Grande évolution : comment la « bête du tonnerre » est passée de 20 kilos à 5 tonnes il y a 50 millions d’années | Science

Les animaux disparus nous fascinent. Les animaux géants disparus nous émerveillent aussi. Il existe de petits fossiles d’animaux magiques, précieux, parfaitement conservés et fondamentaux pour notre compréhension de l’évolution de la vie sur Terre. Mais quand, à l’âge de six ans, vous voyez un squelette de diplodocus pour la première fois de votre vie, une partie de votre monde s’effondre. Bien que vous ne compreniez pas très bien comment, vous êtes soudain très conscient de l’existence d’un bug aussi gigantesque. L’inimaginable devient réel car si vous tendez un peu la main, vous pouvez toucher leurs os.

Les gigantesques animaux disparus, comme les mammouths ou les grands dinosaures, font soudainement voler notre imagination vers des mondes préhistoriques presque fantastiques. La fascination pour ces bêtes primitives est universelle et captive les non-initiés comme les spécialistes. Il n’est donc pas surprenant que de nombreux paléontologues aient tenté de comprendre comment certains groupes d’animaux ont évolué pour être si grands.

L’affaire a sa miette, car il n’y a pas toujours eu d’animaux géants. Considérez les écosystèmes juste après l’extinction du Crétacé tardif, il y a 66 millions d’années, lorsqu’un astéroïde a anéanti les dinosaures non aviaires. Les plus gros animaux terrestres qui ont survécu à cet événement pesaient rarement 10 kilos. Quelque 15 millions d’années plus tard, il y avait déjà des mammifères de plusieurs tonnes qui pullulaient. Comment est-ce arrivé?

Nous, paléontologues, réfléchissions à la question depuis près de 200 ans, sans encore avoir de conclusion claire. Donc, il y a quelques années, nous nous sommes mis au travail pour voir si nous pouvions trouver une réponse. Pour notre étude, dont les résultats publie le magazine aujourd’hui Science, nous nous concentrons sur les brontothères, cousins ​​éloignés des tapirs et des rhinocéros, qui peuplaient la planète durant l’Éocène, il y a entre 56 et 34 millions d’années. Le nom brontotherium signifie “bête du tonnerre”, et certaines des espèces les plus emblématiques arboraient d’imposantes cornes plates et fourchues au sommet de leur nez.

Les premières espèces de brontotheres pesaient environ 20 kilos et les dernières pesaient cinq tonnes (comme un éléphant moderne). Pour cette raison, ils sont très intéressants pour connaître l’évolution de la taille corporelle chez les mammifères. En utilisant des modèles mathématiques qui simulent les processus évolutifs et les données les plus précises disponibles, nous comparons les différentes théories qui ont été développées au cours des deux derniers siècles pour expliquer l’évolution de ces titans. Cela a été un voyage à travers l’histoire de la théorie de l’évolution, les différentes perceptions que nous avons eues de la nature qui nous entoure et, finalement, de l’origine de la biodiversité.

Certains naturalistes de la fin du XIXe siècle, les soi-disant néo-lamarckistes, pensaient que les lignées animales étaient vouées à évoluer vers des formes de plus en plus spécialisées dans leurs écologies, plus grandes et généralement plus bizarres (par exemple, développer des cornes de toutes sortes et d’étranges saillies crâniennes). Cette tendance n’a pas répondu aux adaptations au médium, puisqu’elle a ignoré Darwin et ses idées adaptationnistes, qui avaient déjà été publiées. Ils croyaient plutôt que les lignées avaient leurs histoires évolutives préprogrammées dès le départ, comme une sorte de manuel d’assemblage. Ses idées ont été influencées par Jean-Baptiste Lamarck, un naturaliste français qui pensait que l’évolution suivait une échelle inévitable vers la complexité. Les néo-lamarckistes, par exemple, considéraient que les différentes lignées de mammifères (brontotheres, chevaux, éléphants, etc.) étaient vouées à répéter un chemin évolutif similaire. Ce n’est qu’alors qu’ils pourraient expliquer ces tendances très claires qu’ils ont vues à maintes reprises dans les archives fossiles. Les mécanismes proposés par Darwin (le succès du plus fort dans l’éternelle lutte pour la survie) étaient trop chaotiques pour expliquer de telles trajectoires évolutives linéaires : du petit et non spécialisé au grand et spécialisé.

Darwin n’a pas pu expliquer la gigantisation

Au début du XXe siècle, et en grande partie grâce au développement de la génétique, les idées darwiniennes ont fini par s’imposer. Mais les fossiles tenaces ont montré qu’en effet de nombreux groupes d’animaux semblaient émerger sous de petites formes et grossir avec le temps. Pour les intégrer dans les postulats darwiniens, les vieilles idées néo-lamarckiennes ont dû être recyclées et expliquées en termes nouveaux : plus gros doit être plus avantageux, et les grands individus doivent être plus en forme, donc la sélection naturelle, opérant minutieusement pendant des millions d’années, finira par produisant des tendances claires vers des tailles de plus en plus grandes. Parce qu’il s’agissait d’une resucée des idées d’Edward D. Cope, l’un des paléontologues néo-lamarckiens les plus influents, cette loi évolutive a été appelée la règle de Cope.

Pour acheter cette idée, il faut accepter qu’en effet, être plus grand est toujours plus avantageux, dans des groupes très différents et sur des millions d’années. Ce n’est que dans un monde très prévisible que l’on pourrait concevoir que l’action de la sélection naturelle, qui s’opère au niveau de l’organisme (celui-ci est apte et laissera plus de descendants ; cet autre, cependant, ne continue pas avec nous), peut être extrapolée à des tendances évolutives qui restent inchangées depuis des dizaines de millions d’années. Cependant, les innombrables conditions climatiques et écologiques qui se produisent sur de si longues périodes de temps sont rarement aussi stables et homogènes.

En fait, l’idée néo-lamarckienne de prévisibilité de l’évolution (et, par conséquent, la notion d’extrapolation) a finalement commencé à être écartée à partir des années 1970, lorsqu’une série de nouvelles théories ont été développées qui contribuent à rendre davantage de préceptes darwiniens compatibles avec les données des archives fossiles. La sélection naturelle est toujours le principal moteur de l’évolution, mais avec quelques ajustements. Dans le cas de la règle de Cope (rappelez-vous, une tendance générale vers des tailles plus grandes), cela pourrait s’expliquer comme suit : la sélection naturelle opère en réponse à des conditions immédiates, ici et maintenant.

Par conséquent, le changement de taille des populations animales se produira en réponse à certaines circonstances très spécifiques. Lorsqu’une nouvelle espèce apparaît, elle peut être plus grande ou plus petite que son ancêtre selon ces conditions. Cette étape semble facile à accepter, mais nous venons de supprimer la possibilité d’extrapoler. Être grand n’est plus toujours être en forme, mais cela dépend des circonstances environnantes. Et si les espèces descendantes peuvent être plus grandes ou plus petites, nous ne verrons jamais une tendance claire à augmenter en taille pendant plusieurs millions d’années. Si la sélection naturelle ne fixe pas la direction à suivre, comment expliquez-vous les tendances que l’on observe parfois dans les archives fossiles, par exemple vers des tailles plus grandes ?

Dans les années 1970, des théories ont été développées qui ont rendu les préceptes darwiniens compatibles avec les archives fossiles. La sélection naturelle reste le principal moteur de l’évolution, mais avec quelques ajustements

Pour mieux comprendre ce compromis, supposons qu’au lieu d’un arbre évolutif, nous ayons un bonsaï et que nous voulions qu’il ne pousse que dans une seule direction (vers les plus grandes tailles). Nous avons deux options. La première consiste à forcer progressivement toutes les branches de l’arbre à aller dans cette direction, en utilisant par exemple des guides et des fils. Cette option refléterait la règle Cope proposée par les néo-lamarckistes, puisque toutes les branches auront tendance à aller dans le sens préférentiel (vers une taille plus grande). Les nouvelles ramifications émergent plus orientées vers la direction souhaitée que la branche qui les engendre. Autrement dit, les descendants sont toujours plus grands que les ancêtres. Les paléontologues des années 1970 ont cependant proposé une deuxième option : les bonsaï se ramifient librement dans toutes les directions. De nouvelles branches peuvent apparaître plus à droite ou à gauche que la branche dont elles dérivent. Comment faire pousser le bonsaï d’un seul côté ? Eh bien, utilisez un sécateur qui ne coupe les branches que d’un côté, permettant la prolifération des branches uniquement dans la direction souhaitée.

Dans le contexte de l’évolution de la taille, ces sécateurs représentent une extinction qui s’attaquera principalement aux plus petites lignées, ne laissant que les plus grandes lignées proliférer. La tendance n’est pas donnée par des changements unidirectionnels graduels dérivés de la sélection naturelle des organismes, mais par un processus qui sélectionne et taille des branches entières. La ramification et les ciseaux sont deux processus différents. Les deux créent du changement, mais à des échelles différentes, puisque les ciseaux sont beaucoup plus efficaces. Cette nouvelle perspective nous dépeint un monde beaucoup moins prévisible, puisque les ciseaux représentent l’extinction produite par des facteurs imprévisibles : changements environnementaux, événements cataclysmiques, compétition avec de nouveaux groupes d’animaux, etc. Dans cette perspective, il est difficile de prédire la forme qu’aura le bonsaï car d’abord Nous ne savons pas où les ciseaux vont couper. En résumé, nos théories sur l’évolution ont évolué de celles qui proposaient un ordre évolutif préétabli (ce qui rappelle en partie l’idée d’un plan divin, telle que défendue par la théologie naturelle), vers des notions plus imprévisibles, plus chaotiques. , où le hasard prend de plus en plus le contrôle.

Les brontothères et les ciseaux de l’évolution

Bon, revenons aux brontotheres. Laquelle de ces théories correspond le mieux à l’évolution de ces titans de l’Éocène ? Nos analyses, désormais publiées dans Science, ils excluent que les lignées brontotheres augmenteront toujours en taille, comme le prédit la règle de Cope. Au lieu de cela, ils suggèrent que le modèle du bonsaï et du sécateur correspond mieux aux données. Autrement dit, les nouvelles espèces n’étaient pas systématiquement plus grandes que leurs ancêtres. Mais une fois les nouvelles espèces établies, les plus petites couraient un plus grand risque d’extinction. Parce que? Parce que les communautés écologiques d’herbivores à cette époque étaient pleines d’espèces de petite et moyenne taille, les niches écologiques typiques de taille modérée étaient plus saturées et les plus petites espèces de brontotherium avaient plus de concurrents.

En d’autres termes, les sécateurs travaillaient plus fort sur les branches des brontotheres plus petits. Lorsque des espèces plus grandes sont apparues, elles ont échappé à cette compétition, ont survécu plus longtemps et ont ainsi pu produire d’autres espèces. De cette façon, les plus grandes espèces de brontotheres étaient de plus en plus abondantes que les plus petites, produisant le modèle que nous observons dans les archives fossiles.

Le sécateur représentant des facteurs difficilement prévisibles, ce que ce type de découverte nous apprend, c’est que les brontothères n’étaient pas prédestinées à grossir. C’est la contingence et le hasard qui ont projeté son évolution vers des tailles gigantesques. Si nous pouvions remonter l’évolution il y a 66 millions d’années et atteindre le jouer, très probablement les brontotheres ne répéteraient pas le même chemin. Notre découverte nous dessine une évolution moins prévisible et, par conséquent, irremplaçable.

Oscar Sanisido Morant Il est paléontologue de l’Université d’Alcalá et illustrateur scientifique, et l’auteur principal de l’étude citée.

Juan López Cantalapiedra Il est paléontologue et chercheur à l’Université d’Alcalá.

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