Planète

La mystérieuse explosion cambrienne favorisée par un boom du plancton ?

ActualitéClassé sous :paléontologie , cyanobactéries , plancton

Nul ne sait vraiment quelles sont les causes de la fameuse explosion cambrienne - cette apparition soudaine (quelques millions d'années seulement) de nombreux organismes pluricellulaires il y a environ 542 millions d'années. Il est possible que cette explosion ait été favorisée par la colonisation à grande échelle des océans par les premières cyanobactéries planctoniques, il y a entre 800 et 600 millions d'années.

Au large du Japon, on observe bien un tourbillon riche en cyanobactéries planctoniques. Contrairement à ce que les spécialistes pensaient, celles-ci seraient apparues tardivement, il y a moins de 800 millions d'années. Leurs cousines étaient confinées aux bords des mers et océans ou sur les continents. © Nasa, Goddard Space Flight Center et Orbimage

Le problème soulevé par l'« explosion cambrienne  était déjà connu de Darwin car il contredisait partiellement sa théorie initiale de l'évolution. En effet, si les paléontologues du XIXe siècle devaient encore se limiter à établir une chronologie relative, ils avaient bien remarqué ce qui semblait être un brusque début des temps fossilifères dans les couches géologiques dites du Cambrien. Nous savons aujourd'hui, grâce aux méthodes de datation absolue découvertes au XXe siècle, que cela correspond à un évènement qui s'est produit il y a environ 542 millions d'années (Ma).

La vie semble faire à ce moment-là un brusque saut sur l'axe de l'infiniment complexe qui décrit l'univers conjointement avec celui de l'infiniment petit et de l'infiniment grand. En effet, la plupart des grands embranchements actuels de métazoaires, c'est-à-dire les animaux pluricellulaires, se mettent en place à cette époque, accompagnés par une grande diversification des espèces animales, végétales et bactériennes. Les spécialistes savent aujourd'hui que cette explosion n'a pas été aussi soudaine qu'ils le croyaient. Des métazoaires relativement complexes devaient exister avant cette date, même si les organismes unicellulaires, parfois regroupés sous forme de colonies, étaient majoritaires.

Qu'est-ce que le plancton ? À quoi sert-il ? Comment vit-il ? Ce film permet de comprendre un peu mieux ces organismes et donne des exemples de recherches scientifiques menées sur le sujet. Découvrez aussi comment navigateurs, nutritionnistes et paludiers côtoient le plancton. © Ocean+ TV, YouTube

Comprendre ce qui a causé l'explosion cambrienne est d'une très grande importance pour le biologiste cherchant à percer les mystères de l'évolution - et pas seulement à retracer ses différentes étapes. Plusieurs hypothèses ont été avancées au cours des années et l'une d'elle relie cette explosion à un changement de la géochimie planétaire causé par la vie elle-même : la production d'oxygène par des organismes photosynthétiques. Dans un récent article du journal Nature, la biologiste Patricia Sánchez-Baracaldo, de l'université de Bristol, est même plus spécifique. Pour elle, c'est l'apparition des cyanobactéries planctoniques productrices d'oxygène pendant le Néoprotérozoïque (la troisième et dernière ère du Protérozoïque qui s'étend de 1.000 Ma à 542 Ma) qui a fortement contribué à l'explosion cambrienne.

Des horloges moléculaires pour comprendre l'explosion cambrienne

La vie a découvert la photosynthèse il y a plus de 3 milliards d'années. Elle devait être anoxygènique à ses débuts (c'est-à-dire qu'elle ne produisait pas de dioxygène) mais, il y a environ 2,4 milliards d'années, au moment de la fameuse Grande Oxydation (Great Oxidation Event, ou GOE, en anglais), elle devait produire de l'oxygène qui a commencé à être présent dans les océans - après avoir provoqué la précipitation du fer -, puis dans l'atmosphère. Après ce premier bond, la quantité d'oxygène atmosphérique est restée encore peu importante et stable jusqu'à il y a environ 800 millions d'années. Elle a ensuite crû bien plus rapidement, en quelques centaines de millions d'années, pour atteindre une valeur comparable à celle d'aujourd'hui. C'est ce que l'on appelle en anglais le Neoproterozoic Oxygenation Event.

Or, Patricia Sánchez-Baracaldo a découvert, en utilisant les outils modernes de la biologie moléculaire, que c'est précisément de cette époque que daterait l'apparition des cyanobactéries planctoniques. Elles auraient évolué à partir d'ancêtres qui restaient confinés sur les fonds peu profonds des mers, des océans et peut-être même dans l'eau douce. Les cyanobactéries se seraient donc limitées à dominer les côtes pendant des milliards d'années avant de coloniser les océans, disposant d'une plus grande surface de développement et, par conséquent, pouvant produire bien plus d'oxygène par photosynthèse.

Il est donc vraisemblable d'imaginer que cette révolution dans le monde des cyanobactéries a préparé et rendu possible l'explosion cambrienne car l'oxygène permet une activité biologique plus importante. D'autres facteurs ont cependant pu avoir un impact significatif. On évoque ainsi par exemple depuis un certain temps l'hypothèse de la Terre boule de neige. Cette glaciation massive aurait provoqué une extinction majeure et donc un goulot d'étranglement génétique. Cela aurait conduit à une sélection de parentèles, c'est-à-dire que des associations d'organismes unicellulaires conduisant aux multicellulaires auraient été plus efficaces d'un point de vue adaptatif pour assurer la survie des organismes vivants.

Cela vous intéressera aussi

Chroniques du plancton : l'étonnante naissance des oursins  L’oursin fait partie des Échinodermes, il s’apparente à l’étoile de mer ou au concombre de mer. À l'état larvaire, il évolue sous forme microscopique au gré des courants. Christian Sardet, directeur de recherche au CNRS, nous offre, avec sa superbe collection Chroniques du plancton, un voyage en vidéo aux côtés de ces animaux étonnants.