Elpi, les premiers pas

Surgi de la pierre au bout de 380 millions d’années, un fossile de Miguasha révèle comment sont apparus les premiers vertébrés terrestres.   

On dirait un bijoutier. Dans son laboratoire de l’Université du Québec à Rimouski, Richard Cloutier manipule avec d’infinies précautions un coffret de bois comme s’il contenait des perles venues du fond des mers. Puis il l’ouvre, tout doucement. Alors apparaît, sur un lit de polystyrène rose, une grande galette triangulaire, noire et minérale. Bien difficile de distinguer ce que c’est.

«C’est le crâne d’un Elpistostege watsoni, annonce avec fierté le paléontologue en présentant son trésor. Ici, on voit quelques dents à la marge de la mâchoire, et là, ce sont ses orbites. Le reste de son corps est au parc national de Miguasha, en Gaspésie, où on l’a mis au jour. Même s’il est très aplati, c’est le premier spécimen complet jamais découvert de ce poisson fossile.»

Elpi, comme l’appelle affectueusement le professeur, est mort il y a 380 millions d’années au fond d’un estuaire qui n’existe plus. Il a été enseveli par des sédiments qui se sont pétrifiés sous la pression des couches successives. C’est l’un des poissons dont l’anatomie ressemble le plus à celle des tétrapodes, ce groupe d’animaux principalement terrestres, à quatre membres, qui ont des poumons. Autrement dit, tous les vertébrés, sauf ceux qu’on appelle les poissons. Trouver un Elpistostege, c’est ouvrir la porte sur ce moment lointain du passé où nos ancêtres poissons sont apparus sur la terre ferme, à la fin d’une époque appelée Dévonien.

Avec son 1,60 m et son corps étroit, ce spécimen a des allures de serpent aquatique. Mais les nageoires pectorales et pelviennes ne mentent pas: il s’agit bien d’un long poisson. La tête, massive, aplatie et triangulaire, rappelle un peu celle de l’alligator, surtout les deux yeux placés sur le dessus. Or cette tête, c’est tout ce qu’on a connu de l’animal pendant plus de 70 ans.

Été 1937. Sur la plage de Miguasha, deux paléontologues britanniques négocient l’achat d’un bout de fossile auprès d’un collectionneur local. Le site de Miguasha, loin des grands centres, est à cette époque pratiquement ignoré des scientifiques québécois, mais visité chaque année par des équipes de paléontologues européens et états-uniens, qui prélèvent des spécimens par centaines et les emportent dans leurs musées. Les jeunes Thomas Stanley Westoll et William Graham-Smith repartent donc avec un morceau du crâne d’une espèce encore inconnue, qu’ils iront déposer au British Museum de Londres.

L’année d’après, sur ce seul fragment de 15 cm, Westoll publie un article dans l’illustre revue Nature, annonçant la découverte du fossile et le décrivant comme un amphibien. Pour lui, aucun doute, le patron des os crâniens présente « la transition parfaite entre les Crossoptérygiens et les Ichthyostegidés », les premiers étant un groupe de poissons fossiles et les seconds, un groupe de tétrapodes, fossiles aussi.

Position tout à fait défendable car, comme chez les tétrapodes primitifs, l’animal possède trois paires d’os sur le dessus de la tête : les frontaux (devant les yeux), qui n’existent pas chez les poissons, les pariétaux (entre les yeux) et, derrière, les post-pariétaux, dont le rebord est concave, comme chez les tétrapodes (mais pas chez les poissons).

Westoll donne à sa trouvaille un nom qui reflète bien ses attentes : elpistos, qui signifie espoir, en grec, et stegi, qui veut dire toit crânien. Elpistostege est donc le « crâne tant espéré », en référence aux tétrapodes dont on cherchait alors le premier ancêtre. Il ajoute une épithète, watsoni, en hommage à David M. S. Watson, alors professeur de zoologie au University College de Londres. Malgré l’assurance de Westoll, le doute demeure chez plusieurs chercheurs. Tétrapode ou poisson? Il faudrait d’autres spécimens pour en avoir le cœur net.

On devra attendre les années 1970 et 1980 pour qu’un autre bout de museau et une petite section de corps soient retrouvés à Miguasha. Mais pas moyen de trancher. « On n’avait toujours pas de membres, qui auraient pu révéler concrètement si on avait affaire à un poisson ou à un tétrapode, se rappelle Richard Cloutier. On a quand même pu déterminer indirectement qu’il s’agissait d’un poisson, grâce à sa très grande ressemblance avec le Panderichthys, une espèce de la même époque trouvée en Lettonie et dont on connaissait bien mieux l’anatomie. »

Le doute persiste donc. Au fil des étés, à Miguasha, tout le monde, des chercheurs aux guides-interprètes, garde l’œil grand ouvert. Mais pendant 20 ans, il ne se passe rien. Jusqu’à ce jour ordinaire d’août 2010. « La journée s’achevait, se rappelle Olivier Matton, coresponsable de la conservation et de la recherche au parc national. Benoît Cantin, notre patrouilleur, venait de partir pour sa ronde, et voilà qu’il revient. Il me tend un fragment de pierre trouvé sur la plage et demande : ‘C’est quoi, ça ?’ Je n’ai pas su quoi répondre. »

« Ça », c’est un bout de queue imprimé dans la roche. La matière osseuse et les rayons de la nageoire ne mentent pas. Mais « ça » ne ressemble à rien de connu, même pour les deux hommes, habitués à identifier les fossiles de Miguasha au premier coup d’œil, parfois même à partir d’une seule petite écaille.

Le lendemain, ils retournent sur les lieux de la trouvaille. Là, sur la plage dégagée du sable et des galets par une marée plus importante qu’à l’accoutumée, une grande strate de grès git au soleil. « En fait, il s’agissait d’un prolongement de la falaise sous la plage, se rappelle Olivier Matton. À quatre, on a commencé à retirer la strate, morceau par morceau. On ne voyait rien d’autre du fossile qu’une lisière brun-noir, plate, qui courait le long de la tranche de la roche. Comme un signet dans un livre. »

Quelques heures plus tard, l’équipe, impressionnée par la longueur du fossile, apporte au laboratoire un gros puzzle d’une quinzaine de morceaux. L’enthousiasme est à son comble. « On ne savait toujours pas ce qu’il y avait dedans, mais rien que par sa taille d’un mètre soixante, on avait déjà battu le record du plus gros fossile de Miguasha ! »

Les jours suivants, Jason Willet, préparateur au Musée, commence tout doucement le dégagement au micro-burin pneumatique. « Assez rapidement sont apparues des dents de type labyrinthodonte, c’est-à-dire dotées de replis caractéristiques, et des bourrelets sus-orbitaires – des arcades sourcilières – placés haut sur le sommet du crâne, continue Olivier Matton. Du peu qu’on en savait, ça ne pouvait être qu’un Elpistostege. On a tout arrêté et on a contacté Richard à Rimouski. »

Devant le fossile, Richard Cloutier ne peut que confirmer l’identification. « J’étais à la fois enthousiasmé comme un enfant et effrayé par la grosseur de l’animal. À peine moins grand que moi, avec des crocs pointus… Quel prédateur ça devait être ! L’importance évolutive du spécimen nous imposait de recourir aux meilleures techniques d’analyse. On a décidé de prendre le virage techno. On l’a fait transporter à l’université du Texas, à Austin, pour le passer au scanner. »

Isabelle Béchard, étudiante de Richard Cloutier à la maîtrise, est alors incluse dans l’aventure comme préparatrice numérique du spécimen. « On ne pouvait pas envoyer le fossile par la poste régulière, raconte-t-elle, et risquer que les boîtes soient ouvertes aux douanes et le fossile, endommagé. On a donc emballé Elpi et on l’a chargé dans une voiture. Munis de nombreuses lettres officielles, on lui a fait traverser les douanes américaines jusqu’à Presque Isle, dans l’État du Maine. Là, nous l’avons confié aux messageries pour qu’elles l’emportent au Texas. »

Quelques jours plus tard, Isabelle Béchard et Richard Cloutier prennent l’avion pour assister à l’examen de leur poisson. Tel un patient dans un hôpital, Elpi, toujours coincé à plat dans sa gangue de pierre, est passé au scanner à haute énergie. « Chaque morceau pouvait nécessiter une vingtaine d’heures de travail, continue Isabelle Béchard. On en tirait un millier de coupes transversales et quelques centaines de coupes sagittales. » Après quelques semaines, Elpi apparaît sur les écrans dans toute la splendeur de ses 160 cm.

Mais avant de l’étudier en détail et de publier sa description, il faut bien sûr le dégager de sa gangue de pierre. Le fossile revenu à Miguasha, Jason Willet entame donc le travail au micro-burin et à l’aiguille. Pendant ce temps, à Rimouski, Isabelle Béchard, épaulée par les spécialistes du Centre de développement et de recherche en imagerie numérique de Matane (le CDRIN), s’attaque au dégagement numérique. « Les milliers de scans nous ont permis d’obtenir une représentation 3D de la roche et de son contenu. Avec le logiciel approprié, j’ai pu enlever les pixels de roche un à un, pour conserver les pixels d’os. J’ai vu le spécimen apparaître sous mes yeux à peu près au même rythme que Jason à Miguasha. Mais contrairement à lui, j’avais une marge d’erreur : si je me trompais et que j’enlevais un bout d’os, je pouvais annuler l’opération. Pas Jason avec le vrai fossile! Mais je pouvais le conseiller à mesure que son dégagement progressait. »

En tout, il faudra aux deux préparateurs environ 2200 heures d’un travail fin et minutieux pour dégager leurs poissons jumeaux, l’un réel et l’autre virtuel. Trois ans après sa découverte, Elpi est enfin prêt pour sa première sortie. Il est officiellement présenté à la communauté scientifique le 31 octobre dernier, à Los Angeles, lors de la 73^e édition du congrès annuel de la Society of Vertebrate Paleontology. Et il y vole la vedette !

Et qu’ont appris les paléontologues du monde entier? « Que l’Elpistostege est le poisson fossile le plus près des tétrapodes que nous connaissons à ce jour, résume Richard Cloutier. Il déclasse le Tiktaalik, un fossile qui a fait les manchettes en 2006, au moment de sa découverte dans l’Arctique canadien. »

Il faut savoir que le petit monde des paléontologues spécialisés dans la transition des poissons aux tétrapodes est alimenté par cette saine compétition qu’est la course au « plus tétrapode » des poissons. Si Elpistostege a été candidat lors de sa description première, en 1938, il a été supplanté par Panderichthys, découvert en 1941. Puis Tiktaalik a été propulsé à l’avant-scène des « plus tétrapodiens » en 2006. Sept ans plus tard, revoici l’Elpistostege qui réclame son trône.

Les trois espèces se ressemblent beaucoup, en fait. Un corps allongé, pas de nageoires dorsales ni de nageoires anales, mais de fortes nageoires pectorales et pelviennes. Chez les trois cousins, on trouve la série d’os crâniens (frontaux, pariétaux, postpariétaux) et, surtout, un arrangement d’os dans la nageoire pectorale qui ressemble fortement à celui des membres des tétrapodes, de la baleine à la salamandre : un humérus qui s’articule à l’épaule, suivi de deux os parallèles, le radius et l’ulna (cubitus); et un fémur, un tibia et un fibula (péroné) dans les nageoires pelviennes.

Autre détail d’importance, outre les bourrelets sus-orbitaires et les dents labyrinthodontes dont nous avons parlé : la présence de choanes. Ces deux petits orifices dans le palais communiquent avec les deux fosses nasales, qui elles-mêmes communiquent avec l’extérieur. Chez les tétrapodes modernes, elles permettent de respirer la bouche fermée, et les trois poissons en possédaient.

Mais il s’agit encore de poissons, comme le montre l’absence de doigts au bout des « pattes », celles-ci étant garnies des rayons et du voile typique des nageoires. La queue est toujours dotée d’une nageoire, un peu semblable à celle des anguilles. La ceinture pelvienne, ces quelques os auxquels s’attachent les nageoires pelviennes, est complètement indépendante de la colonne vertébrale, contrairement aux tétrapodes chez qui les deux éléments sont liés (favorisant le support du corps hors de l’eau). La ceinture pectorale, quant à elle, est solidement intégrée aux os du crâne, contrairement aux tétrapodes, chez qui le crâne et la ceinture sont indépendants.

Joli mélange de caractères ! Mais alors, lequel des trois prétendants s’approche le plus du tétrapode? « Mes premières observations sur Elpi m’ont permis de voir des détails importants. Par exemple, ses vertèbres présentent des zygapophyses, c’est-à-dire de petites projections qui permettent aux vertèbres de s’articuler les unes avec les autres, ce qui, chez les tétrapodes, renforce la colonne et offre un meilleur soutien. On n’en a jamais vu chez les deux autres poissons. Même chose pour l’interclavicule du côté ventral, un os typique des tétrapodes. Elpi en a un, mais pas les deux autres. Il en va de même avec certains petits détails du crâne et de l’humérus. Selon moi, on est vraiment en présence de l’animal le plus proche du tétrapode, sans en être un. »

Mais quel que soit son statut exact, Elpi a avivé l’enthousiasme des paléontologues de partout. À l’université Monash de Melbourne, en Australie, la paléontologue québécoise Catherine Boisvert, spécialisée dans la transition poissons-tétrapodes, est enchantée : « Enfin, de nouvelles informations ! Le Tiktaalik avait apporté quelques réponses, mais sa queue et sa ceinture pelvienne n’ont toujours pas été décrites, parce que les premiers spécimens étaient incomplets. Avec cet Elpistostege entier, on va avancer beaucoup. On attend la publication prochaine d’une description complète du Tiktaalik. Ce sera amusant de comparer les deux fossiles en détail. »

Au musée du parc National de Miguasha, on se prépare à mettre le trésor en valeur. « Avec cette découverte, le parc vient de se positionner comme site de choix pour l’étude de cette grande transition évolutive, se réjouit le conservateur Olivier Matton. Ce sera le joyau de notre institution, la pièce centrale. Dans les prochaines années, nous allons entièrement reconfigurer le musée pour centrer l’exposition et le discours des guides sur Elpi. Mais il sera possible de l’admirer dès cet été, puisque nous l’installons dans notre salle d’exposition temporaire et que nous montons une animation rien que sur lui. »

Et maintenant que tout le corps de « Crâne-tant-espéré » a été retrouvé, que reste-t-il à faire? « Nous allons presser le citron! s’exclame le conservateur. Tirer toutes les informations possibles de ce fossile pour apporter un autre éclairage sur l’apparition des tétrapodes. Bien sûr, nous continuerons de fouiller le site. Et si la prochaine surprise de Miguasha était un tétrapode, un vrai? »

L’hypothèse est plausible et dans son labo de Rimouski, Richard Cloutier est conscient de sa chance. Il a une petite pensée pour ses prédécesseurs paléontologues qui n’ont jamais pu faire parler un tel fossile. « On l’attendait depuis 75 ans ! », dit-il, en refermant délicatement son écrin précieux sur 380 millions d’années d’évolution.

Photo : Johanne Kerr/parc national de Miguasha