Dans les chaînes calcaires de la région de Kimberley en Australie-Occidentale, près de la ville de Fitzroy Crossing, vous trouverez l'un des complexes de récifs anciens les mieux préservés au monde.

Ici se trouvent les restes d'une myriade d'animaux marins préhistoriques, y compris les placodermes, une classe préhistorique de poissons qui représente certains de nos premiers ancêtres à mâchoires.

Les placodermes étaient les maîtres des anciennes mers, rivières et lacs. C'étaient les poissons les plus abondants et les plus diversifiés de la période dévonienne (il y a 419 à 359 millions d'années), mais ils se sont éteints à la fin lors d'une extinction massive.

L'étude des placodermes est importante car ils donnent un aperçu des origines du plan corporel des vertébrés à mâchoires (les vertébrés sont des animaux avec une colonne vertébrale). Par exemple, les placodermes ont révélé quand les premières mâchoires, dents, os du crâne appariés et membres appariés ont évolué. Ils nous ont également appris les origines de la fécondation interne et de la naissance vivante dans l'évolution des vertébrés.

Maintenant, dans un article publié dans Science , nous détaillons nos découvertes du plus ancien cœur préservé en trois dimensions d'un vertébré, dans ce cas un vertébré à mâchoires. Ce cœur de placoderme a environ 380 millions d'années et 250 millions d'années de plus que le cœur de vertébré le plus ancien.

Comment avons-nous fait ?

Des fossiles de poissons près de Fitzroy Crossing ont été signalés pour la première fois à Gogo Station dans les années 1940. Mais ce n'est que dans les années 1960 que de belles préservations 3D ont été révélées, en utilisant une technique qui élimine la roche des os avec de l'acide acétique faible.

Cependant, cette technique s'est avérée être une arme à double tranchant. Alors que les détails fins du squelette osseux ont été découverts, les tissus mous des fossiles se sont dissous. Ce n'est qu'en 2000 que les premiers morceaux de muscle fossilisé ont été identifiés dans les placodermes.

Avec l'avènement d'une méthode à rayons X appelée "microtomographie synchrotron" - utilisée pour la première fois sur les fossiles de Gogo en 2010 - davantage de muscles ont été révélés à partir des placodermes de Gogo, y compris les muscles du cou et de l'abdomen.

Nos travaux ont utilisé cette même technologie pour montrer, pour la première fois, la présence d'un foie, d'un estomac et d'intestins chez un poisson du Dévonien. Certains spécimens montraient même des restes de leur dernier repas :un crustacé.

Nous avons trouvé les organes mous fossilisés dans un ordre de placodermes appelés arthrodires. C'étaient les placodermes les plus courants et les plus diversifiés, caractérisés par une articulation unique entre leur armure de tête et de tronc.

Le cœur du placoderme

La découverte la plus excitante pour nous était le cœur. Nous avons trouvé notre premier cœur placoderme en utilisant l'imagerie synchrotron.

Puis, en expérimentant une technologie appelée imagerie neutronique, nous avons découvert un second cœur dans un autre spécimen.

La vie a dû être éprouvante pour les nerfs dans les mers du Dévonien, car les placodermes avaient littéralement le cœur dans la bouche !

À ce stade de l'évolution des vertébrés, le cou était si court que le cœur était situé à l'arrière de la gorge et sous les branchies.

Des poissons encore plus primitifs que les arthrodires, comme la lamproie sans mâchoires, ont le cœur près du foie. Et les cavités du cœur (appelées oreillette et ventricule) sont côte à côte.

En revanche, les placodermes arthrodires avaient le cœur dans une position plus avancée (antérieure), au fond de la gorge. Et l'oreillette se trouvait au-dessus du ventricule, comme les requins et les poissons osseux d'aujourd'hui.

Aujourd'hui, 99% de tous les vertébrés vivants ont des mâchoires. Les arthrodires fournissent la première preuve anatomique à l'appui de l'hypothèse selon laquelle, chez les vertébrés à mâchoires, le repositionnement du cœur vers une position plus avancée était lié à l'évolution des mâchoires et du cou.

Mais ce n'est pas tout. Ce mouvement du cœur aurait également permis aux poumons de se développer.

Alors, les placodermes avaient-ils des poumons ?

L'une des questions évolutives les plus difficiles aujourd'hui est de savoir si les poumons étaient présents chez les premiers vertébrés à mâchoires. Bien que les poissons aient des branchies, la présence de poumons chez certains poissons peut aider à la flottabilité, qui est nécessaire pour couler et remonter dans l'eau.

Aujourd'hui, les poumons ne sont présents que chez les poissons osseux primitifs tels que les poissons-poumons et les roseaux africains.

Les poissons osseux plus avancés (comme les téléostéens) restent à flot en utilisant une vessie natatoire, tandis que les requins n'ont ni poumons ni vessie natatoire, et utilisent à la place un gros foie gras pour aider à la flottabilité.

Mais qu'en est-il des anciens placodermes ? Des études antérieures (qui étaient quelque peu controversées) suggéraient que des poumons étaient présents dans un placoderme primitif appelé Bothriolepis.

Notre analyse des arthrodires de Gogo révèle que les structures que l'on pense être des poumons chez Bothriolepis sont en fait un foie à deux lobes, de sorte que l'on pense maintenant que les poumons sont absents des placodermes.

Notre découverte montre donc une origine unique pour les poumons chez les poissons osseux (ostéichthyens). Le mouvement du cœur vers une position avancée chez les poissons sans mâchoires (Cyclostomata) aurait permis aux poumons de se développer dans les lignées ultérieures.

L'absence de poumons dans les placodermes suggère que ces poissons comptaient sur leur foie pour leur flottabilité, comme le font les requins modernes.

Un site crucial

La préservation des organes est une course contre la montre. Dans certains cas, la décomposition d'un animal aidera à la préservation des tissus mous, mais trop de décomposition et les tissus mous se décomposent. Pour une excellente conservation, l'équilibre doit être parfait.

Dans le cœur fossilisé, nous avons constaté que l'oreillette et les ventricules sont clairement visibles, tandis que le cône artériel, une section du cœur qui dirige le sang du ventricule vers les artères, n'est pas aussi bien conservé.

Être capable de faire ces découvertes avant qu'elles ne soient perdues à jamais est crucial si nous voulons comprendre pleinement l'évolution précoce des vertébrés, y compris les origines du plan du corps humain.

Ainsi, au-delà de nos constatations immédiates, notre travail a renforcé l'importance du site de Gogo dans le Kimberley comme l'un des sites les plus importants au monde pour la réalisation de ce travail. + Explorer plus loin

Un cœur vieux de 380 millions d'années éclaire l'histoire de l'évolution

Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article d'origine.