Multiscale architecture and composition of two South Australian Bryozoa: Celleporaria cristata and Densipora corrugata

Bien en dessous de la surface de l'océan, dans les eaux tempérées et fraîches au large des côtes de l'Australie, de minuscules animaux coloniaux connus sous le nom de bryozoaires construisent des demeures de pierre complexes. Ces créatures, souvent appelées « animaux mousses », ne sont pas des individus isolés mais de vastes communautés de clones microscopiques travaillant ensemble. Depuis des siècles, les scientifiques savent que ces colonies sont composées de carbonate de calcium, le même minéral que l'on trouve dans le calcaire et les coquillages. Cependant, l'histoire de la manière dont ces animaux construisent leurs squelettes, et les secrets que ces squelettes pourraient détenir sur l'environnement dans lequel ils vivent, est restée largement cachée. Le défi réside dans l'échelle : les structures sont si petites qu'elles nécessitent des microscopes puissants pour être vues, et les signaux chimiques qu'elles contiennent sont si faibles qu'ils passent facilement inaperçus avec des outils standards. Comprendre ces minuscules bâtisseurs est crucial car ils sont des contributeurs majeurs aux dépôts de carbonate mondiaux, et leurs squelettes pourraient potentiellement servir de registres historiques des conditions océaniques, à condition que nous apprenions à lire le langage chimique écrit dans leurs murs de pierre.

Une équipe de chercheurs s'est donné pour mission de décoder ce langage en étudiant deux espèces spécifiques de bryozoaires trouvées dans les prairies de zostères de l'Australie du Sud. Bien qu'appartenant à des familles évolutives différentes qui se sont séparées il y a des centaines de millions d'années, ces deux espèces, Celleporaria cristata et Densipora corrugata, ont évolué pour paraître presque identiques de l'extérieur. Les deux forment des colonies en forme de fuseau qui poussent le long des tiges de zostera, présentant une série de crêtes proéminentes parcourant leurs surfaces. Les scientifiques voulaient savoir si cette similitude frappante de forme signifiait qu'elles construisaient leurs maisons de la même manière, ou si leurs différences ancestrales dictaient encore les détails microscopiques de leur construction. Pour le découvrir, ils ont utilisé un ensemble de techniques d'imagerie avancées pour examiner les colonies, de la taille de l'animal entier jusqu'aux grains de minéraux individuels qui composent leurs parois.

L'investigation a commencé par l'examen de la forme globale et de l'organisation interne des colonies. En utilisant une numérisation 3D haute résolution, les chercheurs ont confirmé que, bien que les formes externes soient des jumelles quasi parfaites, les chambres internes où vivaient les animaux individuels étaient fondamentalement différentes. Chez une espèce, les chambres vivantes étaient de forme cubique, tandis que chez l'autre, elles étaient de longs tubes. Cette différence reflétait leurs histoires évolutives distinctes. Pourtant, lorsque l'équipe a zoomé davantage pour examiner les parois elles-mêmes, elle a découvert un terrain d'entente surprenant. Les deux espèces construisaient leurs parois en utilisant un mélange de minuscules plaques minérales plates et de petits amas granuleux de carbonate de calcium. Au niveau le plus infime, les deux étaient constituées de nanogranules, de minuscules particules arrondies allant de 65 à 250 nanomètres de taille. Cela suggère qu'en dépit de leurs chemins évolutifs différents, les deux animaux utilisent les mêmes blocs de construction de base pour assembler leurs maisons de pierre, en formant probablement celles-ci en collant ces minuscules particules ensemble.

Les chercheurs ont ensuite porté leur attention sur la composition chimique de ces murs de pierre, plus précisément en cherchant le magnésium, un élément qui se retrouve souvent piégé dans le carbonate de calcium lors de sa formation. Ils ont découvert que les deux espèces incorporent du magnésium dans leurs squelettes, mais qu'elles le font selon des modèles très différents. Dans l'espèce aux chambres en forme de tubes, le magnésium était concentré dans des bandes distinctes qui s'alignaient parfaitement avec les crêtes externes à la surface de la colonie. Ce motif a conduit les scientifiques à une hypothèse convaincante : ces crêtes pourraient être des marques de croissance annuelle, semblables aux cernes d'un arbre. Comme les niveaux de magnésium chez les animaux marins augmentent souvent pendant les mois d'été plus chauds, les crêtes riches en magnésium pourraient représenter des périodes de croissance estivale rapide. Si cela est vrai, les colonies pourraient avoir plusieurs années, le nombre de crêtes indiquant leur âge. En revanche, l'autre espèce présentait du magnésium dispersé en bandes irrégulières à travers ses parois, sans lien clair avec la forme externe, rendant impossible l'utilisation de la même méthode pour déterminer son âge.

Au-delà des minéraux, l'équipe a également étudié les matières organiques piégées dans la pierre. Tous les êtres vivants qui construisent des coquilles dures mélangent certaines molécules organiques, comme des protéines et des sucres, pour guider la formation du minéral. Les chercheurs ont découvert que les deux espèces utilisaient des recettes organiques très différentes. L'espèce aux chambres cubiques possédait des parois riches en protéines, qui semblaient faire partie d'une peau protectrice externe, ou cuticule, qui est incorporée dans la paroi à mesure que l'animal grandit. L'autre espèce, qui ne possède pas cette peau externe, avait des parois remplies de couches organiques riches en glucides situées entre les grains minéraux. Cette différence souligne comment deux animaux qui se ressemblent à l'extérieur peuvent avoir des stratégies biologiques internes de construction de squelette complètement différentes.

L'étude conclut que, bien que ces deux bryozoaires aient convergé vers une forme similaire pour survivre dans le même environnement, leur construction interne reste un témoignage de leur passé évolutif unique. Les résultats offrent une nouvelle façon de percevoir ces petites colonies, suggérant que l'espèce aux crêtes riches en magnésium pourrait servir de registre naturel des températures océaniques passées. En comptant les crêtes et en analysant leur chimie, les scientifiques pourraient reconstruire l'histoire du réchauffement estival dans ces écosystèmes de zostera. Ce travail ne se contente pas de décrire comment ces animaux construisent ; il ouvre une porte pour utiliser leurs demeures de pierre comme outils afin de surveiller l'évolution de nos océans, transformant une colonie microscopique en une fenêtre sur le climat du passé.