Les tortues trouvent enfin leur place dans l’arbre de la vie : une étude radiographique de fossiles sud-africains a été décisive
Turtles finally have a place in the tree of life: X-ray study of South African fossils was a decider
Palaeontologists have got a clearer picture of where turtles fit in the animal kingdom, thanks to analysis of a southern African fossil.
Grâce à l’analyse d’un fossile sud-africain, les paléontologues ont une vision plus claire de la place des tortues dans le règne animal.
The origin of turtles has always been a bit of a puzzle for scientists who study the evolution of animals. To this day, where they fit in the tree of life remains a highly debated topic.
L’origine des tortues a toujours été un peu un mystère pour les scientifiques qui étudient l’évolution des animaux. À ce jour, leur place dans l’arbre de la vie reste un sujet très débattu.
The evolutionary relationships of most vertebrate groups are well understood. Thanks to genetic and morphological (anatomical, body shape) data, even animals with highly specialised skeletons can be clearly placed on the animal family tree. Examples include whales or birds.
Les relations évolutives de la plupart des groupes de vertébrés sont bien comprises. Grâce aux données génétiques et morphologiques (anatomiques, forme du corps) , même les animaux dotés de squelettes hautement spécialisés peuvent être clairement placés sur l’arbre familial des animaux. Les baleines ou les oiseaux en sont des exemples.
Turtles, however, have long remained an exception. Genetic studies identify them as relatives of the so-called archosaurs. This is a group that includes modern birds and crocodiles as well as extinct reptiles like dinosaurs and pterosaurs. But the fossil record seemed to tell a different story. Living turtles and their fossil relatives were so specialised that they offered few clues that would link even the oldest turtle fossils to other reptile groups. Or so scientists thought.
Les tortues, cependant, sont restées longtemps une exception. Les études génétiques les identifient comme apparentées aux soi-disant archosaures. Il s’agit d’un groupe qui comprend les oiseaux et les crocodiles modernes, ainsi que des reptiles éteints comme les dinosaures et les ptérosaures. Mais le registre fossile semblait raconter une histoire différente. Les tortues vivantes et leurs proches fossiles étaient si spécialisés qu’ils offraient peu d’indices permettant de relier même les plus anciens fossiles de tortues à d’autres groupes de reptiles. Du moins, c’est ce que pensaient les scientifiques.
Our international team of palaeontologists has now provided a comprehensive reassessment of the turtle’s place in the animal world. Our analysis sheds new light on the relationships among primitive turtles. It confirms that Eunotosaurus africanus, a fossil from South Africa and Malawi, which was presumed to be a “proto-turtle”, is not a direct ancestor of modern turtles. Instead, this animal is very distantly related to modern reptiles, finding its deep root among much older reptilian ancestors that have no modern representatives.
Notre équipe internationale de paléontologues a maintenant fourni une réévaluation complète de la place de la tortue dans le monde animal. Notre analyse apporte un nouvel éclairage sur les relations entre les tortues primitives. Elle confirme qu’Eunotosaurus africanus, un fossile provenant d’Afrique du Sud et du Malawi, qui était présumé être une « proto-tortue », n’est pas un ancêtre direct des tortues modernes. Au lieu de cela, cet animal est très éloigné des reptiles modernes, trouvant ses racines profondes parmi des ancêtres reptiliens beaucoup plus anciens qui n’ont pas de représentants modernes.
Based on anatomy, the phylogenetic analysis also provides the first robust support from fossil studies for the close relationship between turtles and the archosaur (bird-crocodilian) lineage.
Sur la base de l’anatomie, l’analyse phylogénétique fournit également le premier soutien solide des études fossiles pour la relation étroite entre les tortues et la lignée des archosaures (oiseaux-crocodiliens) .
For more than 20 years, genetic data and anatomical data reached different conclusions about the relationships of turtles. Now they agree.
Pendant plus de 20 ans, les données génétiques et les données anatomiques ont abouti à des conclusions différentes concernant les relations des tortues. Maintenant, elles sont en accord.
Comparing reptile anatomy
Comparaison de l’anatomie des reptiles
Fifteen researchers from South Africa, the US, UK, France and Germany participated in the study. Their combined expertise included:
Quinze chercheurs d’Afrique du Sud, des États-Unis, du Royaume-Uni, de France et d’Allemagne ont participé à l’étude. Leur expertise combinée comprenait:
computed tomography (CT) technology (advanced x-rays)
la technologie de tomodensitométrie (TDM) (rayons X avancés)
reptilian anatomy and phylogenetics
l’anatomie et la phylogénétique des reptiles
Permo-Triassic stratigraphy (the study of rock layers where fossils are found) .
la stratigraphie Permo-Trias (l’étude des couches rocheuses où l’on trouve des fossiles) .
The combination was critical to obtain these groundbreaking results. Collection staff from the Evolutionary Studies Institute, Iziko South African Museum, National Museum, Albany Museum and Council for Geoscience in South Africa were also instrumental in enabling access to the specimens.
Cette combinaison était essentielle pour obtenir ces résultats révolutionnaires. Le personnel de collecte de l’Institut d’études évolutives, du Musée Iziko d’Afrique du Sud, du Musée national, du Musée d’Albany et du Conseil de géoscience en Afrique du Sud a également joué un rôle déterminant en permettant l’accès aux spécimens.
The team painstakingly compiled anatomical comparisons across more than 200 fossil reptile species. We hoped to find previously overlooked similarities between early shelled turtles, their shell-less predecessors, and other early reptiles. Comparisons of the bones that frame the brain cavity were particularly important. These couldn’t previously be seen by scientists, but with powerful CT scanning methods their anatomy was laid bare.
L’équipe a compilé avec soin des comparaisons anatomiques de plus de 200 espèces de reptiles fossiles. Nous espérions trouver des similarités jusqu’alors négligées entre les premières tortues à carapace, leurs prédécesseurs sans carapace et d’autres reptiles primitifs. Les comparaisons des os qui encadrent la cavité cérébrale étaient particulièrement importantes. Ces os n’avaient pas pu être vus auparavant par les scientifiques, mais avec de puissantes méthodes de scan TDM, leur anatomie a été révélée.
Particularly surprising was what we learned about Eunotosaurus africanus, a 30cm-long burrowing reptile that lived in southern Africa some 260 million years ago. Previous studies considered it as the oldest known member of the turtle family, or a “proto-turtle”. Its broadened trunk and wide ribs looked something like a turtle shell. We studied almost all of the material of Eunotosaurus available in South African collections to address this idea once again.
Ce qui était particulièrement surprenant, ce sont les informations que nous avons obtenues sur Eunotosaurus africanus, un reptile fouisseur de 30 cm de long qui vivait en Afrique australe il y a environ 260 millions d’années. Les études précédentes le considéraient comme le membre le plus ancien connu de la famille des tortues, ou une « proto-tortue ». Son tronc élargi et ses côtes larges ressemblaient un peu à une carapace de tortue. Nous avons étudié presque tout le matériel d’Eunotosaurus disponible dans les collections sud-africaines pour aborder cette idée une nouvelle fois.
Our working group at the Evolutionary Studies Institute studies some of the oldest rock layers from the Karoo Basin of South Africa, where Eunotosaurus is found. If Eunotosaurus was indeed a “proto-turtle”, we’d expect to find the forerunners of living lizards, crocodiles or birds (that is, reptiles) in these same layers. Paradoxically, we’ve found no other close relatives of modern reptiles at all. This made us suspect that even if turtles are ancient relatives of living birds and crocodilians, perhaps Eunotosaurus was no “proto-turtle” at all.
Notre groupe de travail de l’Institut d’études évolutives étudie certaines des couches rocheuses les plus anciennes du bassin du Karoo en Afrique du Sud, où l’on trouve Eunotosaurus. Si Eunotosaurus était bien une « proto-tortue », nous nous attendrions à trouver les ancêtres des lézards vivants, des crocodiles ou des oiseaux (c’est-à-dire des reptiles) dans ces mêmes couches. Paradoxalement, nous n’avons trouvé aucun autre parent proche des reptiles modernes. Cela nous a fait suspecter que même si les tortues sont des parents anciens des oiseaux et des crocodiliens vivants, Eunotosaurus n’était peut-être pas une « proto-tortue » du tout.
One breakthrough was reconstructing the bones of the braincase (housing the brain and ear) from high-resolution x-ray images of fossil and living reptiles. By peering inside the skull of Eunotosaurus, and comparing its bones with those of undisputed fossil turtles, we could see previously out-of-reach aspects of their anatomy for the first time.
Une avancée majeure a été la reconstruction des os de la boîte crânienne (qui abrite le cerveau et l’oreille) à partir d’images radiographiques haute résolution de reptiles fossiles et vivants. En examinant l’intérieur du crâne d’Eunotosaurus et en comparant ses os à ceux de tortues fossiles incontestées, nous avons pu voir pour la première fois des aspects de leur anatomie jusqu’alors inaccessibles.
These x-ray scans revealed the very primitive anatomy of Eunotosaurus. For example, it has bones in the back of the skull that were lost in turtles and all living reptiles. Features like a slender ear bone (the stapes) and the hooked fifth toe that are present in many living reptiles and other fossil turtles were completely lacking in Eunotosaurus. In contrast, the braincase of unambiguous fossil turtles, such as Proganochelys quenstedti, shared a suite of characteristics that are found in the ancestors of crocodilians and birds, but absent in Eunotosaurus.
Ces scans radiographiques ont révélé l’anatomie très primitive d’Eunotosaurus. Par exemple, il possède des os à l’arrière du crâne qui ont disparu chez les tortues et tous les reptiles vivants. Des caractéristiques comme un os de l’oreille élancé (l’étrier) et le cinquième orteil recourbé, présents chez de nombreux reptiles vivants et autres tortues fossiles, étaient complètement absents chez Eunotosaurus. En revanche, la boîte crânienne de tortues fossiles non ambiguës, comme Proganochelys quenstedti, partageait un ensemble de caractéristiques trouvées chez les ancêtres des crocodiliens et des oiseaux, mais absentes chez Eunotosaurus.
These lines of evidence provides firm anatomical support that turtles are the closest living relatives of archosaurs. When Eunotosaurus was considered a “proto-turtle”, many of these features were considered to have evolved independently in the turtle lineage. Now, we show that turtles share these features with their archosaur relatives because they inherited them from a common ancestor.
Ces lignes de preuves fournissent un soutien anatomique solide selon lequel les tortues sont les parents vivants les plus proches des archosaures. Lorsque Eunotosaurus était considéré comme une « proto-tortue », bon nombre de ces caractéristiques étaient considérées comme ayant évolué indépendamment dans la lignée des tortues. Désormais, nous montrons que les tortues partagent ces caractéristiques avec leurs parents archosaures parce qu’elles les ont héritées d’un ancêtre commun.
These new results now place the origin of turtles where it fits better with both fossil and genetic data. When geneticists study living turtles, they compare their DNA to modern birds, crocodiles and lizards to infer evolutionary relationships. Our fossil findings now align with what those genetic comparisons have been suggesting all along: turtles branched off from the same ancestor that gave rise to crocodiles and birds.
Ces nouveaux résultats placent désormais l’origine des tortues là où elle correspond mieux aux données fossiles et génétiques. Lorsque les généticiens étudient les tortues vivantes, ils comparent leur ADN à celui des oiseaux, crocodiles et lézards modernes pour déduire les relations évolutives. Nos découvertes fossiles s’alignent maintenant sur ce que ces comparaisons génétiques suggéraient depuis toujours: les tortues se sont séparées du même ancêtre qui a donné naissance aux crocodiles et aux oiseaux.
Instead of being a living group of relics with ancestors present in the Middle Permian, turtles, like other modern reptiles, diversified and evolved their shell in the Triassic Period, approximately 20 million years after Eunotosaurus was already extinct.
Au lieu d’être un groupe vivant de reliques avec des ancêtres présents au Permien moyen, les tortues, comme d’autres reptiles modernes, se sont diversifiées et ont fait évoluer leur carapace au Trias, environ 20 millions d’années après l’extinction de l’Eunotosaurus.
With turtles now firmly placed among their closest living relatives, palaeontologists will need to reassess other long-standing questions about reptile evolution. Advanced imaging techniques like computed tomography should now be applied to other enigmatic fossil groups, potentially clarifying their evolutionary relationships.
Avec les tortues désormais fermement placées parmi leurs plus proches parents vivants, les paléontologues devront réévaluer d’autres questions de longue date concernant l’évolution des reptiles. Des techniques d’imagerie avancées comme la tomodensitométrie devraient maintenant être appliquées à d’autres groupes fossiles énigmatiques, clarifiant potentiellement leurs relations évolutives.
Our work highlights the fact that overlooked early reptile fossils, particularly those found in the South African fossil record, may hold the key to understanding reptile relationships.
Nos travaux soulignent que les fossiles de reptiles précoces négligés, en particulier ceux trouvés dans le registre fossile sud-africain, pourraient détenir la clé de la compréhension des relations entre les reptiles.
Valentin Buffa receives funding from the National Research Foundation of South Africa.
Valentin Buffa reçoit un financement de la National Research Foundation of South Africa.
Jonah Choiniere receives research funding from the South African National Research Foundation, GENUS the DSTI/NRF Centre of Excellence in Palaeosciences, and from the Palaeontological Scientific Trust. He has an honorary affiliation with the American Museum of Natural History, New York, NY.
Jonah Choiniere reçoit un financement de recherche de la South African National Research Foundation, GENUS le DSTI/NRF Centre of Excellence in Palaeosciences, et du Palaeontological Scientific Trust. Il est affilié en tant qu’honoriste au American Museum of Natural History, New York, NY.
Julien Benoit receives funding from the DSTI-NRF African Origins Platform.
Julien Benoit reçoit un financement de la DSTI-NRF African Origins Platform.
Xavier Jenkins receives funding from the National Science Foundation as an NSF-EAR Postdoctoral Fellow.
Xavier Jenkins reçoit un financement de la National Science Foundation en tant que Postdoctoral Fellow NSF-EAR.
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