Reconstruction volumétrique d’une spire dentaire vue de sa face linguale (holotype de Qianodus doubles). Le spécimen mesure un peu plus de 2 mm de long. Crédit : Zhu, et al.
De 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 suggère que les ancêtres des chondrichtyens modernes (requins et raies) et des osteichthyens (poissons à nageoires rayonnées et à lobes) sont apparus bien plus tôt qu’on ne le croyait auparavant.
Les résultats ont été récemment publiés dans la prestigieuse revue La nature.
Un endroit isolé dans la province du Guizhou, dans le sud de la Chine, a livré de magnifiques découvertes de fossiles, notamment des dents solitaires identifiées comme appartenant à une nouvelle espèce (Qianodus duplicis) 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, possédait des éléments dentaires inhabituels en forme de spirale portant plusieurs générations de dents qui ont été insérées tout au long de la vie de l’animal.
Une reconstitution de Qianodus duplicis nageant. Crédit : IVPP
L’un des fossiles les plus rares trouvés sur le site a fini par être les spirales dentaires (ou verticilles) de Qianodus. En raison de leur taille minuscule, qui dépasse rarement 2,5 mm, ils ont dû être étudiés sous grossissement avec de la lumière visible et des rayons X.
Une caractéristique remarquable des volutes est qu’elles contenaient une paire de rangées de dents fixées dans une zone médiane surélevée de la base de la volute. Ces dents dites primaires présentent une croissance progressive en taille à mesure qu’elles s’approchent du verticille interne (lingual). Le décalage distinct entre les deux rangées de dents primaires est ce qui distingue les verticilles de Qianodus de celles des autres vertébrés. Bien qu’il n’ait pas été découvert auparavant dans les verticilles dentaires d’espèces fossiles, un arrangement similaire de rangées de dents proches est également présent dans les dentitions de plusieurs requins modernes.
Une coupe virtuelle sur la longueur d’un verticille dentaire en vue de côté (holotype de Qianod doublé). Le spécimen mesure un peu plus de 2 mm de long. Crédit : Zhu, et al.
La découverte indique que les groupes de vertébrés à mâchoires bien connus de la soi-disant «ère des poissons» (il y a 420 à 460 millions d’années) étaient déjà établis quelque 20 millions d’années plus tôt.
“Qianodus nous fournit la première preuve tangible de dents, et par extension de mâchoires, de cette première période critique de l’évolution des vertébrés”, a déclaré Li Qiang de l’Université normale de Qujing.
Contrairement aux requins modernes qui perdent continuellement leurs dents, les chercheurs pensent que les verticilles dentaires de Qianodus étaient conservées dans la bouche et augmentaient de taille à mesure que l’animal grandissait. Cette interprétation explique l’élargissement progressif des dents de remplacement et l’élargissement de la base du verticille en réponse à l’augmentation continue de la taille de la mâchoire au cours du développement.
Pour les chercheurs, la clé pour reconstruire la croissance des verticilles était deux spécimens à un stade précoce de formation, facilement identifiables par leurs tailles sensiblement plus petites et moins de dents. Une comparaison avec les verticilles matures plus nombreuses a fourni aux paléontologues un aperçu rare de la mécanique du développement des premières dentitions des vertébrés. Ces observations suggèrent que les dents primaires ont été les premières à se former alors que l’ajout des dents verticillées latérales (accessoires) s’est produit plus tard dans le développement.
Une reconstitution de Qianod double, un vertébré primitif à mâchoires. Crédit : Zhang Heming
“Malgré leurs particularités, des verticilles dentaires ont en fait été signalées dans de nombreuses lignées de chondrichtyens et d’ostéichthyens éteintes”, a déclaré Plamen Andreev, l’auteur principal de l’étude. “Certains des premiers chondrichtyens ont même construit leur dentition entièrement à partir de verticilles rapprochées.”
Les chercheurs affirment que c’était également le cas pour Qianodus. Ils sont arrivés à cette conclusion après avoir examiné les petits verticilles (1 à 2 mm de long) de la nouvelle espèce avec un rayonnement synchrotron, un processus de tomodensitométrie qui utilise des rayons X à haute énergie provenant d’un accélérateur de particules.
“Nous avons été étonnés de découvrir que les rangées de dents des verticilles ont un décalage clair à gauche ou à droite, ce qui indique les positions sur les branches opposées de la mâchoire”, a déclaré le professeur Zhu Min de l’Institut de paléontologie des vertébrés et de paléoanthropologie du Académie chinoise des sciences.
Ces observations sont étayées par un arbre phylogénétique qui identifie Qianodus comme un proche parent des groupes de chondrichtyens éteints avec des dentitions à base de verticilles.
“Notre calendrier révisé pour l’origine des principaux groupes de vertébrés à mâchoires est d’accord avec l’idée que leur diversification initiale s’est produite au début du Silurien”, a déclaré le professeur ZHU.
La découverte de Qianodus fournit une preuve tangible de l’existence de vertébrés à dents et de modèles de dentition ressemblant à des requins des dizaines de millions d’années plus tôt qu’on ne le pensait auparavant. L’analyse phylogénétique présentée dans l’étude identifie Qianodus comme un chondrichtyen primitif, ce qui implique 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.
“Cela remet en question les modèles évolutifs actuels pour l’émergence d’innovations clés chez les vertébrés telles que les dents, les mâchoires et les appendices appariés”, a déclaré Ivan Sansom, co-auteur de l’étude du Université de Birmingham.
Référence : « Les plus anciennes dents de gnathostome » par Plamen S. Andreev, Ivan J. Sansom, Qiang Li, Wenjin Zhao, Jianhua Wang, Chun-Chieh Wang, Lijian Peng, Liantao Jia, Tuo Qiao et Min Zhu, 28 septembre 2022, La nature.
DOI : 10.1038/s41586-022-05166-2
