Olcott et al., 2022
Les scientifiques s’interrogent depuis longtemps sur la préservation exceptionnelle de certains fossiles du biote de l’ère cénozoïque, notamment des plantes, des poissons, des amphibiens, des araignées et d’autres insectes. Le secret : La présence de tapis composés de microalgues unicellulaires (diatomées) a créé un environnement anaérobie pour la fossilisation et a réagi chimiquement avec les polymères organiques des araignées pour les transformer en fines pellicules riches en carbone. Le processus est similaire à un traitement industriel courant pour préserver le caoutchouc, selon un article récent publié dans la revue Communications Earth & Environment.
La plupart des fossiles sont essentiellement des parties du corps minéralisées : coquilles, os et dents. Mais les tissus plus mous sont beaucoup plus susceptibles de se décomposer que de se fossiliser, y compris les exosquelettes chitineux, la peau et les plumes. Les organismes des tissus mous ont tendance à être sous-représentés parmi les fossiles, à l’exception de gisements inhabituels (appelés Fossil-Lagerstätten) qui présentent de riches éventails de ces fossiles dans une conservation remarquable.
« La plupart des formes de vie ne deviennent pas des fossiles », a déclaré Alison Olcott, géologue à l’Université du Kansas. « C’est difficile de devenir un fossile. Vous devez mourir dans des circonstances très spécifiques, et l’un des moyens les plus simples de devenir un fossile est d’avoir des parties dures comme des os, des cornes et des dents. Ainsi, notre bilan de la vie des corps mous et de la vie terrestre, comme les araignées, est inégal, mais nous avons ces périodes de préservation exceptionnelle où toutes les circonstances étaient harmonieuses pour que la préservation se produise.
L’étude d’Olcott et al. impliquait huit araignées fossilisées – actuellement conservées au Muséum national d’histoire naturelle de Paris – extraites d’un de ces sites de préservation exceptionnelle connu sous le nom de formation d’Aix-en-Provence, connue pour son abondance de fossiles de poissons, de plantes et d’arthropodes. Les échantillons ont été trouvés dans le « lit d’insectes », qui intéresse les scientifiques depuis la fin des années 1700.
AN Olcott et al., 2022
Olcott et le co-auteur Matt Downen (maintenant directeur adjoint du Centre de recherche de premier cycle de KU) examinaient les fossiles lorsqu’ils ont eu l’idée de les coller sous un microscope à fluorescence. Étonnamment, les fossiles ont brillé, incitant l’équipe à enquêter plus avant pour déterminer si cela pourrait être un indice de la remarquable préservation des fossiles.
« Si vous regardez simplement le fossile sur la roche, ils sont presque impossibles à distinguer de la roche elle-même, mais ils brillaient d’une couleur différente sous la lunette fluorescente », a déclaré Olcott. « Nous avons donc commencé à explorer la chimie et découvert que les fossiles eux-mêmes contiennent un polymère noir composé de carbone et de soufre qui, au microscope, ressemble au goudron que vous voyez sur la route. Nous avons également remarqué qu’il n’y avait que des milliers et des milliers et des milliers de microalgues tout autour des fossiles et recouvrant les fossiles eux-mêmes.
Des études antérieures ont suggéré que les tapis de diatomées auraient créé un environnement anaérobie, grâce à des substances polymères extracellulaires. Cela aurait suffisamment ralenti la décomposition bactérienne pour permettre aux organismes les plus mous de se fossiliser. Mais Olcott et coll. pensait que cette explication était insuffisante, d’autant plus qu’elle n’expliquerait pas pourquoi des tapis bactériens similaires – qui produisent les mêmes substances polymères – n’aidaient pas à préserver de tels organismes.
L’équipe a donc suivi la microscopie fluorescente avec une imagerie par microscopie électronique à balayage (SEM), qui a révélé un polymère noir sur le fossile et deux types de microalgues. L’analyse chimique a montré que les microalgues étaient majoritairement composées de silice, mais le polymère était riche en soufre. Ils ont également utilisé la spectroscopie à rayons X à dispersion d’énergie et ont découvert que la matière brune dans les fossiles était principalement du soufre et du carbone.
Les auteurs suggèrent que la combinaison du goop collant produit par les microalgues et la chimie des araignées a entraîné une sulfuration (vulcanisation naturelle) – une réaction chimique qui peut se produire dans des environnements appauvris en oxygène. Essentiellement, la réaction chimique implique des composés sulfatés qui se transforment en sulfures, réticulant avec les molécules organiques (biopolymères), stabilisant et préservant ainsi toute matière organique. « Le polymère résultant est assez résistant à la dégradation, car le carbone n’est plus facilement biodisponible et est stable », ont écrit les auteurs. « Des études ont montré que ce type de composé naturellement vulcanisé peut être conservé dans les archives rocheuses pendant des millions d’années. »
Dans ce scénario, une araignée de l’ère cénozoïque expirerait et serait piégée dans un tapis de diatomées. Au fil du temps, des morceaux de ce tapis tomberaient sur le plancher de sédiments, qui contenait d’autres diatomées et algues. Les exosquelettes d’araignées sont constitués de chitine (composée de longs polymères avec des unités de carbone), ainsi que de protéines et de glycoprotéines, et ces biopolymères sont bien adaptés à la sulfuration. Une fois l’araignée polymérisée, les sédiments se sont lentement comprimés, préservant l’araignée sous forme de fossile dans la couche rocheuse.
Olcott et ses collègues ont effectué une grande partie de l’analyse pendant la pandémie, ce qui a forcé de nombreux scientifiques à trouver des solutions de contournement pendant la fermeture des laboratoires. « J’ai dû changer ma façon de faire de la science », a déclaré Olcott. « J’ai passé beaucoup de temps avec ces images et ces cartes chimiques et je les ai vraiment explorées d’une manière qui ne se serait probablement pas produite si tous les laboratoires étaient ouverts et que nous aurions pu entrer et faire un travail plus conventionnel. »
L’équipe étendra ses recherches à l’imagerie d’autres gisements de fossiles pour découvrir si les tapis de diatomées sont également liés à la préservation plus largement. Selon Olcott, environ 80% des sites fossiles de l’ère cénozoïque sont entourés de microalgues.
DOI : Communications Earth & Environment, 2022. 10.1038/s43247-022-00424-7 (À propos des DOI).