Des cerveaux fossilisés de Stanleycaris d’un demi-milliard d’années suscitent une réflexion sur l’évolution des insectes et des araignées

Un radiodonte prédateur doté de trois yeux jette un éclairage neuf sur l’évolution du corps des arthropodes.

TORONTO (Ontario), le 8 juillet 2022 – Le Musée royal de l’Ontario (ROM) a révélé les résultats de nouveaux travaux sur un groupe de fossiles dans lequel se trouvaient le cerveau et le système nerveux d’un prédateur marin vieux de cinq cents millions d’années. Stanleycaris, découvert dans les schistes de Burgess, appartient aux Radiodonta, branche primitive de l’arbre évolutionnaire des arthropodes. Cette branche, aujourd’hui éteinte, est une lointaine parente des insectes et des araignées de notre époque. Les résultats de ces recherches nous en apprennent davantage sur l’évolution du cerveau, de la vue et de la structure de la tête des arthropodes. Ils ont été dévoilés dans l’article « A Three-Eyed Radiodont with Fossilized Neuroanatomy Informs the Origin of the Arthropod Head and Segmentation » publié dans le périodique Current Biology.

Les chercheurs ont particulièrement été emballés par ce qu’ils ont vu dans la tête de Stanleycaris. En effet, chez 84 fossiles, les vestiges du cerveau et des nerfs y étaient préservés de manière remarquable, même après 506 millions d’années. « Trouver un cerveau dans un fossile du Cambrien n’est pas une nouveauté, a déclaré Joseph Moysiuk, auteur principal de l’article et doctorant en écologie et en biologie de l’évolution à l’Université de Toronto qui travaille au Musée royal de l’Ontario, mais cette découverte se démarque par l’exceptionnelle qualité de conservation des spécimens et par leur nombre. Les centres de traitement de la vue qui commandaient les gros yeux et les restes des nerfs qui actionnaient les appendices sont visibles et les détails, si nets qu’on croirait examiner un animal mort la veille. »

Les nouveaux fossiles révèlent que le cerveau de Stanleycaris était divisé en deux : le protocérébron, connecté aux yeux, et le deutocérébron, raccordé aux pinces frontales. « On en conclut que la segmentation de la tête et du cerveau des arthropodes remonte loin dans le temps et que cette particularité a évolué pour donner le cerveau en trois parties qui caractérise les membres actuels de cet embranchement, très diversifié, du règne animal », a ajouté Moysiuk. Chez les arthropodes actuels, les insectes notamment, le cerveau se compose de trois ganglions appelés protocérébron, deutocérébron et tritocérébron. Sans être révolutionnaire, l’absence de l’un d’entre eux a des implications radicales en science. En effet, on retrouve souvent les mêmes organes dans le corps segmenté de maints arthropodes. La difficulté consiste à établir une filiation entre les segments du corps, d’une espèce à l’autre, pour comprendre la façon dont ces structures se sont diversifiées au sein du groupe. « Ces fossiles sont en quelque sorte notre pierre de Rosette. Ils nous aident à établir un lien entre les caractères des radiodontes et d’autres arthropodes primitifs, et ceux de leurs descendants, qui peuplent la Terre aujourd’hui. »

Outre une paire d’yeux pédonculés, Stanleycaris disposait d’un énorme œil central à l’avant de la tête, ce qui n’avait encore jamais été observé chez un radiodonte. « Nous ne nous attendions pas à cela. L’existence d’un troisième œil, aussi gros, chez Stanleycaris ne fait qu’ajouter à l’étrangeté de l’animal et nous apprend que les arthropodes les plus anciens possédaient des systèmes de vision complexes et variés, à l’instar de beaucoup de leurs congénères modernes, a expliqué Jean-Bernard Caron (Ph. D.), conservateur Richard Ivey en paléontologie des invertébrés et directeur du doctorat de M. Moysiuk. Dans la majorité des cas, on ne connaît les radiodontes que grâce à des fragments épars. Avec cette découverte, nos connaissances sur leur apparence et leur mode de vie viennent d’effectuer un bond formidable. » M. Caron est professeur agrégé au département de l’écologie et de l’évolution, ainsi qu’à celui des sciences de la Terre à l’Université de Toronto.

Les radiodontes comptaient quelques-uns des plus gros animaux vivant au Cambrien, dont Anomalocaris, cette fameuse « bizarrerie », qui pouvait atteindre jusqu’à un mètre de longueur. Mesurant à peine 20 cm, Stanleycaris avait une taille relativement modeste, comparativement aux autres membres de son groupe, mais, à une époque où la plupart des animaux n’étaient guère plus grands qu’un doigt, il impressionnait sûrement en tant que prédateur. Par leur complexité, les systèmes sensoriel et nerveux de Stanleycaris lui permettaient sans doute de repérer efficacement les petites proies dans les eaux troubles. 

Avec ses gros yeux composés, une redoutable bouche circulaire tapissée de dents, des pinces frontales bardées d’impressionnantes épines et un corps segmenté, très souple, garni de nageoires latérale, Stanleycaris devait être un véritable cauchemar pour les petits organismes des profondeurs qui avaient le malheur de croiser sa route.

Un mot sur les schistes de Burgess
Pour leurs travaux, MM. Moysiuk et Caron ont étudié un groupe de 268 spécimens de Stanleycaris qui n’avait encore fait l’objet d’aucune publication. Les fossiles ont principalement été recueillis au cours des années 1980 et 1990, dans les strates rocheuses de la célèbre carrière Walcott des schistes de Burgess, au parc national Yoho, en Colombie-Britannique (Canada). Ils font partie de la vaste collection de fossiles des schistes de Burgess qu’abrite le ROM. 

Les sites fossilifères des schistes de Burgess se trouvent dans les parcs nationaux Yoho et Kootenay, que gère Parcs Canada. Parcs Canada est fier d’aider des chercheurs émérites à enrichir notre savoir sur cette période capitale de l’histoire de la Terre et de faire connaître ces sites au reste de la planète grâce à des randonnées guidées qui ont remporté des prix. En 1980, l’UNESCO a inscrit les schistes de Burgess à son Patrimoine mondial en raison de leur valeur exceptionnelle pour l’humanité. Le lieu fait désormais partie du plus vaste site du Patrimoine mondial que sont les parcs des Rocheuses canadiennes.

Les fossiles de Stanleycaris font partie de la nouvelle installation consacrée aux schistes de Burgess dans la Galerie Willner Madge de l'aube de la vie.

Ces travaux ont essentiellement été financés par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada grâce une bourse d’études supérieures du Canada Vanier, décernée à M. Moysiuk, ainsi qu’à une subvention à la découverte (n° 341944) versée à M. Caron. 

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Article
« A three-eyed radiodont with fossilized neuroanatomy informs the origin of the arthropod head and segmentation » dans Current Biology
DOI 10.1016/j.cub.2022.06.027