Reconstituer les premières chaînes alimentaires


Jean Vannier (DR)

En analysant le système digestif d’animaux fossiles, Jean Vannier nous éclaire sur la période qui a connu la plus grande diversification du vivant.

C’est en lisant La Vie est belle de Stephen Jay Gould, célèbre paléontologue américain, que Jean Vannier s’est pris de passion pour l’origine du monde animal. Il était alors post-doctorant à l’Université de Tokyo et se consacrait aux ostracodes, minuscules crustacés présents depuis un-demi milliard d’années dans des sédiments aux quatre coins de la planète (et au parc de la Tête d’Or à Lyon !). “Pour les récolter, j’allais la nuit poser des appâts dans la mer”, se souvient-il. “C’étaient de beaux moments car les ostracodes émettent une lumière bleutée assez vive, très jolie. Les Japonais ont d’ailleurs envisagé pendant la Seconde Guerre Mondiale un projet secret pour produire de la lumière à partir de ces organismes.”

Faire le lien entre mondes disparus et monde vivant

« Les animaux fossiles du Cambrien ne sont pas de simples objets géologiques pris dans la roche. Il s’agit de les faire revivre et de reconstituer les écosystèmes dans lesquels ils évoluaient. Les comparaisons avec le monde marin actuel nous aident beaucoup« , avance Jean Vannier, aujourd’hui directeur de recherche au laboratoire de géologie de Lyon: Terre, Planètes, Environnement (LGL) de l’Université Claude Bernard Lyon 1.

Sophisticated digestive systems in early arthropods
Jean Vannier, Jianni Liu, Rudy Lerosey-Aubril, Jakob Vinther & Allison C. Daley
Il vient de publier dans Nature Communications avec Rudy Lerosey-Aubril et d’autres collègues chinois et anglais des résultats éclairant d’un jour nouveau la chaîne alimentaire du Cambrien, époque où la diversification des espèces animales a été si rapide que l’on parle d’ Explosion Cambrienne. « Il est vraiment crucial de mieux connaitre le contexte écologique de cet événement unique de l’histoire de la Vie survenu il y a plus de 500 millions d’années. »

Glandes digestives (rouge) chez des arthropodes primitifs du Cambrien inférieur de Chine (Chengjiang) et du Groenland (Sirius Passet) et leurs équivalents chez des crustacés actuels (à droite)

Glandes digestives (rouge) chez des arthropodes primitifs du Cambrien inférieur de Chine (Chengjiang) et du Groenland (Sirius Passet) et leurs équivalents chez des crustacés actuels (à droite)

Une source d’information exceptionnelle

Jean Vannier étudie depuis plusieurs années des sites fossilifères à préservation exceptionnelle dont celui des Schistes de Burgess dans la province de Colombie Britannique au Canada. Au milieu des Montagnes Rocheuses et difficile d’accès, ce gisement fournit des informations étonnamment précises sur les premiers animaux, leur anatomie mais aussi leur mode de vie et même certains aspects de leur comportement. Jean Vannier travaille ainsi en étroite collaboration avec Jean-Bernard Caron, ancien étudiant au LGL et à présent responsable des collections de Burgess au Royal Ontario Museum de Toronto. Des conditions favorables à la conservation des tissus mous se retrouvent également dans d’autres régions du monde comme en Chine (faune de Chengjiang) ou au Groenland (faune de Sirius Passet). L’équipe lyonnaise s’y intéresse également de près.

Sidneyia, un arthropode emblématique du Cambrien des Schistes de Burgess montrant des éléments non digérés (trilobites) à l'intérieur de son intestin (specimen du Royal Ontario Museum, Toronto)

Sidneyia, un arthropode emblématique du Cambrien des Schistes de Burgess montrant des éléments non digérés (trilobites) à l’intérieur de son intestin (specimen du Royal Ontario Museum, Toronto)

Les premiers écosystèmes complexes

L’Explosion Cambrienne étonne : comment une telle diversification a-t-elle pu se produire, et pourquoi à ce moment-là ? “La nourriture et sa transformation en énergie sont au cœur de la dynamique évolutive”, explique Jean Vannier. “D’où notre intérêt pour les systèmes digestifs et les contenus intestinaux des animaux primitifs : ils fournissent des preuves directes et indirectes sur la chaîne alimentaire de l’époque« . « Même s’ils sont parfaitement conservés« , ajoute-t-il, « les animaux que nous étudions sont complètement aplatis dans la roche et il malheureusement impossible d’utiliser des techniques comme la tomographie aux rayons X. Par contre, en combinant les informations obtenues à partir de spécimens conservés dans des positions différentes on peut reconstituer leur aspect tridimensionnel. La microscopie électronique à balayage notamment au Centre technologique des microstructures de l’Université Claude Bernard Lyon 1 est également indispensable« .

Dans leur récent article, Jean Vannier, Rudy Lerosey-Aubril et ses co-auteurs de Xi’an, Oxford et Bristol, montrent que des systèmes digestifs sophistiqués permettant l’exploitation d’une nourriture plus riche et plus abondante sont apparus très tôt au cours de l’évolution des arthropodes, ce qui pourrait expliquer en partie l’étonnant succès écologique de ce groupe. “Beaucoup d’organes complexes se sont mis en place dès le Cambrien. Le fait que certains animaux soient devenus des prédateurs a probablement joué un rôle accélérateur dans l’Explosion Cambrienne : quand on introduit une pression nouvelle à l’intérieur d’un système biologique, c’est tout le système qui bouge. Il y a encore une vingtaine d’années, la faune du Cambrien paraissait complètement bizarre. Aujourd’hui, on s’aperçoit que l’écosystème marin de l’époque fonctionnait déjà un peu comme ceux que connaissons dans la nature actuelle. ” L’inconnue porte en réalité sur la période pré-cambrienne : “On connaît très mal les tout premiers ancêtres des animaux, avant l’Explosion Cambrienne. C’est le prochain défi pour les paléontologues ! »

L’explosion cambrienne… et après ?

Ces recherches sont réalisées dans le cadre du projet RALI (Rise of Animal Life), financé par l’Agence Nationale de la Recherche et que Jean Vannier coordonne. Elles ne concernent pas seulement l’Explosion Cambrienne mais également l’Ordovicien, la période géologique qui fait suite au Cambrien et qui est marquée par une augmentation extrêmement forte de la biodiversité, une autre énigme à élucider.

Un nouveau site à préservation exceptionnelle découvert dans l’Ordovicien du sud de Maroc près de Zagora fait actuellement l’objet de fouilles via un accord de coopération entre l’Université de Marrakech (Khadija El Hariri) et le LGL (Bertrand Lefebvre). « Ces sites sont très prometteurs et commencent à livrer leurs secrets ». Le Maroc est de plus en plus conscient de l’importance de son patrimoine paléontologique et le laboratoire a pu nouer des échanges très fructueux avec les chercheurs et les étudiants. Un nouveau musée d’histoire naturelle doit d’ailleurs prochainement voir le jour à Marrakech.

Pour aller plus loin
Le Laboratoire de Géologie de Lyon : Terre Planètes Environnement (Université Claude Bernard Lyon 1 / ENS de Lyon) rapproche et intègre des disciplines habituellement compartimentées : évolution, environnement, géophysique, géochimie, cosmochimie. Ses activités ont pour objectif la compréhension de la formation de la Terre et de son évolution, de l’apparition de la vie et de son développement. Ce champ de recherche va de la formation du système solaire jusqu’à l’exobiologie, de l’étude de la formation des chaînes de montagne jusqu’à celle des paléoenvironnements, de la dynamique du manteau et du noyau de la Terre jusqu’à celle des autres planètes. Le terrain, l’expérimentation, l’analyse et le calcul intensif sont mis à profit, ainsi que de fortes interactions avec d’autres disciplines : la physique, la chimie, la biologie, l’astrophysique.

Centre technologique des microstructures de l’Université Claude Bernard Lyon 1


Un article de Cléo Schweyer


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