Les excréments : un ingrédient inattendu de l’explosion cambrienne, selon une étude
L’explosion cambrienne, un épisode de diversification biologique au cours duquel de nombreux grands groupes d’animaux sont apparus ou se sont rapidement diversifiés, pourrait avoir été en partie favorisée par une augmentation des matières fécales, selon une étude. La taille et la diversité des coprolithes auraient notamment augmenté à mesure que les animaux se diversifiaient, créant une possible boucle de rétroaction positive ayant pu favoriser leur diversification en augmentant la disponibilité en nutriments.
L’explosion cambrienne a constitué un épisode majeur pour l’évolution de la vie sur Terre. En effet, si les premières traces de vie connues remontent à plus de 3,5 milliards d’années, relativement peu de temps après la formation de la Terre, la diversification des formes de vie complexes était restée relativement limitée pendant une grande partie de cette période avant de connaître une accélération soudaine au Cambrien (il y a environ 540 millions d’années).
S’étant déroulée sur une période de 13 à 25 millions d’années, une échelle de temps relativement courte en temps géologique, cette période a été marquée par une importante diversification de la vie, avec l’apparition de nombreux groupes d’animaux. Cette diversification chez les animaux a aussi vu les écosystèmes marins se diversifier et se complexifier et les réseaux trophiques ont commencé à ressembler à ceux des océans actuels.
Les facteurs qui ont amorcé cette diversification rapide de la vie sont débattus depuis longtemps. Parmi les principaux facteurs avancés figurent la hausse du taux d’oxygène dans l’atmosphère et les océans, les innovations associées à l’évolution, le développement des relations prédateurs-proies, l’épaississement de la couche d’ozone, etc.
La plupart des recherches concernant les facteurs potentiels de l’explosion cambrienne passent cependant, selon une étude récemment publiée dans la revue Trends in Ecology & Evolution, à côté d’un élément important : les excréments. En effet, si les coprolithes (excréments fossilisés) sont étudiés depuis longtemps, les travaux visaient principalement à obtenir des informations sur les régimes alimentaires anciens et les réseaux trophiques (quelles espèces nourrissaient lesquelles).
« Outre l’augmentation des niveaux d’oxygène et d’autres facteurs contributifs, l’importance des matières fécales dans les écosystèmes anciens est souvent négligée », explique Russell Bicknell, biologiste évolutionniste à l’université Flinders en Australie et coauteur de l’étude, dans un communiqué.
« Nous avons considéré ces régimes alimentaires anciens, ces systèmes digestifs de plus en plus sophistiqués et ces interactions trophiques comme faisant partie d’un tableau beaucoup plus vaste, afin d’expliquer comment une plus grande quantité de matière organique et de nutriments s’est déversée dans les anciens océans pour accélérer le développement des écosystèmes à la fin de l’Édiacarien et au début du Cambrien. »
À quoi ressemblaient les écosystèmes marins avant et après l’explosion cambrienne, selon l’étude. © T Klarenbeek
Quand les déchets deviennent un moteur du vivant
Pour comprendre l’hypothèse des chercheurs, il faut d’abord comprendre que les matières fécales constituent un élément essentiel du cycle biologique, que ce soit sur la terre ferme ou dans les océans. Elles contribuent au recyclage de la matière organique et apportent des nutriments aux plantes.
Dans les océans, les matières fécales transportent le carbone organique et les nutriments des eaux de surface vers les profondeurs et permettent à la vie de s’épanouir même dans les zones où les rayons du Soleil ne pénètrent plus. D’après les chercheurs, ce cycle se produisait également au Cambrien, alors que les écosystèmes présents étaient essentiellement marins.
Alors que la vie se diversifiait, les organismes développaient également de nouvelles façons de se nourrir et d’éliminer leurs déchets. « Au cours du Cambrien, la quantité de matière organique particulaire atteignant les eaux plus profondes a dû augmenter constamment à mesure que la biomasse augmentait considérablement et que davantage d’animaux dotés d’intestins apparaissaient», écrivent les chercheurs.
Pour étayer leur hypothèse, l’équipe a analysé des échantillons de coprolithes provenant de la période cambrienne, les plus anciens échantillons étudiés datant d’environ 540 millions d’années. Les chercheurs ont constaté que les coprolithes s’enrichissaient effectivement à mesure que les organismes se diversifiaient.
Les matières fécales fossilisées, ou coprolithes, se présentaient sous de nombreuses formes et tailles au Cambrien. © Kimmig & Bicknell
Des coprolithes témoins d’une révolution digestive
Les plus anciens coprolithes ressemblaient à des granulés épars ou agglomérés, tandis que les plus récents étaient longs et filamenteux et contenaient des fragments de coquilles ou d’autres animaux. Cela indiquerait l’évolution des systèmes digestifs en organes toujours plus complexes capables de traiter une plus grande diversité d’aliments.
« Il ressort clairement des archives fossiles que l’évolution des stratégies alimentaires s’aligne sur la production et la distribution de carbone organique et de nutriments pour créer les conditions que nous observons dans les océans modernes, puis sur terre, où l’on utilise aujourd’hui des engrais pour produire notre nourriture », indique Bicknell dans le communiqué.
L’augmentation de la quantité et de la diversité des matières fécales aurait pu contribuer à accroître la disponibilité des nutriments, ce qui aurait probablement favorisé l’essor d’organismes plus complexes, la complexification des réseaux trophiques et la colonisation d’habitats marins de plus en plus diversifiés. Ces écosystèmes en expansion auraient, à leur tour, pu contribuer à accroître la productivité biologique.
Entre environ 560 et 500 millions d’années, le système digestif des animaux et leurs excréments ont subi d’importantes diversifications. © Kimmig & Bicknell
Les écosystèmes marins ne peuvent notamment pas se développer de manière optimale sans une combinaison de facteurs allant de la température à la disponibilité en nutriments. Ces résultats offriraient ainsi un aperçu du rôle d’un facteur d’évolution longtemps sous-estimé. « Notre observation vient compléter d’autres hypothèses expliquant l’explosion cambrienne», concluent les auteurs dans un article publié dans The Conversation.
Source : Trends in Ecology & Evolution