Lesley Cherns et al.
Il y a rarement le temps d’écrire sur toutes les histoires scientifiques intéressantes qui se présentent à nous. Ainsi, cette année, nous diffusons à nouveau une série spéciale de publications sur les Douze jours de Noël, mettant en lumière une histoire scientifique qui est tombée à l’eau en 2020, chaque jour du 25 décembre au 5 janvier. Aujourd’hui : comment la création de modèles virtuels 3D peut raconter nous en savoir plus sur les anciennes créatures fossilisées.
Les chercheurs ont créé un modèle 3D très détaillé d’un fossile d’ammonite de 365 millions d’années de la période jurassique en combinant des techniques d’imagerie avancées, révélant des muscles internes qui n’avaient jamais été observés auparavant, selon un article publié le mois dernier dans la revue Geology. Un autre article publié le mois dernier dans la revue Papers in Paleontology a rapporté la création de modèles virtuels 3D des plaques blindées à partir de squelettes fossilisés de deux nouvelles espèces de vers anciens, datant d’il y a 400 millions d’années.
Le fossile d’ammonite utilisé dans l’étude géologique a été découvert en 1998 sur le site de la mine Claydon Pike dans le Gloucestershire, en Angleterre, qui comprend principalement des sables, du grès et du calcaire mal cimentés. De nombreuses coquilles de mollusques fragmentées sont dispersées sur tout le site, mais ce spécimen particulier était remarquablement intact, ne montrant aucun signe d’exposition prolongée par le charognard, l’incrustation de coquilles, ou d’avoir été exhumé d’ailleurs et redéposé. Le fossile est actuellement conservé au National Museum Wales de Cardiff.
« Quand j’ai trouvé le fossile, j’ai immédiatement su qu’il s’agissait de quelque chose de spécial », a déclaré le co-auteur Neville Hollingworth, responsable de l’engagement public au Science and Technology Facilities Council. « La coquille s’est divisée en deux et le corps du fossile est tombé, révélant ce qui ressemblait à des tissus mous. C’est merveilleux de savoir enfin ce que c’est grâce à l’utilisation de techniques d’imagerie de pointe. »
Tout d’abord, l’équipe a photographié le moule interne et soumis le fossile à la microscopie électronique à balayage et à la spectroscopie de rayons X à dispersion d’énergie. Ensuite, les chercheurs ont combiné deux techniques d’imagerie puissantes et complémentaires.
La tomographie neutronique est très similaire aux méthodes d’imagerie par rayons X, sauf qu’elle n’est pas aussi sensible à la densité des matériaux. Ainsi, certaines choses facilement visibles avec l’imagerie neutronique peuvent être difficiles ou impossibles à voir avec l’imagerie aux rayons X (et vice versa). L’équipe a collecté plus de 1 800 projections de 30 secondes par tomographie à neutrons et a utilisé un logiciel informatique pour les reconstruire en tranches 2D.
La microtomographie aux rayons X consiste à utiliser des rayons X pour réaliser des coupes transversales d’un objet physique qui peuvent être utilisées pour recréer un modèle 3D virtuel sans détruire l’objet d’origine. Avec cette méthode, l’équipe a capturé 6 000 projections, qui ont été reconstruites en une image 3D. Les données de microtomographie à rayons X sont particulièrement utiles pour révéler des détails clés sur la structure interne et externe de la coque.
Les deux ensembles de données ont ensuite été importés dans un logiciel spécialisé pour créer un modèle 3D combiné. Les données de rayons X, lorsqu’elles sont alignées avec les données de tomographie neutronique, ont abouti à des rendus 3D en fausses couleurs remarquablement détaillés du fossile.
« Bien qu’ils aient été découverts il y a plus de 20 ans, les scientifiques ont résisté à l’option destructrice de la coupe [the fossil] à part pour voir ce qu’il y a à l’intérieur », a déclaré le co-auteur Alan Spencer de l’Imperial College de Londres. Il a poursuivi :
Bien que cela aurait été beaucoup plus rapide, cela risquait de perdre définitivement certaines informations. Au lieu de cela, nous avons attendu que la technologie non destructive rattrape son retard, comme c’est le cas actuellement. Cela nous a permis de comprendre ces structures intérieures sans causer de dommages à ce fossile unique et rare. Ce résultat témoigne à la fois de la patience dont nous avons fait preuve et des étonnantes avancées technologiques en cours en paléontologie.
Lesley Cherns et al., 2021
Les paléontologues s’appuient généralement sur le genre moderne Nautile comme modèle pour d’anciens fossiles d’ammonoïdes, qui présente au moins une similitude superficielle avec ses ancêtres du Jurassique. Mais ce nouveau modèle 3D montrant les muscles et les tissus mous suggère que ces similitudes ne concernent peut-être que la profondeur de la coquille, et que les ammonites pourraient avoir plus en commun, sur le plan de l’évolution, avec le sous-groupe des coléoïdes d’aujourd’hui, qui comprend les calmars, les poulpes et les seiches.
Lesley Cherns et al.
« La préservation des parties molles est exceptionnellement rare chez les ammonites, même en comparaison avec les fossiles d’animaux étroitement liés comme le calmar », a déclaré le co-auteur Lesley Cherns de l’Université de Cardiff. « Nous avons trouvé des preuves de muscles qui ne sont pas présents dans Nautile, qui a fourni de nouvelles informations importantes sur l’anatomie et la morphologie fonctionnelle des ammonites. »
Plus particulièrement, cette ammonite a probablement nagé à l’aide d’une propulsion par jet, dans laquelle l’eau est expulsée par un tube ou un entonnoir (hyponome) situé près de l’ouverture de la chambre corporelle. Entre autres résultats, les chercheurs ont observé des muscles appariés s’étendant du corps de l’ammonite, qu’ils supposent que l’animal a probablement utilisé pour se rétracter davantage dans sa coquille pour éviter les prédateurs. (Les ammonites n’avaient pas de défenses comme un sac d’encre, commun aux pieuvres, aux calmars et aux seiches.)
« Il a fallu plus de 20 ans de travail patient et de tests de nouvelles techniques de numérisation de fossiles non destructives, jusqu’à ce que nous trouvions une combinaison qui pourrait être utilisée pour ce spécimen rare », a déclaré le co-auteur Russell Garwood de l’Université de Manchester, qui est également associé scientifique au Muséum d’histoire naturelle. « Cela met en évidence à la fois: l’importance de nos collections de musées nationaux qui détiennent en permanence et donnent accès à ces spécimens importants; et le rythme des progrès technologiques au sein de la paléontologie au cours des dernières années. »