Une étude récente publiée dans la revue Science montre que tous les vertébrés terrestres dotés de membres et d'épines, y compris les humains, pourraient ne pas passer par un stade de métamorphose complet similaire aux amphibiens modernes, du têtard à l'adulte, comme décrit dans les manuels scolaires. Grâce à une analyse systématique d'anciens fossiles préservant les tissus mous et fins, l'équipe de recherche a proposé que les premiers tétrapodes avaient probablement une forme presque adulte à leur éclosion. Cette découverte ébranle directement le récit évolutionniste classique de longue date.
Pendant longtemps, l’opinion dominante a été que le cycle de vie des premiers tétrapodes débarqués de l’océan était similaire à celui des grenouilles et autres amphibiens modernes : ils vivaient d’abord dans l’eau sous forme de larves dotées de branchies externes, puis développaient des membres, des poumons et d’autres structures adaptées à la terre ferme par métamorphose. Cette image d'évolution linéaire dérive en partie de l'idée de la « Grande chaîne de l'être », c'est-à-dire que les poissons évoluent en amphibiens, en reptiles et enfin en mammifères et en humains, et l'adaptation par étapes des branchies externes des larves aux adultes est considérée comme le mécanisme clé pour réaliser la transition de l'eau à la terre. Cependant, il y a eu peu de preuves fossiles directes dans le passé que ces premiers tétrapodes sont réellement passés par un stade de têtard similaire à celui des amphibiens modernes.
Pour tester cette hypothèse, les chercheurs Jason Pardo et Arjan Mann de l'Université de Vilnius en Lituanie et du Field Museum of Natural History de Chicago se sont tournés vers Mazon Creek, un célèbre site fossilifère près de Chicago, dans l'Illinois, aux États-Unis. Le site est connu pour sa préservation exceptionnellement fine des tissus mous, particulièrement adaptée à l'étude de spécimens paléontologiques juvéniles ou de petite taille. Il a été décrit comme une « capsule temporelle qui préserve des détails apparemment impossibles ». L'équipe de recherche s'est concentrée sur l'analyse de trois types d'organismes anciens : les « embolomères » éteints, les poissons mégalichthyidés et les aïstopodes ressemblant à des serpents.
Lors d'un examen détaillé de ces fossiles, les chercheurs n'ont trouvé aucune trace claire de structures branchiales externes, même chez des spécimens extrêmement petits jugés juvéniles. Au lieu de cela, ces fossiles juvéniles présentent une anatomie très « adulte » : des doigts, des poumons et des squelettes complets de membres développés, bien que dans des proportions plus petites. D'un point de vue morphologique, ils ressemblent davantage à des versions réduites d'individus adultes qu'à des larves devant subir des changements morphologiques drastiques. Leur cycle de vie est plus proche du modèle des nourrissons humains qui « grandissent et acquièrent des structures » au fur et à mesure de leur croissance.
L’un des éléments de preuve les plus critiques est la larve fossile d’un chinospermide, cataloguée sous le numéro FMNH PR 1082. Les chrysanthèmes sont un groupe éteint de vertébrés prédateurs ressemblant à des crocodiles qui étaient largement répandus dans les rivières, les lacs et les écosystèmes marécageux au cours des périodes du Carbonifère et du Permien. Les individus adultes peuvent atteindre environ trois mètres de long. Le spécimen FMNH PR 1082 a environ 308 millions d’années et ne mesure qu’environ deux centimètres de long, mais il possède déjà des membres et une structure de tronc évidents. Dans le même temps, le jaune est toujours retenu dans l'abdomen et il n'y a aucun signe d'alimentation dans les intestins, ce qui indique qu'il vient d'éclore et qu'il n'a pas encore commencé à se nourrir de manière indépendante.
Les détails anatomiques du spécimen révèlent que, bien qu'il soit incontestablement précoce, le spécimen était déjà « entièrement équipé » d'une manière presque adulte, y compris les structures respiratoires et locomotrices internes. Le plus frappant est qu’elle ne présentait aucun signe de branchies exposées, ce qui signifie qu’elle n’a probablement pas subi le stade de métamorphose « amphibien » traditionnel qui caractérise les larves dotées de branchies externes. L’équipe de recherche a conclu que ces premiers tétrapodes pourraient avoir éclos sous une forme relativement complète, puis avoir grandi principalement par augmentation de la taille du corps plutôt que par remodelage morphologique.
Pardo a clairement indiqué dans une interview que les travaux réfutent une hypothèse longtemps tenue pour acquise : selon laquelle les premiers vertébrés à quatre pattes avaient des schémas de croissance similaires à ceux des amphibiens modernes. Cependant, cette conclusion ne nie pas que l'origine des tétrapodes a un fond aquatique évident, ni n'exclut que ces animaux puissent avoir des branchies, mais les branchies sont plus susceptibles d'être situées dans le corps plutôt que sur la surface du corps, semblable à la structure interne des branchies des poissons modernes. Selon lui, l'histoire de vie globale et les habitudes écologiques de nombreux premiers animaux dotés de doigts et d'orteils pourraient ressembler davantage à celles d'un poisson qu'on ne l'imagine conventionnellement, y compris leur dépendance à l'égard de l'environnement aquatique.
Les chercheurs ont également évoqué une autre possibilité : certains premiers tétrapodes pourraient avoir pondu des œufs à coquille molle dans des environnements terrestres humides, permettant ainsi aux embryons et aux larves de vivre sur terre ou dans un sol humide tout au long de leur cycle de vie. Si cette hypothèse est vraie, alors au moins certaines anciennes lignées de tétrapodes pourraient avoir atteint très tôt une vie presque exclusivement terrestre, sans avoir à passer leurs premiers stades dans l’eau en tant que larves ramifiées. Cela ajoute des hypothèses de scénarios plus complexes au modèle de dichotomie traditionnel « larves dans l'eau et adultes sur terre ».
Dans l’ensemble, cette étude montre que le récit linéaire classique des manuels scolaires sur les « poissons-têtards-animaux terrestres » est difficile à concilier avec les dernières preuves fossiles. Le véritable cycle biologique des premiers tétrapodes pourrait avoir inclus des branchies internes, la ponte d'œufs à coquille molle dans un sol humide ou d'autres stratégies de développement qui ne sont pas encore entièrement comprises, et la façon dont ces modèles ont évolué et se différencient entre les différentes lignées reste à clarifier par des recherches plus approfondies. Les chercheurs pensent que les réponses à ces questions majeures sur l’évolution des vertébrés se trouvent probablement tranquillement dans les tiroirs des musées, en attente d’être réexaminées de manière plus sophistiquée.
Il est rapporté que cette recherche a été officiellement publiée dans la revue Science. Les auteurs de l'article viennent de l'Université de Vilnius et du Field Museum of Natural History. Les informations pertinentes ont également été diffusées au monde extérieur via l'Université de Vilnius et EurekAlert !, et ont été vérifiées par l'équipe de presse. À mesure que davantage de fossiles paléontologiques de tissus mous préservés de haute qualité seront ajoutés à l'analyse, l'histoire de « comment les tétrapodes se sont réellement déplacés de l'eau vers la terre » pourrait être réécrite davantage à l'avenir.