Rivalisant avec l’évolution des plumes chez les dinosaures, l’une des transformations les plus extraordinaires de l’histoire de la vie a été l’évolution des fanons – rangées de plaques souples ressemblant à des poils que les baleines bleues, les baleines à bosse et d’autres mammifères marins utilisent pour filtrer des proies relativement minuscules des gorgées d’eau de l’océan. La structure inhabituelle permet aux plus grandes créatures du monde de consommer plusieurs tonnes de nourriture chaque jour, sans jamais mâcher ni mordre. Aujourd’hui, les scientifiques du Smithsonian ont découvert un lien intermédiaire important dans l’évolution de cette stratégie d’alimentation innovante: une baleine ancienne qui n’avait ni dents ni fanons.
Dans le Nov. 29 numéro de la revue Current Biology, des scientifiques du Musée national d’histoire naturelle du Smithsonian et des collègues décrivent pour la première fois Maiabalaena nesbittae, une baleine qui vivait il y a environ 33 millions d’années. En utilisant de nouvelles méthodes pour analyser des fossiles découverts il y a longtemps dans la collection nationale du Smithsonian, l’équipe, qui comprend des scientifiques de l’Université George Mason, Texas A &M University et du Burke Museum of Natural History and Culture de Seattle (une filiale du Smithsonian), a déterminé que cette baleine édentée de 15 pieds n’avait probablement pas de fanons, montrant une étape intermédiaire surprenante entre les baleines à fanons qui vivent aujourd’hui et leurs ancêtres à dents.
« Lorsque nous parlons de l’évolution des baleines, les manuels scolaires ont tendance à se concentrer sur les premiers stades, lorsque les baleines sont passées de la terre à la mer”, a déclaré Nicholas Pyenson, conservateur des mammifères marins fossiles au Musée national d’histoire naturelle. » Maiabalaena montre que la deuxième phase de l’évolution des baleines est tout aussi importante pour l’évolution à grande échelle. Pour la première fois, nous pouvons maintenant identifier l’origine de l’alimentation par filtre, qui est l’une des innovations majeures de l’histoire des baleines. »
Lorsque les baleines ont évolué pour la première fois, elles utilisaient des dents pour mâcher leur nourriture, tout comme leurs ancêtres terrestres. Au fil du temps, de nombreux descendants de ces premières baleines ont continué à mâcher leur nourriture, héritant de ce trait de leurs prédécesseurs. Mais à mesure que les océans autour d’eux changeaient et que les animaux évoluaient, de nouvelles stratégies d’alimentation sont apparues, y compris l’alimentation par filtre à fanons, explique Carlos Mauricio Peredo, chercheur prédoctoral au Muséum national d’histoire naturelle, l’auteur principal de l’étude qui a analysé les fossiles de Maiabalaena.
Les baleines ont été les premiers mammifères à évoluer en fanons, et aucun autre mammifère n’utilise une structure anatomique similaire à celle-ci pour consommer ses proies. Mais frustrant, les fanons, dont la composition chimique ressemble plus à celle des cheveux ou des ongles qu’à celle des os, ne se conservent pas bien. Il est rarement trouvé dans les archives fossiles, laissant les paléontologues sans preuve directe de son passé ou de ses origines. Au lieu de cela, les scientifiques ont dû s’appuyer sur des inférences provenant de fossiles et d’études sur le développement des baleines fœtales dans l’utérus pour rassembler des indices sur l’évolution des fanons.
Par conséquent, il n’a pas été clair si, au fur et à mesure de leur évolution, les baleines à fanons primitives conservaient les dents de leurs ancêtres jusqu’à ce qu’un système d’alimentation filtrante ait été établi. Une première hypothèse, a déclaré Peredo, était que les mammifères vivant dans l’océan devaient avoir besoin de dents ou de fanons pour manger – mais plusieurs baleines vivantes contredisent cette idée. Les cachalots ont des dents dans leur mâchoire inférieure, mais aucune sur le dessus, ils ne peuvent donc pas mordre ou mâcher. Les seules dents des narvals sont leurs longues défenses, qu’ils n’utilisent pas pour se nourrir. Et certaines espèces de baleines à bec, bien qu’elles soient classées comme baleines à dents, n’ont pas de dents du tout.
En raison de son âge, Peredo a déclaré que les paléontologues soupçonnaient Maiabalaena de détenir des indices importants sur l’évolution des fanons. Le fossile provient d’une période de changement géologique massif au cours de la deuxième phase majeure de l’évolution de la baleine, à l’époque de la transition de l’Éocène vers l’Oligocène. Avec le déplacement et la séparation des continents, les courants océaniques tourbillonnaient autour de l’Antarctique pour la première fois, refroidissant considérablement les eaux. Les fossiles indiquent que les styles d’alimentation des baleines ont divergé rapidement pendant cette période, un groupe menant aux baleines qui se nourrissent de filtres d’aujourd’hui et l’autre menant à celles qui se nourrissent d’écholocs.
Par conséquent, Maiabalaena avait fait l’objet de nombreux examens depuis sa découverte dans l’Oregon dans les années 1970, mais la matrice rocheuse et le matériau dans lequel le fossile avait été collecté masquaient encore bon nombre de ses caractéristiques. Ce n’est que lorsque Peredo a finalement nettoyé le fossile et l’a ensuite examiné avec une technologie de tomodensitométrie de pointe que ses caractéristiques les plus frappantes sont devenues claires. Le manque de dents de Maiabalaena était facilement apparent à partir de l’os préservé, mais les tomodensitogrammes, qui ont révélé l’anatomie interne du fossile, ont dit aux scientifiques quelque chose de nouveau: La mâchoire supérieure de Maiabalaena était fine et étroite, ce qui en faisait une surface insuffisante pour suspendre les fanons.
« Une baleine à fanons vivante a un grand et large toit dans sa bouche, et elle est également épaissie pour créer des sites de fixation pour les fanons”, a déclaré Peredo. « Maiabalaena ne le fait pas. Nous pouvons vous dire de manière assez concluante que cette espèce fossile n’avait pas de dents, et il est plus probable qu’elle n’avait pas non plus de fanons. »
Alors que Maiabalaena n’aurait pas été capable de mâcher ou de filtrer les aliments, les attaches musculaires sur les os de sa gorge indiquent qu’il avait probablement des joues fortes et une langue rétractable. Ces traits lui auraient permis d’aspirer de l’eau dans sa bouche, prenant du poisson et de petits calmars dans le processus. La capacité à aspirer l’alimentation aurait rendu les dents, dont le développement nécessite beaucoup d’énergie pour se développer, inutiles. La perte de dents semble donc avoir ouvert la voie à l’évolution des fanons, dont les scientifiques estiment qu’ils sont apparus environ 5 à 7 millions d’années plus tard.
Peredo et Pyenson considèrent l’étude de l’évolution des baleines comme la clé pour comprendre leur survie dans les océans en évolution rapide d’aujourd’hui. Comme l’émergence des fanons, la perte de dents chez les baleines est une preuve d’adaptabilité, suggérant que les baleines pourraient être capables de s’adapter aux défis posés dans l’océan aujourd’hui. Néanmoins, prévient Peredo, le changement évolutif peut être lent pour les plus grandes baleines, qui ont une longue durée de vie et mettent beaucoup de temps à se reproduire.
« Compte tenu de l’ampleur et du rythme des changements dans l’océan aujourd’hui, nous ne savons pas exactement ce que cela signifiera pour toutes les différentes espèces de baleines qui se nourrissent de filtres”, a-t-il déclaré. » Nous savons qu’ils ont changé dans le passé. C’est juste une question de savoir s’ils peuvent suivre tout ce que font les océans — et nous changeons les océans assez rapidement en ce moment. »
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Note aux éditeurs: Le multimédia, y compris les photos, peut être trouvé via Dropbox ici (mot de passe: fanons).