Des dents fossiles vieilles de 439 millions d’années bouleversent les vues de longue date sur l’évolution

Reconstruction volumétrique d’une prothèse dentaire en vue de son aspect lingual (modèle total de Qianodus Dupis). Le spécimen mesure plus de 2 mm de long. Crédit : Chu et al.

Les rares dents fossiles chinoises ont changé les croyances des scientifiques sur l’évolution des vertébrés.

Une équipe internationale de scientifiques a découvert des restes de poissons à dents datant de 439 millions d’années, ce qui indique que les ancêtres des chondrichtyens (requins et raies) et des osselets (raies et poissons à nageoires lobes) sont apparus bien plus tôt qu’on ne le pensait.

Les résultats ont été récemment publiés dans la prestigieuse revue tempérer la nature.

Un site reculé de la province du Guizhou, dans le sud de la Chine, a livré de remarquables découvertes de fossiles, notamment des dents solitaires identifiées comme appartenant à une nouvelle espèce (Qianodus doubleis) de vertébrés primitifs à mâchoires de l’ancienne période silurienne (il y a environ 445 à 420 millions d’années). Qianodus, nommé d’après l’ancien nom de l’actuel Guizhou, avait des éléments dentaires inhabituels en forme d’escargot portant plusieurs générations de dents qui ont été insérées tout au long de la vie de l’animal.

Reconstitution d’un Qianodus doubleis nageant. Crédit : IVPP

L’un des fossiles les plus rares trouvés sur le site était les escargots (ou zéphyr) de Qianodus. En raison de sa petite taille, qui dépasse rarement 2,5 mm, il a dû être étudié sous grossissement à l’aide de lumière visible et de rayons X.

Une caractéristique notable des miettes était qu’elles avaient une paire de rangées de dents placées dans une zone médiane surélevée à partir de la base des coussinets. Ces soi-disant dents primaires montrent une croissance progressive en taille à mesure qu’elles s’approchent du ver interne (lingual). Le décalage distinctif entre les deux rangées de dents primaires est ce qui distingue les fleurs de Qianodus de celles des autres vertébrés. Bien qu’il n’ait pas été détecté auparavant dans les coussinets dentaires d’espèces fossiles, un arrangement similaire de rangées de dents proximales est également présent dans les dents de nombreux requins modernes.

Coupe hypothétique sur la longueur de la dent pivotante en vue de côté (type complet de Qianodus Duplicis). Le spécimen mesure plus de 2 mm de long. Crédit : Chu et al.

La découverte indique que des groupes connus de vertébrés à mâchoires de l' »âge du poisson » (il y a 420 à 460 millions d’années) sont en fait apparus il y a environ 20 millions d’années.

« Qianodus nous fournit la première preuve concrète de dents et de mâchoires d’extension, de cette première période critique de l’évolution des vertébrés », a déclaré Li Qiang de l’Université normale de Qujing.

Contrairement aux dents des requins modernes qui tombent constamment, les chercheurs pensent que les coussinets dentaires de Qianodus sont restés dans la bouche et ont augmenté de taille à mesure que l’animal grandissait. Cette explication explique l’élargissement progressif des dents de remplacement et l’élargissement de la base de la mâchoire en réponse à l’augmentation continue de la taille de la mâchoire au cours du développement.

Pour les chercheurs, la clé de la reconstruction de la croissance des bulles était deux échantillons à un stade précoce de formation, facilement identifiables par leurs tailles nettement plus petites et moins de dents. Une comparaison avec les plus nombreuses bulles matures a fourni aux paléontologues un aperçu rare de la mécanique évolutive des premières dents de vertébrés. Ces observations indiquent que les dents primaires ont été les premières à se former tandis que l’ajout des dents latérales (supplémentaires) s’est produit plus tard dans l’évolution.

Reconstitution Qianodus dupis, Vertébrés à mâchoires primitives. Crédit : Zhang Heming

« Malgré leurs caractéristiques distinctives, des cadrans dentaires ont été signalés dans de nombreuses lignées éteintes de cartilagineux et d’ostéoclastes », a déclaré Plamen Andreev, auteur principal de l’étude. « Certains des premiers cartilages ont même construit leurs dents entièrement à partir de dents étroitement espacées. »

Les chercheurs affirment que c’était également le cas avec Qianodus. Ils sont arrivés à cette conclusion après avoir examiné de minuscules bulles (1 à 2 mm de long) d’une nouvelle espèce de rayonnement synchrotron – un processus de tomodensitométrie qui utilise des rayons X à haute énergie provenant d’un accélérateur de particules.

Le professeur Chu Min de l’Institut de paléontologie des vertébrés et de paléoanthropologie de Académie chinoise des sciences.

Ces observations sont étayées par un arbre phylogénétique qui identifie Qianodus comme un proche parent des groupes de chondrichtyens dentés à base de verticilles éteints.

« Notre chronologie modifiée pour l’origine des principaux groupes de vertébrés à mâchoires est cohérente avec l’idée que leur diversification initiale s’est produite au début de la période silurienne », a déclaré le professeur ZHU.

La découverte de Qianodus fournit des preuves concrètes de vertébrés dentés ressemblant à des requins, des dizaines de millions d’années plus âgés qu’on ne le pensait auparavant. L’analyse génétique présentée dans l’étude définit Qianodus comme un chondrichtyen primitif, ce qui signifie que les poissons à mâchoires étaient déjà assez diversifiés dans le Silurien inférieur et sont apparus peu de temps après l’évolution de la minéralisation squelettique dans les lignées ancestrales de vertébrés sans mâchoires.

Evan Sansom, co-auteur de l’étude a déclaré : Université de Birmingham.

Référence : « Les plus anciennes dents de gnathostome » par Plamen S. Andreev et Evan J. tempérer la nature.
DOI : 10.1038 / s41586-022-05166-2