La paléontologie

L'objet d'étude : les fossiles
Un fossile est toute trace ou reste d'un organisme vivant (animal, végétal, champignon, bactérie, etc.) ayant vécu dans le passé géologique et conservé dans les roches sédimentaires.

Types de fossiles.

• Fossiles corporels (ou restes squelettiques). - Ce sont les parties dures des organismes qui se sont minéralisées et conservées : os, dents, coquilles, carapaces, bois, feuilles, etc. Ce sont les fossiles les plus reconnaissables.

• Traces fossiles traces (ou ichnofossiles). - Ce sont les empreintes d'activité des organismes, sans que leur corps ne soit forcément conservé :

+ Pistes et empreintes. - Pas de dinosaures, traces de pattes d'animaux, galeries de vers, etc. Ils nous renseignent sur le comportement, la locomotion et l'environnement des organismes.

+ Coprolithes. - Excréments fossilisés. Ils peuvent donner des informations sur le régime alimentaire.

+ Oeufs fossilisés. - Coquilles d'œufs de dinosaures, d'oiseaux, etc.

+ Morsures et marques de prédation. - Traces de dents sur des os, indiquant des interactions écologiques passées.

+ Terriers et nids fossilisés. - Structures construites par les animaux.

• Fossiles chimiques (ou chimiotraceurs). - Molécules organiques (ADN, lipides, pigments, etc.) préservées dans les roches. Ils peuvent révéler des informations sur la composition biochimique des organismes anciens et les processus biologiques passés.

• Moulages et empreintes. - L'organisme se décompose mais laisse son empreinte dans la roche (moulage interne ou externe). Par exemple, des coquilles de mollusques dissoutes peuvent laisser un moule de leur forme.

• Organismes conservés en entier - Dans des conditions exceptionnelles, des organismes entiers peuvent être préservés dans de l'ambre (résine d'arbre fossilisée), de la glace, du bitume, etc. Ces fossiles offrent une fenêtre exceptionnelle sur la morphologie et parfois même les tissus mous des organismes anciens.

Les branches de la Paléontologie.
Au fil du temps, la paléontologie s'est divisée en plusieurs branches spécialisées pour mieux étudier les différentes formes de vie fossiles et les environnements anciens. 

Paléozoologie.
Étude des animaux fossiles. C'est la branche la plus connue, celle qui étudie les restes fossiles d'animaux. Selon les types d'organismes étudiés, elle se divise elle-même en :

• Paléontologie des vertébrés. - Dinosaures, mammifères préhistoriques, poissons fossiles, reptiles volants, amphibiens, oiseaux primitifs, mammouths, etc. (La plus médiatisée, souvent associée aux dinosaures).

• Paléontologie des invertébrés. - Étude des animaux sans colonne vertébrale fossiles : trilobites, ammonites, brachiopodes, coraux, insectes fossiles, etc. Représente la grande majorité des fossiles.

Paléoanthropologie.
Étude de l'évolution humaine. Branche entre la paléontologie (zoopaléontologie des vertébrés) et l'anthropologie. Elle se concentre sur les hominidés fossiles, notamment les ancêtres de l'Humain. Objectif : comprendre l'évolution de l'espèce humaine (ex : Homo habilis, Homo erectus). Reconstituer les comportements (outils, migrations, culture).

Micropaléontologie.
Étude des microfossiles, c'est-à-dire les fossiles de très petite taille (quelques millimètres voire micromètres) : foraminifères (protistes marins), diatomées, radiolaires, ostracodes, spores et pollens fossiles (paléopalynologie), etc. Essentielle pour la datation des roches et la reconstitution des paléoenvironnements. Très utilisée en géologie pétrolière, en paléoanthropologie et en archéologie.

Paléoichnologie.
Étude des traces fossiles. Il ne s'agit plus d'étudier les restes d'organismes proprement dits, mais les empreintes laissées par leur activité :  empreintes de pas,  terriers fossilisés, pistes de déplacement, etc. Objectif :  Reconstituer les comportements (marche, fuite, chasse).  Identifier des espèces parfois absentes du registre fossile classique.

Paléoclimatologie.
Utilise les fossiles (et d'autres indices géologiques) pour reconstituer les climats passés et comprendre les changements climatiques à travers le temps géologique.

Paléoécologie.
Reconstitution des écosystèmes passés. Combine des données fossiles pour comprendre les interactions entre espèces et leur environnement. Objectif : étudier les écosystèmes anciens (climat, végétation, faune). Suivre les changements écologiques dans le temps géologique.

Taphonomie.
Étude des processus qui affectent les organismes après leur mort et avant leur fossilisation. Essentiel pour comprendre les biais de la fossilisation et interpréter correctement les assemblages fossiles.

Paléocoprologie.
Étude des excréments fossiles (coprolithes). Objectif : fournir des informations sur le régime alimentaire des espèces fossiles. Identifier des parasites fossiles ou des restes alimentaires.

Biostratigraphie.
Utilisation des fossiles pour dater les couches géologiques. C'est une branche technique utilisant des fossiles dits "stratigraphiques" pour établir l'âge relatif des roches. Indispensable en géologie et en prospection pétrolière. Aide à construire l'échelle des temps géologiques.

Les objectifs et les méthodes de la paléontologie.

Les objectifs.
La paléontologie vise à répondre à de nombreuses questions fondamentales sur l'histoire de la vie :

• Comprendre l'évolution de la vie. - La paléontologie apporte des preuves directes de l'évolution des espèces. Les fossiles documentent les transitions entre les groupes d'organismes, les apparitions de nouvelles caractéristiques, les extinctions et les radiations évolutives. Elle permet de reconstituer les arbres phylogénétiques (arbres de parenté) des organismes et de comprendre les mécanismes de l'évolution à grande échelle.

• Reconstituer les environnements et les climats passés (paléoenvironnements et paléoclimats). - Les fossiles sont des indicateurs précieux des environnements dans lesquels vivaient les organismes. L'étude des assemblages fossiles, des types de roches et des isotopes stables permet de reconstituer les paysages, les climats, les niveaux marins, etc., du passé.

• Dater les roches sédimentaires (biostratigraphie). - Certains fossiles, appelés "fossiles stratigraphiques" ou "fossiles index", ont une répartition géographique large mais une durée de vie courte. Leur présence dans une roche permet de dater celle-ci et de corréler des couches géologiques à l'échelle mondiale.

• Étudier les extinctions massives. - La paléontologie a révélé l'existence d'extinctions massives dans l'histoire de la Terre, des événements catastrophiques qui ont éliminé une grande partie de la biodiversité. L'étude des causes et des conséquences de ces extinctions est cruciale pour comprendre les crises environnementales actuelles.

• Comprendre la biogéographie passée. - La répartition des fossiles à travers le globe permet de reconstituer les mouvements des continents (tectonique des plaques) et les migrations des organismes au cours du temps.

• Fournir des informations pour d'autres disciplines. - La paléontologie contribue à la géologie (datation des roches, compréhension des bassins sédimentaires), à la biologie évolutive, à la climatologie, à l'archéologie (étude des interactions homme-environnement dans le passé), à la recherche pétrolière (identification des roches-mères et des roches-réservoirs), etc.

Travail de terrain :

• Prospection. - Recherche de sites fossilifères potentiels en étudiant les cartes géologiques, les affleurements rocheux, les érosions, etc.

• Fouilles. - Excavation minutieuse des fossiles dans les roches, en utilisant des outils de géologue et de dentiste (marteaux de géologue, burins, pinceaux, aiguilles, etc.).

• Collecte. - Prélèvement et conditionnement des fossiles pour leur transport et leur étude en laboratoire.

• Documentation. - Prise de notes détaillées, photographies, dessins, relevés stratigraphiques pour enregistrer le contexte de découverte des fossiles.

• Préparation des fossiles. -Dégagement des fossiles de la roche qui les entoure à l'aide d'outils mécaniques, chimiques ou pneumatiques (micro-burineur, acide, etc.).

• Identification et classification. - Comparaison des fossiles avec des spécimens actuels et fossiles déjà connus, utilisation de clés de détermination, recours à la littérature scientifique.

• Analyse morphologique et anatomique. - Description détaillée des fossiles, étude de leur morphologie, de leur anatomie (dissection virtuelle grâce à la microtomographie X, par exemple).

• Datation relative. - Utilisation de la stratigraphie et des fossiles stratigraphiques pour établir un ordre chronologique.

• Datation absolue (radiométrique). - Mesure de la désintégration radioactive d'éléments chimiques (carbone 14, potassium-argon, uranium-plomb, etc.) présents dans les roches ou dans les fossiles pour obtenir un âge en années.

• Analyse chimique et isotopique. - Étude de la composition chimique des fossiles et des roches pour obtenir des informations sur le régime alimentaire, le climat, l'environnement, etc.

• Analyse génétique (ADN ancien). - Dans de rares cas, il est possible d'extraire et d'analyser l'ADN ancien de fossiles récents (moins de 100 000 ans) pour étudier les relations évolutives et la génétique des populations passées.

• Microscopie optique et électronique. - Étude des microfossiles et des structures fines des fossiles.

• Tomographie (scanner). - Visualisation en 3D de l'intérieur des fossiles sans les endommager.

• Modélisation 3D et réalité virtuelle. - Reconstitution numérique des organismes fossiles et de leur environnement pour la recherche et la vulgarisation.

• Logiciels de phylogénie et de biostatistique. - Analyse des données morphologiques et génétiques pour reconstituer les arbres évolutifs et étudier les tendances évolutives.

• Bases de données paléontologiques. - Compilation de données sur les fossiles et les sites fossilifères pour des analyses à grande échelle.