Comment les poissons anciens percevaient-ils leur environnement dans les profondeurs aquatiques ? Une équipe internationale de scientifiques du Muséum d’histoire naturelle de Genève (MHNG) et de l’Université de Genève (UNIGE) révèle que certains cœlacanthes, des poissons vieux de 240 millions d’années, utilisaient leur poumon pour capter les sons sous l’eau. Cette découverte, publiée dans Communications Biology, repose sur des images de tomographie par synchrotron, un rayonnement X particulièrement intense, et offre un éclairage inédit sur l’évolution des systèmes sensoriels chez les vertébrés.
Les cœlacanthes fascinent les biologistes depuis leur redécouverte au XXe siècle. Ces poissons, aujourd’hui représentés par deux espèces du genre Latimeria, sont plus proches des vertébrés terrestres que de la plupart des autres poissons. Si les espèces actuelles vivent en profondeur et respirent uniquement grâce à leurs branchies, leurs ancêtres, qui vivaient il y a environ 240 millions d’années, présentaient une plus grande diversité de formes et d’habitats. Certains possédaient un poumon développé, recouvert de plaques osseuses disposées comme les tuiles d’un toit. Jusqu’ici, l’existence de cet organe était principalement interprétée comme une adaptation à la respiration aérienne.
Pour explorer ses possibles autres fonctions, une équipe de recherche menée par Lionel Cavin, conservateur au MHNG et professeur titulaire au Département de génétique et évolution de la Section de biologie de la Faculté des sciences de l’UNIGE, a analysé des fossiles de cœlacanthes du Trias, découverts en Lorraine (France), à l’aide du synchrotron européen (ESRF) à Grenoble. Cet accélérateur de particules a permis d’explorer la structure interne des fossiles avec une précision micrométrique.
Un système auditif inédit révélé par imagerie
Les images ont révélé un poumon ossifié exceptionnellement bien conservé, muni à son extrémité de structures en forme d’ailes osseuses. En parallèle, l’étude d’embryons de cœlacanthes actuels a mis en évidence un canal reliant les organes de l’audition et de l’équilibre situés de part et d’autre du crâne.
En combinant ces observations, les scientifiques suggèrent que ces deux structures formaient un système sensoriel complet. Les ondes sonores captées par le poumon ossifié auraient été transmises aux oreilles internes via ce canal, permettant ainsi à l’animal de percevoir les sons sous l’eau. «Notre hypothèse s’appuie sur des analogies avec des poissons d’eau douce modernes, comme les carpes ou les poissons-chats. Chez ces espèces, un dispositif appelé ‘‘appareil de Weber’’ relie la vessie natatoire à l’oreille interne. Ce dispositif leur permet de détecter les ondes sous-marines et donc d’entendre sous l’eau. La bulle d’air enfermée dans la vessie natatoire est indispensable pour détecter ces ondes qui, sans cela, traversent le corps du poisson sans être détectées», explique Luigi Manuelli, doctorant dans le groupe de Lionel Cavin et premier auteur de l’étude.
Une capacité perdue au cours de l’évolution
Pour l’instant, cette particularité anatomique n’a été observée que chez deux espèces de cœlacanthes du Trias. Elle pourrait toutefois avoir été plus largement répandue chez les cœlacanthes anciens possédant un poumon ossifié. «Cette capacité auditive s’est sans doute progressivement perdue lorsque les ancêtres des cœlacanthes actuels se sont adaptés à des environnements marins profonds. Leur poumon a alors régressé, rendant ce système inutile», suggère Lionel Cavin.
Fait remarquable, certaines structures associées à l’oreille interne ont néanmoins été conservées. «Ces vestiges anatomiques constituent aujourd’hui un témoignage précieux de l’histoire évolutive de ces poissons, et peut-être aussi de celle de nos propres ancêtres aquatiques», conclut le chercheur.