Taphonomie - Taphonomy
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La taphonomie est l'étude de la façon dont les organismes se décomposent et se fossilisent ou se conservent dans les archives archéologiques. Le terme taphonomie (de grec Taphos , τάφος « enterrement » et nomos , νόμος « loi ») a été présenté à la paléontologie en 1940 par le scientifique soviétique Ivan Efremov pour décrire l'étude de la transition des restes, des pièces ou produits d' organismes de la biosphère à la lithosphère .
La description
Les phénomènes taphonomiques sont regroupés en deux phases : la biostratinomie ; événements qui surviennent entre la mort de l'organisme et l'enfouissement, et la diagenèse ; événements qui surviennent après l'enterrement. Depuis la définition d'Efremov, la taphonomie s'est élargie pour inclure la fossilisation de matériaux organiques et inorganiques par le biais d'influences culturelles et environnementales.
Il s'agit d'un concept multidisciplinaire utilisé dans des contextes légèrement différents selon les domaines d'études. Les domaines qui emploient le concept de taphonomie comprennent :
- Archéobotanique
- Archéologie
- La biologie
- Sciences médico-légales
- Géoarchéologie
- Géologie
- Paléoécologie
- Paléontologie
- Zooarchéologie
Il existe cinq étapes principales de la taphonomie : la désarticulation, la dispersion, l'accumulation, la fossilisation et l'altération mécanique. La première étape, la désarticulation, se produit lorsque l'organisme se décompose et que les os ne sont plus maintenus ensemble par la chair et les tendons de l'organisme. La dispersion est la séparation de morceaux d'un organisme causée par des événements naturels (c'est-à-dire des inondations, des charognards, etc.). L'accumulation se produit lorsqu'il y a une accumulation de matières organiques et/ou inorganiques à un endroit (chargeurs ou comportement humain). Lorsque les eaux souterraines riches en minéraux imprègnent les matières organiques et remplissent les espaces vides, un fossile se forme. La dernière étape de la taphonomie est l'altération mécanique ; ce sont les processus qui modifient physiquement les restes (c.-à-d. gel-dégel, compactage, transport, enfouissement). Il faut ajouter que ces « étapes » ne sont pas seulement successives, elles s'interpénètrent. Par exemple, des changements chimiques se produisent à chaque étape du processus, à cause des bactéries. Les "changements" commencent dès la mort de l'organisme : des enzymes sont libérées qui détruisent le contenu organique des tissus, et les tissus minéralisés tels que l'os, l'émail et la dentine sont un mélange de composants organiques et minéraux. De plus, le plus souvent les organismes (végétaux ou animaux) sont morts car ils ont été "tués" par un prédateur. La digestion modifie la composition de la chair, mais aussi celle des os.
Domaines de recherche
La taphonomie a connu une explosion d'intérêt depuis les années 1980, avec des recherches axées sur certains domaines.
- Contrôles microbiens , biogéochimiques et à plus grande échelle sur la préservation de différents types de tissus ; en particulier, conservation exceptionnelle à Konzervat-lagerstätten . Ce domaine couvre la prédominance des agents biologiques par rapport aux agents physiques dans la destruction des restes de tous les principaux groupes taxonomiques (plantes, invertébrés, vertébrés).
- Processus qui concentrent les restes biologiques ; en particulier le degré auquel les différents types d'assemblages reflètent la composition des espèces et l'abondance des faunes et flores sources.
- La taphonomie actualiste utilise le présent pour comprendre les événements taphonomiques passés. Cela se fait souvent par le biais d'expériences contrôlées, telles que le rôle des microbes dans la fossilisation, les effets des mammifères carnivores sur les os ou l'enfouissement des os dans un canal d'eau. La modélisation informatique est également utilisée pour expliquer les événements taphonomiques.
- La résolution spatio-temporelle et la fidélité écologique des assemblages d'espèces, en particulier le rôle relativement mineur du transport hors de l'habitat, contrastaient avec les effets majeurs de la moyenne temporelle.
- Les contours des mégabiases dans les archives fossiles , y compris l'évolution de nouveaux plans bau et capacités comportementales, et par les changements à grande échelle du climat, de la tectonique et de la géochimie des systèmes de surface de la Terre.
- Les objectifs de la mission du Mars Science Laboratory sont passés de l'évaluation de l'habitabilité ancienne de Mars au développement de modèles prédictifs sur la taphonomie.
Paléontologie
L'une des motivations de la taphonomie est de mieux comprendre les biais présents dans les archives fossiles . Les fossiles sont omniprésents dans les roches sédimentaires, mais les paléontologues ne peuvent pas tirer les conclusions les plus précises sur la vie et l'écologie des organismes fossilisés sans connaître les processus impliqués dans leur fossilisation. Par exemple, si un assemblage fossile contient plus d'un type de fossile qu'un autre, on peut en déduire soit que l'organisme était présent en plus grand nombre, soit que ses restes étaient plus résistants à la décomposition.
À la fin du XXe siècle, les données taphonomiques ont commencé à être appliquées à d'autres sous-domaines paléontologiques tels que la paléobiologie , la paléoocéanographie , l' ichnologie (l'étude des traces fossiles ) et la biostratigraphie . En venant à comprendre les implications océanographiques et éthologiques des modèles taphonomiques observés, les paléontologues ont été en mesure de fournir des interprétations et des corrélations nouvelles et significatives qui seraient autrement restées obscures dans les archives fossiles .
Sciences médico-légales
La taphonomie médico-légale est un domaine relativement nouveau qui a gagné en popularité au cours des 15 dernières années. C'est un sous-domaine de l'anthropologie médico - légale qui se concentre spécifiquement sur la façon dont les forces taphonomiques ont altéré les preuves criminelles.
Il existe deux branches différentes de la taphonomie médico-légale : la biotaphonomie et la géotaphonomie . La biotaphonomie examine comment la décomposition et/ou la destruction de l'organisme s'est produite. Les principaux facteurs qui affectent cette branche sont classés en trois groupes : les facteurs environnementaux ; variables externes, facteurs individuels; les facteurs de l'organisme lui-même (c'est-à-dire la taille du corps, l'âge, etc.) et les facteurs culturels; facteurs spécifiques à tout comportement culturel qui affecterait la décomposition (pratiques funéraires). La géotaphonomie étudie comment les pratiques funéraires et l'inhumation elle-même affectent le milieu environnant. Cela comprend les perturbations du sol et les marques d'outils causées par le creusement de la tombe, la perturbation de la croissance des plantes et du pH du sol par le corps en décomposition, et l'altération du drainage de la terre et de l'eau due à l'introduction d'une masse non naturelle dans la région.
Ce domaine est extrêmement important car il aide les scientifiques à utiliser le profil taphonomique pour aider à déterminer ce qui est arrivé aux restes au moment de la mort ( perimortem ) et après la mort ( post mortem ). Cela peut faire une énorme différence lorsque l'on considère ce qui peut être utilisé comme preuve dans une enquête criminelle.
Archéologie environnementale
Les archéologues étudient les processus taphonomiques afin de déterminer comment les restes végétaux et animaux (y compris humains) s'accumulent et se préservent différemment au sein des sites archéologiques. L'archéologie environnementale est un domaine d'étude multidisciplinaire qui se concentre sur la compréhension des relations passées entre les groupes et leurs environnements. Les principaux sous-domaines de l'archéologie environnementale comprennent la zooarchéologie , la paléobotanique et la géoarchéologie . La taphonomie permet aux spécialistes d'identifier quels artefacts ou vestiges rencontrés avant et après l'inhumation initiale. L'archéologie zoologique , une spécialité de l'archéologie environnementale, étudie les processus taphonomiques sur les restes d'animaux. Les processus les plus couramment identifiés en zooarchéologie comprennent l'altération thermique (brûlures), les marques de coupure, les os travaillés et les marques de rongement. Les os altérés thermiquement indiquent l'utilisation du feu et le traitement des animaux. Les marques de coupe et les os travaillés peuvent informer les zooarchéologues sur l'utilisation des outils ou la transformation des aliments. Lorsqu'il y a peu ou pas de trace écrite, la taphonomie permet aux archéologues environnementaux de mieux comprendre les manières dont un groupe interagit avec son environnement et ses habitants.
Le domaine de l'archéologie environnementale fournit des informations cruciales pour tenter de comprendre la résilience des sociétés du passé et les grands impacts que les changements environnementaux peuvent avoir sur une population. Les connaissances acquises dans le passé grâce à ces études peuvent être utilisées pour éclairer les décisions présentes et futures concernant les interactions homme-environnement.
Biais taphonomiques dans les archives fossiles
En raison des processus très sélectifs qui provoquent la préservation, tous les organismes n'ont pas la même chance d'être préservés. Tout facteur qui affecte la probabilité qu'un organisme soit préservé en tant que fossile est une source potentielle de biais. C'est donc sans doute l'objectif le plus important de la taphonomie d'identifier la portée de tels biais afin qu'ils puissent être quantifiés pour permettre des interprétations correctes des abondances relatives des organismes qui composent un biote fossile. Certaines des sources de biais les plus courantes sont énumérées ci-dessous.
Attributs physiques de l'organisme lui-même
Cela représente peut-être la plus grande source de biais dans les archives fossiles. Tout d'abord, les organismes qui contiennent des parties dures ont beaucoup plus de chances d'être représentés dans les archives fossiles que les organismes constitués uniquement de tissus mous. En conséquence, les animaux avec des os ou des coquilles sont surreprésentés dans les archives fossiles, et de nombreuses plantes ne sont représentées que par du pollen ou des spores qui ont des parois dures. Les organismes à corps mou peuvent former 30 à 100 % du biote, mais la plupart des assemblages de fossiles ne préservent rien de cette diversité invisible, ce qui peut exclure des groupes tels que les champignons et des phylums d' animaux entiers des archives fossiles. De nombreux animaux qui muent , d'autre part, sont surreprésentés, car un animal peut laisser plusieurs fossiles en raison de ses parties du corps mises au rebut. Parmi les plantes, les espèces pollinisées par le vent produisent tellement plus de pollen que les espèces pollinisées par les animaux , les premières étant surreprésentées par rapport aux secondes.
Caractéristiques de l'habitat
La plupart des fossiles se forment dans des conditions où la matière est déposée au fond des plans d'eau. Les côtes marines particulièrement peu profondes produisent de grandes quantités de fossiles, de sorte que les organismes vivant dans de telles conditions ont beaucoup plus de chances d'être préservés en tant que fossiles que les organismes vivant dans des conditions sans dépôt. Dans les environnements continentaux, la fossilisation est particulièrement probable dans les petits lacs qui se remplissent progressivement de matière organique et inorganique et surtout dans les zones humides accumulant de la tourbe . Les organismes de ces habitats sont donc surreprésentés dans les archives fossiles.
Mélange de fossiles de différents endroits
Un dépôt sédimentaire peut avoir connu un mélange de restes non contemporains au sein d'unités sédimentaires uniques via des processus physiques ou biologiques ; c'est-à-dire qu'un gisement pourrait être arraché et redéposé ailleurs, ce qui signifie qu'un gisement peut contenir un grand nombre de fossiles d'un autre endroit (un gisement allochtone , par opposition à l'habituel autochtone ). Ainsi, une question qui est souvent posée des gisements fossiles est dans quelle mesure le gisement fossile enregistre-t-il le véritable biote qui y vivait à l'origine ? De nombreux fossiles sont manifestement autochtones, comme les fossiles enracinés comme les crinoïdes , et de nombreux fossiles sont intrinsèquement évidemment allochtones, comme la présence de plancton photoautotrophe dans un gisement benthique qui a dû couler pour se déposer. Un gisement fossile peut ainsi devenir biaisé en faveur des espèces exotiques (c'est-à-dire des espèces non endémiques à cette zone) lorsque la sédimentologie est dominée par des surtensions gravitationnelles, telles que des coulées de boue, ou peut devenir biaisée s'il y a très peu d'organismes endémiques à préserver. C'est un problème particulier en palynologie .
Résolution temporelle
Étant donné que les taux de renouvellement des populations de taxons individuels sont bien inférieurs aux taux nets d'accumulation de sédiments, les restes biologiques de populations d'organismes successives et non contemporaines peuvent être mélangés dans un seul lit, ce que l'on appelle la moyenne temporelle . En raison de la nature lente et épisodique des archives géologiques, deux fossiles apparemment contemporains peuvent avoir vécu des siècles, voire des millénaires, l'un de l'autre. De plus, le degré de moyennage dans le temps dans un assemblage peut varier. Le degré varie en fonction de nombreux facteurs, tels que le type de tissu, l'habitat, la fréquence des événements d'enfouissement et d' exhumation , et la profondeur de la bioturbation dans la colonne sédimentaire par rapport aux taux nets d'accumulation de sédiments. Comme les biais dans la fidélité spatiale, il existe un biais envers les organismes qui peuvent survivre à des événements de remaniement, tels que les coquillages . Un exemple d'un dépôt plus idéal en ce qui concerne le biais de la moyenne temporelle serait un dépôt de cendres volcaniques , qui capture un biote entier capturé au mauvais endroit au mauvais moment (par exemple, le Silurien Herefordshire lagerstätte ).
Lacunes dans les séries temporelles
L'enregistrement géologique est très discontinu et le dépôt est épisodique à toutes les échelles. À plus grande échelle, une période de haut peuplement sédimentologique peut signifier qu'aucun dépôt ne peut se produire pendant des millions d'années et, en fait, une érosion du dépôt peut se produire. Un tel hiatus est appelé discordance . Inversement, un événement catastrophique tel qu'une coulée de boue peut surreprésenter une période de temps. À plus petite échelle, les processus d'affouillement tels que la formation d'ondulations et de dunes et le passage de courants de turbidité peuvent entraîner l'élimination des couches. Ainsi, les archives fossiles sont biaisées vers les périodes de plus grande sédimentation ; les périodes de temps qui ont moins de sédimentation sont par conséquent moins bien représentées dans les archives fossiles.
Un problème connexe est la lenteur des changements qui se produisent dans l'environnement de dépôt d'une zone ; un gisement peut connaître des périodes de mauvaise conservation dues, par exemple, à un manque d'éléments biominéralisants. Cela provoque l'effacement taphonomique ou diagénétique des fossiles, produisant des lacunes et une condensation de l'enregistrement.
Cohérence de la préservation au cours du temps géologique
Des changements majeurs dans les propriétés intrinsèques et extrinsèques des organismes, y compris la morphologie et le comportement par rapport à d'autres organismes ou des changements dans l'environnement mondial, peuvent provoquer des changements cycliques séculaires ou à long terme dans la préservation ( mégabies ).
Les biais humains
Une grande partie de l'incomplétude des archives fossiles est due au fait que seule une petite quantité de roche est jamais exposée à la surface de la Terre, et même la plus grande partie n'a pas été explorée. Nos archives fossiles reposent sur le peu d'exploration qui a été faite à ce sujet. Malheureusement, les paléontologues comme les humains peuvent être très biaisés dans leurs méthodes de collecte ; un biais qui doit être identifié. Les sources potentielles de biais comprennent,
- Recherche d'images : des expériences sur le terrain ont montré que les paléontologues travaillant sur, disent que les palourdes fossiles sont meilleures pour collecter des palourdes qu'autre chose parce que leur image de recherche a été façonnée pour les biaiser en faveur des palourdes.
- Relative facilité d'extraction : les fossiles faciles à obtenir (comme de nombreux fossiles phosphatés qui sont facilement extraits en masse par dissolution dans l'acide) sont surabondants dans les archives fossiles.
- Biais taxonomique : les fossiles avec des morphologies facilement discernables seront faciles à distinguer en tant qu'espèces séparées, et auront donc une abondance gonflée.
Conservation des biopolymères
Les voies taphonomiques impliquées dans des substances relativement inertes telles que la calcite (et dans une moindre mesure l'os) sont relativement évidentes, car ces parties du corps sont stables et changent peu dans le temps. Cependant, la préservation des « tissus mous » est plus intéressante, car elle nécessite des conditions plus particulières. Alors qu'habituellement, seul le matériau biominéralisé survit à la fossilisation, la préservation des tissus mous n'est pas aussi rare qu'on le pense parfois.
L'ADN et les protéines sont instables et survivent rarement plus de centaines de milliers d'années avant de se dégrader. Les polysaccharides ont également un faible potentiel de conservation, à moins qu'ils ne soient fortement réticulés ; cette interconnexion est la plus courante dans les tissus structurels et les rend résistants à la décomposition chimique. De tels tissus comprennent le bois ( lignine ), les spores et le pollen ( sporopollenine ), les cuticules des plantes ( CUTAn ) et les animaux, les parois cellulaires des algues ( algaenan ), et potentiellement la couche de polysaccharide de certains lichens. Cette interconnexion rend les produits chimiques moins sujets à la décomposition chimique et signifie également qu'ils sont une source d'énergie plus pauvre et donc moins susceptibles d'être digérés par des organismes nécrophages. Après avoir été soumises à la chaleur et à la pression, ces molécules organiques réticulées "cuisent" généralement et deviennent du kérogène ou des molécules de carbone aliphatiques/aromatiques courtes (<17 atomes de carbone). D'autres facteurs affectent la probabilité de préservation ; par exemple, la scléritisation rend les mâchoires des polychètes plus facilement conservées que la cuticule du corps chimiquement équivalente mais non sclérotisée.
On pensait que seuls les tissus mous durs de type cuticule pouvaient être préservés par la préservation de type schiste de Burgess , mais un nombre croissant d'organismes sont découverts dépourvus de cette cuticule, comme le probable cordé Pikaia et l' Odontogriphus sans coquille .
C'est une idée fausse commune que les conditions anaérobies sont nécessaires pour la préservation des tissus mous ; en effet, une grande partie de la pourriture est médiée par des bactéries sulfato-réductrices qui ne peuvent survivre que dans des conditions anaérobies. L'anoxie réduit cependant la probabilité que les charognards perturbent l'organisme mort, et l'activité d'autres organismes est sans aucun doute l'une des principales causes de la destruction des tissus mous.
La cuticule végétale est plus sujette à la conservation si elle contient de la cutane plutôt que de la cutine .
Les plantes et les algues produisent les composés les plus conservables, qui sont répertoriés en fonction de leur potentiel de conservation par Tegellaar (voir référence).
Désintégration
On pensait autrefois que l'intégralité des fossiles était un indicateur de l'énergie de l'environnement, les eaux plus orageuses laissant des carcasses moins articulées. Cependant, la force dominante semble en fait être la prédation, les charognards étant plus susceptibles que les eaux agitées de briser une carcasse fraîche avant qu'elle ne soit enterrée. Les sédiments recouvrent les fossiles plus petits plus rapidement, de sorte qu'ils sont susceptibles d'être trouvés entièrement articulés. Cependant, l'érosion a également tendance à détruire plus facilement les fossiles plus petits.
Importance
Les processus taphonomiques permettent aux chercheurs de multiples domaines d'identifier le passé des objets naturels et culturels. Du décès ou de l'enterrement jusqu'à la fouille, la taphonomie peut aider à la compréhension des environnements passés. Lors de l'étude du passé, il est important d'obtenir des informations contextuelles afin d'avoir une solide compréhension des données. Souvent, ces résultats peuvent être utilisés pour mieux comprendre les changements culturels ou environnementaux dans le présent.
Voir également
Les références
Lectures complémentaires
- Emig, CC (2002). "La mort : une information clé en paléoécologie marine" in Thématiques actuelles sur la taphonomie et la fossilisation , Valence ". Col.lecio Encontres . 5 : 21–26.
- Greenwood, DR (1991), "La taphonomie des macrofossiles végétaux". Dans, Donovan, SK (Ed.), Les processus de fossilisation , p. 141-169. Presse Belhaven.
- Lyman, RL (1994), Taphonomie des vertébrés. La presse de l'Universite de Cambridge.
- Shipman, P. (1981), Histoire de la vie d'un fossile : Une introduction à la taphonomie et à la paléoécologie . Presses de l'Université Harvard.
- Taylor, PD ; Wilson, MA (juillet 2003). « Paléoécologie et évolution des communautés de substrats durs marins ». Revues des sciences de la Terre . 62 (1–2) : 1–103. Bibcode : 2003ESRv ... 62 .... 1T . doi : 10.1016/S0012-8252(02)00131-9 .
Liens externes
- L' Initiative de taphonomie expérimentale sur les plateaux et les pentes est le premier déploiement à grande échelle et à long terme de restes d'organismes sur le fond marin.
- Journal de Taphonomie
- Site Web sur la bioérosion au Collège de Wooster
- Bibliographie complète sur la bioérosion compilée par Mark A. Wilson
- Taphonomie
- Minerals and the Origins of Life ( Robert Hazen , NASA ) (vidéo, 60m, avril 2014).
- 7e Rencontre internationale sur la taphonomie et la fossilisation (Taphos 2014), à l' Università degli studi di Ferrara , Italie, 10-13 septembre 2014