Le Groenland aurait conservé des traces de l’explosion biologique du Cambrien

Publié le 03.11.2020

Le Groenland peut actuellement nous apparaitre comme une destination particulièrement inhospitalière : en effet les conditions climatiques y sont excessivement difficiles et les êtres vivants qui s’y trouvent doivent lutter âprement pour leur survie. Manifestement, ce ne fut pas toujours le cas, des fossiles provenant d’un lointain passé attestent de l’une des plus importantes diversifications biologiques que la Terre ait connue, engendrant les espèces animales que nous connaissons aujourd’hui, après des millions d’années d’évolution.

Une équipe internationale de chercheurs s’est intéressée à un site fossilifère nommé Sirius Passet [1] et plus particulièrement à la formation de Buen, dont la localisation se trouve à proximité du fjord J.P. Koch [2] (qui débouche sur l’océan Arctique), sur la terre de Peary [3], dans la partie septentrionale du Groenland. La datation du site correspondrait au Cambrien inférieur (environ 520 millions d’années avant notre ère), il est l’un des mieux conservés de cette époque. Sirius Passet est constitué essentiellement de roches carbonatées à grains non jointifs comportant plus de 10 % de boue (appelées aussi mudstones d’après la classification de Dunham). Selon les chercheurs, le milieu de dépôt de ces roches correspondrait à la zone de transition maritime entre la plateforme continentale externe et le talus marin, dans la partie septentrionale de la marge de la Laurentie [4], plus précisément dans le bassin Franklinien d’un point de vue paléogéographique. [5]

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Elrathia kingii, un trilobite du Cambrien moyen de l’Utah
Crédit photo : Mark A. Wilson
Domaine public

La présence de la succession de laminations planes et obliques est compatible avec un milieu de dépôt soumis à des écoulements gravitaires transportant des sédiments de faible densité, en dessous de la limite d’action des vagues de tempête et probablement sous la zone photique. La présence de mattes microbiennes ou tapis microbiens dans les sédiments suggère que les micro-organismes les constituant étaient certainement chimioautotrophes [6], ne dépendant plus de la lumière comme source d’énergie pour assurer leur survie mais de réactions chimiques spécifiques. Dans les océans actuels, des mattes microbiennes denses ont pu être observées sous la zone photique où les conditions de luminosité sont faibles et elles sont souvent associées à des niveaux bas en oxygène. Les écoulements gravitaires chargés de matériaux fins étaient probablement générés par les tempêtes et recouvraient périodiquement les mattes microbiennes ainsi que la faune qui leur était associée, ce qui a pu entrainer une exceptionnelle préservation des organismes et engendrer un processus de fossilisation remarquable.

Le site de Sirius Passet comporte une faune de 45 espèces environ, constituée essentiellement d’arthropodes [7] comme les trilobites [8], d’éponges, d’annélides [9], de lobopodes [10], d’euarthropodes [11], de brachiopodes [12]… Les scientifiques ont réalisé une comparaison entre Sirius Passet et un site fossilifère emblématique de l’explosion biologique du Cambrien nommé schistes de Burgess [13]. Les deux sites présentent des similarités au niveau de la datation des fossiles, 510 millions d’années pour les schistes de Burgess, environ 520 millions d’années pour Sirius Passet qui serait donc en quelque sorte précurseur de cette révolution biologique.

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Halkieria evangelista un brachiopode provenant du Cambrien inférieur de Sirius Passet, partie nord du Groenland
Crédit photo : Jakob Vinther
Certains droits réservés : Licence Creative Commons

Leur contenu faunistique ainsi que leur état remarquable de conservation seraient aussi très similaires. Il est à noter que Sirius Passet est l’un des plus anciens sites du Phanérozoïque [14] à présenter cet état excellent de conservation des tissus mous : il pourrait résulter de la corrélation entre des conditions appauvries en oxygène au niveau du fond océanique et de l’effet de placage des sédiments fins transportés par les courants gravitaires, figeant instantanément les milieux de vie et les organismes eux-mêmes. Ainsi, la plupart des trilobites sont conservés dans un moule complet constitué d’un placage de silice authigène [15] ou d’autres formes minéralisées. Certains organismes sont moins bien conservés, apparaissant légèrement en relief, d’autres sont présents en deux dimensions après avoir subi une compression tout en conservant une certaine fidélité anatomique. Ce qui est réellement remarquable dans Sirius Passet et qui en fait son grand intérêt scientifique, c’est la conservation en trois dimensions de fibres musculaires par un processus de silicification observé pour certains spécimens et de l’appareil digestif en minéraux phosphatés pour d’autres. Les chercheurs notent que la conservation dans Sirius Passet s’effectue majoritairement en trois dimensions alors que celle intervenant dans les sites de type schistes de Burgess apparait plutôt en deux dimensions, avec une perte importante au niveau du détail cellulaire. Par exemple, les hyolithes [16] qui sont généralement préservés dans des moules en trois dimensions dans Sirius Passet se présentent plutôt sous la forme de compressions en deux dimensions dans les schistes de Burgess.

Les scientifiques ont pu aussi observer dans un superbe état de conservation le cerveau, le système nerveux et les yeux de Kerygmachela, un lobopode. La préservation des muscles en trois dimensions demeure un phénomène rarissime dans les gisements fossilifères du Cambrien. Dans Sirius Passet, il a été observé seulement chez Campanamuta, un euarthropode et Pambdelurion, un lobopode, ce phénomène n’ayant été observé jusqu’à présent que dans un autre site en Australie. L’étude détaillée des viscères de Campanamuta et des glandes du tube digestif de Pambdelurion a permis de déterminer une tendance vers un régime carnivore par prédation ou une activité détrivore dans l’évolution générale des arthropodes. Les différents modes de préservation des fossiles de Sirius Passet peuvent refléter la composition des tissus originaux mais aussi les fluctuations de la chimie de l’eau de mer, ainsi que la présence ou non des mattes microbiennes, ces dernières semblant indispensables à la préservation en trois dimensions des trilobites ou autres fossiles sans que l’on en comprenne exactement le mécanisme. L’étude des sédiments de Sirius Passet a permis aux chercheurs de déterminer un milieu de dépôt très pauvre en oxygène mais pas anoxique, ce qui a pu considérablement favoriser l’excellente conservation des fossiles, présentant des moments ponctuels de turbulence régis par des écoulements gravitaires chargés de sédiments fins suivis de périodes plus calmes.

Sirius Passet est l’un des sites fossilifères les plus anciens du Cambrien, il peut être considéré comme une « fenêtre » d’observation sur les organismes et les conditions de vie durant les phases initiales de ce qui allait constituer l’explosion biologique du Cambrien, donnant naissance à toutes les lignées animales (dont l’homme) que nous connaissons aujourd’hui après une évolution biologique de plus de 500 millions d’années et dont la survenue reste encore un mystère !

Ludovic Hamiaux, Inist-CNRS

[1] Lien Wikipédia sur Sirius Passet.

[2] Lien Wikipédia sur fjord J.P. Koch.

[3] Lien Wikipédia sur terre de Peary.

[4] Lien Wikipédia sur Laurentie.

[5] Lien Wikipédia sur paléogéographie.

[6] Lien Wikipédia sur chimioautrophie.

[7] Lien Wikipédia sur arthropodes.

[8] Lien Wikipédia sur trilobite.

[9] Lien Wikipédia sur annélides.

[10] Lien Wikipédia sur lobopodia.

[11] Lien Wikipédia sur euarthropodes.

[12] Lien Wikipédia sur brachiopodes.

[13] Lien Wikipédia sur schistes de Burgess.

[14] Lien Wikipédia sur Phanérozoïque.

[15] Lien Wikipédia sur authigène.

[16] Lien Wikipédia sur hyolithes.

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