Le mouvement des animaux de la terre à la mer a eu lieu à plusieurs reprises au cours des 250 millions d'années, et il a été documenté de nombreuses manières différentes et singulières. Mais maintenant, pour la première fois, une équipe de chercheurs a créé une vue d'ensemble qui non seulement permet de mieux comprendre l'évolution, mais peut également aider à évaluer plus précisément l'impact de l'homme sur la planète.
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Les océans regorgent de tétrapodes - oiseaux «à quatre pattes», reptiles, mammifères et amphibiens - qui sont passés à plusieurs reprises de la terre à la mer, adaptant leurs pattes en nageoires. Les transitions ont souvent été corrélées à des extinctions massives, mais les véritables raisons ne sont que partiellement connues, à savoir les fossiles et l'étude du climat de la Terre, par exemple.
Ces transitions sont considérées comme des «illustrations canoniques» du processus évolutif et sont donc idéales pour l’étude; Les tétrapodes marins vivants, tels que les baleines, les phoques, les loutres et les lions de mer, ont également un impact écologique important, selon Neil P. Kelley et Nicholas D. Pyenson, les deux scientifiques du Smithsonian qui ont rédigé le nouveau regard sur ces tétrapodes, publiés cette semaine. dans la revue Science .
Au lieu de rassembler des preuves provenant d'un seul domaine, ils ont regroupé des recherches dans de nombreuses disciplines, notamment la paléontologie, la biologie moléculaire et l'écologie de la conservation, afin de brosser un tableau beaucoup plus large de ce qui se passait lorsque des animaux passaient de la terre à la mer pendant des millénaires.
Presque par nécessité, les scientifiques ont tendance à travailler dans des silos étroits. Cette recherche les aidera donc à élargir leurs points de vue et permettra éventuellement de progresser plus rapidement dans la compréhension de l'évolution. Savoir comment ces créatures se sont adaptées au cours des derniers centaines de millions d'années, et en particulier comment elles ont changé depuis l'ère humaine, pourraient nous aider à devenir de meilleurs intendants de la planète.
«C'est un résumé unique de tout ce que l'on sait sur ces différents groupes qui ont évolué pour retourner à la mer», déclare Louis L. Jacobs, professeur de sciences de la Terre et président de l'Institut pour l'étude de la Terre. et Man à la Southern Methodist University. Le document expose tout d'une manière qui permet aux scientifiques de faire des comparaisons entre les espèces, ajoute-t-il.
«L'examen se situe vraiment au cœur de l'évolution et explique pourquoi l'étude de l'évolution est importante», déclare Sterling Nesbitt, professeur adjoint de géosciences au Virginia Polytechnic Institute et à la State University. Nesbitt se concentre sur l'évolution des vertébrés - pas des animaux marins - mais il affirme que les travaux des chercheurs du Smithsonian l'aideront, ainsi que ses étudiants, à comprendre, par exemple, comment certains animaux terrestres peuvent s'être adaptés pour pouvoir vivre dans les arbres.
La recherche "fournit également le contexte évolutif pour comprendre comment les espèces vivantes de prédateurs marins vont évoluer et s'adapter à la vie dans l'Anthropocène", déclare Kelley, auteur principal du document et chercheur au département de paléobiologie du Muséum national d'histoire naturelle. Il ajoute qu'il a délibérément choisi d'utiliser le terme «anthropocène» dans le document. Certains scientifiques l'utilisent pour décrire l'ère géologique actuelle, mais aussi pour signifier que c'est une période au cours de laquelle l'homme semble jouer un rôle dominant dans l'orientation de la planète.
Sur une période de 300 millions d'années, de nombreux types d'espèces, allant du phoque au mosasaure, ont développé indépendamment des membres antérieurs simplifiés (pour la natation) lorsqu'ils sont passés de la vie terrestre à la mer. (Neil Kelley et Nick Pyenson, NMNH) «Il n’est pas seulement académique d’imaginer le sort de ces animaux», déclare Kelley, ajoutant que les prédateurs marins en particulier sont des acteurs écologiquement importants. "Cela pourrait avoir un impact important si nous perdons ces prédateurs", dit-il.
Le document de Kelley et Pyenson s'appuie sur 147 études, principalement revues par des pairs, dans divers domaines, donnant un riche aperçu de certaines des adaptations parallèles qui ont eu lieu chez un certain nombre d'espèces de tétrapodes marines. C'est extrêmement tentant, dit Jacobs.
Parmi ses nombreux travaux, le travail met en évidence une ligne de recherche relativement nouvelle appelée reconstruction du pigment fossile, une technique qui permet aux scientifiques de déterminer, à partir d'un fossile, la couleur d'une plume d'un oiseau ancien ou de la peau d'un reptile préhistorique. La coloration peut fournir des indices sur la manière dont les espèces s'adaptent à leur environnement. Une étude, par exemple, a révélé que les anciens reptiles marins avaient une coloration sombre, «probablement pour réguler la température ou pour protéger la lumière ultraviolette», écrivent les chercheurs.
Les études génomiques aident également à comprendre les raisons pour lesquelles les animaux marins ayant des ancêtres terrestres différents semblent avoir développé des adaptations similaires lorsqu'ils se sont rendus dans l'océan, selon les auteurs. Par exemple, les baleines à bec et les phoques ont maintenant la capacité de stocker la myoglobine - une protéine fixant l'oxygène - dans leurs muscles. Cela donne aux plongeurs profonds la capacité de survivre sous l'eau pendant de longues périodes. Avant la génomique, les scientifiques n’avaient pas été en mesure de retracer cette capacité similaire au niveau moléculaire, dit Kelley.
Mais maintenant, ils peuvent voir que ces différents types de plongeurs marins peuvent avoir les mêmes mécanismes cellulaires. «Il existe un lien profond d'évolution», déclare Pyenson, conservateur des mammifères marins fossiles au Natural History Museum. La question qui se pose maintenant est de savoir si les séquences génétiques peuvent être liées à des comportements spécifiques, à un type de corps, à une capacité respiratoire ou au développement des nageoires. «Nous ne le savons pas encore, mais nous pourrions le faire d'ici cinq ans environ», ajoute Kelley.
Séparés dans le temps par plus de 50 millions d'années, les dauphins modernes et les ichthyosaures éteints sont issus de différentes espèces terrestres mais ont néanmoins développé un corps semblable à un poisson. (Dolphin, NOAA. Ichthyosaur, avec la permission de Lindgren et al, Nature Publishing Group) La revue rassemble également diverses études montrant l'impact de l'homme sur l'évolution des tétrapodes. Les humains ont chassé une variété de tétrapodes presque jusqu'à l'extinction, et l'activité humaine semble avoir indirectement accéléré la disparition d'autres. Six des sept espèces de tortues marines sont menacées. Et le dauphin du fleuve Yangtze, que l'on ne trouve que dans ce fleuve en Chine, a été déclaré éteint en 2006 à la suite d'accidents de navigation et de la dégradation de l'habitat.
Mais certains tétrapodes ont déjoué les humains. Les baleines grises, dont on pensait qu'elles ne vivaient que dans le Pacifique, ont récemment été retrouvées dans l'Atlantique. «La meilleure hypothèse quant à la façon dont ils sont arrivés là-bas est qu'ils se déplacent dans l'Arctique», a déclaré Kelley, notant que la glace avait suffisamment fondu pour permettre un passage par l'eau. Les archives fossiles montrent que les baleines grises vivaient autrefois dans l'Atlantique il y a environ 100 millions d'années. Leur retour pourrait donc être un processus de recolonisation, explique Kelley.
Kelley et Pyenson espèrent que leur article suscitera davantage de collaborations, par exemple entre paléontologues, biologistes et spécialistes de la conservation, afin de rapprocher le passé et le présent, en particulier pour examiner de plus près les animaux marins. Les humains «ont un impact démesuré sur l’avenir», déclare Pyenson. L’examen permet de répondre à la question «Quel sera le sort de ces espèces d’importance écologique?
«La compréhension de l'océan est vitale pour les humains sur cette planète», déclare Jacobs, soulignant qu'il joue un rôle important dans l'écosystème. Mais il ajoute que les humains modifient l'océan, entraînant une élévation du niveau de la mer et des températures, ainsi que des modifications de la salinité et de l'acidité, qui stressent tous les animaux. "Nous ne connaissons pas toutes les conséquences imprévues de ce que ces changements physiques vont entraîner."
Un assortiment de tétrapodes marins du Crétacé de la fin de «l'âge des reptiles», comprenant une tortue de mer, un oiseau marin hâtif, un grand mosasaure et un élasmosaure au long cou. (Oeuvre de Karen Carr / NMNH)
