Facteurs qui ont poussé les ancêtres des cétacés vers la mer

Introduction:

Une série de rétroactions climatiques et biogéographiques pourraient potentiellement expliquer certains des facteurs qui ont poussé cette famille de prédateurs autrefois terrestres vers les mers. Cet essai discutera des variables climatiques constitutives de la fin du Paléocène au début de l'Éocène qui ont précipité l'exode des ancêtres des cétacés de la terre vers l'eau. Une série de téléconnexions – ou d’anomalies interconnectées à longue distance résultant de perturbations climatiques – sera examinée et discutée. De plus, les processus géologiques, à savoir la position des continents, de la période doivent être évalués. Ensemble, les variables climatiques ainsi que les événements géologiques au moment de cette transition terrestre-aquatique pourraient expliquer pourquoi les ancêtres des cétacés se sont déplacés vers l'eau.

Le maximum thermique Paléocène-Éocène survenu il y a 55 millions d’années était un événement unique dans l’histoire climatique de la Terre. Pendant cette période, les températures à la surface de la mer de Téthys, située près de l'Inde, du Pakistan et de l'Arabie Saoudite actuels, auraient été comprises entre 32 et 34 degrés Celsius (Figure 1), soit dix degrés de plus que les SST modernes (Winguth et et 2012). Des SST aussi élevées faciliteraient sans aucun doute la dilatation thermique des océans. Selon Sluijs et al. (2008), le niveau de la mer à cette époque aurait été de 70 à 80 m plus élevé qu'il ne l'est actuellement (p. 4216) et la modélisation de Miller et al. (2008) suggèrent même que le niveau de la mer au début de l'Éocène, époque à laquelle les températures annuelles mondiales étaient d'environ 23 degrés Celsius (Figure 2), atteignait un maximum de 150 m au-dessus des niveaux actuels (p. 211). C’est à ce moment-là que les mers élargies sont probablement entrées en contact avec les sources d’eau douce intérieures et ont commencé à se mélanger.

Avec l’expansion des océans et l’empiétement sur les sources d’eau intérieures, une interaction entre les écosystèmes d’eau salée et d’eau douce s’est sans aucun doute produite. Comme l'ont montré les isotopes de l'oxygène, les ancêtres des cétacés passaient un temps considérable à se nourrir dans les bas-fonds des systèmes fluviaux et semi-marins (Gingerich et al. 2001, p. 2240). Les environnements saumâtres qui ont probablement été créés en raison de l'élévation du niveau de la mer ont facilité la croissance végétative et la diversification au point que, au fil du temps, les ancêtres ont peut-être entrepris de changer de proies. À cette époque, il est également probable que les ancêtres aient subi des transitions morphologiques plus conformes à un organisme aquatiquement adapté. L'ancien ancêtre des cétacés présenté comme l'avant-garde de l'ascendance des cétacés est Pakicetus . Selon Thewissen et Williams, les fossiles de pakicétidés se trouvent systématiquement dans les dépôts de chenaux de rivières désormais asséchés et représentent 60 % des fossiles d'animaux récupérés dans ces dépôts (p. 77). L'adaptation ultérieure, connue sous le nom d' Ambulocetus, se trouve couramment dans les dépôts marins proches des côtes (Thewissen & Williams 2002, p. 79). Cela conforte l’idée selon laquelle l’élévation du niveau de la mer a créé des voies par lesquelles les ancêtres des cétacés, à évolution lente, pourraient trouver leur chemin vers les eaux libres.

Compte tenu de l’étendue de la productivité estuarienne, il est probable que les pakicétidés occupaient les environnements estuariens. La productivité estuarienne constitue sans aucun doute un écosystème attrayant dans lequel les prédateurs peuvent se nourrir. Une fois que l'eau douce et l'eau salée résultant des masses d'eau océaniques élargies ont commencé à se mélanger et à produire de la productivité, les pakicétidés ont commencé leur lente transformation. Les enregistrements isotopiques de restes fossiles récupérés dans la province du Baloutchistan, au Pakistan, montrent que la divergence morphologique dans la famille des artiodactyles a commencé pendant les températures maximales de l'Éocène (Figure 3 et Figure 4) (Gingerich et al. 2001, p. 2239).

Les conditions climatiques de l’Éocène ont donné naissance à des estuaires très productifs et à des mers chaudes, larges et peu profondes, qui ont produit des environnements riches en nutriments qui ont façonné et modifié le comportement alimentaire des premiers cétacés. Ce nouveau changement de comportement alimentaire a entraîné des adaptations et des progressions évolutives aquatiques qui ont finalement facilité la transition vers des environnements marins, complètement indépendants de la terre. Les archives fossiles montrent que les mammifères sont rentrés dans les environnements marins à sept reprises. Uhen 2007 propose que bien que chacun de ces groupes ait adapté différentes solutions morphologiques aux conditions marines, tous les groupes présentent des adaptations aquatiques directement liées à l'alimentation. Les ancêtres des cétacés sont entrés dans le milieu marin au cours de l'Éocène, époque de forte productivité dans les milieux aquatiques, avec des mers chaudes, larges et peu profondes (Uhen 2007). Des clades de mammifères ultérieurs tels que Desmostylia et Pinnipedia sont entrés dans les environnements aquatiques au cours de l' Oligocène, une période de glaciation rapide qui a radicalement modifié la circulation océanique mondiale, le gradient de température de l'équateur aux pôles et abaissé le niveau de la mer affectant les océans peu profonds ( Uhen 2007 ), supprimant de nombreux systèmes aquatiques de type archipel. Ces changements au cours de l'Oligocène ont modifié la productivité des environnements marins, forçant très probablement les clades de mammifères Desmostylia et Pinnipedia à adopter des habitudes alimentaires et des comportements toujours dépendants des environnements terrestres, moins propices à une transition complète de la terre à la mer . Si l'Oligocène avait été plus productif et propice à une transition complète vers les environnements marins, les clades Desmostylia et Pinnipedia, comme les cétacés, auraient également pu devenir complètement indépendants de la terre. Le comportement alimentaire qui a conduit aux adaptations aquatiques chez les mammifères était le résultat de la productivité et de la disponibilité des ressources dans les environnements marins, qui étaient une conséquence directe du climat. La progression évolutive, motivée par le comportement alimentaire, qui a conduit aux cétacés modernes (Thewissen et al 2011) était due à la productivité élevée des environnements marins, conséquence directe du climat de l'Éocène.

À la fin de l’Éocène, les cétacés étaient devenus complètement indépendants de la terre. ( Uhen 2007 ). Grâce à une série d’étapes évolutives clés, induites par le changement climatique et les comportements alimentaires, ces ongulés quadrupèdes terrestres ont pu consolider leur expansion dans les environnements marins, exploiter davantage les ressources des écosystèmes aquatiques et, finalement, ne jamais retourner sur terre. L'une des premières étapes de l'évolution qui a conduit les cétacés vers une vie indépendante de la terre a été le rétrécissement du système de canaux semi-circulaires, l'un des principaux organes sensoriels situés dans l'oreille interne qui enregistre les mouvements angulaires de la tête et est important dans le contrôle neuronal et la locomotion (Spoor et al 2002). En termes de masse corporelle, le cétacé moderne est comparativement beaucoup plus agile que les mammifères terrestres, a beaucoup moins de mobilité du cou et nécessite beaucoup moins de sensations sensorielles de cet organe pour correspondre aux rotations rapides du corps qui caractérisent le comportement des cétacés (Spoor et al 2002). Cette adaptation d'un petit système de canaux semi-circulaires est le premier organe de cétacé à atteindre une morphologie moderne, et évolutive, ajustée instantanément, contrairement aux modifications physiques progressives qui ont pris beaucoup plus de temps. Cette adaptation est apparue chez les familles de cétacés du début au milieu, les Ambulocetidae. et Remingtonocetidae (figure 5), à peine cinq millions d'années après l'origine de l'ordre des cétacés et représente le « point de non-retour » dans l'évolution aquatique précoce des cétacés (Spoor et al 2002) .

L'étape suivante d'adaptations intermédiaires à la vie aquatique s'est produite au milieu de l'Éocène, entre 55,8 et 48,6 millions d'années, impliquant les familles Remingtonocetidea et Protocetidae (figure 5). Ces premières familles de cétacés ont commencé le développement précoce de nombreux traits aquatiques importants tels que le déplacement de la cavité nasale de la pointe du museau au sommet de la tête ( Bajpai et al 2011) et ont présenté la première véritable oreille sous-marine (Nummela 2007). ). Des changements évolutifs et des adaptations spectaculaires, structurels et physiologiques , ont également commencé avec ces groupes ; cependant, la morphologie était beaucoup plus lente et s’est déroulée sur une période de temps beaucoup plus longue. Ces adaptations comprennent un changement physique et structurel au niveau du cou, de la colonne vertébrale, des vertèbres, du bassin et des jambes, qui permet des mouvements plus rapides et plus efficaces dans l'eau. Le passage radical de la locomotion paraxiale à la locomotion axiale était tout à fait nécessaire pour accroître l'agilité, l'efficacité et le mouvement dans l'eau ( Buchholtz 2000 ). Les adaptations évolutives structurelles telles que l'extension de la colonne vertébrale, l'augmentation de l'espacement entre les vertèbres, l'augmentation du nombre de vertèbres, le rétrécissement de la région thoracique, la conversion des vertèbres thoraciques en vertèbres lombaires, la réduction de la longueur du centre des vertèbres sont toutes des adaptations aquatiques qui améliorent la forme hydrodynamique et l'efficacité. , la flexibilité et la mobilité dans l'eau ( Buchholtz 2000 ). Plusieurs types de mammifères ont profité des environnements aquatiques très riches en nutriments en raison du climat de l'Éocène, mais ces étapes évolutives intermédiaires importantes ont permis aux ancêtres des cétacés de développer des adaptations uniques qui leur ont permis d'exploiter davantage les ressources et de minimiser leur dépendance et leur dépendance. finissent par abandonner leurs terres.

Avec un accent évolutif accru sur la natation, le développement et l'élimination ultérieure des membres sont l'un des facteurs les plus uniques dans le développement des baleines modernes. Les pakicétidés et bon nombre de leurs familles divergentes ultérieures présentaient encore des membres, mais cela a radicalement changé avec les basilosauridae. L'étape du pakicétidé au protocétide en passant par le basilosauridé représente les étapes les plus cruciales de l'évolution des cétacés, des mammifères terrestres aux cétacés aquatiques.

La première famille phylogénique de cétacés à démontrer une forte capacité de nage était celle des protocétides, qui existaient il y a environ 47 à 41 millions d'années, au milieu de l'Éocène. Des preuves fossiles de protocétides ont été découvertes en Afrique, en Amérique du Nord et en Amérique du Sud. Leurs squelettes mettent en valeur la présence de membres postérieurs solides aidés par une queue puissante. Ceci, combiné à leur capacité à coloniser les océans du monde, implique qu'ils étaient de bons nageurs. On pense que le régime alimentaire des protocétides était une combinaison de plantes et d’animaux. La structure de leurs mâchoires et la robustesse de leurs dents suggèrent une alimentation omnivore. Cependant, les protocétides ne vivaient pas principalement dans l’océan. Les fossiles trouvés dans les plates-formes carbonatées indiqués par les sédiments montrent que les protocétides vivaient principalement dans des eaux peu profondes, claires et relativement chaudes (Bajpai et al. 676, 2009).

Après les protocétides, les basilosauridés ont fini par dominer les océans à la fin de l'Éocène. Alors que les protocétides étaient encore capables de marcher sur terre, les basilosauridés étaient obligatoirement aquatiques. Ils avaient de minuscules membres postérieurs et des membres antérieurs en forme de nageoires. Ils évoluent de la même manière que les protocétides, mais en mettant davantage l'accent sur la propulsion dans l'eau avec leur queue et leurs membres antérieurs. (Thewissen 2002) Bien qu'ayant un corps très similaire à celui des cétacés modernes (figure 6), il leur manquait toujours les spécialisations d'écholocation et d'alimentation par filtre, ainsi qu'une douve sur la queue. (Thewissen, 2009)

Les adaptations de l'alimentation par filtration et de l'écholocation ne sont pas entièrement comprises, mais on observe qu'elles ont joué un rôle majeur dans le développement du type corporel des cétacés. Chez certaines espèces de Basilosauridae, il a été constaté qu'ils avaient « perdu » une dent dans chaque mâchoire supérieure, ce qui porte leur nombre total de dents à 42. Ceci est intéressant dans la mesure où leurs molaires différaient des autres premiers cétacés par l'absence d'un centre central. dépression entourée de trois cuspides au niveau des molaires supérieures. En conséquence, ces molaires n’étaient pas adaptées pour écraser des aliments (Thewissen 2009). Cela pourrait indiquer un stade précoce du développement de l’alimentation par filtration.

Alors que les espèces de basilosauridae préféraient les eaux tropicales et subtropicales (Thewissen, 2009), les cétacés modernes ont démontré avoir la plus grande aire de répartition parmi tous les mammifères, tant en latitude qu'en longitude, à l'exception des humains (Croll, 2008).

Le développement de l'alimentation par filtration a favorisé un type corporel plus grand, ce qui a conduit les cétacés spécialisés dans cette méthode de recherche de nourriture à devenir beaucoup plus grands que leurs cousins ​​chasseurs plus petits. Cela leur permet de passer de longues périodes sans nourriture lorsque les densités de proies scolarisées en été aux latitudes moyennes disparaissent pratiquement pendant les mois d'hiver. Leur taille leur donne la graisse nécessaire pour survivre dans les eaux glaciales des latitudes plus élevées (Croll, 2008).

Le climat pendant et après le maximum thermique Paléocène-Éocène a sans aucun doute agi comme une force motrice dans l’évolution précoce des cétacés. Les températures mondiales plus élevées, l'expansion thermique des océans et la position des continents au moment du maximum thermique ont poussé les cétacés de la terre vers l'eau. 

 

Les références:

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