La montée des écosystèmes complexes sur terre a constitué l’un des tournants majeurs de l’histoire de la vie. À me que les organismes s’étendaient au-delà des océans, les environnements terrestres sont devenus le foyer de communautés de plus en plus diverses. Les insectes, qui constituent aujourd’hui le groupe animal le plus riche en espèces sur Terre, sont devenus centraux dans ces écosystèmes. Cependant, des parties importantes de leur transition précoce de l’eau à la terre demeurent floues.
Une équipe internationale de chercheurs a identifié un insecte de groupe de tige datant de la période Mississippienne tardive, il y a environ 324 millions d’années. En étudiant ce fossile aux côtés d’autres spécimens énigmatiques d’époques antérieures et postérieures, les chercheurs ont reconstruit une étape critique de l’évolution précoce des insectes.
Leurs résultats suggèrent que les insectes ne sont pas devenus entièrement terrestres immédiatement après avoir commencé à coloniser la terre. Au lieu de cela, les formes primitives ont conservé et modifié des caractéristiques héritées de leurs ancêtres aquatiques, passant une période prolongée dans un mode de vie semi-aquatique et amphibie.
La recherche a été dirigée par le professeur Chenyang Cai de l’Institut de géologie et de paléontologie de Nanjing de l’Académie chinoise des sciences (NIGPAS) et Erik Tihelka, un doctorant en formation conjointe à l’Université de Cambridge. Ils ont collaboré avec des chercheurs des États-Unis, d’Espagne et d’autres pays.
Les résultats ont été publiés dans Nature le 26 août.
Une nouvelle espèce datant de 324 millions d’années
Les chercheurs décrivent une nouvelle espèce appelée Chosha praecursor. Ils ont également réexaminé des fossiles d’insectes de tige mystérieux provenant des dépôts de chert du Dévonien précoce en Grande-Bretagne et de la biote de Mazon Creek, aux États-Unis.
Ensemble, ces fossiles aident à combler d’importantes lacunes dans l’histoire précoce des insectes. Ils remettent également en question des idées bien établies sur la façon dont le plan corporel des insectes s’est développé et comment les ancêtres pancrustacés ont effectué la transition vers la terre. Plus important encore, les spécimens fournissent des preuves fossiles directes que le passage de la vie aquatique à la vie terrestre s’est produit de manière graduelle.
Des études sur les horloges moléculaires ont suggéré que les hexapodes se sont séparés de leurs parents crustacés marins et ont commencé à s’adapter aux environnements terrestres dès la période Cambrienne-Ordovicienne. Cependant, le registre fossile a raconté une histoire moins complète.
Les fossiles indiscutables d’hexapodes apparaissent pour la première fois dans le chert de Rhynie du Dévonien précoce, il y a environ 405 millions d’années. Les fossiles d’insectes clairement reconnaissables ne deviennent abondants qu’à la fin du Carbonifère, laissant un écart d’environ 80 millions d’années dans le registre fossile.
Les fossiles documentant les étapes intermédiaires ont également été extrêmement rares. Les scientifiques ont eu peu de preuves directes montrant comment les premiers insectes ont migré des habitats aquatiques et semi-aquatiques vers des environnements terrestres, ou comment leurs corps ont changé au cours de ce processus. En conséquence, le chemin évolutif, les innovations anatomiques et les adaptations écologiques impliquées dans la terraformation des insectes sont restés mal compris.
Un fossile autrefois pris pour un crustacé
Les fossiles nouvellement décrits de C. praecursor ont été trouvés dans des concrétions de claystone calcaire dans la formation de Tesnus du Marathon Uplift, au Texas occidental. Ils préservent des détails anatomiques exceptionnellement fins.
À l’aide d’imageries en lumière polarisée croisée, les chercheurs ont pu identifier des caractéristiques distinctives révélant que les fossiles avaient été mal classés pendant des années. Au lieu de larves de crustacés, les spécimens étaient des insectes femelles adultes.
Les corps mesuraient 32,09 millimètres de long. En incluant le filament caudal médian et deux cerci, la longueur totale atteignait 49,66 millimètres. Leurs corps fusiformes et streamlinés combinaient des caractéristiques typiques des hexapodes et des insectes avec des traits ancestraux plus primitifs.
Une analyse détaillée a montré que C. praecursor possédait un ovipositeur et un filament caudal terminal. Il avait également un tronc segmenté et six pattes de marche, l’organisation corporelle de base associée aux insectes.
Cependant, son abdomen contenait quelque chose de beaucoup plus inhabituel.
Les segments 1 à 9 portaient des appendices segmentés, et les membres abdominaux arrière avaient été modifiés en structures en forme de pagaie. Aucun insecte vivant du groupe couronne n’a d’appendices abdominaux comparables.
Les reconstructions géologiques indiquent que les sédiments contenant les fossiles se sont formés dans des environnements côtiers deltaïques en eaux peu profondes. Ce cadre, combiné à l’anatomie de l’animal, suggère que C. praecursor menait un mode de vie amphibie et semi-aquatique dans des habitats humides à la frontière entre l’eau et la terre.
Comblement d’un écart de 80 millions d’années
L’équipe a également réévalué trois hexapodes énigmatiques du Paléozoïque en utilisant des comparaisons détaillées de leur anatomie et de leurs relations évolutives. Il s’agissait de Leverhulmia du Dévonien précoce d’Écosse, d’un hexapode non nommé de la biote de Mazon Creek en Illinois, aux États-Unis, et de C. praecursor.
Les chercheurs ont conclu que ces trois spécimens appartenaient à une lignée primitive d’insectes.
Ensemble, ils représentent l’assemblage d’insectes le plus ancien documenté à ce jour et aident à combler un intervalle majeur manquant dans l’histoire évolutive du groupe.
Les résultats pourraient changer de manière significative la compréhension scientifique de l’essor des insectes terrestres. En comblant le long écart de 80 millions d’années des hexapodes, cette étude repousse la diversification précoce des insectes du Carbonifère tardif vers le Dévonien précoce.
Ce changement rapproche le registre fossile des estimations produites par des études sur les horloges moléculaires. Le fossile nouvellement reconnu du Mississippien tardif offre également un aperçu précieux d’une étape intermédiaire dans l’évolution des insectes.
Comment les insectes ont perdu leurs membres supplémentaires
Les fossiles éclairent une autre transformation évolutive majeure : l’émergence du plan corporel moderne des insectes.
Les hexapodes vivants possèdent six pattes de marche, toutes attachées au thorax, tandis que les appendices de l’abdomen ont été presque complètement perdus. Les insectes de tige du Paléozoïque étaient différents. Beaucoup possédaient encore des membres segmentés le long de l’abdomen.
Les nouvelles preuves suggèrent que la réduction progressive de ces appendices abdominaux était une adaptation importante à la vie terrestre.
À me que les insectes évoluaient à partir de leurs ancêtres crustacés, les appendices de nage étaient progressivement simplifiés et perdus. Au fil du temps, ce processus a produit l’arrangement corporel familier des insectes modernes.
Les fossiles aident donc à documenter la transition anatomique des ancêtres pancrustacés vers les insectes hexapodes.
Une autre caractéristique importante préservée dans C. praecursor est son ovipositeur. Sa présence indique que les insectes primitifs avaient déjà développé différentes adaptations pour la ponte des œufs. De telles structures auraient pu plus tard aider les insectes à exploiter une grande variété de microhabitats terrestres et pourraient avoir fourni une base anatomique pour leur énorme diversification ultérieure.
Les premiers insectes vivaient entre l’eau et la terre
Les chercheurs ont également reconstitué comment ces insectes anciens pouvaient vivre.
Les insectes de groupe de tige semblent avoir combiné des adaptations aquatiques pour le mouvement et la respiration avec des structures corporelles de plus en plus adaptées à la vie terrestre. Ils se nourrissaient probablement d’humus, de matière végétale en décomposition et de spores fongiques.
Cela leur aurait permis de jouer plusieurs rôles écologiques, notamment en agissant comme décomposeurs et consommateurs dans des environnements où les écosystèmes aquatiques et terrestres se rencontraient. Ce faisant, les premiers insectes ont pu jouer un rôle important dans le développement et la complexité croissante des écosystèmes terrestres du Paléozoïque.
Les fossiles de C. praecursor et des insectes de tige du Paléozoïque connexes fournissent une nouvelle perspective sur la manière dont le groupe animal le plus riche en espèces sur Terre a commencé son passage vers la terre. Ils remettent également en question les idées précédentes sur les changements de taille corporelle des insectes, les adaptations écologiques et la manière dont les insectes ont évolué aux côtés des écosystèmes terrestres.
Plutôt que de faire une transition soudaine de l’eau à la terre, les insectes semblent avoir subi un processus évolutif prolongé. Les caractéristiques héritées des ancêtres aquatiques ont été conservées, réutilisées, simplifiées et finalement perdues à me que les insectes s’adaptaient de plus en plus à la vie terrestre.
Un stade amphibie a donc pu constituer un pont crucial entre les environnements aquatiques et pleinement terrestres. Les fossiles offrent de nouvelles pistes sur les origines et l’évolution précoce du plan corporel des insectes tout en révélant comment l’essor des insectes a contribué à l’émergence d’écosystèmes de plus en plus complexes sur terre.
