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Trace fossil

Empreintes de Chirotherium dans ungrès du Trias Les traces de Protichnites du Cambrien , Blackberry Hill , Wisconsin central Un ichnofossile ( / ˈɪknoʊfɒsɪl / ; du grec : ἴχνος ...

Empreintes de Chirotherium dans ungrès du Trias
Les traces de Protichnites du Cambrien , Blackberry Hill , Wisconsin central

Un ichnofossile ( / ˈɪknoʊfɒsɪl / ; du grec : ἴχνος ikhnos « trace , piste » ) est un enregistrement fossile de l'activité biologique des formes de vie , mais pas les restes préservés de l' organisme lui- même . [ 1 ] Les empreintes fossiles contrastent avec les fossiles corporels, qui sont les restes fossilisés de parties du corps des organismes , généralement altérés par une activité chimique ultérieure ou par une minéralisation . L'étude de ces empreintes fossiles est l'ichnologie - le travail des ichnologues .

Les traces fossiles peuvent être constituées d'empreintes physiques faites sur ou dans le substrat par un organisme. Par exemple, les terriers , les forages ( bioérosion ), les urolites (érosion causée par l'évacuation de déchets liquides), les empreintes de pas , les marques d'alimentation et les cavités racinaires peuvent tous être des traces fossiles.

Le terme, dans son sens le plus large, inclut également les restes d'autres matières organiques produits par un organisme, par exemple les coprolithes (excréments fossilisés) ou les marqueurs chimiques (structures sédimentologiques produites par des moyens biologiques, par exemple la formation de stromatolites ). Cependant, la plupart des structures sédimentaires (par exemple celles produites par des coquilles vides roulant sur le fond marin) ne sont pas produites par le comportement d'un organisme et ne sont donc pas considérées comme des traces fossiles.

L’étude des traces – l’ichnologie – se divise en paléoichnologie , ou étude des traces fossiles, et néoichnologie , l’étude des traces modernes. La science ichnologique présente de nombreux défis, car la plupart des traces reflètent le comportement – ​​et non l’affinité biologique – de leurs créateurs. En conséquence, les chercheurs classent les traces fossiles en genres de formes en fonction de leur apparence et du comportement implicite, ou éthologie , de leurs créateurs.

Occurrence

Coupe transversale d' empreintes de mammouth sur le site Mammoth , Hot Springs, Dakota du Sud

Les traces sont mieux connues sous leur forme fossilisée que dans les sédiments modernes. Cela rend difficile l'interprétation de certains fossiles en les comparant aux traces modernes, même s'ils peuvent être existants ou même communs. Les principales difficultés pour accéder aux terriers existants proviennent de leur découverte dans des sédiments consolidés et de la possibilité d'accéder à ceux formés dans des eaux plus profondes.

Ce coprolithe présente des marques de morsure distinctes sur les mâchoires supérieure et inférieure, probablement celles d'un poisson -aiguille préhistorique . Lieu de découverte : Caroline du Sud , États-Unis ; âge : Miocène ; dimensions : 144,6 mm × 63,41 mm (5,693 po × 2,496 po) ; poids : 558 g (1 lb 3,7 oz)

Les traces fossiles sont mieux préservées dans les grès ; la taille des grains et le faciès de dépôt contribuent tous deux à une meilleure conservation. On peut également les trouver dans les schistes et les calcaires.

Classification

Les traces fossiles sont généralement difficiles, voire impossibles à attribuer à un créateur spécifique. Il est très rare que les créateurs soient associés à leurs traces. De plus, des organismes totalement différents peuvent produire des traces identiques. Par conséquent, la taxonomie conventionnelle n'est pas applicable et une forme complète de taxonomie a été érigée. Au plus haut niveau de la classification, cinq modes comportementaux sont reconnus :

Les fossiles sont ensuite classés en genres de formes, dont quelques-uns sont même subdivisés au niveau de l'« espèce ». La classification est basée sur la forme, l'apparence et le mode comportemental implicite.

Pour séparer nomenclaturalement les fossiles corporels et les traces fossiles, des ichnoespèces sont érigées pour les traces fossiles. Les ichnotaxons sont classés quelque peu différemment dans la nomenclature zoologique que les taxons basés sur les fossiles corporels (voir la classification des traces fossiles pour plus d'informations). En voici quelques exemples :

Informations fournies par les ichnofossiles

Fossile et piste de Mesolimulus walchi , un exemple rare de pistes et de la créature qui les a faites fossilisées ensemble

Les traces fossiles sont des indicateurs paléoécologiques et paléoenvironnementaux importants, car ils sont préservés in situ , c'est-à-dire dans la position de vie de l'organisme qui les a créés. Étant donné que des fossiles identiques peuvent être créés par une gamme d'organismes différents, les traces fossiles ne peuvent nous informer de manière fiable que sur deux choses : la consistance du sédiment au moment de son dépôt et le niveau d'énergie de l' environnement de dépôt . Des tentatives visant à déduire des caractéristiques telles que le caractère marin ou non marin d'un dépôt ont été faites, mais elles se sont révélées peu fiables.

Paléoécologie

Les traces fossiles nous fournissent des preuves indirectes de la vie dans le passé , telles que les empreintes de pas, les traces, les terriers, les forages et les excréments laissés par les animaux, plutôt que les restes préservés du corps de l'animal lui-même. Contrairement à la plupart des autres fossiles, qui ne sont produits qu'après la mort de l'organisme concerné, les traces fossiles nous fournissent un enregistrement de l'activité d'un organisme au cours de sa vie. Contrairement aux fossiles corporels, qui peuvent être transportés loin du lieu où vivait un organisme individuel, les traces fossiles enregistrent le type d'environnement qu'un animal a réellement habité et peuvent donc fournir un échantillon paléoécologique plus précis que les fossiles corporels.

Les traces fossiles sont formées par des organismes effectuant les fonctions de leur vie quotidienne, comme marcher, ramper, creuser, percer ou se nourrir. Les empreintes de pas de tétrapodes , les traces de vers et les terriers creusés par les palourdes et les arthropodes sont tous des traces fossiles.

Les traces fossiles les plus spectaculaires sont peut-être les énormes empreintes de pas à trois doigts produites par les dinosaures et les archosaures apparentés . Ces empreintes donnent aux scientifiques des indices sur la façon dont ces animaux vivaient. Bien que les squelettes des dinosaures puissent être reconstitués, seules leurs empreintes fossilisées peuvent déterminer exactement comment ils se tenaient et marchaient. De telles traces peuvent en dire long sur la démarche de l'animal qui les a faites, sur sa foulée et sur le fait que ses membres antérieurs touchaient le sol ou non.

Cependant, la plupart des traces fossiles sont plutôt moins visibles, comme les traces laissées par des vers segmentés ou des nématodes . Certains de ces turricules de vers sont les seuls fossiles dont nous disposons de ces créatures à corps mou.

Paléoenvironnement

Eubrontes , une empreinte de dinosaure dans la formation Moenave du Jurassique inférieur sur le site de découverte des dinosaures de St. George à Johnson Farm, dans le sud-ouest de l'Utah

Les empreintes fossiles laissées par les vertébrés tétrapodes sont difficiles à identifier pour une espèce animale particulière, mais elles peuvent fournir des informations précieuses telles que la vitesse, le poids et le comportement de l'organisme qui les a créées. Ces traces fossiles se forment lorsque des amphibiens , des reptiles , des mammifères ou des oiseaux marchent sur de la boue ou du sable mou (probablement humide) qui durcit suffisamment pour conserver les empreintes avant le dépôt de la couche suivante de sédiments. Certains fossiles peuvent même fournir des détails sur le degré d'humidité du sable au moment de leur production, et permettent donc d'estimer les directions des paléo-vents.

Des assemblages de traces fossiles se produisent à certaines profondeurs d’eau, et peuvent également refléter la salinité et la turbidité de la colonne d’eau.

Corrélation stratigraphique

Certains fossiles traces peuvent être utilisés comme fossiles index locaux , pour dater les roches dans lesquelles ils se trouvent, comme le terrier Arenicolites franconicus qui n'apparaît que dans un terrier de 4 cm ( 1+Couche de 12 po) de l' époque Muschelkalk du Trias , dans de vastes zones du sud de l'Allemagne .

La base de la période cambrienne est définie par la première apparition de l'empreinte fossile Treptichnus pedum .

Les traces de fossiles ont une utilité supplémentaire, car beaucoup d'entre eux apparaissent avant l'organisme censé les avoir créés, étendant ainsi leur répartition stratigraphique.

Ichnofaciès

Les ichnofaciès sont des assemblages de traces fossiles individuelles qui se produisent de manière répétée dans le temps et l'espace. Le paléontologue Adolf Seilacher a été le pionnier du concept d'ichnofaciès, par lequel les géologues déduisent l'état d'un système sédimentaire au moment de son dépôt en notant les fossiles en association les uns avec les autres. Les principaux ichnofaciès reconnus dans la littérature sont Skolithos , Cruziana , Zoophycos , Nereites , Glossifungites , Scoyenia , Trypanites , Teredolites et Psilonichus . Ces assemblages ne sont pas aléatoires. En fait, l'assortiment de fossiles préservés est principalement limité par les conditions environnementales dans lesquelles les organismes créateurs de traces ont vécu. La profondeur de l'eau, la salinité , la dureté du substrat, l'oxygène dissous et de nombreuses autres conditions environnementales contrôlent les organismes qui peuvent habiter des zones particulières. Par conséquent, en documentant et en recherchant les changements dans l'ichnofaciès, les scientifiques peuvent interpréter les changements dans l'environnement. Par exemple, des études ichnologiques ont été utilisées au-delà des frontières d'extinction massive, comme l' extinction massive du Crétacé-Paléogène , pour aider à comprendre les facteurs environnementaux impliqués dans les événements d'extinction massive.

Biais inhérent

Diagramme montrant comment les empreintes de dinosaures sont préservées dans différents gisements

La plupart des traces fossiles sont connues dans les dépôts marins. Il existe essentiellement deux types de traces, soit les traces exogènes, qui sont faites à la surface du sédiment (comme les pistes) ou les traces endogènes, qui sont faites à l'intérieur des couches de sédiments (comme les terriers).

Les traces superficielles sur les sédiments des milieux marins peu profonds ont moins de chance de se fossiliser car elles sont soumises à l'action des vagues et des courants. Les conditions dans les milieux calmes et profonds tendent à être plus favorables à la préservation de fines traces de structures.

La plupart des traces fossiles sont généralement facilement identifiées par référence à des phénomènes similaires dans les environnements modernes. Cependant, les structures fabriquées par les organismes dans les sédiments récents n'ont été étudiées que dans un nombre limité d'environnements, principalement dans les zones côtières, y compris les vasières .

Évolution

Climactichnites wilsoni , probablement des traces d'un animal ressemblant à une limace, du Cambrien , à Blackberry Hill , dans le centre du Wisconsin . La règle en arrière-plan mesure 45 cm (18 po) de long.

Les premiers fossiles complexes, à l'exclusion des traces microbiennes telles que les stromatolites , datent d'il y a 2 000 à 1 800 millions d'années . C'est beaucoup trop tôt pour qu'ils aient une origine animale, et on pense qu'ils ont été formés par des amibes . Des "terriers" présumés datant d'il y a 1 100 millions d'années pourraient avoir été creusés par des animaux qui se nourrissaient de la face inférieure de tapis microbiens, ce qui les aurait protégés d'un océan chimiquement désagréable ; cependant, leur largeur inégale et leurs extrémités effilées rendent une origine biologique si difficile à défendre que même l'auteur original ne croit plus qu'ils soient authentiques.

Français La première preuve de terriers largement acceptée date de la période édiacarienne (vendienne), il y a environ 560 millions d'années . Au cours de cette période, les traces et les terriers sont essentiellement horizontaux sur ou juste en dessous de la surface du fond marin. De telles traces ont dû être faites par des organismes mobiles avec des têtes, qui auraient probablement été des animaux bilatéraux . Les traces observées impliquent un comportement simple et indiquent que les organismes se nourrissent au-dessus de la surface et creusent des terriers pour se protéger des prédateurs. Contrairement à l'opinion largement répandue selon laquelle les terriers édiacariens ne sont qu'horizontaux, des terriers verticaux Skolithos sont également connus. Les producteurs de terriers Skolithos declinatus des gisements vendiens (édiacariens) en Russie datant d' il y a 555,3 millions d'années n'ont pas été identifiés ; ils pourraient avoir été des filtreurs se nourrissant des nutriments de la suspension. La densité de ces terriers peut atteindre 245 terriers/dm 2 . Certains fossiles de traces d'Ediacara ont été trouvés directement associés à des fossiles corporels. Yorgia et Dickinsonia sont souvent trouvés à l'extrémité de longs chemins de fossiles de traces correspondant à leur forme. L'alimentation était effectuée de manière mécanique, la face ventrale du corps de ces organismes étant supposée être couverte de cils . Le Kimberella potentiellement apparenté aux mollusques est associé à des marques de grattage, peut-être formées par une radula , d'autres traces datant d'il y a 555 millions d'années semblent impliquer une activité active de ramper ou de creuser.

Au fur et à mesure que le Cambrien s'est amorcé, de nouvelles formes de traces fossiles sont apparues, notamment des terriers verticaux (par exemple Diplocraterion ) et des traces normalement attribuées aux arthropodes . Ceux-ci représentent un « élargissement du répertoire comportemental », à la fois en termes d'abondance et de complexité.

Les traces fossiles sont une source de données particulièrement importante pour cette période, car elles ne sont pas directement liées à la présence de parties dures facilement fossilisables, qui sont rares au Cambrien. Bien qu'il soit difficile d'attribuer avec précision les traces fossiles à leurs créateurs, les traces fossiles semblent indiquer qu'au moins, les grands organismes bilatéraux symétriques vivant au fond de l'eau se diversifiaient rapidement au début du Cambrien .

De plus, une diversification moins rapide s'est produite depuis, et de nombreuses traces ont été convergentes indépendamment vers des groupes d'organismes non apparentés.

Les traces fossiles fournissent également nos premières preuves de vie animale sur terre. Les traces des premiers animaux qui semblent avoir été entièrement terrestres remontent au Cambro-Ordovicien et se présentent sous la forme de pistes. Les pistes du grès ordovicien de Tumblagooda permettent de déterminer le comportement d'autres organismes terrestres. Les pistes Protichnites représentent des traces d'un arthropode amphibie ou terrestre remontant au Cambrien.

Ichnogenres communs

Forages de Petroxestes dans un sol dur de l' Ordovicien supérieurdu sud de l' Ohio
Fossile fossile de Rusophycus de l' Ordovicien du sud de l'Ohio . La barre d'échelle est de 10 mm.
Fossile de Skolithos . L'échelle mesure 10 mm.
Thalassinoides , terriers creusés par des crustacés, Jurassique moyen, Makhtesh Qatan, sud d'Israël
Forages de trypanites dans un sol dur de l'Ordovicien supérieur du nord du Kentucky. Les forages sont remplis de dolomite diagénétique (jaunâtre). Le forage à l'extrême droite traverse une coquille dans la matrice.
Des fossiles de traces d'Ophiomorpha et de Thalassinoides produits par des crustacés trouvés dans la formation de Camacho du Miocène supérieur dans le département de Colonia , en Uruguay

Autres traces fossiles notables

Moins ambiguës que les ichnogenres ci-dessus, sont les traces laissées par des invertébrés tels que Hibbertopterus , un « scorpion de mer » géant ou eurypteridé du début de l' ère paléozoïque . Cet arthropode marin a laissé une trace spectaculaire préservée en Écosse.

La bioérosion a produit au fil du temps un magnifique enregistrement de forages, de rongements, de grattages et de raclages sur des substrats durs. Ces traces fossiles sont généralement divisées en macroforages et microforages. L'intensité et la diversité de la bioérosion sont ponctuées par deux événements. L'un est appelé la révolution de la bioérosion ordovicienne (voir Wilson & Palmer, 2006) et l'autre s'est produit au Jurassique. Pour une bibliographie complète de la littérature sur la bioérosion, veuillez consulter les liens externes ci-dessous.

Les plus anciens types d' empreintes de pattes et de queue de tétrapodes remontent à la fin du Dévonien . Ces empreintes de vertébrés ont été trouvées en Irlande , en Écosse , en Pennsylvanie et en Australie . Une dalle de grès contenant la piste d'un tétrapode, datée de 400 millions d'années, est l'une des plus anciennes preuves de la marche d'un vertébré sur terre.

Les empreintes de pas de Laetoli ( Tanzanie ), imprimées dans la cendre volcanique il y a 3,7 Ma (millions d'années) - probablement par un Australopithèque primitif - sont d'importantes traces fossiles humaines .

Confusion avec d'autres types de fossiles

Asteriacites (fossile fossile d'étoile de mer) du Dévonien du nord-est de l'Ohio. Il semble à première vue s'agir d'un moulage externe du corps, mais les sédiments entassés entre les rayons montrent qu'il s'agit d'un terrier.

Les traces fossiles ne sont pas des moulages corporels. Le biote d'Ediacara , par exemple, est principalement constitué de moulages d'organismes dans les sédiments. De même, une empreinte de pied n'est pas une simple réplique de la plante du pied, et la trace de repos d'une étoile de mer présente des détails différents de ceux d'une empreinte d'étoile de mer.

Les premiers paléobotanistes ont confondu une grande variété de structures trouvées sur les plans de stratification des roches sédimentaires avec des fucoïdes ( Fucales , une sorte d' algue brune ou d'algues marines ). Cependant, même au cours des premières décennies de l'étude de l'ichnologie, certains fossiles ont été reconnus comme des empreintes et des terriers d'animaux. Des études menées dans les années 1880 par AG Nathorst et Joseph F. James comparant les « fucoïdes » aux traces modernes ont montré de plus en plus clairement que la plupart des spécimens identifiés comme des fucoïdes fossiles étaient des traces et des terriers d'animaux. Les vrais fucoïdes fossiles sont assez rares.

Les pseudofossiles , qui ne sont pas de véritables fossiles, ne doivent pas non plus être confondus avec les ichnofossiles, qui sont de véritables indices de vie préhistorique.

Galerie de traces fossiles

Histoire

L' ouvrage de Charles Darwin, La Formation de moisissures végétales par l'action des vers est un exemple d'un des premiers travaux sur l'ichnologie, décrivant la bioturbation et, en particulier, l'enfouissement des vers de terre .