De nouvelles preuves fossiles renversent une hypothèse de longue date sur la façon dont les vertébrés sont passés pour la première fois de l’eau à la terre. Les nouveau-nés de trois animaux différents liés aux premiers visiteurs terrestres montrent que les animaux n'ont pas subi une métamorphose semblable à celle des amphibiens, rapportent des chercheurs le 18 juin dans Science. « Ils sont sortis de l'œuf en ressemblant à des adultes », explique le paléontologue Jason Pardo du Field Museum de Chicago.
La transition vers la terre a entraîné l’évolution des tétrapodes, le groupe d’animaux à quatre membres qui comprend tous les reptiles, amphibiens, oiseaux et mammifères. Les scientifiques ont toujours pensé que les premiers vertébrés à s’aventurer sur terre avaient subi une métamorphose à partir d’une forme larvaire au cours de leur développement. Chez les amphibiens d'aujourd'hui, cette transition rapide de l'éclosion à l'adulte implique la perte de caractéristiques telles que les branchies externes et les nageoires caudales et l'acquisition d'autres caractéristiques telles que l'expansion des poumons et de nouveaux membres à mesure que les animaux passent d'une vie aquatique à une vie partiellement terrestre.
« Nous supposons en quelque sorte que cette métamorphose est ancestrale à tous les vertébrés terrestres », explique la biologiste évolutionniste Laura Porro de l'University College London, qui n'a pas participé à l'étude. « Et cela montre de manière assez concluante que ce n'est pas le cas. »
Pardo et Arjan Mann, paléontologue également au Field Museum, ont étudié les fossiles de tétrapodes nouveau-nés, âgés d'environ 308 millions d'années, de Mazon Creek dans l'Illinois. Les chercheurs ont utilisé des images au microscope électronique à balayage pour découvrir les détails des fossiles exceptionnellement préservés, qui comprennent des tissus mous tels que la peau et le cartilage. Les fossiles des bébés, morts peu de temps après l’éclosion, ne présentent pas les caractéristiques associées à un stade larvaire de type amphibien, telles que des branchies externes et des os spécifiques non développés.
« Nous avons l'impression qu'aucun de ces animaux n'a quoi que ce soit qui ressemble à un stade larvaire, encore moins à une métamorphose », explique Pardo.
Les premiers tétrapodes connus capables de ramper sur terre vivaient il y a environ 375 millions d'années, et les traces fossilisées témoignent d'expéditions terrestres encore plus anciennes. Bien que les animaux étudiés dans la nouvelle étude aient vécu des millions d’années plus tard, ils constituent des exemples de lignées plus anciennes ayant survécu tardivement. Cela suggère que leurs ancêtres ont également grandi sans changement rapide par métamorphose.
Un animal, appelé embolomère, est devenu un grand prédateur qui chassait dans des environnements lagonaires pendant la période carbonifère, il y a environ 360 à 300 millions d'années. Ces animaux passaient la plupart de leur temps dans l'eau, mais leurs pattes courtes leur permettaient de ramper sur terre. « C'est un peu comme un croisement entre un crocodile et une anguille », explique Pardo.
Les chercheurs ont analysé deux fossiles d’embolomères, chacun mesurant seulement un ou deux centimètres de long. L’un d’eux avait encore un sac vitellin interne, une poche de nutriments grâce à laquelle le nouveau-né survivait avant de commencer à manger.
« Le fait qu'ils aient encore un sac vitellin suggère qu'il s'agit de très, très jeunes animaux », explique Porro.
Des preuves squelettiques suggèrent que les embolomères adultes avaient probablement des poumons pour avaler de l'air et éventuellement des structures osseuses pour soutenir également les branchies internes. Il n’est pas clair si les nouveau-nés respiraient de l’air ou s’ils comptaient sur des branchies internes pour respirer dans l’eau jusqu’à ce qu’ils grandissent et aient besoin de plus d’oxygène.
L'un des autres animaux était un mégalichthyidé, une créature ressemblant à un poisson qui présentait certaines des caractéristiques squelettiques des tétrapodes ultérieurs. Et le troisième était un aïstopode, qui ressemblait à un serpent mais était en réalité un tétrapode qui avait perdu ses membres. Les deux avaient probablement des poumons, tandis que les mégalichthyidés possédaient également des branchies internes. Les scientifiques ont émis l’hypothèse que les aïstopodes auraient pu respirer à travers leur peau, comme les amphibiens.
Ensemble, ces trois animaux représentent le développement précoce des tétrapodes. «Je pense que ce qui rend notre argument si solide, c'est qu'il réunit ces trois groupes différents», dit Porro.
Il reste encore de nombreuses questions sans réponse sur la façon dont les vertébrés sont arrivés sur terre, une transition extraordinaire qui a modifié les écosystèmes terrestres à travers la planète. Les scientifiques ne savent pas, par exemple, combien de fois des animaux ont pu faire ce saut de manière indépendante. Mais avec de nouvelles preuves démontrant qu’ils n’avaient pas besoin de métamorphose pour y parvenir, une image plus claire est apparue des premiers pas dans le sable.
« Je pense que cela sera écrit dans les futurs manuels », dit Porro.