Fossile -Fossil

Un fossile (du latin classique fossilis , lit. « obtenu en creusant ») est un reste, une impression ou une trace préservée d'une chose autrefois vivante d'un âge géologique passé . Les exemples incluent les os , les coquillages , les exosquelettes , les empreintes de pierre d'animaux ou de microbes , les objets conservés dans l' ambre , les cheveux , le bois pétrifié , le pétrole , le charbon et les restes d'ADN . La totalité des fossiles est connue sous le nom de registre fossile .

La paléontologie est l'étude des fossiles : leur âge, leur méthode de formation et leur signification évolutive . Les spécimens sont généralement considérés comme des fossiles s'ils ont plus de 10 000 ans. Les fossiles les plus anciens ont entre 3,48 et 4,1 milliards d'années. L'observation au XIXe siècle que certains fossiles étaient associés à certaines strates rocheuses a conduit à la reconnaissance d'une échelle de temps géologique et des âges relatifs des différents fossiles. Le développement des techniques de datation radiométrique au début du XXe siècle a permis aux scientifiques de mesurer quantitativement l' âge absolu des roches et des fossiles qu'elles abritent.

De nombreux processus conduisent à la fossilisation , notamment la perminéralisation , les moulages et les moisissures, la minéralisation authigène , le remplacement et la recristallisation, l'adpression, la carbonisation et la bioimmuration.

Les fossiles varient en taille, des bactéries d'un micromètre (1 µm) aux dinosaures et aux arbres, de plusieurs mètres de long et pesant plusieurs tonnes. Un fossile ne conserve normalement qu'une partie de l'organisme décédé, généralement la partie qui a été partiellement minéralisée au cours de la vie, comme les os et les dents des vertébrés , ou les exosquelettes chitineux ou calcaires des invertébrés . Les fossiles peuvent également être constitués des marques laissées par l'organisme de son vivant, telles que des traces d'animaux ou des excréments ( coprolithes ). Ces types de fossiles sont appelés fossiles traces ou ichnofossiles , par opposition aux fossiles corporels . Certains fossiles sont biochimiques et sont appelés chimiofossiles ou biosignatures .

Processus de fossilisation

Le processus de fossilisation varie selon le type de tissu et les conditions externes.

Perminéralisation

Bryozoaire perminéralisé du Dévonien du Wisconsin.

La perminéralisation est un processus de fossilisation qui se produit lorsqu'un organisme est enterré. Les espaces vides au sein d'un organisme (espaces remplis de liquide ou de gaz au cours de la vie) se remplissent d' eau souterraine riche en minéraux . Les minéraux précipitent de la nappe phréatique, occupant les espaces vides. Ce processus peut se produire dans de très petits espaces, comme dans la paroi cellulaire d'une cellule végétale . La perminéralisation à petite échelle peut produire des fossiles très détaillés. Pour que la perminéralisation se produise, l'organisme doit être recouvert de sédiments peu après la mort, sinon les restes sont détruits par les charognards ou la décomposition. Le degré auquel les restes sont décomposés lorsqu'ils sont recouverts détermine les détails ultérieurs du fossile. Certains fossiles ne sont constitués que de restes squelettiques ou de dents; d'autres fossiles contiennent des traces de peau , de plumes ou même de tissus mous. C'est une forme de diagenèse .

Moulages et moules

Moisissure externe d'un bivalve de la Formation de Logan , Carbonifère inférieur , Ohio

Dans certains cas, les restes originaux de l'organisme se dissolvent complètement ou sont autrement détruits. Le trou restant en forme d'organisme dans la roche s'appelle un moule externe . Si ce vide est ensuite rempli de sédiments, le moulage résultant ressemble à ce à quoi ressemblait l'organisme. Un endocast , ou moule interne , est le résultat de sédiments remplissant l'intérieur d'un organisme, comme l'intérieur d'un bivalve ou d'un escargot ou le creux d'un crâne . Les endocasts sont parfois appelés Steinkerns , en particulier lorsque les bivalves sont préservés de cette façon.

Minéralisation authigène

Il s'agit d'une forme spéciale de moulage et de formation de moules. Si la chimie est bonne, l'organisme (ou le fragment d'organisme) peut agir comme un noyau pour la précipitation de minéraux tels que la sidérite , entraînant la formation d'un nodule autour de lui. Si cela se produit rapidement avant une dégradation significative du tissu organique, des détails morphologiques tridimensionnels très fins peuvent être préservés. Les nodules des gisements fossilifères carbonifères de Mazon Creek dans l'Illinois, aux États-Unis, comptent parmi les exemples les mieux documentés d'une telle minéralisation.

Remplacement et recristallisation

Fossiles silicifiés (remplacés par de la silice) de la Formation de Road Canyon (Permien moyen du Texas)
Corail scléractinien recristallisé (aragonite à calcite) du Jurassique du sud d'Israël

Le remplacement se produit lorsque la coquille, l'os ou un autre tissu est remplacé par un autre minéral. Dans certains cas, le remplacement minéral de la coquille d'origine se produit si progressivement et à des échelles si fines que les caractéristiques microstructurales sont préservées malgré la perte totale du matériau d'origine. Une coquille est dite recristallisée lorsque les composés squelettiques d'origine sont toujours présents mais sous une forme cristalline différente, comme de l' aragonite à la calcite .

Adpression (impression de compression)

Les fossiles de compression , comme ceux des fougères fossiles, sont le résultat de la réduction chimique des molécules organiques complexes composant les tissus de l'organisme. Dans ce cas, le fossile est constitué de matériau d'origine, bien que dans un état géochimiquement altéré. Cette modification chimique est une expression de la diagenèse . Souvent, ce qui reste est un film carboné appelé phytoleim, auquel cas le fossile est appelé une compression. Souvent, cependant, le phytoleim est perdu et tout ce qui reste est une empreinte de l'organisme dans la roche - une empreinte fossile. Dans de nombreux cas, cependant, les compressions et les impressions se produisent ensemble. Par exemple, lorsque la roche est cassée, le phytoleim sera souvent attaché à une partie (compression), alors que la contrepartie ne sera qu'une empreinte. Pour cette raison, un terme recouvre les deux modes de conservation : l' adpression .

Préservation des tissus mous, des cellules et des molécules

En raison de leur ancienneté, une exception inattendue à l'altération des tissus d'un organisme par réduction chimique des molécules organiques complexes lors de la fossilisation a été la découverte de tissus mous dans les fossiles de dinosaures, y compris les vaisseaux sanguins, et l'isolement de protéines et la preuve de fragments d'ADN. . En 2014, Mary Schweitzer et ses collègues ont signalé la présence de particules de fer ( goethite -aFeO(OH)) associées à des tissus mous récupérés sur des fossiles de dinosaures. Sur la base de diverses expériences qui ont étudié l'interaction du fer dans l'hémoglobine avec le tissu des vaisseaux sanguins, ils ont proposé que l'hypoxie en solution couplée à la chélation du fer améliore la stabilité et la préservation des tissus mous et fournit la base d'une explication de la préservation imprévue des tissus mous fossiles. Cependant, une étude un peu plus ancienne basée sur huit taxons allant du Dévonien au Jurassique a révélé que des fibrilles raisonnablement bien conservées qui représentent probablement le collagène étaient préservées dans tous ces fossiles et que la qualité de la conservation dépendait principalement de l'arrangement du collagène. fibres, avec un emballage serré favorisant une bonne conservation. Il ne semblait pas y avoir de corrélation entre l'âge géologique et la qualité de la conservation, dans ce laps de temps.

Carbonisation et coalification

Les fossiles carbonisés ou coalifiés sont constitués de restes organiques qui ont été réduits principalement en l'élément chimique carbone. Les fossiles carbonisés consistent en un film mince qui forme une silhouette de l'organisme d'origine, et les restes organiques d'origine étaient généralement des tissus mous. Les fossiles coalifiés sont principalement constitués de charbon et les restes organiques d'origine étaient généralement de composition ligneuse.

Bioimmuration

Les trous en forme d'étoile ( Catellocaula vallata ) dans ce bryozoaire de l'Ordovicien supérieur représentent un organisme à corps mou préservé par bioimmuration dans le squelette du bryozoaire.

La bioimmuration se produit lorsqu'un organisme squelettique envahit ou subsume d'une autre manière un autre organisme, préservant ce dernier, ou une impression de celui-ci, dans le squelette. Il s'agit généralement d'un organisme squelettique sessile , tel qu'un bryozoaire ou une huître , qui se développe le long d'un substrat , recouvrant d'autres sclérobiontes sessiles . Parfois, l'organisme bio-immuré a un corps mou et est ensuite conservé en relief négatif comme une sorte de moisissure externe. Il existe également des cas où un organisme s'installe au-dessus d'un organisme squelettique vivant qui pousse vers le haut, préservant le colon dans son squelette. La bioimmuration est connue dans les archives fossiles de l' Ordovicien au Récent.

Les types

Exemples de fossiles index

Indice

Les fossiles index (également appelés fossiles guides, fossiles indicateurs ou fossiles de zone) sont des fossiles utilisés pour définir et identifier des périodes géologiques (ou stades fauniques). Ils partent du principe que, bien que différents sédiments puissent sembler différents selon les conditions dans lesquelles ils ont été déposés, ils peuvent inclure les restes de la même espèce de fossile. Plus l'intervalle de temps des espèces est court, plus les différents sédiments peuvent être corrélés avec précision, et les fossiles d'espèces à évolution rapide sont donc particulièrement précieux. Les meilleurs fossiles index sont communs, faciles à identifier au niveau de l'espèce et ont une large distribution, sinon la probabilité d'en trouver et d'en reconnaître un dans les deux sédiments est faible.

Trace

Les traces fossiles se composent principalement de pistes et de terriers, mais comprennent également des coprolithes ( excréments fossiles ) et des marques laissées par l'alimentation. Les traces fossiles sont particulièrement importantes car elles représentent une source de données qui ne se limite pas aux animaux avec des parties dures facilement fossilisables, et elles reflètent les comportements des animaux. De nombreuses traces datent de beaucoup plus tôt que les fossiles corporels d'animaux dont on pense qu'ils ont été capables de les fabriquer. Alors que l'attribution exacte des traces fossiles à leurs créateurs est généralement impossible, les traces peuvent par exemple fournir la première preuve physique de l'apparition d'animaux modérément complexes (comparables aux vers de terre ).

Les coprolites sont classés comme des traces fossiles par opposition aux fossiles corporels, car ils témoignent du comportement de l'animal (dans ce cas, son régime alimentaire) plutôt que de sa morphologie. Ils ont été décrits pour la première fois par William Buckland en 1829. Avant cela, ils étaient connus sous le nom de " cônes de sapin fossile " et de " pierres de bézoard ". Ils servent un objectif précieux en paléontologie car ils fournissent des preuves directes de la prédation et du régime alimentaire d'organismes éteints. Les coprolites peuvent varier en taille de quelques millimètres à plus de 60 centimètres.

De transition

Un fossile de transition est tout reste fossilisé d'une forme de vie qui présente des traits communs à la fois à un groupe ancestral et à son groupe descendant dérivé. Ceci est particulièrement important lorsque le groupe descendant est nettement différencié par l'anatomie grossière et le mode de vie du groupe ancestral. En raison de l'incomplétude des archives fossiles, il n'y a généralement aucun moyen de savoir exactement à quel point un fossile de transition est proche du point de divergence. Ces fossiles rappellent que les divisions taxonomiques sont des constructions humaines imposées rétrospectivement sur un continuum de variation.

Microfossiles

Microfossiles d'environ 1 mm

Microfossil est un terme descriptif appliqué aux plantes et animaux fossilisés dont la taille est juste au niveau ou en dessous du niveau auquel le fossile peut être analysé à l'œil nu. Un point de coupure couramment appliqué entre les fossiles "micro" et "macro" est de 1 mm. Les microfossiles peuvent être des organismes complets (ou presque complets) en eux-mêmes (tels que les foraminifères plancteurs marins et les coccolithophores ) ou des composants (tels que de petites dents ou des spores ) d'animaux ou de plantes plus gros. Les microfossiles sont d'une importance critique en tant que réservoir d' informations paléoclimatiques et sont également couramment utilisés par les biostratigraphes pour aider à la corrélation des unités rocheuses.

Résine

La guêpe Leptofoenus pittfieldae piégée dans l'ambre dominicain , il y a 20 à 16 millions d'années. Il n'est connu que par ce spécimen.

La résine fossile (familièrement appelée ambre ) est un polymère naturel présent dans de nombreux types de strates à travers le monde, même dans l' Arctique . La résine fossile la plus ancienne date du Trias , bien que la plupart date du Cénozoïque . On pense que l'excrétion de la résine par certaines plantes est une adaptation évolutive pour la protection contre les insectes et pour sceller les plaies. La résine fossile contient souvent d'autres fossiles appelés inclusions qui ont été capturés par la résine collante. Il s'agit notamment des bactéries, des champignons, d'autres plantes et des animaux. Les inclusions animales sont généralement de petits invertébrés , principalement des arthropodes tels que des insectes et des araignées, et très rarement un vertébré tel qu'un petit lézard. La conservation des inclusions peut être exquise, y compris de petits fragments d' ADN .

Dérivé ou retravaillé

Centrum vertébral de plésiosaure du Jurassique érodé trouvé dans les graviers d'éponge Faringdon du Crétacé inférieur à Faringdon, en Angleterre. Un exemple de fossile remanié .

Un fossile dérivé , retravaillé ou remanié est un fossile trouvé dans la roche qui s'est accumulé beaucoup plus tard que la mort de l'animal ou de la plante fossilisée. Les fossiles retravaillés sont créés par l'érosion exhumant (libérant) les fossiles de la formation rocheuse dans laquelle ils ont été déposés à l'origine et leur redéposition dans un dépôt sédimentaire plus jeune.

Bois

Bois pétrifié . La structure interne de l'arbre et de l'écorce est maintenue dans le processus de perminéralisation .
Section polie de bois pétrifié montrant les cernes annuels

Le bois fossile est du bois qui est conservé dans les archives fossiles. Le bois est généralement la partie d'une plante qui est la mieux conservée (et la plus facile à trouver). Le bois fossile peut ou non être pétrifié . Le bois fossile peut être la seule partie de la plante qui a été préservée : par conséquent, ce bois peut recevoir un type particulier de nom botanique . Cela inclura généralement "xylon" et un terme indiquant son affinité présumée, comme Araucarioxylon (bois d' Araucaria ou d'un genre apparenté), Palmoxylon (bois d'un palmier indéterminé ) ou Castanoxylon (bois d'un chinkapin indéterminé ).

Sous-fossile

Un squelette de dodo sous-fossile

Le terme sous- fossile peut être utilisé pour désigner des restes, tels que des os, des nids ou des dépôts fécaux , dont le processus de fossilisation n'est pas complet, soit parce que la durée de vie de l'animal concerné est trop courte (moins de 10 000 ans) ou car les conditions dans lesquelles les restes ont été enterrés n'étaient pas optimales pour la fossilisation. Les sous-fossiles se trouvent souvent dans des grottes ou d'autres abris où ils peuvent être conservés pendant des milliers d'années. L'importance principale des sous-fossiles par rapport aux restes fossiles est que les premiers contiennent de la matière organique, qui peut être utilisée pour la datation au radiocarbone ou l'extraction et le séquençage d'ADN , de protéines ou d'autres biomolécules. De plus, les rapports isotopiques peuvent fournir de nombreuses informations sur les conditions écologiques dans lesquelles vivaient les animaux disparus. Les sous-fossiles sont utiles pour étudier l'histoire évolutive d'un environnement et peuvent être importants pour les études en paléoclimatologie .

Les sous-fossiles se trouvent souvent dans des environnements de dépôt, tels que les sédiments lacustres, les sédiments océaniques et les sols. Une fois déposés, les altérations physiques et chimiques peuvent altérer l'état de conservation, et de petits sous-fossiles peuvent également être ingérés par des organismes vivants . Les restes subfossiles datant du Mésozoïque sont exceptionnellement rares, sont généralement dans un état de décomposition avancé et sont par conséquent très contestés. La grande majorité des matériaux sous-fossiles provient des sédiments du Quaternaire , y compris de nombreuses capsules céphaliques sous-fossilisées de chironomes , des carapaces d' ostracodes , des diatomées et des foraminifères .

Sous- fossile Theba geminata

Pour les restes tels que les coquillages de mollusques , qui ne changent souvent pas leur composition chimique au cours du temps géologique, et peuvent parfois même conserver des caractéristiques telles que les marques de couleur d'origine pendant des millions d'années, l'étiquette « sous-fossile » est appliquée aux coquillages qui sont considérés comme étant des milliers d'années, mais sont d' âge Holocène , et ne sont donc pas assez vieux pour être de l' époque Pléistocène .

Fossiles chimiques

Les fossiles chimiques, ou chimiofossiles, sont des produits chimiques trouvés dans les roches et les combustibles fossiles (pétrole, charbon et gaz naturel) qui fournissent une signature organique pour la vie ancienne. Les fossiles moléculaires et les rapports isotopiques représentent deux types de fossiles chimiques. Les plus anciennes traces de vie sur Terre sont des fossiles de ce type, y compris des anomalies isotopiques du carbone trouvées dans les zircons qui impliquent l'existence de la vie il y a déjà 4,1 milliards d'années.

Sortir ensemble

Estimation des dates

La paléontologie cherche à cartographier l'évolution de la vie à travers le temps géologique. Un obstacle important est la difficulté de déterminer l'âge des fossiles. Les lits qui préservent les fossiles manquent généralement des éléments radioactifs nécessaires à la datation radiométrique . Cette technique est notre seul moyen de donner un âge absolu aux roches âgées de plus de 50 millions d'années environ, et peut être précise à 0,5% ou mieux. Bien que la datation radiométrique nécessite un travail de laboratoire minutieux, son principe de base est simple : les vitesses auxquelles divers éléments radioactifs se désintègrent sont connues, et ainsi le rapport de l'élément radioactif à ses produits de désintégration indique depuis combien de temps l'élément radioactif a été incorporé dans la roche. Les éléments radioactifs ne sont communs que dans les roches d'origine volcanique, et donc les seules roches fossilifères qui peuvent être datées par radiométrie sont les couches de cendres volcaniques, qui peuvent fournir des terminaisons pour les sédiments intermédiaires.

Stratigraphie

Par conséquent, les paléontologues s'appuient sur la stratigraphie pour dater les fossiles. La stratigraphie est la science du déchiffrement du "layer-cake" qu'est l' enregistrement sédimentaire . Les roches forment normalement des couches relativement horizontales, chaque couche étant plus jeune que celle qui se trouve en dessous. Si un fossile est trouvé entre deux couches dont les âges sont connus, l'âge du fossile est prétendu se situer entre les deux âges connus. Étant donné que les séquences rocheuses ne sont pas continues, mais peuvent être interrompues par des failles ou des périodes d' érosion , il est très difficile de faire correspondre des lits rocheux qui ne sont pas directement adjacents. Cependant, des fossiles d'espèces ayant survécu relativement peu de temps peuvent être utilisés pour apparier des roches isolées : cette technique s'appelle la biostratigraphie . Par exemple, le conodonte Eoplacognathus pseudoplanus a une courte portée dans la période de l'Ordovicien moyen. Si des roches d'âge inconnu présentent des traces d' E. pseudoplanus , elles ont un âge mi-ordovicien. Ces fossiles d'indice doivent être distinctifs, être distribués à l'échelle mondiale et occuper une courte période de temps pour être utiles. Des résultats trompeurs sont produits si les fossiles index sont datés de manière incorrecte. La stratigraphie et la biostratigraphie ne peuvent en général fournir qu'une datation relative ( A était avant B ), ce qui est souvent suffisant pour étudier l'évolution. Cependant, cela est difficile pendant certaines périodes, en raison des problèmes liés à l'appariement des roches du même âge à travers les continents . Les relations entre les arbres généalogiques aident également à préciser la date à laquelle les lignées sont apparues pour la première fois. Par exemple, si les fossiles de B ou C datent d'il y a X millions d'années et que "l'arbre généalogique" calculé indique que A était un ancêtre de B et C, alors A doit avoir évolué plus tôt.

Il est également possible d'estimer depuis combien de temps deux clades vivants ont divergé, c'est-à-dire depuis combien de temps approximativement leur dernier ancêtre commun a dû vivre, en supposant que les mutations de l'ADN s'accumulent à un rythme constant. Ces « horloges moléculaires », cependant, sont faillibles et ne fournissent qu'une chronologie approximative : par exemple, elles ne sont pas suffisamment précises et fiables pour estimer quand les groupes qui figuraient dans l' explosion cambrienne ont évolué pour la première fois, et les estimations produites par différentes techniques peuvent varier selon un facteur de deux.

Limites

Certaines des lacunes les plus remarquables dans les archives fossiles (en octobre 2013) montrent une tendance vers les organismes avec des parties dures.

Les organismes ne sont que rarement conservés sous forme de fossiles dans le meilleur des cas, et seule une fraction de ces fossiles a été découverte. Ceci est illustré par le fait que le nombre d'espèces connues à travers les archives fossiles est inférieur à 5% du nombre d'espèces vivantes connues, ce qui suggère que le nombre d'espèces connues à travers les fossiles doit être bien inférieur à 1% de toutes les espèces qui ont jamais vécu. En raison des circonstances spécialisées et rares requises pour qu'une structure biologique se fossilise, on peut s'attendre à ce que seul un petit pourcentage de formes de vie soit représenté dans les découvertes, et chaque découverte ne représente qu'un instantané du processus d'évolution. La transition elle-même ne peut être illustrée et corroborée que par des fossiles de transition, qui ne démontreront jamais un point à mi-chemin exact.

Les archives fossiles sont fortement biaisées en faveur des organismes avec des parties dures, laissant la plupart des groupes d' organismes à corps mou avec peu ou pas de rôle. Il regorge de mollusques , de vertébrés , d ' échinodermes , de brachiopodes et de certains groupes d ' arthropodes .

Des sites

Lagerstätten

Les sites fossiles avec une préservation exceptionnelle - comprenant parfois des tissus mous préservés - sont connus sous le nom de Lagerstätten - en allemand pour «lieux de stockage». Ces formations peuvent résulter de l'enfouissement des carcasses dans un environnement anoxique avec un minimum de bactéries, ralentissant ainsi la décomposition. Lagerstätten couvre le temps géologique de la période cambrienne à nos jours . Dans le monde entier, certains des meilleurs exemples de fossilisation presque parfaite sont les schistes cambriens de Maotianshan et les schistes de Burgess , les ardoises dévoniennes de Hunsrück , le calcaire jurassique de Solnhofen et les localités carbonifères de Mazon Creek .

Stromatolites

Stromatolithes du Protérozoïque inférieur de Bolivie , Amérique du Sud

Les stromatolites sont des structures d'accrétion en couches formées dans les eaux peu profondes par le piégeage, la liaison et la cimentation des grains sédimentaires par des biofilms de micro -organismes , en particulier des cyanobactéries . Les stromatolites fournissent certains des enregistrements fossiles les plus anciens de la vie sur Terre, remontant à plus de 3,5 milliards d'années.

Les stromatolithes étaient beaucoup plus abondants à l'époque précambrienne. Alors que les restes fossiles archéens plus anciens sont présumés être des colonies de cyanobactéries , les fossiles plus jeunes (c'est-à-dire du Protérozoïque ) peuvent être des formes primordiales des chlorophytes eucaryotes (c'est-à-dire des algues vertes ). Un genre de stromatolite très commun dans les archives géologiques est Collenia . La première stromatolite d'origine microbienne confirmée remonte à 2,724 milliards d'années.

Une découverte de 2009 fournit des preuves solides de stromatolites microbiens remontant à 3,45 milliards d'années.

Les stromatolites sont un constituant majeur des archives fossiles des 3,5 premiers milliards d'années de la vie, culminant il y a environ 1,25 milliard d'années. Ils ont ensuite décliné en abondance et en diversité, qui au début du Cambrien étaient tombées à 20% de leur pic. L'explication la plus largement soutenue est que les constructeurs de stromatolites ont été victimes de créatures brouteuses (la révolution du substrat cambrien ), ce qui implique que des organismes suffisamment complexes étaient courants il y a plus d'un milliard d'années.

Le lien entre l'abondance des brouteurs et des stromatolites est bien documenté dans le rayonnement évolutif de l' Ordovicien plus jeune ; l'abondance des stromatolites a également augmenté après que les extinctions de la fin de l'Ordovicien et de la fin du Permien ont décimé les animaux marins, retombant à des niveaux antérieurs à mesure que les animaux marins se rétablissaient. Les fluctuations de la population et de la diversité des métazoaires n'ont peut-être pas été le seul facteur de réduction de l'abondance des stromatolites. Des facteurs tels que la chimie de l'environnement peuvent avoir été responsables des changements.

Alors que les cyanobactéries procaryotes elles-mêmes se reproduisent de manière asexuée par division cellulaire, elles ont contribué à préparer l'environnement au développement évolutif d' organismes eucaryotes plus complexes . On pense que les cyanobactéries (ainsi que les gammaprotéobactéries extrêmophiles ) sont largement responsables de l'augmentation de la quantité d' oxygène dans l' atmosphère terrestre primitive grâce à leur photosynthèse continue . Les cyanobactéries utilisent l'eau , le dioxyde de carbone et la lumière du soleil pour créer leur nourriture. Une couche de mucus se forme souvent sur des tapis de cellules cyanobactériennes. Dans les tapis microbiens modernes, les débris de l'habitat environnant peuvent être piégés dans le mucus, qui peut être cimenté par le carbonate de calcium pour former de fines lamelles de calcaire . Ces stratifications peuvent s'accumuler avec le temps, entraînant le motif en bandes commun aux stromatolites. La morphologie en dôme des stromatolites biologiques est le résultat de la croissance verticale nécessaire à l'infiltration continue de la lumière solaire vers les organismes pour la photosynthèse. Les structures de croissance sphériques en couches appelées oncolites sont similaires aux stromatolites et sont également connues d'après les archives fossiles . Les thrombolites sont des structures coagulées mal stratifiées ou non stratifiées formées par des cyanobactéries communes dans les archives fossiles et dans les sédiments modernes.

La région de Zebra River Canyon de la plate-forme Kubis dans les montagnes Zaris profondément disséquées du sud-ouest de la Namibie fournit un exemple extrêmement bien exposé des récifs de thrombolites-stromatolites-métazoaires qui se sont développés au cours de la période protérozoïque, les stromatolites ici étant mieux développées dans des endroits en amont dans des conditions des vitesses de courant plus élevées et un plus grand apport de sédiments.

Astrobiologie

Il a été suggéré que les biominéraux pourraient être des indicateurs importants de la vie extraterrestre et pourraient donc jouer un rôle important dans la recherche de la vie passée ou présente sur la planète Mars . De plus, les composants organiques ( biosignatures ) qui sont souvent associés aux biominéraux joueraient un rôle crucial dans les réactions prébiotiques et biotiques .

Le 24 janvier 2014, la NASA a signalé que les études en cours menées par les rovers Curiosity et Opportunity sur Mars rechercheront désormais des preuves de la vie ancienne, y compris une biosphère basée sur des micro -organismes autotrophes , chimiotrophes et / ou chimiolithoautotrophes , ainsi que de l'eau ancienne, y compris fluvio - des milieux lacustres ( plaines liées à d'anciens cours d' eau ou lacs ) qui auraient pu être habitables . La recherche de preuves d' habitabilité , de taphonomie (liée aux fossiles ) et de carbone organique sur la planète Mars est désormais un objectif primordial de la NASA .

Pseudofossiles

Un exemple de pseudofossile : des dendrites de manganèse sur un plan de stratification calcaire de Solnhofen , Allemagne ; échelle en mm

Les pseudofossiles sont des motifs visuels dans les roches qui sont produits par des processus géologiques plutôt que par des processus biologiques. Ils peuvent facilement être confondus avec de vrais fossiles. Certains pseudofossiles, tels que les cristaux de dendrite géologiques , sont formés par des fissures naturelles dans la roche qui sont remplies par la percolation de minéraux. D'autres types de pseudofossiles sont le minerai de rein (formes rondes dans le minerai de fer) et les agates de mousse , qui ressemblent à de la mousse ou à des feuilles de plantes. Les concrétions , nodules sphériques ou ovoïdes trouvés dans certaines strates sédimentaires, étaient autrefois considérées comme des œufs de dinosaures et sont souvent confondues avec des fossiles.

Histoire de l'étude des fossiles

La collecte de fossiles remonte au moins au début de l'histoire enregistrée. Les fossiles eux-mêmes sont appelés les archives fossiles. Les archives fossiles ont été l'une des premières sources de données sous-jacentes à l'étude de l' évolution et continuent d'être pertinentes pour l' histoire de la vie sur Terre . Les paléontologues examinent les archives fossiles pour comprendre le processus d'évolution et la façon dont des espèces particulières ont évolué.

Civilisations anciennes

Les fossiles ont été visibles et communs tout au long de la majeure partie de l'histoire naturelle, et l'interaction humaine documentée avec eux remonte donc aussi loin que l'histoire enregistrée, ou plus tôt.

Il existe de nombreux exemples de couteaux de pierre paléolithiques en Europe, avec des échinodermes fossiles fixés précisément à la poignée, remontant à Homo heidelbergensis et aux Néandertaliens . Ces peuples anciens ont également percé des trous au centre de ces coquilles fossiles rondes, les utilisant apparemment comme perles pour des colliers.

Les anciens Égyptiens rassemblaient des fossiles d'espèces qui ressemblaient aux os d'espèces modernes qu'ils vénéraient. Le dieu Set était associé à l' hippopotame , c'est pourquoi des os fossilisés d'espèces ressemblant à des hippopotames étaient conservés dans les temples de cette divinité. Les coquilles d'oursins fossiles à cinq rayons étaient associées à la divinité Sopdu , l'étoile du matin, équivalent de Vénus dans la mythologie romaine.

Les crânes cératopsiens sont courants dans le col de montagne de la porte de Dzungarian en Asie, une région autrefois célèbre pour ses mines d'or, ainsi que pour ses vents infiniment froids. Cela a été attribué aux légendes des griffons et du pays d'Hyperborée.

Les fossiles semblent avoir directement contribué à la mythologie de nombreuses civilisations, y compris les anciens Grecs. L'historien grec classique Hérodote a écrit sur une zone près d' Hyperborée où des griffons protégeaient un trésor d'or. Il y avait en effet des mines d'or dans cette région approximative , où les crânes de Protoceratops à bec étaient courants sous forme de fossiles.

Un érudit grec plus tardif, Aristote , a finalement réalisé que les coquillages fossiles des roches étaient similaires à ceux trouvés sur la plage, indiquant que les fossiles étaient autrefois des animaux vivants. Il les avait précédemment expliqués en termes d' exhalaisons vaporeuses , que le polymathe persan Avicenne a modifié dans la théorie des fluides pétrifiants ( succus lapidificatus ). La reconnaissance des coquillages fossiles comme provenant de la mer a été fondée au 14ème siècle par Albert de Saxe et acceptée sous une forme ou une autre par la plupart des naturalistes au 16ème siècle.

Le naturaliste romain Pline l'Ancien a écrit sur les " pierres à langue ", qu'il a appelées glossopetra . Il s'agissait de dents de requin fossiles, considérées par certaines cultures classiques comme ressemblant à des langues de personnes ou de serpents. Il a également écrit sur les cornes d'Ammon , qui sont des ammonites fossiles , d'où le groupe des cousins-poulpes à coquille tire finalement son nom moderne. Pline fait également l'une des premières références connues aux crapauds , considérés jusqu'au 18ème siècle comme un remède magique contre le poison provenant de la tête des crapauds, mais qui sont des dents fossiles de lépidotes , un poisson à nageoires rayonnées du Crétacé .

On pense que les tribus des plaines d'Amérique du Nord ont des fossiles similaires, tels que les nombreux fossiles de ptérosaures intacts naturellement exposés dans la région, avec leur propre mythologie de l' oiseau- tonnerre .

Il n'y a pas de lien mythologique aussi direct connu de l'Afrique préhistorique, mais il existe des preuves considérables de tribus qui creusent et déplacent des fossiles vers des sites cérémoniels, les traitant apparemment avec une certaine révérence.

Au Japon, les dents de requin fossiles étaient associées au mythique tengu , que l'on pense être les griffes acérées comme des rasoirs de la créature, documentées quelque temps après le 8ème siècle après JC.

Dans la Chine médiévale, les os fossiles d'anciens mammifères, dont l' Homo erectus , étaient souvent confondus avec des « os de dragon » et utilisés comme médicaments et aphrodisiaques . De plus, certains de ces ossements fossiles sont collectés en tant qu '«art» par des universitaires, qui ont laissé des scripts sur divers artefacts, indiquant l'heure à laquelle ils ont été ajoutés à une collection. Un bon exemple est le célèbre érudit Huang Tingjian de la dynastie Song au 11ème siècle, qui a conservé un fossile de coquillage spécifique avec son propre poème gravé dessus. Dans ses Dream Pool Essays publiés en 1088, Shen Kuo , érudit chinois de la dynastie Song, a émis l'hypothèse que les fossiles marins trouvés dans une strate géologique de montagnes situées à des centaines de kilomètres de l' océan Pacifique étaient la preuve qu'un littoral préhistorique y avait autrefois existé et s'était déplacé au fil des siècles. de temps . Son observation de bambous pétrifiés dans la zone climatique septentrionale sèche de ce qui est aujourd'hui Yan'an , dans la province du Shaanxi , en Chine, l'a amené à avancer les premières idées d'un changement climatique progressif dû au bambou poussant naturellement dans des zones climatiques plus humides.

Dans la chrétienté médiévale , les créatures marines fossilisées sur les flancs des montagnes étaient considérées comme la preuve du déluge biblique de l'arche de Noé . Après avoir observé l'existence de coquillages dans les montagnes, l' ancien philosophe grec Xénophane (vers 570 - 478 av. J.-C.) a émis l'hypothèse que le monde était autrefois inondé par une grande inondation qui ensevelit les créatures vivantes dans la boue séchante.

En 1027, la Perse Avicenne expliqua la pierrosité des fossiles dans The Book of Healing :

Si ce qui est dit sur la pétrification des animaux et des plantes est vrai, la cause de ce (phénomène) est une puissante vertu minéralisante et pétrifiante qui surgit dans certains endroits pierreux, ou émane brusquement de la terre lors des tremblements de terre et des affaissements, et pétrifie tout ce qui vient. en contact avec elle. En effet, la pétrification des corps des plantes et des animaux n'est pas plus extraordinaire que la transformation des eaux.

Du 13ème siècle à nos jours, les érudits ont souligné que les crânes fossiles de Deinotherium giganteum , trouvés en Crète et en Grèce, auraient pu être interprétés comme étant les crânes des Cyclopes de la mythologie grecque , et sont peut-être à l'origine de ce mythe grec. . Leurs crânes semblent avoir un seul trou pour les yeux à l'avant, tout comme leurs cousins ​​éléphants modernes , bien qu'il s'agisse en fait de l'ouverture de leur trompe.

Les coquilles fossiles de l' oursin de l'ère crétacée , Micraster , étaient utilisées à l'époque médiévale comme couronnes de berger pour protéger les maisons et comme pains de fées peints par les boulangers pour porter chance à leur panification.

Dans la mythologie nordique , les coquilles d'échinodermes (le bouton rond en cinq parties laissé par un oursin) étaient associées au dieu Thor , non seulement incorporées dans les pierres de tonnerre , les représentations du marteau de Thor et les croix en forme de marteau qui suivirent lors de l'adoption du christianisme, mais également gardé dans des maisons pour obtenir la protection de Thor.

Celles-ci sont devenues les couronnes de berger du folklore anglais, utilisées pour la décoration et comme porte-bonheur, placées à la porte des maisons et des églises. Dans le Suffolk , une espèce différente était utilisée comme porte-bonheur par les boulangers, qui les appelaient pains de fées , les associant aux pains de forme similaire qu'ils cuisaient.

Premières explications modernes

Des vues plus scientifiques des fossiles ont émergé pendant la Renaissance . Léonard de Vinci était d'accord avec le point de vue d'Aristote selon lequel les fossiles étaient les restes de la vie ancienne. Par exemple, Leonardo a remarqué des divergences avec le récit biblique du déluge comme explication des origines fossiles :

Si le déluge avait emporté les coquillages à des distances de trois à quatre cents milles de la mer, il les aurait emportés mêlés à divers autres objets naturels tous entassés ensemble ; mais même à de telles distances de la mer on voit les huîtres toutes ensemble et aussi les coquillages et les seiches et tous les autres coquillages qui se rassemblent, trouvés tous ensemble morts ; et les coquillages solitaires se trouvent séparés les uns des autres comme nous les voyons tous les jours sur les bords de la mer.

Et l'on trouve des huîtres réunies en très grandes familles, parmi lesquelles on peut voir certaines avec leurs coquilles encore jointes, indiquant qu'elles ont été laissées là par la mer et qu'elles vivaient encore lorsque le détroit de Gibraltar a été percé. Dans les montagnes de Parme et de Plaisance, on voit encore des multitudes de coquillages et de coraux troués collés aux rochers...

Ichthyosaurus et Plesiosaurus de l'édition tchèque de 1834 duDiscours sur les révolutions de la surface du globe de Cuvier

En 1666, Nicholas Steno examina un requin et fit l'association de ses dents avec les "pierres à langue" de l'ancienne mythologie gréco-romaine, concluant qu'il ne s'agissait pas en fait de langues de serpents venimeux, mais des dents de certaines espèces disparues depuis longtemps. espèce de requin.

Robert Hooke (1635-1703) a inclus des micrographies de fossiles dans son Micrographia et a été parmi les premiers à observer des forams fossiles . Ses observations sur les fossiles, qu'il déclare être les restes pétrifiés de créatures dont certaines n'existent plus, sont publiées à titre posthume en 1705.

William Smith (1769-1839) , ingénieur canaliste anglais, observa que des roches d'âges différents (selon la loi de superposition ) conservaient différents assemblages de fossiles, et que ces assemblages se succédaient dans un ordre régulier et déterminable. Il a observé que les roches provenant d'endroits éloignés pouvaient être corrélées en fonction des fossiles qu'elles contenaient. Il a appelé cela le principe de la succession faunique . Ce principe est devenu l'un des principaux éléments de preuve de Darwin que l'évolution biologique était réelle.

Georges Cuvier en est venu à croire que la plupart sinon tous les fossiles d'animaux qu'il a examinés étaient des restes d'espèces éteintes. Cela a conduit Cuvier à devenir un partisan actif de l'école de pensée géologique appelée catastrophisme . Vers la fin de son article de 1796 sur les éléphants vivants et fossiles, il dit :

Tous ces faits, cohérents entre eux, et non contredits par aucun rapport, me paraissent prouver l'existence d'un monde antérieur au nôtre, détruit par une sorte de catastrophe.

L'intérêt pour les fossiles, et la géologie plus généralement, s'est développé au début du XIXe siècle. En Grande-Bretagne, les découvertes de fossiles de Mary Anning , y compris le premier ichtyosaure complet et un squelette complet de plésiosaure , ont suscité l'intérêt du public et des universitaires.

Linné et Darwin

Les premiers naturalistes ont bien compris les similitudes et les différences des espèces vivantes, ce qui a conduit Linnaeus à développer un système de classification hiérarchique encore utilisé aujourd'hui. Darwin et ses contemporains ont d'abord lié la structure hiérarchique de l'arbre de la vie aux archives fossiles alors très rares. Darwin a décrit avec éloquence un processus de descente avec modification, ou évolution, par lequel les organismes soit s'adaptent aux pressions environnementales naturelles et changeantes, soit ils périssent.

Lorsque Darwin écrivit De l'origine des espèces au moyen de la sélection naturelle, ou la préservation des races favorisées dans la lutte pour la vie , les fossiles d'animaux les plus anciens étaient ceux de la période cambrienne , dont on sait maintenant qu'ils datent d'environ 540 millions d'années. Il s'est inquiété de l'absence de fossiles plus anciens en raison des implications sur la validité de ses théories, mais il a exprimé l'espoir que de tels fossiles seraient trouvés, notant que "seule une petite partie du monde est connue avec précision". Darwin s'est également interrogé sur l'apparition soudaine de nombreux groupes (c'est-à-dire les embranchements ) dans les plus anciennes strates fossilifères connues du Cambrien.

Après Darwin

Depuis l'époque de Darwin, les archives fossiles ont été étendues entre 2,3 et 3,5 milliards d'années. La plupart de ces fossiles précambriens sont des bactéries microscopiques ou des microfossiles . Cependant, des fossiles macroscopiques sont maintenant connus de la fin du Protérozoïque. Le biote d'Ediacara (également appelé biote vendien) datant d'il y a 575 millions d'années constitue collectivement un assemblage richement diversifié d' eucaryotes multicellulaires précoces .

Les archives fossiles et la succession faunique constituent la base de la science de la biostratigraphie ou de la détermination de l'âge des roches à partir de fossiles incrustés. Pendant les 150 premières années de géologie , la biostratigraphie et la superposition étaient les seuls moyens de déterminer l' âge relatif des roches. L' échelle des temps géologiques a été développée sur la base des âges relatifs des strates rocheuses tels que déterminés par les premiers paléontologues et stratigraphes .

Depuis les premières années du XXe siècle, des méthodes de datation absolue , telles que la datation radiométrique (y compris les séries potassium/argon , argon/argon , uranium , et, pour les fossiles très récents, la datation au radiocarbone ) ont été utilisées pour vérifier les âges relatifs obtenus par fossiles et de fournir des âges absolus pour de nombreux fossiles. La datation radiométrique a montré que les premiers stromatolites connus datent de plus de 3,4 milliards d'années.

Ère moderne

Les archives fossiles sont l'épopée évolutive de la vie qui s'est déroulée sur quatre milliards d'années alors que les conditions environnementales et le potentiel génétique interagissaient conformément à la sélection naturelle.

Le musée virtuel des fossiles

La paléontologie s'est jointe à la biologie évolutive pour partager la tâche interdisciplinaire de décrire l'arbre de la vie, ce qui conduit inévitablement à remonter dans le temps jusqu'à la vie microscopique précambrienne lorsque la structure et les fonctions cellulaires ont évolué. Le temps profond de la Terre dans le Protérozoïque et plus profondément encore dans l'Archéen n'est "raconté que par des fossiles microscopiques et des signaux chimiques subtils". Les biologistes moléculaires, utilisant la phylogénétique , peuvent comparer l' homologie des séquences d'acides aminés ou de nucléotides des protéines (c'est-à-dire la similarité) pour évaluer la taxonomie et les distances évolutives entre les organismes, avec une confiance statistique limitée. L'étude des fossiles, en revanche, permet de déterminer plus précisément quand et dans quel organisme une mutation est apparue pour la première fois. La phylogénétique et la paléontologie travaillent ensemble pour clarifier la vision encore sombre de la science sur l'apparition de la vie et son évolution.

Trilobite phacopide Eldredgeops rana crassituberculata . Le genre porte le nom de Niles Eldredge .
Colonnes crinoïdes ( Isocrinus nicoleti ) du Jurassique moyen Formation Carmel à Mount Carmel Junction, Utah

L'étude de Niles Eldredge sur le genre trilobite Phacops a soutenu l'hypothèse selon laquelle les modifications de l'arrangement des lentilles oculaires du trilobite se sont déroulées par à-coups sur des millions d'années au cours du Dévonien . L'interprétation d'Eldredge des archives fossiles de Phacops était que les conséquences des changements de lentille, mais pas le processus évolutif rapide, étaient fossilisées. Ces données et d'autres ont conduit Stephen Jay Gould et Niles Eldredge à publier leur article fondateur sur l' équilibre ponctué en 1971.

L'analyse tomographique par rayons X synchrotron des microfossiles embryonnaires bilatéraux du Cambrien précoce a fourni de nouvelles informations sur l'évolution des métazoaires à ses premiers stades. La technique de tomographie offre une résolution tridimensionnelle jusque-là inaccessible aux limites de la fossilisation. Les fossiles de deux bilatériens énigmatiques, la Markuelia ressemblant à un ver et un protostome putatif et primitif , Pseudooides , donnent un aperçu du développement embryonnaire de la couche germinale . Ces embryons vieux de 543 millions d'années soutiennent l'émergence de certains aspects du développement des arthropodes plus tôt qu'on ne le pensait à la fin du Protérozoïque. Les embryons conservés de Chine et de Sibérie ont subi une phosphatation diagénétique rapide résultant en une conservation exquise, y compris des structures cellulaires. Cette recherche est un exemple notable de la façon dont les connaissances codées par les archives fossiles continuent de fournir des informations autrement inaccessibles sur l'émergence et le développement de la vie sur Terre. Par exemple, la recherche suggère que Markuelia a l'affinité la plus proche avec les vers priapulides et qu'elle est adjacente à la ramification évolutive de Priapulida , Nematoda et Arthropoda .

Malgré des progrès significatifs dans la découverte et l'identification de spécimens paléontologiques, il est généralement admis que les archives fossiles sont largement incomplètes. Des approches pour mesurer l'exhaustivité des archives fossiles ont été développées pour de nombreux sous-ensembles d'espèces, y compris celles regroupées taxonomiquement, temporellement, écologiquement/géographiquement ou en somme. Cela englobe le sous-domaine de la taphonomie et l'étude des biais dans les archives paléontologiques.

Art

Selon une hypothèse, un vase corinthien du 6ème siècle avant JC est le plus ancien enregistrement artistique d'un fossile de vertébré, peut-être une girafe du Miocène combinée à des éléments d'autres espèces. Cependant, une étude ultérieure utilisant l'intelligence artificielle et des évaluations d'experts rejettent cette idée, car les mammifères n'ont pas les os oculaires montrés dans le monstre peint. Morphologiquement, la peinture de vase correspond à un reptile carnivore de la famille des Varanidae qui vit encore dans les régions occupées par la Grèce antique.

Commerce et collecte

Le commerce des fossiles consiste à acheter et à vendre des fossiles. Cela se fait souvent illégalement avec des artefacts volés sur des sites de recherche, ce qui coûte chaque année de nombreux spécimens scientifiques importants. Le problème est assez prononcé en Chine, où de nombreux spécimens ont été volés.

La collecte de fossiles (parfois, dans un sens non scientifique, la chasse aux fossiles) est la collecte de fossiles à des fins d'étude scientifique, de loisir ou de profit. La collecte de fossiles, telle que pratiquée par les amateurs, est le prédécesseur de la paléontologie moderne et beaucoup collectent encore des fossiles et étudient les fossiles en tant qu'amateurs. Professionnels et amateurs collectionnent les fossiles pour leur valeur scientifique.

Comme médecine

L'utilisation de fossiles pour résoudre des problèmes de santé est enracinée dans la médecine traditionnelle et comprend l'utilisation de fossiles comme talismans . Le fossile spécifique à utiliser pour soulager ou guérir une maladie est souvent basé sur sa ressemblance avec les symptômes ou l'organe affecté. L'utilité des fossiles en tant que médicament est presque entièrement un effet placebo , bien que les matériaux fossiles puissent éventuellement avoir une activité antiacide ou fournir certains minéraux essentiels . L'utilisation d'os de dinosaures comme «os de dragon» a persisté dans la médecine traditionnelle chinoise jusqu'aux temps modernes, des os de dinosaures du milieu du Crétacé étant utilisés à cette fin dans le comté de Ruyang au début du 21e siècle.

Galerie

Voir également

Références

Lectures complémentaires

Liens externes

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