Avec un bang, les os furent brisés. Pourquoi nos ancêtres n’ont-ils pas modifié les matériaux utilisés pour créer les humains ?

Si nous devions dresser une liste des obsessions de l’humanité pour l’avenir, les squelettes mécaniques en métal devraient avoir un nom. D'Iron Man dans la série Marvel au Major avec une « prothèse mécanique » dans « Ghost in the Shell », ils utilisent des alliages d'acier pour remplacer les os de calcium existants des humains et devenir des surhumains.

En tant que personne ayant fait une chute parabolique d'un vélo et m'étant cassé sept côtes, je ne peux m'empêcher de me demander : avec autant d'éléments dans la nature, pourquoi devons-nous utiliser du calcium pour fabriquer des os ? L’or, l’argent, le silicium et le nickel ne sont-ils pas plus populaires ? Si l’or est le composant principal des os, tomber serait un jeu d’enfant.

Si vous ne vous cassez aucun os en tombant, vous pouvez simplement tomber sans problème. Conversation quotidienne :

« Es-tu tombé aujourd'hui ? » « Oui, ne me fais pas signe. »

Pourquoi les humains ont-ils choisi les os en calcium ? Il faut remonter à des centaines de millions d’années et commencer depuis le début de l’histoire.

Bone Rise : Qu'est-il arrivé à l'accord selon lequel nous devions nous adoucir ensemble ?

Au cours de la longue évolution de plusieurs milliards d’années, nous ne pouvons toujours pas donner de réponse définitive quant au moment où la vie a acquis ses premiers os. Mais au moins pendant la période édiacarienne, il y a 635 à 541 millions d'années, seule une infime fraction des organismes possédaient des os, et la plupart des autres étaient encore mous. Ils reposent sur le fond marin, peu mobiles, chacun se nourrissant du tapis microbien sans se déranger.

Reconstruction du biote édiacarien | Ryan Somma

Ces jours paisibles furent rompus avec l’arrivée de la période cambrienne. À cette époque, la terre se réchauffait, les plantes des fonds marins se multipliaient et l’oxygène s’accumulait en grande quantité. Cela a fourni à la Terre plus de nourriture et un environnement plus hospitalier, conduisant à l’émergence d’animaux plus grands, plus rapides et plus gourmands en oxygène. L'augmentation soudaine des types et des formes de vie a provoqué ce qu'on appelle « l'explosion cambrienne ».

Ce qui a suivi a été une compétition de plus en plus féroce entre les espèces. Les compétitions entre chasseurs et proies se multiplient et les attaquants comme les défenseurs doivent accélérer leurs efforts pour « améliorer leur équipement ». Par exemple, ils ont besoin de systèmes de vision plus avancés pour se localiser avec précision. L’ensemble du corps est dans un état de faiblesse et ne peut pas répondre aux besoins d’une action rapide.

Certains organismes ont développé la capacité de creuser des trous pour se cacher à cette époque, comme le Canadaspis éteint, ce qui leur a permis de développer un espace vital vers le bas | Claire H. / Wikimedia

Ils doivent se soutenir et utiliser des structures dures pour soutenir leur corps. De cette façon, pour manger et éviter d’être mangé, les os sont devenus une partie inévitable du chemin évolutif.

Making Bones : Qui est « l'élu » ?

L'évolution du squelette est un long processus, mais nous pourrions tout aussi bien condenser des milliers et des dizaines de milliers d'années d'histoire dans un petit insecte au fond de la mer Cambrienne - et le nommer de force « Tony ». Qu'il soit le chasseur ou le capturé, si Tony veut survivre dans le champ de Shura de la période cambrienne, il doit se rendre dur. L’une des solutions est la biominéralisation, qui consiste à déposer des minéraux pour créer une structure corporelle dure.

La biominéralisation s’est produite il y a longtemps, mais elle a atteint son plein potentiel au cours de la période cambrienne. À cette époque, la température augmente, les glaciers fondent et l'eau de mer érode les roches sédimentaires de la côte, apportant des ions métalliques tels que le calcium, le fer et le potassium présents dans les roches dans l'eau de mer, ce qui fournit à Tony et à d'autres de riches matières premières minérales.

Mais Tony a encore beaucoup de choix lorsqu’il s’agit du type de minéraux à utiliser.

Option 1 : Fragments de sable et débris végétaux

Si Tony n'est pas trop exigeant, il peut utiliser la sécrétion pour coller des fragments de sable (comme du mica) et des débris végétaux sur son corps. Bien que la technique soit médiocre et la fabrication grossière, il s'agit toujours d'une forme d'exosquelette (coquille) précoce.

Au début du Cambrien, Onuphionella durhami, un petit insecte qui collait des feuilles de mica ensemble comme une « coquille » | Signor & McMenamin

Option 2 : Composés de fer

Si Tony est un petit insecte vraiment coriace, il peut choisir un exosquelette en fer. Par exemple, l'escargot gastéropode à cornes écailleuses a non seulement ses pattes recouvertes d'écailles de sulfure de fer, mais possède également trois couches de coquilles externes sur son corps, de l'extérieur vers l'intérieur : coquille de sulfure de fer, cuticule organique et coquille de calcium.

Image incontournable de Chrysomallon squamiferum | Kentaro Nakamura et al.

Option 3 : Silice

Tony pourrait également devenir une forme de vie à base de silicium de première génération, utilisant du dioxyde de silicium pour construire un exosquelette, comme les radiolaires.

Fossiles de radiolaires | Shan Chang, Qinglai Feng, Lei Zhang

Option 4 : Composés de calcium

Cependant, les exemples mentionnés ci-dessus sont rares et le choix le plus courant reste les composés de calcium. Car pour un petit insecte ordinaire comme Tony, il y a de nombreux facteurs pratiques à prendre en compte lors du choix des minéraux :

Premièrement, la teneur de cet élément dans l’environnement doit être suffisamment élevée ; deuxièmement, les organismes doivent être capables de les transporter, de les réguler et de les utiliser au niveau cellulaire afin de produire des biominéraux.

Dans l’environnement marin, lorsque les os ont commencé à évoluer, les ions calcium étaient abondants et presque toutes les cellules peuvent réguler les niveaux de calcium dans l’organisme. La calcite et l’aragonite sont les minéraux de carbonate de calcium les plus courants dans la nature, ce qui en fait la principale source de biominéralisation et le premier choix de Tony et d’autres pour fabriquer des exosquelettes.

À ce stade, nous pouvons répondre à la question selon laquelle, au début de l’évolution, nos ancêtres insectes ont essayé d’utiliser divers minéraux pour construire des exosquelettes. Mais c’est peut-être l’environnement marin de l’époque et les mécanismes au sein de la plupart des organismes qui ont fait des os en calcium les plus grands gagnants.

Les petites coquilles fossiles du début de la période cambrienne constituaient l'armure lourde (exosquelettes) de Tony | Recherche sur le Précambrien

La biominéralisation est un processus complexe impliquant la précipitation et la croissance de minéraux et nécessite la participation de diverses protéines. Au cours du processus d’évolution, il est très difficile de modifier les minéraux. C'est comme une grande usine qui change soudainement pour produire d'autres produits. Tous les équipements connexes doivent être ajustés et remplacés, ce qui est trop coûteux.

Aujourd’hui, la formation osseuse est si bien adaptée à l’environnement qu’il n’y a aucune raison de la modifier. Les os de calcium sont non seulement devenus le roi dès leur apparition, mais sont également devenus « l'élu » qui a duré longtemps.

Révélation du squelette : la dureté est la voie royale vers le succès

La perception de la lumière par la vie a induit l’émergence et l’évolution de la vision, qui a été comme le premier domino à tomber, déclenchant l’explosion cambrienne de la vie. L'apparition des os est comme la transformation de Hulk, s'élevant du sol et soutenant une puissante percée sur la voie de l'évolution. Ces deux éléments sont le résultat de l’évolution et deviennent à leur tour la force motrice de l’évolution, provoquant l’émergence de plus d’espèces.

Nous allons de plus en plus loin sur la voie de la squelettisation. Les carapaces des insectes que nous voyons aujourd’hui, comme les criquets et les cafards, des crustacés comme les crabes et les crevettes, des gastéropodes comme les escargots et des bivalves comme les palourdes, sont leurs exosquelettes.

L'évolution du squelette interne s'est également produite presque au même moment, et la branche vertébrée a émergé. Grâce au soutien de la colonne vertébrale, les grands vertébrés ont commencé leur voyage vers la terre. Après avoir quitté la mer, pendant des milliards d'années, la vie s'est explorée, a coopéré, s'est poursuivie et s'est étranglée sur terre, et après des extinctions massives répétées, elle a finalement évolué vers des humains dotés d'épines dressées.

En 2014, des paléontologues ont découvert des traces fossiles vieilles de 550 millions d’années sur l’île de Terre-Neuve. Les animaux mous et immobiles d'Ediacara y ont laissé des traces irrégulières de leurs activités. Nous semblons les voir trébucher et tâtonner parce qu’ils n’ont pas de coquille dure pour les soutenir. Parce que leur système nerveux n’a pas évolué, ils ne peuvent pas percevoir leur environnement ni dire bonjour à leurs voisins.

Fossiles de la période édiacarienne. Étant donné que seuls quelques organismes de cette période possédaient des exosquelettes, il était presque impossible que d'autres animaux mous soient préservés. Les fossiles existants sont donc principalement des traces fossiles, qui enregistrent les restes ou les reliques laissés lorsque les organismes anciens étaient actifs | Calla Carbone et Gut M. Narbonne

1,2 mètre au-dessus de cette couche de fossiles, les traces deviennent régulières et densément disposées sur les roches sédimentaires. Il y a une ligne de trace sinueuse qui devient soudainement droite après un certain nœud.

Les paléontologues supposent qu'il pourrait s'agir de traces d'activités laissées par un petit insecte au cours de la période cambrienne. Il peut soudainement repérer un prédateur et s’enfuir rapidement, ou être entraîné par le prédateur. Cette marque droite a probablement été laissée uniquement en raison de la présence d'os durs. Dans les étranglements répétés, l'auto-amélioration et les efforts pour percer, c'est le long voyage de la vie dans l'histoire de l'évolution.

Égratignures d'arthropodes cambriens | Calla Carbone et Gut M. Narbonne

Personne ne peut calculer avec précision à quelle longueur correspondent ces 1,2 mètre ; il est également difficile de reconstituer l’image complète de l’évolution du squelette en se basant uniquement sur des preuves fossiles. Mais nous pouvons affirmer avec prudence que la vie avec des os est apparue en grand nombre dans ces 1,2 mètres et a continué à se reproduire - et l'un de leurs descendants vient de taper cette lignée.

Pensez-y, il y a 540 millions d'années, un petit insecte a affronté un adversaire puissant et s'est construit un squelette, laissant le destin se soumettre à lui ; Aujourd'hui, nous continuons d'attendre avec impatience l'émergence de squelettes mécaniques dans le monde de la science-fiction, désireux de les utiliser pour construire des cadres en acier pour soutenir la coque dans les énormes vagues et avoir le contrôle de notre destin.

Les squelettes mécaniques sont devenus un décor courant dans les œuvres de science-fiction | « Fantôme dans la coquille »

Le passé lointain et l’avenir imprévisible semblent ici se chevaucher.

Références

[1] Ben Yang, Michael Steiner b, Maoyan Zhu c, Guoxiang Li c, Jianni Liu d, Pengju Liu. 2016. Petits assemblages de fossiles squelettiques de l'Édiacarien-Cambrien de transition du sud de la Chine et du Kazakhstan : implications pour la chronostratigraphie et l'évolution des métazoaires. Recherches précambriennes, 285 : 202-215

[2] Carbone, C et Narbonne, MG 2014. Quand la vie est devenue intelligente : l'évolution de la complexité comportementale à travers l'Édiacarien et le Cambrien précoce du nord-ouest du Canada. Journal de Paléontologie, 88(2) : 309-330.

[3] Chang S, Feng Q, Zhang L. 2018. Nouveaux microfossiles siliceux de la formation terrestreuvienne de Yanjiahe, Chine du Sud : le plus ancien enregistrement possible de fossiles de radiolaires. Journal des sciences de la Terre, 29(4) : 912-919.

[4] Dzik.J. 2007. Le syndrome de Verdun : origine simultanée de l'armure protectrice et des abris endofauniques à la transition Précambrien-Cambrien dans Vickers, RP & Komarower, P. (éd.) The Rise and Fall of the Ediacaran Biota. Société géologique, Londres, Publications spéciales, 286, 405–414.

[5] Fox, D. 2016. Qu’est-ce qui a déclenché l’explosion cambrienne ? Nature, 530 : 268-270.

[6] Porter, MS 2007. Chimie de l'eau de mer et biominéralisation précoce des carbonates. Sciences, 316 (5829) : 13.

[7] Signor, PW & McMenamin, MAS 1988. Le tube du ver du Cambrien précoce Onuphionella de Californie et du Nevada. Journal de Paléontologie, 62 : 233-240.

[8] Watson, T. 2020. Ces espèces anciennes et étranges réécrivent l’évolution animale. Nature, [en ligne] Volume 586, p. 662-665. Disponible sur :

https://www.nature.com/articles/d41586-020-02985-z [Consulté le 15 janvier 2021].

[9] Wikipédia. 2020. « Cambrien ». Dernière modification le 12 septembre 2020.

https://en.wikipedia.org/wiki/Cambrian.

Auteur : Xiaodao

Éditeur : Mai Mai, La pluie frappe à la fenêtre