Biologie pour les Majeurs II

Caractéristiques des amphibiens

En tant que tétrapodes, la plupart des amphibiens sont caractérisés par quatre membres bien développés. Chez certaines espèces de salamandres, les membres postérieurs sont réduits ou absents, mais tous les caéciliens sont (secondairement) sans membres. Une caractéristique importante des amphibiens existants est une peau humide et perméable obtenue par l’intermédiaire de glandes muqueuses. La plupart de l’eau est prélevée sur la peau plutôt qu’en buvant. La peau est également l’une des trois surfaces respiratoires utilisées par les amphibiens. Les deux autres sont les poumons et la cavité buccale (bouche). L’air est d’abord pris dans la bouche par les narines, puis poussé par une pression positive dans les poumons en élevant la gorge et en fermant les narines.

Tous les amphibiens adultes existants sont carnivores, et certains amphibiens terrestres ont une langue collante utilisée pour capturer leurs proies. Les amphibiens ont également plusieurs petites dents au bord des mâchoires. Chez les salamandres et les caéciliens, les dents sont présentes dans les deux mâchoires, parfois en plusieurs rangées. Chez les grenouilles et les crapauds, les dents ne sont visibles que dans la mâchoire supérieure. Des dents supplémentaires, appelées dents de vomérine, peuvent être trouvées dans le toit de la bouche. Les dents des amphibiens sont pédicellées, ce qui signifie que la racine et la couronne sont calcifiées, séparées par une zone de tissu non calcifié.

Les amphibiens ont des yeux formant des images et une vision des couleurs. Les oreilles sont mieux développées chez les grenouilles et les crapauds, qui vocalisent pour communiquer. Les grenouilles utilisent des régions distinctes de l’oreille interne pour détecter les sons plus élevés et plus bas: la papille amphibiorum, qui est sensible aux fréquences inférieures à 10 000 hertz et unique aux amphibiens, et la papille basilaris, qui est sensible aux fréquences plus élevées, y compris les appels d’accouplement, transmis du tympan à travers l’os de l’étrier. Les amphibiens ont également un os supplémentaire dans l’oreille, l’opercule, qui transmet des vibrations à basse fréquence des membres antérieurs et des épaules à l’oreille interne, et peut être utilisé pour la détection de signaux sismiques.

Évolution des amphibiens

Les archives fossiles fournissent des preuves des premiers tétrapodes: espèces d’amphibiens aujourd’hui éteintes datant de près de 400 millions d’années. L’évolution des tétrapodes à partir de poissons d’eau douce à nageoires lobées (semblables aux cœlacanthes et aux poissons-poumons) a représenté un changement significatif dans le plan corporel, passant d’un plan adapté aux organismes qui respiraient et nageaient dans l’eau à des organismes qui respiraient de l’air et se déplaçaient sur terre; ces changements se sont produits sur une période de 50 millions d’années pendant la période dévonienne.

Figure 1. La découverte récente de fossiles de Tiktaalik roseae suggère des preuves pour un animal intermédiaire à des poissons à nageoires et des tétrapodes à pattes. (crédit : Zina Deretsky, Fondation Nationale de la Science)

Les tétrapodes aquatiques du Dévonien comprennent Ichthyostega et Acanthostega. Les deux étaient aquatiques et pouvaient avoir des branchies et des poumons. Ils avaient également quatre membres, avec la structure squelettique des membres trouvée chez les tétrapodes actuels, y compris les amphibiens. Cependant, les membres ne pouvaient pas être tirés sous le corps et n’auraient pas bien supporté leur corps hors de l’eau. Ils vivaient probablement dans des environnements d’eau douce peu profonds et ont peut-être fait de brèves excursions terrestres, un peu comme le font aujourd’hui les poissons-chats « marcheurs » en Floride. Chez Ichthyostega, les membres antérieurs étaient plus développés que les membres postérieurs, de sorte qu’il aurait pu se traîner lorsqu’il s’est aventuré sur terre. Qu’est-ce qui a précédé Acanthostega et Ichthyostega?

En 2006, des chercheurs ont publié des nouvelles de leur découverte d’un fossile d’un « poisson tétrapode », Tiktaalik roseae, qui semble être une « forme intermédiaire » morphologiquement entre les poissons sarcoptérygiens ayant des nageoires ressemblant à des pieds et les premiers tétrapodes ayant de vrais membres (Figure 1). Tiktaalik vivait probablement dans un environnement d’eau peu profonde il y a environ 375 millions d’années. Tiktaalik avait également des branchies et des poumons, mais la perte de certains éléments branchiaux lui a donné un cou, ce qui aurait permis à sa tête de se déplacer latéralement pour se nourrir. Les yeux étaient sur le dessus de la tête. Il avait des nageoires, mais la fixation des os des nageoires à l’épaule suggérait qu’ils pouvaient être porteurs. Tiktaalik a précédé Acanthostega et Ichthyostega, avec leurs quatre membres, d’environ 10 millions d’années et est considéré comme un véritable clade intermédiaire entre les poissons et les amphibiens.

Les premiers tétrapodes qui se sont déplacés sur terre avaient accès à de nouvelles sources de nutriments et à relativement peu de prédateurs. Cela a conduit à la distribution généralisée des tétrapodes au début du Carbonifère, une période parfois appelée « âge des amphibiens ». »

L’ère paléozoïque et l’évolution des Vertébrés

Lorsque les vertébrés sont apparus pendant l’ère paléozoïque (542 à 251 MYA), le climat et la géographie de la Terre étaient très différents. La répartition des masses terrestres sur Terre était également très différente de celle d’aujourd’hui. Près de l’équateur se trouvaient deux grands supercontinents, Laurentia et Gondwana, qui comprenaient la plupart des continents actuels, mais dans une configuration radicalement différente (Figure 2). A cette époque, le niveau de la mer était très élevé, probablement à un niveau qui n’a pas été atteint depuis. À mesure que le Paléozoïque progressait, les glaciations ont créé un climat mondial frais, mais les conditions se sont réchauffées vers la fin de la première moitié du Paléozoïque. Au cours de la seconde moitié du Paléozoïque, les masses terrestres ont commencé à se déplacer ensemble, avec la formation initiale d’un grand bloc nordique appelé Laurasia, qui contenait des parties de ce qui est maintenant l’Amérique du Nord, ainsi que le Groenland, certaines parties de l’Europe et la Sibérie. Finalement, un seul supercontinent, appelé Pangée, s’est formé, à partir du dernier tiers du Paléozoïque. Les glaciations ont alors commencé à affecter le climat de la Pangée et la distribution de la vie des vertébrés.

Figure 2. Continents paléozoïques. Au cours de l’ère paléozoïque, il y a environ 550 millions d’années, le continent Gondwana s’est formé. Le Gondwana et le continent Laurentia étaient situés près de l’équateur.

Au début du Paléozoïque, la quantité de dioxyde de carbone dans l’atmosphère était beaucoup plus importante qu’elle ne l’est aujourd’hui. Cela a peut-être commencé à changer plus tard, à mesure que les plantes terrestres sont devenues plus courantes. Lorsque les racines des plantes terrestres ont commencé à s’infiltrer dans la roche et que le sol a commencé à se former, le dioxyde de carbone a été aspiré hors de l’atmosphère et s’est retrouvé piégé dans la roche. Cela a réduit les niveaux de dioxyde de carbone et augmenté les niveaux d’oxygène dans l’atmosphère, de sorte qu’à la fin du paléozoïque, les conditions atmosphériques étaient similaires à celles d’aujourd’hui.

À mesure que les plantes sont devenues plus communes pendant la seconde moitié du paléozoïque, les microclimats ont commencé à émerger et les écosystèmes ont commencé à changer. Au fur et à mesure que les plantes et les écosystèmes continuaient de croître et de devenir plus complexes, les vertébrés se déplaçaient de l’eau vers la terre ferme. La présence de végétation riveraine peut avoir contribué au déplacement des vertébrés sur la terre ferme. Une hypothèse suggère que les nageoires des vertébrés aquatiques étaient utilisées pour manœuvrer à travers cette végétation, fournissant un précurseur au mouvement des nageoires sur terre et au développement des membres. Le Paléozoïque tardif a été une période de diversification des vertébrés, car les amniotes ont émergé et sont devenus deux lignées différentes qui ont donné naissance, d’une part, aux mammifères et, d’autre part, aux reptiles et aux oiseaux. De nombreux vertébrés marins se sont éteints vers la fin du Dévonien, qui s’est terminé il y a environ 360 millions d’années, et les vertébrés marins et terrestres ont été décimés par une extinction massive au début du Permien il y a environ 250 millions d’années.

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