Snake Evolution Un fossile apporte de nouveaux indices sur l'origine des serpents

Un fossile de serpent exceptionnellement bien conservé, découvert au Brésil, apporte un nouvel éclairage au débat sur l'évolution des serpents. Cachés dans son crâne vieux de 80 millions d'années, les chercheurs ont mis au jour des indices sur le mode de vie de cet animal et sur la façon dont il percevait son environnement.

Le fossile d’un serpent de 42 centimètres qui vivait il y a 80 millions d’années dans l’intérieur de l’État de São Paulo, au Brésil, ravive un débat évolutionniste vieux d’un siècle parmi les paléontologues concernant l’environnement dans lequel les premiers serpents sont apparus : la mer, le sous-sol ou la surface de la Terre. Selon une étude soutenue par la Fapesp et publiée dans Nature, cette espèce, baptisée Tametara mirim, présentait une anatomie endocrânienne et une structure de l’oreille interne compatibles avec un mode de vie souterrain.

Pour déterminer le caractère unique de cette anatomie, les chercheurs ont appliqué la même analyse à un fossile de l'espèce argentine Dinilysia patagonica. Cette espèce a vécu à la même époque que Tametara et est le seul autre membre du groupe souche à posséder un crâne bien conservé et des données de tomodensitométrie accessibles au public. Le groupe souche appartient à une lignée éteinte, distincte du groupe comprenant tous les serpents modernes, mais qui lui est proche sur le plan évolutif. Les moulages des cavités internes du crâne des deux espèces étaient très différents, Dinilysia présentant une anatomie compatible avec un mode de vie non adapté à la vie souterraine (fossoriale) ni, très probablement, à la vie terrestre.

En 2020, William Nava et Giovanna Paixão, du Musée de paléontologie de Marília, ont découvert le fossile de Tametara dans une carrière de la commune de Presidente Prudente, à l'extrême ouest de l'État de São Paulo. On estime que cette roche date de 85 à 75 millions d'années et qu'elle appartient à la formation d'Adamantina du groupe de Bauru. Cette série d’affleurements de roches sédimentaires du Crétacé supérieur, présente dans les États de São Paulo, Minas Gerais, Mato Grosso do Sul, Paraná et Goiás, est réputée pour ses fossiles de dinosaures. Selon les auteurs, il s’agit du premier fossile de serpent articulé découvert au Brésil, dont les os sont encore reliés entre eux comme ils l’étaient au moment de la mort de l’animal. Les découvertes antérieures de serpents du Crétacé au Brésil ne comprenaient que des vertèbres isolées.

Cette étude a été menée par Tiago Simões, de l'université de Princeton, Nicolas Di-Poï, de l'université d'Helsinki, et Annie Hsiou, de l'université de São Paulo (USP), et a bénéficié du soutien de la Fapesp dans le cadre des projets 24/17970-7 et 25/01077-4.

« Presque tout ce que nous savons sur l’origine des serpents repose sur un nombre très limité de fossiles bien conservés datant de l’ère mésozoïque », explique Simões, premier auteur de l’étude et professeur au département d’écologie et de biologie évolutive de l’université de Princeton, aux États-Unis. Il ajoute que l’on recense moins de dix fossiles articulés de serpents pour l’ensemble du Mésozoïque, qui s’étendait il y a environ 252 à 66 millions d’années et comprenait les périodes du Trias, du Jurassique et du Crétacé. Seuls trois autres fossiles présentent un état de conservation tridimensionnel comparable à celui de Tametara. « Chaque nouvelle espèce de cette époque présentant un tel degré de conservation recèle un énorme potentiel pour faire la lumière sur les questions relatives à ses origines », ajoute-t-il.

Bien que cette étude ne tranche pas le débat sur le lieu d’apparition des serpents, elle montre qu’ils s’étaient déjà diversifiés sur le plan écologique au Crétacé. Des lignées étroitement apparentées sur l'arbre évolutif occupaient des environnements très différents, ce qui indique que les habitats souterrains, terrestres et marins coexistaient dès les débuts de l'histoire du groupe, plutôt que de provenir d'un environnement ancestral commun unique.

Analyse numérique

Afin de reconstituer l'anatomie interne du crâne sans détruire le fossile, l'équipe a eu recours à la microtomographie assistée par ordinateur. Cette technologie est similaire à celle utilisée pour les examens radiographiques en milieu hospitalier, mais elle offre une résolution bien supérieure. Gabriela Sobral, chercheuse associée au Musée d’histoire naturelle de Stuttgart, en Allemagne, et à l’Université de Brasília (UnB), était chargée de séparer les structures sur les images. « À partir des scans CT, nous segmentons les structures qui nous intéressent. Nous pouvons dessiner et colorier chacune d’entre elles pour indiquer au programme ce qui doit être séparé du reste », explique Gabriela Sobral. Ce processus génère un modèle tridimensionnel que l’on peut faire pivoter et agrandir sur un écran d’ordinateur.

Ces travaux ont mis en lumière une série d'indices laissant supposer que le Tametara menait une vie souterraine. Les os de la voûte crânienne étaient denses et fortement imbriqués, une caractéristique qui distingue les animaux fossoriaux et semi-fossoriaux, adaptés à creuser des terriers et à vivre sous terre, des animaux non fossoriaux. L’oreille interne a renforcé cette hypothèse grâce à son vestibule large et arrondi et à ses canaux semi-circulaires fins. « La taille réduite des canaux semi-circulaires indique que l’orientation spatiale de l’animal n’est pas essentielle à sa perception, ce qui est logique lorsqu’on vit sous terre », explique Sobral. Le vestibule, vaste et globulaire, suggère que les sons à basse fréquence, qui se propagent mieux dans le sol que dans l’air, revêtaient une importance particulière pour cet animal.

L’attention s’est portée sur une région peu développée du cerveau. Le toit optique, une structure impliquée dans le traitement visuel, était plus atrophié chez Tametara que chez la plupart des serpents et lézards fouisseurs étudiés à ce jour. « Les régions atrophiées indiquent que la fonction n’est pas vitale », explique Sobral. Elle apporte toutefois une précision méthodologique importante : le moulage virtuel de l’intérieur du crâne, l’endocaste, ne reproduit pas le cerveau lui-même, mais plutôt l’ensemble des structures qui étaient juxtaposées à l’intérieur du crâne lorsque l’animal était en vie. Dans le cas de Tametara, la région correspondant au toit optique formait une bande très fine. « C’est une situation extrêmement inhabituelle, même chez les serpents fouisseurs modernes, qui dépendent presque entièrement de la vision pour survivre », résume-t-elle.

Implications évolutives

Lorsque les reconstructions de l'anatomie endocrânienne de Tametara et de Dinilysia ont été comparées côte à côte, elles se sont révélées différentes l'une de l'autre et distinctes de la plupart des lignées modernes de lézards et de serpents. Pour Simões, cela suggère que ces deux animaux vivaient dans des environnements différents et percevaient probablement le monde différemment. « Ils présentaient une grande diversité neuroanatomique – et probablement sensorielle – dès les débuts de leur histoire évolutive », explique le chercheur.

En combinant des analyses quantitatives de la forme du télencéphale (la partie la plus antérieure du cerveau, où se trouvent le bulbe olfactif et le tractus olfactif) et de la microstructure osseuse avec des données anatomiques issues de l’oreille interne, l’équipe a pu démontrer, pour la première fois à l’aide de méthodes statistiques, que les serpents du Crétacé présentaient une diversité écologique. Cette découverte a des implications qui vont au-delà de la biologie de Tametara.

« Pour mieux comprendre l'origine de ce groupe, nous devons découvrir des fossiles très bien conservés, tels que Tametara, datant de périodes antérieures, en particulier du Jurassique, qui s'étendait il y a 201 millions à 145 millions d'années », explique Simões.

Le nom de l'espèce reflète son caractère unique. « Tametara » signifie « orné », en référence à la crête prononcée située au sommet du crâne, tandis que « mirim », d'origine tupi-guarani, fait allusion à la petite taille de l'animal.

Cette découverte enrichit également nos connaissances sur des groupes historiquement peu étudiés au sein du groupe de Bauru. « Le potentiel de cette région pour la compréhension de la vie au Crétacé est reconnu depuis longtemps à l’échelle internationale. Cependant, la recherche s’est historiquement davantage concentrée sur d’autres groupes, tels que les dinosaures non aviaires », note Simões. Il subsiste encore des lacunes dans notre compréhension du Tametara lui-même. On ignore si l’animal avait développé des membres postérieurs, car la partie du corps où ils auraient dû se trouver, près du cloaque, n’a pas été préservée dans le fossile.

« Dès le début, j’ai su que j’avais affaire à un fossile très particulier en raison de ces caractéristiques inhabituelles. Au fur et à mesure que les travaux avançaient, Tametara s’est révélé être véritablement unique », résume Sobral. « Malheureusement, je n’ai pas participé à la découverte de ce fossile. Cela a dû être passionnant de dénicher un tel trésor. Peut-être lors de la prochaine sortie sur le terrain ? », ajoute-t-il.

Article original : Diversité cérébrale et écologique exceptionnelle chez les premiers serpents ; Nature ; DOI : 10.1038/s41586-026-10809-9