Le schiste de Burgess [rediffusion]

Comme tous les ans, le blog prend ses vacances au mois d’août, mais pour ne pas perdre le rythme je vous propose des rediffusions de billets passés. J’ai choisi parmi mes préférés, et ceux qui pour diverses raisons peu claires ont connu moins de succès que mes billets sur le pastis… Aujourd’hui, on attaque avec une des plus grandes révolutions paléontologiques de l’histoire !

Beaucoup moins impressionnants visuellement que les dinosaures, les fossiles du schiste de Burgess constituent pourtant l’une des découvertes paléontologiques les plus importantes de tous les temps. Ils sont si bizarres qu’il a fallu aux spécialistes un demi-siècle pour les interpréter correctement. Mais ils nous montrent qu’il y a 500 millions d’années, existait une faune animale extrêmement étrange, et bien plus diversifiée que celle qui peuple la Terre aujourd’hui.

Manifestement, la sélection naturelle à elle seule ne suffit pas à expliquer pourquoi la plupart de ces lignées d’espèces bizarres se sont éteintes. Et il semble que tout cela soit simplement le fruit du hasard qui fut à l’oeuvre lors des périodes d’extinctions massives.

L’histoire de la vie

Sur l’échelle des temps géologiques, on distingue classiquement trois ères : l’ère primaire (ou paléozoïque), l’ère secondaire (ou mésozoïque) et l’ère tertiaire (ou cénozoïque). Ces trois périodes recouvrent ce qui s’est passé en gros depuis 550 millions d’années, tout ce qui précède étant regroupé sous le terme de précambrien. Ces ères sont représentées sur la frise ci-dessous, ainsi que les évènements souvent violents qui les séparent : par exemple la grande extinction qui mit fin au règne des dinosaures il y a 65 millions d’années, et qui marque le passage de l’ère secondaire à l’ère tertiaire.

Bien que la vie semble exister depuis au moins 3.5 milliards d’années sous forme unicellulaire, ça n’est qu’au début de l’ère primaire qu’a eu lieu ce que les biologistes appellent l’explosion cambrienne. Cette expression désigne non pas une catastrophe, mais au contraire une période de quelques millions d’années qui a vu l’apparition soudaine et extrêmement rapide de nombreux organismes pluricellulaires. Les causes de ce soudain foisonnement de la vie ne sont pas complètement identifiées, mais on soupçonne entre autres un accroissement important du taux d’oxygène dans l’atmosphère et dans les océans.

C’est de cette période de l’explosion cambrienne que date le schiste de Burgess, et il en constitue une extraordinaire photographie.

La découverte du schiste de Burgess

Le schiste de Burgess est un site se trouvant au Canada dans le massif des Rocheuses, et dont les premiers fossiles ont été découverts en 1909 par le paléontologue Charles Walcott. Daté d’environ 505 millions d’années, ce lieu a vite été considéré comme exceptionnel de par la qualité des fossiles qu’il renfermait.

En effet, en général un fossile ne révèle que les parties dures d’un animal, comme la coquille. Quand un animal meurt, ses parties molles sont rapidement dégradées par la présence d’oxygène, et n’ont pas le temps de fossiliser lors d’un dépôt de sédiments. Mais à Burgess, il semble que les animaux aient été brusquement ensevelis dans une coulée de boue, et que cette dernière se soit infiltrée dans leurs corps, permettant ainsi de préserver en 3 dimensions la forme de leurs parties molles. Une situation rarissime !

En 15 ans de fouilles à Burgess, Walcott a ainsi pu collecter près de 65 000 fossiles de 120 espèces différentes. Mais malheureusement pour la science, il n’a pas su remarquer à l’époque l’originalité de sa découverte.

L’erreur de Walcott

Traditionnellement, on divise le règne animal en 7 grands embranchements. Parmi eux, c’est l’embranchement des chordés qui contient les vertébrés auxquels nous appartenons. Un autre embranchement essentiel est celui des arthropodes, car il contient 80% des espèces présentes aujourd’hui sur le globe (insectes, crustacés, araignées…). A l’époque de Walcott, on subdivisait les arthropodes en 4 groupes. La figure ci-dessous vous représente les 7 embranchements classiques et les 4 groupes d’arthropodes, tels qu’on les voyait au début du XXème siècle.

La grande erreur de Walcott fut de chercher à classer coûte que coûte les animaux de Burgess dans ces catégories existantes. D’un naturel conservateur, il fit rentrer « au chausse-pied » la plupart des fossiles parmi les 4 groupes connus d’arthropodes.

Et c’est ainsi que pendant presque 50 ans, ces fossiles ont dormi dans leurs boîtes sans que personne ne réalise l’extraordinaire révolution qu’ils portaient en eux.

Des animaux incroyables

Tout ça aurait pu rester ainsi, mais à partir de 1962 le britannique Harry Whittington et deux de ses étudiants se sont lancés dans une réinterprétation complète des fossiles du Schiste de Burgess. Au prix d’un travail de longue haleine, ils ont repris l’ensemble des spécimens et en ont réalisé de nouveaux dessins en 3 dimensions. Ils ont alors mis en évidence que ces animaux ne rentraient pas du tout dans les cases habituelles, là où Walcott les avait mis.

Les 3 paléontologues ont ainsi montré que la plupart d’entre eux possédaient une organisation anatomique très différente de celle des animaux actuels. Le premier dessin ci-contre en montre un exemple spectaculaire : Opabinia. Il s’agit d’un animal caractérisé par sa trompe frontale munie d’une pince. En outre d’après les fossiles trouvés à Burgess, la bestiole possédait 5 yeux (ce sont les petits bulbes noirs qu’on voit sur sa tête). Vous en connaissez beaucoup, vous, des animaux actuels à 5 yeux ?

Dans le même genre, le bien nommé Hallucigenia, représenté ci-contre, et qui semble marcher sur 7 paires d’épines situées sous son ventre, tandis que 7 tentacules ornent son dos. Quant à la grosse boule, on considère arbitrairement qu’il s’agit de sa tête bien qu’elle ne possède ni yeux, ni bouche.

Et que dire de l’horrible Anomalocaris (le troisième ci-contre), avec ses deux mandibules que Walcott avait initialement prises pour des crevettes. Imaginez que la bête pouvait quand même atteindre presque 1 mètre !

Et la liste est encore longue de ces animaux incroyables ! Le résultats de la réinterprétation des différents fossiles de Burgess, c’est que pour les classer, il a fallu créer une vingtaine de nouvelles classes d’arthropodes, et pas moins d’une dizaine nouveaux embranchements ! En clair, le schiste de Burgess contient à lui seul plus de diversité animale que l’ensemble des espèces présentes aujourd’hui sur Terre.

Après la réinterprétation du schiste de Burgess, notre vision des différents embranchements ressemble donc plutôt à ça : je vous laisse apprécier la révolution !

Enfin il faut noter que depuis le travail de Whittington et ses étudiants, d’autres exemplaires de ces animaux étranges ont été découverts dans des sites très éloignés, en Chine, en Australie ou au Maroc par exemple. Il y a 500 millions d’années, il y avait donc bien des Hallucigenia et des Anomalocaris partout sur la planète !

Du cône au buisson

Suite à la réinterprétation des fossiles de Burgess, il a fallu reconnaître que notre vision traditionnelle de l’évolution nécessitait à son tour un bon coup de révision. En effet selon l’interprétation habituelle, la diversité du vivant n’a cessé de croître au cours du temps, chaque embranchement ou chaque groupe donnant sans cesse de nouvelles espèces. Il en résulte une vision de l’arbre de la vie sous la forme d’un cône de diversité croissante au cours du temps (voir un peu plus bas).

Mais l’image donnée par Burgess est tout autre : la diversité était bien plus abondante il y a 500 millions d’années qu’aujourd’hui, du moins au sens des plans d’organisation anatomique. Cela signifie que l’image de l’arbre de la vie en cône n’est pas la bonne, et qu’il faudrait plutôt la remplacer par un arbre en forme de buisson, tel que celui dessiné à droite ci-dessous, avec un grand nombre de ramifications à la base (les embranchements), mais dont la plupart se sont éteints, et dont seulement quelques uns ont réussi.

Hasard et nécessité

La théorie de la sélection naturelle nous dit essentiellement que les espèces qui survivent sont celles qui sont les mieux adaptées. Mais le schiste de Burgess nous montre que parmi toutes les espèces présentes à cette époque, tout un tas semblent avoir disparu sans raison valable, comme si leur extinction ne tenait pas de leurs défaut d’adaptation, mais tout simplement du hasard, « la faute à pas de chance ».

Cette vision nous conduit à compléter un peu la théorie de l’évolution : en période calme, la sélection naturelle joue son rôle, et ce sont les plus adaptés qui survivent ; en revanche en période agitée, comme quand survient une extinction de masse, c’est en quelque sorte le hasard qui détermine qui va survivre et qui va s’éteindre.

Une autre manière de le dire, c’est que si l’on remontait le temps jusqu’à l’époque de Burgess, et qu’on rejouait l’histoire de la vie, il se pourrait que le hasard fasse les choses d’une manière autre, et que l’arbre de la vie se développe totalement différemment de ce qu’il est aujourd’hui.

Pour finir, l’image ci-contre vous montre Pikaia, un des fossiles de Burgess classé dans l’embranchement des chordés, vous savez, cet embranchement qui donnera plus tard les vertébrés, et donc l’être humain. Qui sait, si on rejouait le film de la vie d’une manière très légèrement différente, peut être Pikaia n’aurait pas survécu, les vertébrés ne seraient jamais apparus, et au lieu de l’homme, ce serait une version super-intelligente d’Hallucigenia qui dominerait la planète !

Pour aller plus loin

Le schiste de Burgess est un sujet fascinant. Pas de surprises, donc, à ce que mes collègues blogueurs en aient déjà abondamment parlé. Vous pouvez donc aller en savoir plus chez Taupo sur SSAFT, chez Xochipilli sur le Webinet des Curiosités, chez Tom Roud. Comme eux, ma fascination sur le sujet m’est venue de ma lecture du livre La vie est belle de Stephen Jay Gould, entièrement consacré à la révolution du schiste de Burgess. Le titre du livre fait référence à ce vieux classique du cinéma américain, où un ange vient voir un homme pour lui montrer ce qu’aurait été la vie de ses proches si lui n’avait jamais été là. Et l’homme découvre que tout aurait été différent. Comme si l’on rejouait le film de la vie depuis Burgess, en changeant juste un tout petit truc.

J’ai beaucoup hésité avant de me décider à écrire sur un sujet aussi éloigné de mes bases. Il est donc inévitable que mon texte comporte un certain nombre d’approximations, certaines volontaires, d’autres non. Ainsi je donne une vision un peu trop schématique de la manière dont les découvertes faites à Burgess ont modifié le nombre d’embranchements ou de groupes d’arthropodes. Il est difficile de dire exactement combien d’embranchements supplémentaires ont été découverts à Burgess. D’une part tous les fossiles n’ont pas encore nécessairement été correctement interprétés, d’autre part la définition d’embranchement peut être sujette à discussion, enfin j’ai repris les chiffres cités par S.J. Gould dans son livre, lequel date d’il y a une vingtaine d’années. Une affirmation du genre « on passe de 7 à 17 embranchements » est donc caricaturée, mais donne je crois une bonne mesure de la révolution induite par le schiste de Burgess.

Enfin pour finir sur une note dans l’esprit Strip Science, j’ai toujours été fasciné par les animaux créé par Léo dans son cycle de BD intitulé Aldébaran. Comment arrive-t-il à imaginer des animaux si bizarres, et qui pourtant ont l’air si « possibles ». Je crois que j’ai compris, Léo a lu S. J. Gould !

11 réflexions sur “Le schiste de Burgess [rediffusion]

  1. Bonjour 🙂 très bien cette article, j’adore votre site ! je voulais juste comprendre une chose quand vous dites « en période agitée, comme quand survient une extinction de masse, c’est en quelque sorte le hasard qui détermine qui va survivre et qui va s’éteindre » c’est certainement le hasard mais aussi leurs capacité d’adaptation (robustesse à l’extinction) non ? comme en période « calme »

    • Dans une période calme la pression de l’environnement est en équilibre avec les capacités de l’espèce. Des individus ayant une déficience génétique incapacitante ou simplement pas de bol sont éliminés avant d’avoir procréé. Sommes toutes il y a une stase. Quand les conditions changent plus vites comme lors d’un changement climatique des espèces entières peuvent disparaitre comme ces espèces d’énormes loups tandis que d’autres loups plus petits ont prospéré. Dans ce cas une espèce n’est plus adaptée mais pour bien d’autres c’est au contraire la fête !
      Maintenant lors d’évènement d’extinction de masse les conditions dépassent les capacités d’adaptation des populations et c’est au niveau de l’individu que tout se passe avec donc l’aspect chance primordial. Même dans l’espèce qui y survit la majorité des individus sont tués. Naturellement le capital génétique, la niche évolutionnaire occupée, ne sont quand même pas neutre mais la chance joue un rôle sur toute l’espèce qu’elle n’a pas lors de période calme.

      • Oui oui je comprends. Mais lors d’une extinction de masse, je vois pas pourquoi il y aurait que le hasard qui entre en compte.

      • @Hugeponey

        Pour le rôle du hasard dans le cas d’une catastrophe vous pouvez imaginé la chute d’une bombe H sur une ville. Dans la zone 0 rien de survit on est au-delà de la capacité d’adaptation, dans la zone 1 il ne devrait pas avoir de survivant et pourtant il y en a mais ce n’est pas parce qu’ils sont mieux adapté mais tout simplement parce que à ce moment là ils était dans le métro où à la cave que sais-je. C’est le hasard.

  2. Bonjour, à propos de l’hallucigenia, il est plus probable qu’il se déplace grâce à ses tentacules, et qu’il utilise ses « épines » comme système de défense.
    Sinon très intéressant merci.

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  5. Juste une petite supposition personnelle :
    Après catastrophe provoquant une extinction massive (genre météorite géante), les niches écologiques sont vides. Cela créée une situation très particulière, ou il y a peu de compétition entre les individus ou les groupes d’individus pour l’accès aux ressources. Du coup, même des individus qui semblent peu adaptés, avec des formes bizarre peu fonctionnelles peuvent survivre et se reproduire.
    Ceci produit une importante diversité.
    Ensuite, au fur et à mesure que les niches écologiques se saturent, seuls les mieux adaptés survivent. Cela produit une certaine rationalisation des formes et donc plutôt une réduction de diversité.
    C’est ainsi que j’interprète personnellement le fait qu’il y ait des période de grande diversité et des périodes de moindre diversité.

  6. Connait-on dans l’histoire de la terre une période ou en quelques millénaires une espèce a réussi à éteindre presque toutes les autres avec plus d’efficacité qu’un météorite de plusieurs centaines de tonnes ? et quelle fut la suite de l’évolution de l’espèce dominante ?
    Mais l’article reste passionnant et amène à réfléchir sur les incroyables ressources de l’adn vital

  7. Bonjour, billet très intéressant et instructif.

    J’aimerais vous illustrer la sélection naturelle du au hasard de la nature d’une autre manière. Imaginez les ours polaires. Pourquoi sont-ils blancs ? Il est fort probable qu’ils aient été brun, comme leurs cousins plus en plaine. Les ours bruns se reproduisent, et une erreur de la reproduction fait qu’un ourson naît un peu moins brun que les autres. Il grandit, et sa couleur plus pale lui donne un avantage. Il peut mieux se cacher dans la neige et donc attraper plus facilement ses proies. Mieux nourrit, il peut survivre et se reproduire plus facilement. Il donne alors naissance à des petits, qui auront sa particularité. Au fil des générations, le gène défaillant (qui donne la couleur blanche) prend le dessus. Les ours polaires sont devenus tous blancs.

    C’est le hasard dans les mécanismes de la reproduction, qui peut lui aussi influencer l’évolution.

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