Arthropode géant fossilisé Phytophilaspis de la période cambrienne. Crédit :Andrey Zhuravlev, Université d'État Lomonossov de Moscou
Les fluctuations extrêmes des niveaux d'oxygène atmosphérique correspondaient à des poussées évolutives et à des extinctions de la biodiversité animale lors de l'explosion cambrienne, trouve une nouvelle étude menée par l'UCL et l'Université de Leeds.
L'explosion cambrienne a été une période cruciale d'évolution rapide chez les animaux complexes qui a commencé il y a environ 540 millions d'années. Le déclencheur de cette phase fondamentale des débuts de l'histoire de la vie animale fait l'objet d'un débat biologique permanent.
L'étude, publié aujourd'hui dans Géosciences de la nature par des scientifiques du Royaume-Uni, Chine et Russie, donne un solide appui à la théorie selon laquelle la teneur en oxygène dans l'atmosphère était un facteur de contrôle majeur dans l'évolution animale.
L'étude est la première à montrer que lors de l'explosion cambrienne, il y avait une corrélation significative entre les augmentations des niveaux d'oxygène et les sursauts de l'évolution animale et de la biodiversité, ainsi que des événements d'extinction pendant les périodes de faible teneur en oxygène.
Dr Tianchen He, auteur principal de l'étude et chercheur postdoctoral à l'Université de Leeds, a commencé cette recherche à l'UCL. Il a déclaré:"Les créatures complexes qui sont apparues lors de l'explosion cambrienne étaient les précurseurs de nombreux animaux modernes que nous voyons aujourd'hui. Mais comme il n'y a pas de trace directe de l'oxygène atmosphérique au cours de cette période, il a été difficile de déterminer quels facteurs pourraient ont donné le coup d'envoi à ce point crucial de l'évolution.
Trilobite fossilisé Aldonaia de la période cambrienne Crédit :Andrey Zhuravlev, Université d'État Lomonossov de Moscou
"En analysant les isotopes du carbone et du soufre trouvés dans les roches anciennes, nous sommes capables de suivre les variations d'oxygène dans l'atmosphère terrestre et les océans peu profonds pendant l'explosion cambrienne. Par rapport aux animaux fossilisés de la même époque, nous pouvons clairement voir que les radiations évolutives suivent un schéma de « boom and bust » en tandem avec les niveaux d'oxygène.
"Cela suggère fortement que l'oxygène a joué un rôle vital dans l'émergence de la vie animale précoce."
Co-auteur de l'étude, le professeur Graham Shields de l'UCL Earth Sciences, a déclaré:"C'est la première étude à montrer clairement que nos premiers ancêtres animaux ont connu une série de radiations évolutives et de goulots d'étranglement causés par des changements extrêmes dans les niveaux d'oxygène atmosphérique.
"Le résultat a été une véritable explosion de nouvelles formes animales pendant plus de 13 millions d'années de la période cambrienne. A cette époque, La Terre est passée d'être peuplée par de simples, organismes unicellulaires et immobiles pour héberger la merveilleuse variété d'organismes complexes, formes de vie énergétiques que nous voyons aujourd'hui."
L'équipe a analysé les isotopes du carbone et du soufre à partir d'échantillons de carbonate marins prélevés dans des sections le long des rivières Aldan et Lena en Sibérie. À l'époque de l'explosion cambrienne, cette zone aurait été une mer peu profonde et le foyer de la majorité de la vie animale sur Terre.
La rivière Lena à Sakha (Yakoutie), Sibérie. Crédit :Andrey Zhuravlev, Université d'État Lomonossov de Moscou
Les strates du Cambrien inférieur en Sibérie sont composées de calcaire continu avec de riches archives fossiles et des contraintes d'âge fiables, fournir des échantillons appropriés pour les analyses géochimiques. Les signatures isotopiques dans les roches sont liées à la production globale d'oxygène, permettant à l'équipe de déterminer les niveaux d'oxygène présents dans l'océan peu profond et l'atmosphère pendant la période cambrienne.
Co-auteur de l'étude, le Dr Benjamin Mills, de l'École de la Terre et de l'Environnement de Leeds, a déclaré:"La plate-forme sibérienne nous offre une fenêtre unique sur les premiers écosystèmes marins. Cette zone contient plus de la moitié de toute la diversité fossilisée actuellement connue de l'explosion cambrienne.
"La combinaison de nos mesures isotopiques avec un modèle mathématique nous permet de suivre les impulsions de carbone et de soufre entrant dans les sédiments de ce berceau évolutif critique. Notre modèle utilise ces informations pour estimer le bilan global de la production et de la destruction d'oxygène, nous donnant un nouvel aperçu de la façon dont l'oxygène a façonné la vie que nous avons sur la planète aujourd'hui."
Co-auteur de l'étude Maoyan Zhu de l'Institut de géologie et de paléontologie de Nanjing, Académie chinoise des sciences, a déclaré :« Comprendre ce qui a déclenché l'explosion cambrienne nécessite une étude multidisciplinaire. C'est pourquoi avec Graham Shields, nous avons organisé une telle équipe multidisciplinaire financée par le NERC et la NSFC au cours des dernières années. Je suis tellement enthousiasmé par les résultats de ce projet collaboratif. »
"D'autre part, il a fallu beaucoup de temps pour obtenir ce résultat. Nous avons déjà reçu des échantillons de Sibérie en 2008. Les sections en Sibérie sont difficiles d'accès. Il nous a fallu du temps pour organiser l'expédition et y collecter les échantillons. Sans le soutien de collègues russes, nous ne pouvions pas faire le projet."
Le co-auteur de l'étude, Andrey Yu Zhuravlev de l'Université d'État Lomonossov de Moscou, a déclaré :"Ce fut une étude conjointe incroyablement réussie et passionnante. La question du déclencheur de l'explosion cambrienne a intrigué les scientifiques pendant des années. Maintenant, les résultats nous donnent des preuves convaincantes pour lier l'apparition rapide d'animaux ainsi que l'extinction de masse au début du Cambrien avec l'oxygène. »
L'article Liens possibles entre les perturbations extrêmes de l'oxygène et le rayonnement cambrien des animaux est publié dans Géosciences de la nature 06 mai 2019.
