Des fossiles exceptionnellement bien conservés de reptiles datant d’entre 289 à 286 millions d’années pourraient être les plus anciens amniotes (qui englobent les reptiles, les oiseaux et les mammifères) à respirer avec une cage thoracique. Alors que leurs ancêtres plus primitifs respiraient principalement par la peau et la gorge, cette découverte apporte des éléments nouveaux sur la manière dont les premiers reptiles ont évolué pour respirer hors de l’eau et s’épanouir sur Terre.
Le passage des amniotes aquatiques et semi-aquatiques aux amniotes terrestres constitue une étape importante dans l’évolution des vertébrés. Leur conquête des milieux terrestres a notamment initié une diversification majeure qui a conduit à l’apparition des vertébrés plus complexes.
La colonisation initiale des milieux terrestres a cependant nécessité des processus d’adaptation complexes se manifestant par des innovations telles que l’évolution de l’œuf amniotique pour une reproduction exclusivement terrestre, le développement d’une peau cornée afin de réduire la perte d’humidité et de mieux résister à la chaleur, ainsi qu’une transition de la respiration cutanée à une respiration par aspiration costale pour un échange gazeux plus efficace à l’aide de poumons.
En effet, il est largement admis que les amniotes primitifs utilisaient une combinaison de pompage buccal et de respiration cutanée, comme les amphibiens (salamandres, crapauds, tritons, etc.) et les dipneustes actuels (des poissons osseux pouvant respirer à la fois à l’aide de poumons et de branchies et pouvant ainsi survivre à la fois dans et hors de l’eau). Ce mode de respiration compensait probablement l’absence de cage thoracique, qui a évolué plus tard chez les amniotes plus récents.
Les preuves fossiles témoignant de la transition du mode de respiration des amniotes font cependant défaut, les tissus mous ne se fossilisant presque jamais. Le moment et la manière exactes dont cette transition s’est produite demeure donc largement incompris. Une étude internationale publiée aujourd’hui (8 avril) dans la revue Nature pourrait améliorer notre compréhension de cette transition, en mettant au jour ce qui pourrait être les fossiles des plus anciens amniotes à cage thoracique connus.
« Nous présentons ici le reptile momifié du Permien inférieur, le Captorhinus, qui comprend une enveloppe de peau tridimensionnelle, des restes de protéines natives ainsi qu’une ceinture scapulaire et une cage thoracique complètes avec des cartilages préservés. Il s’agit des plus anciens cartilages et restes de protéines préservés connus chez un vertébré terrestre », écrivent les auteurs de l’étude.
Des structures cartilagineuses intactes
Les fossiles analysés par l’équipe de la nouvelle étude ont été découverts à l’intérieur d’un réseau de grottes dans l’actuel Oklahoma, aux États-Unis et datant d’il y a entre 289 et 286 millions d’années. Les spécimens étaient si bien conservés qu’ils étaient momifiés par une couche d’argile et d’huile qui a permis d’en préserver la peau et d’autres tissus fragiles. L’un des spécimens était articulé de manière quasi parfaite et était presque entièrement recouvert d’une peau cornée préservée en trois dimensions.
Illustration montrant les restes de Captorhinus dans une grotte de Dolese. © Michael DeBraga
Le spécimen présentait également des éléments cartilagineux du cou et de la cage thoracique, ainsi que des épaules. Des analyses sur les deux spécimens exhumés ont également révélé la présence de protéines dans le cartilage, les os et la peau. « La tomographie par neutrons à haute résolution et les données histologiques révèlent des structures jusqu’alors inconnues, notamment le sternum cartilagineux, les côtes sternales, les prolongements costaux et les épicoracoïdes », indiquent les chercheurs.
D’après l’équipe, il s’agit de la plus ancienne cage thoracique d’amniote avec ses structures respiratoires cartilagineuses intactes. Ses caractéristiques suggèrent que la cage thoracique était reliée à la ceinture scapulaire (ensemble d’os et de muscles reliant les membres au tronc) pour former un système respiratoire flexible, semblable à celui des reptiles actuels.
L’acquisition de ce système respiratoire plus adapté à la vie terrestre aurait probablement contribué à l’apparition d’autres caractéristiques telles que la locomotion, l’alimentation et une morphologie corporelle globalement plus adaptée à la terre ferme. La découverte de ces fossiles montre en outre que les tissus mous et les protéines peuvent se conserver bien plus longtemps qu’on le pensait, bien que leur préservation dépendait probablement des conditions particulières de la grotte. La prochaine étape serait ensuite d’évaluer la fréquence de ces caractéristiques chez d’autres amniotes primitifs.
