension de mâchoires, de cette première période critique de l'évolution des vertébrés", a déclaré Li Qiang de l'Université normale de Qujing.

Contrairement aux requins modernes qui perdent continuellement leurs dents, les chercheurs pensent que les verticilles dentaires de Qianodus étaient conservées dans la bouche et augmentaient de taille à mesure que l'animal grandissait. Cette interprétation explique l'élargissement progressif des dents de remplacement et l'élargissement de la base du verticille en réponse à l'augmentation continue de la taille de la mâchoire au cours du développement.

Pour les chercheurs, la clé pour reconstruire la croissance des verticilles était deux spécimens à un stade précoce de formation, facilement identifiables par leurs tailles sensiblement plus petites et moins de dents. Une comparaison avec les verticilles matures plus nombreuses a fourni aux paléontologues un aperçu rare de la mécanique du développement des premières dentitions des vertébrés. Ces observations suggèrent que les dents primaires ont été les premières à se former alors que l'ajout des dents verticillées latérales (accessoires) s'est produit plus tard dans le développement.

"Despite their peculiarities, tooth whorls have, in fact, been reported in many extinct chondrichthyan and osteichthyan lineages," said Plamen Andreev, the lead author of the study. "Some of the early chondrichthyans even built their dentition entirely from closely spaced whorls."

The researchers claim that this was also the case for Qianodus. They made this conclusion after examining the small (1–2 mm long) whorls of the new species with synchrotron radiation—a CT scanning process that uses high energy X-rays from a particle accelerator.

"We were astonished to discover that the tooth rows of the whorls have a clear left or right offset, which indicates positions on opposing jaw rami," said Prof. Zhu Min from the Institute of Vertebrate Paleontology and Paleoanthropology of the Chinese Academy of Sciences.

These observations are supported by a phylogenetic tree that identifies Qianodus as a close relative to extinct chondrichthyan groups with whorl-based dentitions.

"Our revised timeline for the origin of the major groups of jawed vertebrates agrees with the view that their initial diversification occurred in the early Silurian," said Prof. Zhu.

The discovery of Qianodus provides tangible proof for the existence of toothed vertebrates and shark-like dentition patterning tens of millions of years earlier than previously thought. The phylogenetic analysis presented in the study identifies Qianodus as a primitive chondrichthyan, implying that jawed fish were already quite diverse in the Lower Silurian and appeared shortly after the evolution of skeletal mineralization in ancestral lineages of jawless vertebrates.

"This puts into question the current evolutionary models for the emergence of key vertebrate innovations such as teeth, jaws, and paired appendages," said Ivan Sansom, a co-author of the study from the University of Birmingham. + Explorer plus loin

Independent evolutionary origins of vertebrate dentitions, according to latest study