L’anatomie du cerveau fournit des preuves clés des relations entre les poissons à nageoires rayonnées. Cependant, deux limitations majeures limitent notre compréhension de l’évolution neuroanatomique dans ce groupe majeur de vertébrés. Premièrement, les lignées vivantes ramifiées les plus profondes sont séparées de l’ancêtre commun du groupe par des centaines de millions d’années, ce qui indique que les aspects de leur morphologie cérébrale sont spécialisés par rapport aux conditions primitives. Deuxièmement, il n’y a pas de contraintes directes sur la morphologie du cerveau chez les premiers poissons à nageoires rayonnées au-delà de l’image grossière fournie par les endocasts crâniens : remplissages naturels ou virtuels des espaces vides dans le crâne.
Dans une nouvelle étude, des scientifiques de l’Université du Michigan ont rapporté la préservation des tissus mous du cerveau et des nerfs crâniens chez Coccocephalus wildi, un poisson à nageoires rayonnées vieux d’environ 319 millions d’années. Les scientifiques ont effectué des tomodensitogrammes sur le crâne de poissons fossilisés. Les résultats ont révélé l’exemple le plus ancien d’un cerveau de vertébré bien conservé.
Le cerveau et les nerfs crâniens d’un poisson de la taille d’un crapet éteint mesurent environ un pouce de longueur. La découverte fournit de nouvelles informations sur l’évolution précoce et l’architecture neuronale du principal groupe de poissons encore vivants aujourd’hui, les poissons à nageoires rayonnées.
Coccocephalus wildi, un premier poisson à nageoires rayonnées qui nageait dans un estuaire et se nourrissait vraisemblablement de petits crustacés, d’insectes aquatiques et de céphalopodes, un groupe qui comprend actuellement des calmars, des poulpes et des seiches, est le propriétaire du cerveau scanné qui a été examinés pour la nouvelle étude. Les poissons à nageoires rayonnées ont des tiges osseuses appelées raies soutenant leurs épines dorsales et leurs nageoires.
Lorsque le poisson est mort, les tissus mous de son cerveau et de ses nerfs crâniens ont été remplacés par un minéral épais au cours du processus de fossilisation, qui a conservé sa structure tridimensionnelle dans les moindres détails.
Le paléontologue de l’UM Matt Friedman, auteur principal de la nouvelle étude et directeur du Musée de paléontologie, a déclaré : “Une conclusion importante est que ces types de parties molles peuvent être préservées, et elles peuvent être conservées dans des fossiles que nous avons depuis longtemps – c’est un fossile connu depuis plus de 100 ans.”
Rodrigo Figueroa, doctorant à l’UM, a déclaré : “Non seulement ce petit fossile superficiellement peu impressionnant nous montre l’exemple le plus ancien d’un cerveau de vertébré fossilisé, mais il montre également qu’une grande partie de ce que nous pensions de l’évolution du cerveau à partir des seules espèces vivantes devra être retravaillée.”
“Avec la disponibilité généralisée des techniques d’imagerie modernes, je ne serais pas surpris si nous constatons que les cerveaux fossiles et autres parties molles sont beaucoup plus courants que nous ne le pensions auparavant. À partir de maintenant, notre groupe de recherche et d’autres examineront les têtes de poissons fossiles avec une perspective nouvelle et différente.
Au cours de l’étude, les scientifiques n’ont utilisé que des techniques non destructives car le crâne fossile est le seul spécimen connu de son espèce.
Les scientifiques ont utilisé la tomodensitométrie (CT) pour regarder à l’intérieur des crânes des premiers poissons à nageoires rayonnées. L’étude plus large vise à obtenir des détails anatomiques internes qui fournissent des informations sur les relations évolutives.
Dans le cas de C. wildi, les scientifiques ne cherchaient pas un cerveau lorsqu’ils ont allumé un scanner micro-CT et examiné le fossile du crâne. Ils l’ont scanné puis chargé les données dans le logiciel. Le logiciel a visualisé ces scans et a remarqué un objet inhabituel et distinct à l’intérieur du crâne.
La tache inexpliquée est apparue plus brillante sur le scanner et était très probablement plus dense que les os du crâne ou la roche voisine.
Friedman a dit, “Il est courant de voir des croissances minérales amorphes dans les fossiles, mais cet objet avait une structure clairement définie.”
L’objet non identifié présentait plusieurs caractéristiques communes aux cerveaux des vertébrés, notamment une symétrie bilatérale, des régions creuses ressemblant à des ventricules et de nombreux filaments s’étendant vers des ouvertures dans le casse-tête qui ressemblaient aux nerfs crâniens qui traversent ces canaux chez les espèces vivantes.
Friedman a dit, « Il avait toutes ces caractéristiques, et je me suis dit : ‘Est-ce un cerveau que je regarde ? J’ai donc zoomé sur cette région du crâne pour faire un deuxième scan à plus haute résolution, et il était très clair que c’était exactement ce que ça devait être. Et c’est uniquement parce qu’il s’agissait d’un exemple si clair que nous avons décidé d’aller plus loin.
Il existe plus de 30 000 espèces de poissons à nageoires rayonnées, soit environ la moitié de toutes les espèces de vertébrés. La moitié restante comprend des vertébrés terrestres, comme les oiseaux, les mammifères, les reptiles et les amphibiens, et des espèces de poissons moins diversifiées, comme les poissons cartilagineux et sans mâchoires.
Le cerveau de Coccocephalus a trois régions principales qui correspondent à peu près au cerveau antérieur, au cerveau moyen et au cerveau postérieur chez les poissons vivants, selon une analyse approfondie du fossile et des comparaisons avec des spécimens de poissons modernes de la collection du musée de zoologie de l’UM. Le corps central du cerveau a la taille d’un raisin sec et a la forme d’un raisin sec.
Les deux côtés du corps central émettent des nerfs crâniens. Lorsqu’ils sont combinés, le corps principal et les nerfs crâniens ressemblent à un crustacé miniature avec des bras, des jambes et des pinces tendus, comme un homard ou un crabe.
Scientifiques indiqué, “Notamment, la structure cérébrale de Coccocephalus indique un schéma d’évolution du cerveau de poisson plus compliqué que ce que suggèrent les espèces vivantes seules.”
“Ces caractéristiques donnent la véritable valeur fossile dans la compréhension des modèles d’évolution du cerveau, plutôt que d’être simplement une curiosité de préservation inattendue.”
“Contrairement à tous les poissons vivants à nageoires rayonnées, le cerveau de Coccocephalus se replie vers l’intérieur. Ce fossile capture donc un moment avant que cette caractéristique caractéristique du cerveau des poissons à nageoires rayonnées n’évolue. Cela nous donne quelques contraintes sur le moment où ce trait a évolué – quelque chose que nous ne maîtrisions pas bien avant les nouvelles données sur Coccocephalus.
« Ici, nous avons trouvé une conservation remarquable dans un fossile examiné plusieurs fois auparavant par plusieurs personnes au cours du siècle dernier. Mais parce que nous avons ces nouveaux outils pour regarder à l’intérieur des fossiles, cela nous révèle une autre couche d’informations.
« C’est pourquoi il est si important de conserver les spécimens physiques. Car qui sait, dans 100 ans, ce que les gens pourraient faire avec les fossiles de nos collections aujourd’hui.
Référence de la revue :
- Figueroa, RT, Goodvin, D., Kolmann, MA et al. Préservation fossile exceptionnelle et évolution du cerveau des poissons à nageoires rayonnées. Nature (2023). EST CE QUE JE: 10.1038/s41586-022-05666-1
