Sciences de la Terre

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Figure 11.1 : Griffon (à gauche) et Protoceratops (à droite).

Un autre fossile rappelait aux Grecs les cornes enroulées d’un bélier. Les Grecs les ont nommés ammonites d’après le dieu bélier Ammon. De même, les légendes du cyclope peuvent être basées sur des crânes d’éléphants fossilisés trouvés en Crète et dans d’autres îles méditerranéennes. Pouvez-vous comprendre pourquoi (figure 11.2) ?

Figure 11.2 : Ammonite (gauche) et crâne d’éléphant (droite).

Plusieurs des créatures réelles dont les os se sont fossilisés n’étaient pas moins merveilleuses que les créatures mythiques qu’elles ont inspirées (figure 11.3). Le ptérosaure géant Quetzalcoatlus avait une envergure pouvant atteindre 12 mètres (39 pieds). Le dinosaure Argentinosaurus avait un poids estimé à 80 000 kg, soit le poids de sept éléphants ! D’autres fossiles, comme le trilobite et l’ammonite, nous impressionnent par leurs formes bizarres et leur beauté délicate.

Figure 11.3 : Kolihapeltis sp (à gauche) et Ammonite (à droite).

Objectifs de la leçon

• Expliquer pourquoi il est rare qu’un organisme soit conservé sous forme de fossile.
• Distinguer les fossiles de corps et les fossiles de traces.
• Décrire cinq types de fossilisation.
• Expliquer l’importance des fossiles d’index, et donner plusieurs exemples.
• Décrire ce qu’est un fossile vivant.

Comment se forment les fossiles

Un fossile est tout reste ou trace d’un organisme ancien. Les fossiles comprennent les fossiles corporels, laissés par la décomposition des parties molles, ainsi que les traces fossiles, comme les terriers, les traces ou les déchets fossilisés (excréments) (figure 11.4).

Le processus par lequel un organisme autrefois vivant devient un fossile est appelé fossilisation. La fossilisation est un processus très rare : de tous les organismes qui ont vécu sur Terre, seul un infime pourcentage d’entre eux devient un jour un fossile. Pour comprendre pourquoi, imaginez une antilope qui meurt dans la plaine africaine. La plus grande partie de son corps est rapidement dévorée par les charognards, et la chair restante est vite mangée par les insectes et les bactéries, ne laissant derrière elle que des os épars. Au fil des années, les os sont dispersés et fragmentés en petits morceaux, qui finissent par se transformer en poussière et restituent leurs nutriments au sol. Il serait rare qu’un des restes de l’antilope soit réellement conservé sous forme de fossile.

Sur le fond de l’océan, un processus similaire se produit lorsque les palourdes, les huîtres et d’autres coquillages meurent. Les parties molles se décomposent rapidement, et les coquilles sont éparpillées sur le fond de la mer. Si les coquilles se trouvent dans des eaux peu profondes, l’action des vagues les réduit rapidement en morceaux de la taille du sable. Même si elles ne se trouvent pas en eau peu profonde, les coquilles sont attaquées par les vers, les éponges et d’autres animaux (figure 11.5).

Pour les animaux qui n’ont pas de coquilles dures ou d’os, la fossilisation est encore plus rare. Par conséquent, le registre fossile contient de nombreux animaux avec des coquilles, des os ou d’autres parties dures, et peu d’organismes à corps mou. Il n’existe pratiquement aucune trace fossile de méduses, de vers ou de limaces. Les insectes, qui sont de loin les animaux terrestres les plus communs, ne sont que rarement retrouvés sous forme de fossiles. Les dents des mammifères étant beaucoup plus résistantes que les autres os, une grande partie des fossiles de mammifères est constituée de dents. Cela signifie que le registre fossile montrera de nombreux organismes qui avaient des coquilles, des os ou d’autres parties dures et manquera presque toujours les nombreux organismes à corps mou qui vivaient à la même époque.

Parce que la plupart de la décomposition et de la fragmentation se produit à la surface, le principal facteur qui contribue à la fossilisation est un enfouissement rapide. Les animaux marins qui meurent près du delta d’un fleuve peuvent être enterrés par les sédiments transportés par le fleuve. Une tempête en mer peut déplacer les sédiments au fond de l’océan, recouvrant et aidant à préserver les restes du squelette.

Sur terre, l’enfouissement est rare, et par conséquent les fossiles d’animaux et de plantes terrestres sont moins courants que les fossiles marins. Les organismes terrestres peuvent être enterrés par des coulées de boue ou des cendres provenant d’une éruption volcanique, ou recouverts par le sable lors d’une tempête de sable. Les squelettes peuvent également être recouverts de boue dans les lacs, les marécages ou les tourbières. Certains des squelettes d’animaux terrestres les mieux préservés se trouvent dans les fosses de goudron de La Brea, à Los Angeles, en Californie. Bien que les animaux piégés dans les fosses aient probablement souffert d’une mort lente et misérable, leurs os ont été parfaitement conservés par le goudron collant.

En dépit des difficultés de conservation, des milliards de fossiles ont été découverts, examinés et identifiés par des milliers de scientifiques. Le registre des fossiles est notre meilleur indice de l’histoire de la vie sur Terre, et un indicateur important des climats et des conditions géologiques passés également. Les archives fossiles jouent également un rôle essentiel dans notre vie. Les combustibles fossiles comme le charbon, le gaz et le pétrole se sont formés à partir des restes décomposés de plantes et d’animaux qui vivaient il y a des millions d’années.

Types de fossiles

La fossilisation peut se produire de plusieurs façons. La plupart des fossiles sont préservés selon l’un des cinq processus suivants (figure 11.6) : restes préservés, perminéralisation, moules et moulages, remplacement et compression.

Restes préservés

La forme la plus rare de fossilisation est la préservation du matériel squelettique original et même des tissus mous. Par exemple, des insectes ont été parfaitement conservés dans l’ambre, qui est une ancienne sève d’arbre. Plusieurs mammouths et même un chasseur de Neandertal ont été découverts gelés dans des glaciers. Ces restes préservés offrent aux scientifiques la rare opportunité d’examiner la peau, les cheveux et les organes de créatures anciennes. Les scientifiques ont prélevé de l’ADN sur ces restes et ont comparé les séquences d’ADN à celles de créatures modernes.

Perminéralisation

La méthode de fossilisation la plus courante est la perminéralisation. Après qu’un os, un fragment de bois ou un coquillage ait été enfoui dans des sédiments, il peut être exposé à de l’eau riche en minéraux qui se déplace dans les sédiments. Cette eau va déposer des minéraux dans les espaces vides, produisant ainsi un fossile. Les os fossiles de dinosaures, le bois pétrifié et de nombreux fossiles marins ont été formés par perminéralisation.

Moules et moulages

Dans certains cas, l’os ou la coquille d’origine se dissout, laissant derrière elle un espace vide ayant la forme de la coquille ou de l’os. Cette dépression s’appelle un moule. Plus tard, l’espace peut être rempli d’autres sédiments pour former un moulage correspondant à la forme de l’organisme d’origine. De nombreux mollusques (palourdes, escargots, poulpes et calmars) sont couramment trouvés comme moules et moulages car leurs coquilles se dissolvent facilement.

Remplacement

Dans certains cas, la coquille ou l’os d’origine se dissout et est remplacé par un minéral différent. Par exemple, les coquilles qui étaient à l’origine en calcite peuvent être remplacées par de la dolomite, du quartz ou de la pyrite. Si les fossiles de quartz sont entourés d’une matrice de calcite, la calcite peut être dissoute par l’acide, laissant derrière elle un fossile de quartz exquisément préservé.

Compression

Certains fossiles se forment lorsque leurs restes sont comprimés par une pression élevée. Cela peut laisser derrière soi une empreinte sombre du fossile. La compression est la plus courante pour les fossiles de feuilles et de fougères, mais elle peut également se produire avec d’autres organismes.

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Figure 11.6 : Cinq types de fossiles : insecte conservé dans l’ambre, bois pétrifié, moulage et moule d’une coquille de palourde, fossile de compression d’une fougère et ammonite pyritisée.

Conservation exceptionnelle

Certains lits rocheux ont produit des fossiles exceptionnels. Les fossiles de ces lits peuvent présenter des traces de parties molles du corps qui ne sont pas normalement préservées. Deux des exemples les plus célèbres de préservation d’organismes mous sont le schiste de Burgess au Canada et le calcaire de Solnhofen en Allemagne. Le schiste de Burgess, vieux de 505 millions d’années, témoigne de la première explosion d’organismes à coquille dans les océans de la Terre. De nombreux fossiles du Shale de Burgess sont des animaux bizarres qui ne semblent avoir aucun lien avec d’autres groupes d’animaux. Le calcaire de Solnhofen, vieux de 145 millions d’années, contient des fossiles de nombreux organismes à corps mou qui ne sont normalement pas préservés, comme les méduses. Le fossile de Solnhofen le plus célèbre est l’Archaeopteryx, l’un des premiers oiseaux. Bien qu’il ressemble à un fossile de dinosaure, on peut clairement voir des impressions de plumes (figure 11.7).

Figure 11.7 : Fossiles provenant de Lagerstätten : Archaeopteryx (à gauche) et Anomalocaris (à droite). Archaeopteryx était un oiseau précoce. Anomalocaris était un énorme prédateur (un mètre de long) qui vivait il y a 500 millions d’années.

Index Fossiles et fossiles vivants

Le registre fossile montre clairement qu’au fil du temps, la vie sur Terre a changé. Les fossiles dans les roches relativement jeunes ont tendance à ressembler aux animaux et aux plantes qui vivent aujourd’hui. Dans les roches plus anciennes, les fossiles ressemblent moins aux organismes modernes.

Au fur et à mesure que les scientifiques recueillaient des fossiles dans différentes couches et formations rocheuses, ils ont découvert qu’ils pouvaient souvent reconnaître la couche rocheuse par l’assemblage de fossiles qu’elle contenait. Certains fossiles se sont avérés particulièrement utiles pour faire correspondre des couches rocheuses de différentes régions. Ces fossiles, appelés fossiles index, sont très répandus mais n’ont existé que pendant une période relativement brève. Lorsqu’un fossile d’index particulier est trouvé, l’âge relatif du lit est immédiatement connu.

De nombreux fossiles peuvent être qualifiés de fossiles d’index. Les ammonites, les trilobites et les graptolites sont souvent utilisés comme fossiles index, tout comme divers microfossiles, ou fossiles d’organismes microscopiques. Les fossiles d’animaux qui ont dérivé dans les couches supérieures de l’océan sont particulièrement utiles comme fossiles index, car ils peuvent être répartis dans le monde entier.

Contrairement aux fossiles index, les fossiles vivants sont des organismes qui ont existé pendant une période extrêmement longue sans avoir beaucoup changé. Par exemple, les brachiopodes Lingulata ont existé depuis la période cambrienne jusqu’à nos jours, soit une durée de plus de 500 millions d’années ! Les spécimens modernes de Lingulata sont presque indiscernables de leurs homologues fossiles (figure 11.8).

Figure 11.8 : Lingula fossile (à gauche) et Lingula moderne (à droite).

Clues des fossiles

Les fossiles constituent notre meilleure forme de preuve de l’histoire de la vie sur Terre. En outre, les fossiles peuvent nous donner des indices sur les climats passés, les mouvements des plaques et d’autres événements géologiques majeurs.

Le premier indice que les fossiles peuvent donner est de savoir si un environnement était marin (sous l’eau) ou terrestre (sur la terre). Avec les caractéristiques de la roche, les fossiles peuvent indiquer si l’eau était peu profonde ou profonde, et si le taux de sédimentation était lent ou rapide. La quantité d’usure et de fragmentation d’un fossile peut permettre aux scientifiques d’estimer la quantité d’action des vagues ou la fréquence des tempêtes.

Souvent, les fossiles d’organismes marins sont trouvés sur ou près de hautes montagnes. Par exemple, l’Himalaya, les plus hautes montagnes du monde, contient des trilobites, des brachiopodes et d’autres fossiles marins. Cela indique que les roches du fond marin ont été soulevées pour former d’énormes montagnes. Dans le cas de l’Himalaya, cela s’est produit lorsque le sous-continent indien a commencé à ramer vers l’Asie il y a environ 40 millions d’années.

Les fossiles peuvent également révéler des indices sur le climat passé. Par exemple, des fossiles de plantes et des couches de charbon ont été trouvés en Antarctique. Bien que l’Antarctique soit gelé aujourd’hui, dans le passé, il devait être beaucoup plus chaud. Cela s’est produit à la fois parce que le climat de la Terre a changé et parce que l’Antarctique n’a pas toujours été situé au pôle Sud.

L’un des modèles les plus fascinants révélés par le registre fossile est un certain nombre d’extinctions massives, des moments où de nombreuses espèces ont disparu. Bien que l’extinction massive qui a tué les dinosaures soit la plus célèbre, la plus grande extinction massive de l’histoire de la Terre s’est produite à la fin de la période permienne, il y a environ 250 millions d’années. Lors de cette catastrophe, on estime que plus de 95 % des espèces sur Terre ont disparu ! La cause de ces extinctions massives n’est pas définitivement connue, mais la plupart des scientifiques pensent que des collisions avec des comètes ou des astéroïdes ont été à l’origine d’au moins quelques-unes de ces catastrophes.

Résumé de la leçon

• Un fossile est tout vestige de vie ancienne. Les fossiles peuvent être des fossiles corporels, qui sont des restes de l’organisme lui-même, ou des fossiles de traces, comme des terriers, des traces ou d’autres preuves d’activité.
• La préservation en tant que fossile est un processus relativement rare. Les chances de devenir un fossile sont accrues par un enfouissement rapide et la présence de parties dures préservables, comme des os ou des coquilles.
• Les fossiles se forment de cinq façons : la préservation des restes originaux, la perminéralisation, les moules et les moulages, le remplacement et la compression.
• Les formations rocheuses avec des fossiles exceptionnels sont appelées très importantes à étudier pour les scientifiques. Elles nous permettent de voir des informations sur des organismes que nous ne connaîtrons peut-être jamais autrement.
• Les fossiles d’index sont des fossiles répandus mais qui n’ont existé que pendant une courte période. Les fossiles d’index aident les scientifiques à trouver l’âge relatif d’une couche rocheuse et à la faire correspondre à d’autres couches rocheuses.
• Les fossiles vivants sont des organismes qui n’ont pas beaucoup changé depuis des millions d’années et qui sont encore vivants aujourd’hui.
• Les fossiles donnent des indices sur l’histoire de la vie sur Terre, les environnements, le climat, le mouvement des plaques et d’autres événements.

Questions de révision

1. Quels facteurs rendent plus probable la préservation d’un animal sous forme de fossile ?
2. Quels sont les cinq principaux processus de fossilisation ?
3. Un scientifique veut déterminer l’âge d’une roche. La roche contient un fossile index et un ancien parent d’un fossile vivant. Quel fossile sera le plus utile pour dater la roche, et pourquoi ?
4. L’île de Spitzberg se trouve dans l’océan Arctique au nord de la Norvège, près du pôle Nord. Des fossiles de fruits tropicaux ont été trouvés dans des dépôts de charbon au Spitzberg. Qu’est-ce que cela indique ?

Vocabulaire

ambre Sève d’arbre fossilisée. corps fossile Les restes d’un organisme ancien. Les exemples incluent les coquillages, les os, les dents et les feuilles. moulage Structure qui se forme lorsque des sédiments remplissent un moule et durcissent, formant une réplique de la structure originale. fossile Tout reste ou trace d’un organisme ancien. combustible fossile Combustible qui a été formé à partir des restes d’organismes anciens. Le charbon, le pétrole et le gaz naturel en sont des exemples. fossilisation Processus qui consiste à devenir un fossile. fossile indexé Fossile qui identifie et indique l’âge relatif des roches dans lesquelles il se trouve. Les fossiles index proviennent d’espèces qui étaient répandues mais qui n’ont existé que pendant une période relativement brève. fossile vivant Espèce ou genre moderne qui a existé sur Terre pendant des millions d’années sans beaucoup changer. marin De ou appartenant à la mer. extinction massive Période de temps pendant laquelle un nombre inhabituellement élevé d’espèces s’est éteint. microfossile Fossile qui doit être étudié à l’aide d’un microscope. moule Empreinte faite dans les sédiments par les parties dures d’un organisme. perminéralisation Type de fossilisation dans lequel les minéraux se déposent dans les pores des parties dures originales d’un organisme. terrestre De ou appartenant à la terre. trace de fossile Preuve de l’activité d’un organisme ancien. Il s’agit par exemple de traces, de pistes, de terriers, de tubes, de trous de forage et de marques de morsure.

Points à considérer

• Quels sont les autres exemples de créatures mythiques qui peuvent être basées sur des fossiles ?
• Pourquoi est-il si rare qu’un animal soit conservé sous forme de fossile ?
• Certains organismes se conservent plus facilement que d’autres. Pourquoi est-ce un problème pour les scientifiques qui étudient les écosystèmes anciens ?
• Pourquoi les exemples de préservation étonnante de fossiles sont-ils si précieux pour les scientifiques ?
• De nombreux fossiles d’organismes marins ont été trouvés au milieu des continents, loin de tout océan. Quelle conclusion pouvez-vous en tirer ?

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