La plupart des peaux sont préservées sous forme d'impressions dans la roche, mais dans des conditions rares et des probabilités incalculables, un fossile 3D de la peau réelle peut se former. Ces fossiles offrent une fenêtre exceptionnelle sur les apparences, l'évolution et l'anatomie des animaux préhistoriques.

En tant qu'étudiants diplômés du laboratoire Reisz de paléontologie des vertébrés de l'Université de Toronto, nous étudions ces fossiles pour aider à répondre aux questions critiques entourant les innovations évolutives majeures.

Peau fossilisée

Notre étude, publiée dans Current Biology , détaille la découverte remarquable non seulement d'impressions, mais aussi d'un fossile 3D de peau sous forme de fines feuilles de carbone isolées provenant d'un système de grottes vieux de 289 à 286 millions d'années. Ces fossiles ont été trouvés et donnés au Reisz Lab par Bill May (un collectionneur local prolifique).

Ils ont une texture étonnamment similaire à celle des crocodiles modernes et donnent un aperçu de la façon dont certains des premiers tétrapodes ont évolué pour vivre sur terre. La peau fossilisée est si bien conservée que ses structures internes peuvent être identifiées et est le plus ancien fossile de ce type actuellement connu.

Ces fossiles appartiennent à une sorte d’amniote, qui est un groupe diversifié d’animaux représenté aujourd’hui par des mammifères, des reptiles et des oiseaux. Les premiers amniotes étaient des reptiles et on pense qu'ils ont émergé d'amphibiens préhistoriques à la fin du Carbonifère, il y a environ 318 millions d'années.

Ces premiers amniotes ont connu de nombreuses innovations évolutives qui leur ont permis de s'adapter aux défis d'un mode de vie entièrement terrestre, notamment plusieurs modifications de l'épiderme, la couche la plus externe de la peau.

Peau pour vivre sur terre

L’un des plus grands obstacles à la vie sur terre est la rétention d’eau. Les premiers tétrapodes à mener une vie essentiellement terrestre étaient des amphibiens dont la peau avait tendance à se dessécher. En tant que tels, ils sont restés liés à un environnement aquatique et ont mené un mode de vie semi-aquatique pendant au moins une partie de leur vie. Ces premiers amphibiens conservaient même des écailles osseuses typiques de leurs ancêtres poissons.

Il a fallu attendre l’évolution des reptiles, dont la peau était particulièrement adaptée à la rétention d’eau, pour que ces pionniers puissent adopter un mode de vie entièrement terrestre. Cela impliquait un épiderme épaissi avec des protéines kératiniques alpha et bêta différenciées, formant ainsi les premières écailles épidermiques capables de fournir une surface cornée durable et imperméable, un peu comme celle des reptiles modernes.

Nous détaillons également la préservation de ces bandes cornées de l'épiderme chez le reptile primitif Captorhinus aguti. . Ces bandes sont disposées selon un motif concentrique le long du dos de l'animal, une disposition qui aurait favorisé la flexibilité lors du mouvement ondulatoire latéral de la marche des reptiles. Des bandes similaires d'écailles épidermiques sont également observées de manière plus visible chez les lézards vers modernes.

Un système de grottes parfait

Ces fossiles exceptionnels ont été découverts dans un système de grottes près de Richards Spur, en Oklahoma. Ce système de grottes est constitué de vastes réseaux karstiques, qui apparaissent souvent comme des fissures verticales creusées dans le calcaire environnant par l'eau.

Cette localité est connue pour être l'assemblage le plus riche de vertébrés terrestres de toute l'ère paléozoïque. L'abondance de squelettes en grande partie désarticulés est probablement le résultat du dépôt des restes lors des fortes pluies de mousson. Les restes articulés ou semi-articulés sont moins courants et peuvent être le résultat de chutes d'animaux dans ces grottes ou d'y avoir été emportés en un seul morceau.

Les conditions des grottes sont connues pour favoriser la préservation des restes d'animaux par la dessiccation, la perméation par les eaux souterraines riches en minéraux et l'enfouissement par les sédiments fins.

Dans la localité de Richards Spur, une telle préservation a probablement été facilitée par les hydrocarbures suintants, qui ont coloré la plupart des fossiles en noir ou en brun. La saturation des restes avant ou peu de temps après le dépôt a probablement influencé la croissance des minéraux impliqués dans la fabrication des fossiles, de sorte qu'ils étaient plus susceptibles d'être bien fossilisés. La dessiccation a probablement également joué un rôle essentiel dans la préservation exceptionnelle de la peau en prolongeant sa longévité structurelle avant la fossilisation.

Ces remarquables fossiles de peau mettent non seulement en lumière les innovations critiques nécessaires à la conquête des terres par les premiers amniotes, mais mettent également en évidence l'influence unique des conditions des grottes et des hydrocarbures suintants de pétrole sur la production de fossiles exceptionnels.