Repenser la phylogénie des thérapsides par des approches bayésiennes et cladistiques

Un chapitre caché de notre arbre généalogique

Les mammifères, y compris les humains, tirent leurs origines d’un groupe d’« reptiles semblables à des mammifères » anciens appelés thérapsides, qui parcouraient la Terre bien avant les dinosaures. Pourtant, une période cruciale de leur histoire ancienne manque dans le registre fossile, laissant d’importantes questions sur le moment et la manière dont ces animaux se sont diversifiés pour la première fois. Cette étude revisite ce mystère en utilisant des outils statistiques modernes, montrant que les thérapsides sont probablement apparus plus tôt que ne le suggèrent leurs fossiles et se sont rapidement ramifiés en principales lignées qui mèneront finalement aux mammifères.

Parents anciens dans un registre fossile lacunaire

Les thérapsides dominaient les vertébrés terrestres pendant le Permien, il y a environ 300 à 250 millions d’années. Ils comprennent plusieurs groupes majeurs, dont certains donneront finalement naissance aux véritables mammifères. Mais dans les couches géologiques qui devraient enregistrer leur évolution précoce, il existe un intervalle déroutant avec très peu de fossiles, connu sous le nom d’écart d’Olson. Avant cet intervalle, le monde est rempli de parents plus primitifs ; après lui, des groupes de thérapsides entièrement formés apparaissent soudainement dans de nombreuses régions du globe. Ce saut net a rendu difficile l’élucidation des relations entre ces groupes et de la vitesse à laquelle ils ont évolué.

Apporter de nouveaux outils mathématiques à de vieux os

La plupart des études antérieures ont tenté de reconstruire les relations des thérapsides en utilisant une méthode traditionnelle appelée parcimonie, qui recherche l’arbre évolutif le plus simple possible. Les auteurs de cet article ont construit à la place un nouveau jeu de données centré sur les caractères crâniens de 42 espèces de thérapsides précoces et de leurs plus proches parents non thérapsides, en codant 99 traits anatomiques. Ils ont ensuite appliqué des approches bayésiennes — des méthodes probabilistes capables de modéliser explicitement l’incertitude et d’estimer le moment des séparations évolutives — mises en œuvre dans deux logiciels, MrBayes et RevBayes. Ces analyses ont utilisé des modèles combinant les âges fossiles avec des processus « naissance‑mort », décrivant la branchement (spéciation), l’extinction et la fossilisation au fil du temps.

Réorganiser l’arbre familial des thérapsides

Les arbres bayésiens sont plus entièrement résolus que les résultats de la parcimonie et renversent certaines hypothèses de longue date. Ils soutiennent un large sous‑groupe nommé Neotherapsida, dans lequel les anomodontes herbivores sont les plus proches parents des thériodontes majoritairement carnivores. Parmi les thériodontes, les gorgonopsiens à défenses surgissent comme sœurs du groupe qui inclut les thérocephaliens et les cynodontes, ces derniers menant finalement aux mammifères. L’étude trouve également des preuves que deux groupes majeurs, les Biarmosuchia et les Dinocephalia, forment une branche commune plus large, une relation suggérée dans des travaux descriptifs plus anciens mais peu soutenue par les analyses informatiques antérieures. Plusieurs espèces chinoises célèbres de la faune de Dashankou — Raranimus, Biseridens et Sinophoneus — se déplacent vers de nouvelles positions près de la base de l’arbre, affaiblissant les affirmations antérieures selon lesquelles certaines d’entre elles appartiennent à des lignées ultérieures bien définies.

Combler l’écart dans le temps

En combinant l’anatomie avec les âges fossiles et un modèle de naissance‑mort fossilisé, les auteurs ont estimé quand les principaux groupes de thérapsides se sont séparés. Leurs résultats indiquent une origine de la lignée des thérapsides au début du Permien, avant le début de l’écart d’Olson, même si des fossiles clairs de cette époque manquent. La plupart des groupes majeurs connus actuellement — tels que Biarmosuchia, Dinocephalia, Anomodontia, Gorgonopsia et Eutheriodontia — semblent se diversifier rapidement entre environ 281 et 272 millions d’années, en traversant l’écart lui‑même. Une modélisation supplémentaire suggère qu’il y a eu des pulses d’extinction accrues, dont un pendant l’écart d’Olson, mais que les taux de fossilisation sont restés relativement stables. Ce schéma correspond à un scénario où une extinction antérieure a élagué des lignées plus anciennes tout en ouvrant des niches écologiques permettant la diversification des thérapsides.

Ce que cela signifie pour l’essor des mammifères

Pour un non‑spécialiste, le message clé est que nos ancêtres mammifères n’ont pas simplement surgi soudainement, entièrement formés, ni n’ont évolué dans une obscurité totale. Au contraire, ce travail soutient une histoire en deux temps : une phase initiale mal documentée au cours de laquelle les thérapsides se sont progressivement séparés de leurs prédécesseurs plus reptiliens, suivie d’une explosion rapide de diversification autour de l’époque de l’écart d’Olson. Les nouvelles analyses bayésiennes réorganisent les branches de l’arbre familial des thérapsides et suggèrent que certains groupes considérés comme distincts peuvent en réalité former des lignées plus larges, et que les cynodontes — les précurseurs directs des mammifères — sont probablement issus d’animaux de grade thérocephalien. À mesure que de nouveaux fossiles seront découverts, en particulier dans des couches couvrant l’écart d’Olson, ce cadre affiné aidera les paléontologues à les situer plus précisément et à clarifier davantage comment et quand nos lointains ancêtres ont fait leurs premiers pas vers la transformation en mammifères.

Citation: Duhamel, A., Wynd, B., Wright, A.M. et al. Rethinking therapsid phylogeny through Bayesian and cladistic approaches. Sci Rep 16, 13171 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38195-2

Mots-clés: thérapsides, fossiles du Permien, phylogénie, évolution bayésienne, l’écart d’Olson