Un cerveau de poisson vieux de 300 millions d'années !

Dans les restes FossilesToute trace de vie passé préservée dans les roches cristallines: os, coquilles, traces de pas, excréments, galeries etc...');" onmouseout="killlink()">fossiles d'animaux, les tissus mous sont extrêmement rares. Ceux provenant du CerveauOrgane du système nerveux central, situé dans la boîte crânienne, siège des fonctions supérieures (fonctions cognitives, sens, réponses nerveuses) et végétatives.

Les hémisphères droit et gauche, divisés en lobes, sont les parties les plus développées chez les mammifères. Elles comprennent...');" onmouseout="killlink()">cerveau le sont davantage encore. Quant à en trouver dans des fossiles vieux de plusieurs centaines de millions d'années, l'espoir semblait vain. Et pourtant...

Tout a commencé avec la redécouverte de quatre crânes fossiles de poissons vieux de trois cents millions d'années, remarquablement conservés, provenant du Kansas et faisant partie des collections du Muséum national d'histoire naturelle de Paris (MNHNMuséum National d\'Histoire Naturel');" onmouseout="killlink()">MNHN). Ces restes appartiennent à une EspèceGroupe d\'êtres vivants pouvant se reproduire entre eux (interfécondité) et dont la descendance est fertile.

L\'espèce est l\'entité fondamentale des classifications, qui réunit les êtres vivants présentant un ensemble de caractéristiques morphologiques, anatomiques, physiologiques,...');" onmouseout="killlink()">espèce depuis longtemps disparue, Sibyrhynchus denisoni, un poisson d'une trentaine de centimètres, du groupe des inioptérygiens, cousins des actuelles chimères et proches des requins et des raies. Comme eux, les inioptérygiens sont des élasmobranches, des poissons caractérisés par l'absence de tissus durs, ce qui, justement, rend leurs fossiles fragiles.

Le fossile découvert au Kansas. La TomographieTechnique radiologique qui donne un cliché non pas de l\'organe total mais d\'une coupe horizontale, verticale ou oblique. Cela offre une vision plus détaillée de l\'intérieur de l\'organe et permet de détecter par exemple la présence de petites métastases. La technique à positons (abrégée PET) utilise...');" onmouseout="killlink()">tomographie en permet une analyse non destructive. (Cliquer sur l'image pour l'agrandir.) © PNAS

Alain Pradel, du MNHN, et ses collaborateurs ont décidé d'étudier ces crânes au moyen de la microtomographie à Rayons XOndes électromagnètiques, à très petite longueur d\'onde variant de fractions de nanomètre à quelques nanomètres.
Dans l\'espace, on a individualisé de très nombreuses sources de rayons X. Les sources principales de rayons X sont les supernovae, les pulsars et les quasars.');" onmouseout="killlink()">rayons X, semblable celle des ScannerAppareil utilisé en radiologie. L\'examen lui-même est aussi appelé scanner, synonyme de tomographie.');" onmouseout="killlink()">scanners médicaux CT (pour Computerized Tomography) et capable de reconstituer une image en trois dimensions à partir d'une série de mesures. Dans l'un des crânes, les chercheurs ont repéré une structure d'une nature particulière, plus dense que celle de la Boîte crânienneLa boîte crânienne est l\'espace à l\'intérieur du crâne qui contient le cerveau.');" onmouseout="killlink()">boîte crânienne fossilisée, constituée de CalciteMatière minérale constituant les concrétions. La structure cristalline de la calcite est de forme rhoboédrique, c\'est à dire en forme de solide à 6 faces en forme de losanges.');" onmouseout="killlink()">calcite cristalline.

Ce crâne a alors pris la route de Grenoble pour rejoindre l'ESRF (European Synchrotron Radiation Facility). Cet accélérateur de particules est utilisé comme synchrotron et mis à la disposition de la communauté scientifique internationale pour de multiples analyses. Un synchrotron, en effet, produit un RayonnementSynonyme de radiation. Ensemble d\'ondes électromagnétiques ou de particules chargées d\'énergie. Certains rayons sont capables de traverser la matière, donc les tissus biologiques. C\'est ce qui permet de les utiliser pour obtenir des images diagnostiques (radiographie des os, mammographie, etc.)....');" onmouseout="killlink()">rayonnement X très fin et extrêmement puissant, qui peut être utilisé pour sonder la matière grâce à différentes méthodes.

Le synchrotron de l'ESRF, près de Grenoble, une sorte de microscope géant... (Cliquer sur l'image pour l'agrandir.) © ESRF

Les chercheurs ont utilisé l'holotomographie. Ce procédé récent utilise également les rayons X mais fait appel au Microscope à contraste de phaseUn microscope à contraste de phase (ou en contraste de phase) est un microscope optique qui transforme en niveaux de contraste les différences d\'indices de réfraction entre deux structures, lesquelles se traduisent en différences de phase pour les ondes lumineuses les traversant. Il visualise...');" onmouseout="killlink()">contraste de phase (une technique également connue en microscopie optique) qui met en évidence des formes autrement indiscernables. La curieuse structure interne s'est ainsi montrée plus nettement. Sa forme et sa position correspondaient assez exactement à celles du cerveau de cet animal.

Une très belle étude qui en laisse espérer d'autres

Les scientifiques ont alors pu explorer ce système nerveux avec une précision inespérée et viennent de décrire leurs résultats dans la revue des Pnas. Trois cents millions d'années plus tard, les images montrent clairement le cervelet, la Moelle épinièreLa portion centrale du système nerveux chez les vertébrés, qui descend du cerveau à travers les arcs des vertèbres et distribue presque tous les nerfs aux divers organes du corps.');" onmouseout="killlink()">moelle épinière, les lobes optiques et même plusieurs nerfs, dont le nerf optique. La partie antérieure du cerveau (appelée télencéphale) reste en revanche invisible. Les chercheurs en concluent que cette partie était peut-être très petite chez l'animal vivant, comme d'ailleurs chez les chimères actuelles.

Un inioptérygien, cousin des actuelles chimères. © PNAS

Les lobes optiques sont de bonne taille, d'une dimension qui cadre bien avec celle des yeux. En revanche, l'oreille interne semble très petite, comme l'avaient d'ailleurs montré de précédentes observations. Il semble bien que ce poisson ne disposait que de canaux semi-circulaires dans un seul plan, horizontal en l'occurrence, ce qui ne lui permettait sans doute que de percevoir les sources sonores latérales. La conclusion logique est que Sibyrhynchus denisoni devait vivre sur le fond et non en pleine eau.

Enfin, cette analyse révèle un cerveau de petite taille, 7 millimètres de long pour 1,5 de large, une dimension bien modeste en comparaison du crâne qui l'abrite. L'équipe pense que cette faible taille ne provient pas d'une rétraction due à la FossilisationEnsemble des processus qui permettent le passage de la matière organique d\'un organisme mort à une empreinte minérale. Pour avoir une bonne fossilisation, il faut un taux de sédimentation important et un enfouissement rapide ainsi qu\'un milieu anoxique (sans oxygène).');" onmouseout="killlink()">fossilisation car les attaches des nerfs semblent à leurs places.

Quant à la raison pour laquelle ce spécimen s'est aussi bien conservé, les chercheurs avancent une explication. Les analyses chimiques ont montré que la surface du cerveau est recouverte de PhosphatesRoches sédimentaires formées de minéraux phosphatés soit amorphes ou cryptocristallins (collophanite), soit finement cristallins (apatite). Ces minéraux se présentent sous forme de grains, d\'épigénies de fragments de squelettes organiques, de plages finement cristallines cimentant des débris...');" onmouseout="killlink()">phosphate de Calcium Elément (symbole Ca) de numéro atomique 20, de masse atomique 40,08, métal alcalino-terreux blanc argenté, solide, mou, de densité 1,55 g/cm3, de température de fusion 845°C, de vaporisation 1484°C. 
Obtenu à partir du chlorure de calcium par méthode électrolytique. Très réducteur, il est...');" onmouseout="killlink()">calcium. Cette couche aurait pu être déposée par un film bactérien ou par un processus chimique et aurait ainsi fossilisé le cerveau.

Cette étude remarquable représente aussi un espoir pour la paléontologie. Elle démontre que les nouvelles techniques d'analyse peuvent nous faire plonger plus loin dans l'histoire des VertébréAnimal qui possède des vertèbres (Mammifères, Poissons, Batraciens, etc.).');" onmouseout="killlink()">vertébrés très anciens. D'autres fossiles bien conservés recèlent peut-être bien des secrets qui n'attendent qu'une tomographie bien réalisée pour se dévoiler...