Après plus de 2 milliards d’années passées sous une forme microscopique, la vie terrestre connaît un tournant majeur il y a environ 600 millions d'années avec l'apparition des premiers organismes multicellulaires complexes : les animaux.

Les espèces qui se développent alors sont toutefois très différentes de ce que nous connaissons aujourd'hui. Elles constituent ce que l'on appelle la faune d'Avalon, marquée notamment par la présence de nombreuses formes frondiformes fixées au fond marin, à des profondeurs suffisantes pour être hors de la zone d'action des vagues, des marées et des tempêtes.

L'étrange faune de l'Édiacarien. © Ryan Somma, Wikimedia Commons, CC BY-SA 2.0 

Édiacarien : une diversification animale qui ne s’est pas opérée de manière graduelle

Cette première étape de diversification du vivant est un marqueur de la période Édiacarien (635-539 millions d'années). Mais malgré leur nouveauté et leur étrangeté, ces écosystèmes présentent encore une faible diversité morphologique et écologique.

Étonnamment, alors que le vivant vient d'effectuer une avancée majeure avec le développement de ces organismes complexes, la diversité morphologique apparente va rester limitée pendant plusieurs millions d'années.

Les écosystèmes vont ainsi rester relativement simples jusqu'à une seconde vague de radiation évolutive. Celle-ci se produit vers 560-550 millions d'années. Il s'agit des assemblages fossiles de la mer Blanche, qui se caractérisent par une augmentation rapide de la biodiversité et par l'apparition de nouveaux plans d'organisation corporelle : c'est à partir de ce moment-là qu'apparaissent les premiers animaux à symétrie bilatérale et les premiers organismes mobiles. Les écosystèmes deviennent plus complexes, avec notamment l'apparition de différentes stratégies alimentaires et d'occupation de l'espace. Les environnements moins profonds sont ainsi progressivement colonisés.

Mais quel a donc été le déclencheur de cette deuxième vague ? Comment expliquer ce nouveau sursaut radiatif ? Pour une équipe de chercheurs, la réponse pourrait tout simplement se trouver dans une évolution du mode de reproduction.

Reproduction par clonage versus reproduction sexuée

On sait que la faune de la mer Blanche se caractérise par une généralisation de stratégies de reproduction plus complexes comme la reproduction sexuée, alors que la faune antérieure d'Avalon se reproduisait principalement de manière asexuée, produisant des clones grâce à des stolons, un peu comme le font les fraisiers actuels.

Au bout de cette extension horizontale du corps se développait ainsi un nouvel individu, génétiquement identique au parent. Cette hypothèse est née de l'observation de certains organismes comme Fractofusus : la répartition sur les surfaces fossilisées de ces étranges animaux suggère qu'ils formaient des colonies où les individus les plus jeunes se développaient autour des plus anciens suivant une reproduction clonale. Un processus plutôt efficace dans les conditions environnementales de l'Édiacarien, marquées par une abondance de nutriments, une faible concurrence et l'absence de prédateur.

Si ce mode de reproduction a donc favorisé le développement très rapide de colonies sur le fond marin, il aurait toutefois limité grandement la biodiversification, comme le montre les résultats d'une nouvelle étude publiée dans la revue Nature Ecology and Evolution.

Reconstitution d'une colonie clonale de Fractofusus à l'Édiacarien : les jeunes individus se forment au bout de stolons qui partent de l'individu parent. © Oleg Kuznetsov, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

Grâce à un modèle numérique permettant de simuler la façon dont ces premières communautés animales se seraient comportées sous différentes stratégies reproductives, les chercheurs montrent ainsi que la seconde vague de diversification de l'Édiacarien serait bien liée à une transition vers un mode de reproduction sexué.

Une reproduction sexuée pour faire face à l’instabilité du milieu de vie

« Si vous êtes relié à votre voisin par ces stolons, alors vous partagez les nutriments avec lui et vous n'avez pas besoin d'entrer en compétition, explique Andrea Manica », co-auteur de l'étude. 

« Mais si vous vous retrouvez soudainement dans un environnement où vous êtes pratiquement décimés plusieurs fois par an, alors tout change, complète sa collègue Emily Mitchell. Le stress favorise essentiellement la reproduction sexuée et, lorsqu'elle apparaît, nous observons une augmentation considérable des distances de dispersion, les animaux cherchant à coloniser de nouveaux territoires en raison d'une concurrence accrue. »

La reproduction sexuée aurait donc pris de l'importance lorsque la vie animale aurait commencé à s'aventurer dans les environnements plus instables que représentent les zones côtières peu profondes, soumises aux marées, tempêtes, variations de températures et de quantités de nutriments. Dans ces conditions de vie plus difficiles, la compétition pour les ressources aurait été plus forte.

Pour survivre, les espèces ont donc dû développer un mode de reproduction permettant une dispersion à longue distance pour coloniser d'autres milieux, ce qui est impossible avec une reproduction par stolon. La reproduction sexuée, en produisant des descendants génétiquement différents, aurait également considérablement augmenté la diversité et donc les chances qu'une partie de la population survive aux variations du milieu.

La colonisation de nouveaux habitats moins favorables aurait donc poussé les premiers animaux à développer la reproduction sexuée, qui elle-même aurait mis un coup d'accélérateur à la biodiversité et à la complexification de ces écosystèmes de l'Édiacarien.