Un banc de poissons de 50 millions d’années!

Ce banc de petit poisson a été brutalement fossilisé. Mais comment? (C: Mizumoto et al./ The Royal Society)

La fossilisation du corps d'un animal est déjà un événement rare. Alors, celle, instantanée, de tout un banc de poissons ?!! Un tel phénomène est-il seulement envisageable? Non, semble-t-il, mais pourtant des  événements de fossilisation bizarres, cela existe… Ainsi, ce petit ptérosaure, qui, il y a 120 millions d'années, happa un petit poisson dans l'eau pratiquement au moment même où un gros poisson le happait à la surface d'un lac jurassique. Encouragé par cet exemple quasi aberrant, examinons le cheminement intellectuel de Nobuaki Mizumoto de l'université d'État d'Arizona, lorsqu'il a découvert ce qui ressemble à un banc de poissons nageant dans le calcaire…

Un banc de poissons découvert au musée

En 2016, Nobuaki Mizumoto visitait le Musée des dinosaures de la préfecture de Fukui dans la ville japonaise de Katsuyama, quand il est tombé sur la photo d'une mince dalle de calcaire grisâtre de 57 par 37,5 centimètres. 259 fossiles de petits poissons y sont visibles.

D'après le commentaire accompagnant son matricule d'enregistrement (FPDM-V8206) au musée, le fossile provient probablement du schiste calcaire de la Green River. Cette formation géologique datant de l’Éocène (56 à 33,9 millions d’années), résulte des dépôts sédimentaires dans un ancien groupe de lacs de montagnes situés le long du cours actuel de la Green River dans les états du Colorado, du Wyoming, et de l'Utah aux États-Unis. Les 259 poissons nageaient donc dans un milieu lacustre.

Le plan d'organisation de leur corps montre qu'il s'agit de percopsidés. Aujourd'hui, cette famille de poisson ne comprend plus que le genre Percopsis, contenant deux espèces de poisson endémiques en Amérique du nord. L'examen des rayons de la nageoire dorsale a conduit les paléontologues à identifier l'espèce éteinte de percopsidés  Erismatopterus levatus.

La survie en groupes coordonnés

Nous avons tous observé que de nombreux animaux chassés tentent de survivre en adoptant un comportement dit «grégaire», c'est-à-dire en se déplaçant en groupes coordonnés. Qu'il s'agisse d'étourneaux, de thons ou encore de zèbres, ce comportement aide à échapper aux prédateurs, en les empêchant de se concentrer sur une proie pour l'isoler et la traquer. Cela est d'autant plus vrai que ces derniers tendent à attaquer la «surface» du groupe, de sorte qu'un individu peut toujours tenter de se sauver en se réfugiant à l'intérieur du groupe.

Le caractère curieux de ce comportement fascine depuis longtemps les éthologues et les écologues. Suivant les espèces et la taille des corps, ils ont étudié les règles que suivent spontanément les animaux afin de s'orienter à chaque instant d'après ses voisins immédiats. La principale de ces règles consiste évidemment à maintenirle mieux possible toujours la même distance avec ses voisins. Pour cette raison, si un animal – un meneur ou un animal attaqué sur le flanc du groupe – change brusquement de direction faisant ainsi varier sa distance aux autres, une réaction en chaîne se déclenche . Elle se traduit par l'apparente propagation au sein du groupe d'une sorte d'«onde de changement de trajectoire ». Dans le cas des nuages d'étourneaux volant au-dessus du plat pays, cela produit ces  évolutions spectaculaires, qui – disons le même si ce n'est pas scientifique – sont juste magnifiques!

Présents à l'origine dans toute l'Eurasie (aujourd'hui sur tous les continents), l'étourneau sansonnet vit en groupe de plusieurs milliers d'individus, dont les ballets virevoltants dans le ciel créent des successions de formes inattendues. (C: Franke de Jong)

Survie au sein des bancs de poissons

Et au sein des bancs de poissons? S'agissant des espèces de poissons vivant normalement en bancs, les écologues ont mis en évidence que les individus isolés sont bien plus en danger d'être dévorés. Ils soulignent au moins quatre effets protecteurs du banc pour l'individu : 1/ le fait déjà évoqué plus haut que le mouvement simultané de nombreuses proies déroute les prédateurs en surchargeant leur vision, un point corroboré tant par l'observation que la simulation ; 2/ la superposition des champs électriques individuels de nombreux poissons rend les systèmes électro-sensibles des prédateurs beaucoup moins efficaces ; 3/ l'agrégation de poissons dans un banc signifie aussi que la surveillance de l'environnement est répartie entre de très nombreux yeux, de sorte que les prédateurs sont annoncés plus tôt ; 4/ la constitution de bancs les plus grands possible a aussi un effet de «dilution du risque», c'est-à-dire que le prélèvement fait par un prédateur sera moins grand en proportion si le banc est plus grand. Un effet statistique qui augmente de facto les chances de survie d'un individu: mieux vaut qu'un choix funeste se fasse parmi dix milles que parmi deux!

Constitué de tout petits poissons, le groupe formé par les 259 Erismatopterus levatus fossilisés rappelle les bancs d'alevins que nous avons tous observés dans les rivières. Ces bancs comprennent facilement des centaines d'individus – comme sur le fossile –, ce qui n'étonne pas si l'on prend en compte l'intérêt pour la surveillance (3/) ou la dilution (4/) de former un groupe de taille nettement plus grande que celle du prédateur (typiquement plusieurs centimètres à plusieurs dizaines centimètres dans une rivière ou un lac) étant donné que cela signifie une alerte plus précoce et davantage de dilution du risque.

Banc ou pas banc, il faut choisir petit poisson!

Les paléontologues ont dénombré les poissons faisant partie du banc et les ont compté en trouvant 259 (deux individus, quelque peu éloignés ont été laissés de côté). Dans un  banc, les poissons nagent normalement à distances égales, mais à l'intérieur d'un nuage, donc en trois dimensions. Point important, les chercheurs ont supposé que le fossile correspond à la projection d'un tel « nuage de poissons» sur un plan horizontal (le fond). Selon les chercheurs, une telle projection emporte l'essentiel de l'information dans la mesure où «les distances verticales sont souvent plus petites que les distances horizontales.».

Une loupe sur une partie du banc illustre ce que l'étude attentive de chacune de ses parties révèle : les poissons avançaient tous dans la même direction. (C: Nobuaki Mizumoto)

Cette hypothèse est-elle plausible? Elle l'est dans la mesure où plusieurs circonstances peuvent l'expliquer. Ainsi, nous avons tous observé que les bancs d'alevins nagent parfois dans seulement quelques centimètres d'eau, dont très près du fond et au sein de nuage tendant à être plats. Et puis, nager en groupe au fond est aussi favorable à la survie dans la mesure où cela met les prédateurs – de gros poissons – en demeure d'attaquer par le haut, tout en ne pouvant le fait vite sous peine de se ficher le nez dans le sable! Vous n'y croyez pas? jetez un coup d'œil au comportement de ce banc d'alevins de poissons-chats photographié depuis une berge, donc dans une eau très peu profonde :

Banc d’alevins groupés (comportement naturel) du poisson chat nord américain Ameiurus melas introduit en Europe et en plein expansion depuis la fin du XX^ème siècle au moins. Cette photo a été prise à partir de la berge en France dans le Lac artificiel et aménagé pour le tourisme, dit Lac de Clarens (À Casteljaloux), alimenté par la rivière Baraton au sud et doté d’un trop plein qui se jette dans la rivière l’Avance. (C: Lamiot)

Or l'analyse statistique des tailles des poissons de la plaque découverte par Nobuaki Mizumoto conforte l'impression que l'on a affaire à un banc d'alevins ou de petits poissons brusquement figé tout près du fond. Il s'avère en effet que les longueurs des corps varient entre 10,57 et 23,54 millimètres, ce qui est beaucoup moins que les quelques 65 millimètres du spécimen qui a servi à décrire l'espèce Erismatopterus levatus. Le fossile a donc bien fixé des juvéniles en masse, c'est-à-dire, clairement, un banc d'alevin, ou du moins de très jeunes poissons.

Nageaient-ils ensemble ? Pour s'en assurer, l'équipe de Nobuaki Mizumoto a analysé les positions et les directions des poissons en deux dimensions afin d'estimer la distance moyenne entre voisins. Il en ressort qu'à quelques exceptions près, la plupart des 257 individus de la plaque se dirigent dans des directions proches (voir ci-dessous):

La répartition des poissons dans le fossile quand on les remplace par un vecteur montrant leur direction. (C:Nobuaki Mizumoto )

Ayant ainsi représenté la longueur et la direction de chaque poisson par un vecteur, les chercheurs ont analysé statistiquement le nuage de flèches obtenu afin de déterminer si sa répartition peut correspondre au hasard. En fait non! Il s'avère que la distribution de la distance par rapport au voisin le plus proche exhibe un pic à une valeur inférieure à la moyenne des longueurs des corps des poissons. Une telle représentation semble impossible si l'on imagine une une masse de poisson non organisée chaotiquement jetée en masse sur le fond dans le cadre d'un événement de fossilisation brusque. La masse de poisson était donc organisée. C'était un banc, du moins si un évènement de fossilisation capable de ne pas perturber son organisation a pu se produire.

Quel phénomène a fossilisé les poissons?

C'est là que se niche la faiblesse de l'analyse menée par l'équipe de Nobuaki Mizumoto. Les paléontologues, du reste, en ont bien conscience:

Dans notre étude, nous avons supposé que notre  banc de poissons a été fixé presque instantanément de sorte que la position de chaque individu et son cap ont été préservées dans le fossile. Ce processus taphonomique a dû être assez rapide pour maintenir les règles d'interactions entre individus, mais il semble qu'il n'a pas préservé complètement toute la structure du banc : il semble en effet que certains individus anormaux se dirigent dans la direction opposée à celle du banc, ce qui suggère que leurs positions ont été modifiées par le phénomène à l'origine de la fossilisation. Il pourrait s'agir de l'effondrement d'une dune de sable sur la nappe d'eau peu profonde où nageaient les poissons, un phénomène dont on sait qu'il se produit plus quelques secondes à minutes. Nous n'avons malheureusement pas trouvé dans la plaque d'indices d'un tel événement, car le fossile est constitué par une plaque très mince ne donnant aucune information sur les couches qui lui furent sous-jacentes.

Cette rivière néozélandaise serpentant doucement au pied d'une dune instable dans le parc naturel du Wainamu en Nouvelle Zélande, donne un exemple du genre de piège susceptible de brusquement un banc d'alevins. Il aura suffi par exemple qu'un gros animal marche au flanc de la dune, pour qu'une coulée de sable envahisse le bord convexe du méandre et ensevelisse très vite le banc en train de nager au soleil dans 10 centimètres d'eau. (C: SM / blog VivreAuckland)

À considérer la photographie du banc d'alevins de poisson-chat reproduite plus haut, il est clair que la brusque survenue d'un phénomène capable de plaquer le nuage de poisson sur le fond d'une eau peu profonde aurait pour effet d'en conserver la structure collective. La chute à la verticale d'une grande masse de matière granulaire aurait cet effet. Une dune?  C'est envisageable étant donné que l'accumulation éolienne de sable à côté d'un lac est un phénomène se produisant encore (par exemple sur le lac de Wainamu dans le parc naturel du même nom en Nouvelle Zélande). Considérant que les bancs d'alevins ou de petits poissons nagent souvent dans une eau de quelques centimètres d'épaisseur seulement, la survenue d'un tel évènement apparaît plausible. Le sédiment sableux aurait au cours des millions d'années subséquents à la fossilisation été consolidé par l'infiltration d'eau chargée en carbonates...

Malgré ce «faisceau des plausibles» et la soigneuse analyse statistique menée par Nobuaki Mizumoto, le doute s'est s'immiscé dans les discussions qui ont suivi la publication du papier des Japonais. Un doute que le paléontologue Michael Benton de l'université de Bristol,  en Grande-Bretagne, interrogé par le New York Times, a relativisé en rappelant qu'étant donné l'absence de données, on ne pourra de toute façon que spéculer sans fin sur le phénomène à l'origine de cette curieuse fossilisation. Pour lui, le fossile étudié par Nobuaki Mizumoto constitue bien une première preuve de l'existence de bancs de poissons dans le passé lointain.

Alors, devons nous en douter? Nous n'en doutons guère, tant la sensation de voir un banc de poissons nageant dans le calcaire nous a de toute façon assailli d'emblée, voire convaincus (ce qui est peu scientifique). Et puis, pourquoi douter du fait que des poissons nageaient spontanément en banc pendant l'Éocène, puisque, comme le montre bien, le cas curieux ce petit ptérosaure gobant une petit poisson et gobé par un gros poisson, la prédation existe depuis bien plus longtemps que 50 millions d’années. Alors, peut-être que des poissons nagent en banc depuis… le Cambrien (541 à 485,4 millions d'années), des amphibiens depuis le… Dévonien (419,2 à 358,9 millions d'années), des reptiles herbivores se déplacent en troupe au depuis le Permien (298,9 à 252,2 millions d'années), des dinosaures se déplacent en troupeaux depuis le Trias (252,2 à 201,3 millions d'années), des ptérosaures ou/et des dinosaures volent en meutes depuis le Jurassique (-201,3 à - 145 millions d'années), des mammifères herbivores courent en troupeaux depuis…

Oui, les bancs de poissons existent depuis 50 millions d'années au moins et sûrement bien plus !