Avant l'évolution des pattes à partir des nageoires, le squelette axial – ; y compris les os de la tête, du cou, du dos et des côtes – ; connaissait déjà des changements qui allaient éventuellement aider nos ancêtres à soutenir leur corps pour marcher sur terre. Une équipe de recherche comprenant un biologiste de Penn State a réalisé une nouvelle reconstruction du squelette de Tiktaalik, le poisson fossile vieux de 375 millions d'années qui est l'un des plus proches parents des vertébrés à membres. La nouvelle reconstruction montre que les côtes du poisson sont probablement attachées à son bassin, une innovation considérée comme cruciale pour soutenir le corps et pour l'éventuelle évolution de la marche.
Un article décrivant la nouvelle reconstruction, qui a utilisé la tomodensitométrie (micro-CT) pour scanner le fossile et révéler les vertèbres et les côtes du poisson qui étaient auparavant cachées sous la roche, est paru le 2 avril dans le journal. Actes de l'Académie nationale des sciences.
Tiktaalik a été découvert en 2004, mais des éléments clés de son squelette étaient inconnus. Ces nouveaux micro-tomodensitogrammes à haute résolution nous montrent les vertèbres et les côtes de Tiktaalik et nous permettent de réaliser une reconstruction complète de son squelette, ce qui est essentiel pour comprendre comment il s'est déplacé à travers le monde. »
Tom Stewart, professeur adjoint de biologie au Eberly College of Science de Penn State et l'un des dirigeants de l'équipe de recherche
Contrairement à la plupart des poissons, qui ont des vertèbres et des côtes identiques sur toute la longueur du tronc, les squelettes axiaux des vertébrés à membres présentent des différences spectaculaires au niveau des vertèbres et des côtes, de la région de la tête à la région de la queue. L'évolution de cette régionalisation a permis l'exercice de fonctions spécialisées, dont l'une était une liaison mécanique entre les côtes de la région sacrée et le bassin qui permettait le soutien du corps par les membres postérieurs.
Les nageoires pelviennes des poissons sont évolutivement liées aux membres postérieurs des tétrapodes – ; vertébrés à quatre membres, y compris les humains. Chez les poissons, les nageoires pelviennes et les os de la ceinture pelvienne sont relativement petits et flottent librement dans le corps. Au cours de l'évolution de la marche, ont expliqué les chercheurs, les membres postérieurs et le bassin sont devenus beaucoup plus grands et ont formé une connexion avec la colonne vertébrale afin de renforcer les forces liées au soutien du corps.
« Tiktaalik est remarquable car il nous donne un aperçu de cette transition évolutive majeure », a déclaré Stewart. « Sur l'ensemble de son squelette, nous voyons une combinaison de traits typiques des poissons et de la vie dans l'eau, ainsi que des traits observés chez les animaux terrestres. »
La description originale de Tiktaalik se concentrait sur la partie avant du squelette. Les fossiles ont été méticuleusement préparés pour éliminer la matrice rocheuse environnante et exposer le crâne, la ceinture scapulaire et les nageoires pectorales. Les côtes dans cette zone étaient grandes et élargies, ce qui suggère qu'elles auraient pu soutenir le corps d'une manière ou d'une autre, mais on ne savait pas exactement comment elles auraient fonctionné. En 2014, le bassin du poisson, découvert au même endroit que le reste du squelette, a également été nettoyé de sa matrice et décrit.
« D'après des études antérieures, nous savions que le bassin était grand et nous avions le sentiment que les nageoires postérieures étaient également grandes, mais jusqu'à présent, nous ne pouvions pas dire si ou comment le bassin interagissait avec le squelette axial », a déclaré Stewart. « Cette reconstruction montre, pour la première fois, comment tout cela s'articule et nous donne des indices sur la façon dont la marche aurait pu évoluer. »
Les chercheurs ont expliqué que, contrairement à nos propres hanches, où nos os s'emboîtent étroitement, la connexion entre le bassin et le squelette axial de Tiktaalik était probablement une connexion de tissus mous constituée de ligaments.
« Tiktaalik avait des côtes spécialisées qui seraient reliées au bassin par un ligament », a expliqué Stewart. « C'est vraiment étonnant. Cette créature a tellement de caractéristiques – ; une grande paire d'appendices postérieurs, un grand bassin et une connexion entre le bassin et le squelette axial – ; qui étaient la clé de l'origine de la marche. Et même si Tiktaalik ne traversait probablement pas terre, il faisait définitivement quelque chose de nouveau. C'était un poisson qui pouvait probablement se redresser et pousser avec sa nageoire postérieure.
La nouvelle reconstruction du squelette met également en lumière les spécialisations en matière de mobilité de la tête chez Tiktaalik et de nouveaux détails sur l'anatomie des nageoires pelviennes du poisson.
« C'est incroyable de voir le squelette de Tiktaalik capturé avec autant de détails », a déclaré Neil Shubin, professeur distingué Robert R. Bensley de biologie et d'anatomie des organismes à l'Université de Chicago et l'un des auteurs de l'article. « Cette étude ouvre la voie à celles qui explorent la façon dont l'animal se déplaçait et interagissait avec son environnement il y a 375 millions d'années. »
Outre Stewart et Shubin, l'équipe de recherche comprend Justin B. Lemberg, Emily J. Hillan et Isaac Magallanes de l'Université de Chicago, ainsi qu'Edward B. Daeschler de l'Académie des sciences naturelles de l'Université Drexel.
Le soutien de la Fondation Brinson, de la Division des sciences biologiques de l'Université de Chicago, d'un donateur anonyme de l'Académie des sciences naturelles de l'Université Drexel et de la National Science Foundation des États-Unis a financé cette recherche. Le travail sur le terrain a été rendu possible grâce au Projet du plateau continental polaire de Ressources naturelles Canada ; le ministère du Patrimoine et de la Culture du Nunavut; les hameaux de Resolute Bay et Grise Fiord du Nunavut; et les chasseurs et trappeurs Iviq de Grise Fiord.
