Introduction
Lorsqu’un être vivant se transforme en fossile, c’est un travail d’équipe entre la géologie et la biologie. En substance, les fossiles sont les restes conservés, ou les traces, d’une vie disparue qui a été enfouie dans des sédiments et qui date généralement de plus de 10 000 ans. Seules les parties les plus dures, comme les os, les coquilles ou les dents, survivent en général assez longtemps après la mort pour être fossilisées, les tissus mous pourrissant rapidement. Encore faut-il que les bonnes conditions environnementales interviennent au moment opportun pour transformer l’os en pierre. De fait, les paléontologues identifient deux éléments clés qui déterminent si un organisme disparaît ou devient un fossile :
- Le milieu d’enfouissement : où et avec quelle rapidité l’organisme est enfoui dans les sédiments.
- La composition du corps de l’organisme : les matériaux dont l’organisme était constitué (tissus mous ou parties dures, comme un os minéralisé ou une coquille minéralisée).
Le rôle de la biologie : parties dures et résistance à la décomposition
En matière de fossilisation, certaines parties du corps ont tout simplement de meilleures chances que d’autres. Les créatures dotées de parties dures — pensez aux coquilles de calcite ou d’aragonite, ou aux os riches en phosphate de calcium — partent avec une sérieuse longueur d’avance. Ces tissus résistants sont déjà constitués de minéraux ; ils ne se désagrègent donc pas aussi vite que les tissus mous. Autrement dit, la coquille d’une palourde ou l’os d’un dinosaure a de bonnes chances de « tenir le coup » jusqu’à son enfouissement, tandis que les organes internes d’un animal ou le délicat exosquelette d’un insecte se décomposent généralement bien avant de pouvoir être conservés. Il n’est donc pas surprenant que le registre fossile soit dominé par les parties dures minéralisées des organismes. Les galeries de fossiles des musées regorgent d’os et de coquilles, ce qui reflète un biais dans ce que la nature tend à conserver.
Figure : un poisson fossile de la formation de Green River (Éocène) montre un grand poisson mort en train d’en avaler un plus petit. Les squelettes sont admirablement conservés, mais aucun tissu mou n’a survécu à la fossilisation. Les parties dures et minéralisées, comme l’os, peuvent durer assez longtemps pour être fossilisées, alors que la chair molle est généralement perdue.
L’envers de la médaille, c’est que la majorité des espèces vivantes (et probablement des espèces passées) n’ont aucune partie dure minéralisée. Les insectes, par exemple, sont incroyablement diversifiés aujourd’hui, mais comme leur corps est dépourvu d’os et de coquille, ils laissent très rarement des fossiles, comparés aux créatures à coquille comme les palourdes ou les escargots. Même posséder des parties dures n’est pas une garantie : il importe aussi de savoir où un organisme meurt. Un dinosaure avait des os solides, mais s’il mourait sur des hautes terres sèches ou dans une zone rocheuse sans sédiments pour le recouvrir, ces os pouvaient être dispersés ou détruits avant même d’être enfouis. De fait, de nombreux grands animaux terrestres comme les dinosaures ne sont connus que par des restes fragmentaires, parce qu’ils ne vivaient pas dans des endroits où les sédiments risquaient d’ensevelir rapidement leurs carcasses. Enfouir sous les sédiments un dinosaure de plusieurs tonnes exige une catastrophe rare (imaginez la quantité de boue nécessaire pour recouvrir un titanosaure de 100 pieds de long !), alors qu’enfouir un petit coquillage peut se produire avec une simple vague ou un courant de rivière ordinaire. Ainsi, la biologie fournit les « matières premières » (les parties dures à conserver), mais sans cadre favorable, ces matériaux n’entrent pas dans le registre géologique.
Le rôle de la géologie : processus d’enfouissement et de conservation
La géologie prend le relais à la mort de l’organisme en fournissant les conditions de sa conservation. L’étape la plus décisive est l’enfouissement rapide. Si les restes d’une créature sont rapidement recouverts de sédiments (boue, sable, cendres volcaniques, tout ce qui recouvre l’organisme comme un manteau), ils sont protégés des forces destructrices du monde vivant. L’enfouissement coupe les restes de l’oxygène, des charognards et des bactéries, ralentissant ou arrêtant la décomposition qui, sans cela, les détruirait. C’est pourquoi les fossiles se trouvent généralement dans des milieux de dépôt, des lieux où les sédiments s’accumulent naturellement. Ce sont, par exemple, les deltas fluviaux, les fonds de lacs, les plaines d’inondation ou les planchers océaniques. Les organismes qui vivent dans ces milieux riches en sédiments, ou à proximité (ou qui y sont entraînés après leur mort), ont bien plus de chances de se fossiliser que ceux qui vivent, par exemple, au sommet d’une montagne ou dans un désert, où l’enfouissement est rare. Ainsi, des palourdes marines qui meurent sur un plancher océanique boueux peuvent être enfouies en quelques jours ou quelques semaines par le prochain apport de sédiments, alors qu’un animal qui meurt sur une plaine exposée peut rester à l’air libre pendant des années, largement assez de temps pour être dépecé ou dissous.
L’enfouissement n’est que le début. Une fois ensevelis, des processus géochimiques commencent à transformer les restes biologiques en roche. Les eaux souterraines riches en minéraux qui percolent à travers le sédiment peuvent s’infiltrer dans les os, les dents ou le bois et déposer des minéraux dans leurs pores. Avec le temps, ce processus (appelé perminéralisation) peut remplacer entièrement la matière organique d’origine par de la pierre, transformant les restes en roche. Les minéraux de conservation courants comprennent le carbonate de calcium ou la silice, qui peuvent combler le moindre espace d’un os ou d’un morceau de bois jusqu’à sa « pétrification » complète. C’est ainsi que l’on obtient du bois pétrifié et des os fossiles qui, tout en conservant la forme et la microstructure de l’organisme d’origine, s’apparentent chimiquement davantage à un échantillon minéral. En somme, la géologie fournit le ciment minéral qui lithifie les restes de la vie.
Fait intéressant, la composition chimique du sédiment peut elle aussi influencer la fossilisation de manière plus subtile, jusqu’à déterminer si les tissus mous ont une chance d’être fossilisés. Certaines argiles, par exemple, possèdent des propriétés antibactériennes qui peuvent ralentir la décomposition. Des expériences ont montré que lorsque des carcasses d’animaux (comme des crevettes en laboratoire) se décomposent dans une argile telle que la kaolinite, les bactéries de décomposition habituelles se développent moins bien. Au bout de deux mois, les crevettes enfouies dans la kaolinite en étaient encore aux premiers stades de décomposition, avec de nombreuses parties du corps intactes, tandis que les crevettes placées sur d’autres types de sédiments (comme d’autres argiles sans cet effet) s’étaient réduites à de simples fragments. En supprimant les communautés bactériennes qui décomposent normalement la carcasse, l’argile kaolinitique « gagne du temps » pour les restes, qui demeurent intacts plus longtemps. Ce surcroît de temps peut permettre à une plus grande partie du corps de se minéraliser avant d’être perdue. Cet exemple met en lumière une remarquable interaction entre la géologie et la biologie : un minéral du sédiment influe sur l’activité des microbes (la biologie), qui à son tour détermine ce qui est conservé. Dans le registre fossile, on devine les traces de cette interaction dans la conservation exceptionnelle de fossiles à corps mou dans certaines formations rocheuses, où des argiles fines, un enfouissement rapide et un faible taux d’oxygène se sont combinés pour limiter la décomposition.
Fossiles rares : quand les parties molles survivent
Comme la conservation des tissus mous est si difficile, les fossiles qui montrent une anatomie molle, comme la peau, les plumes ou les organes internes, sont extrêmement rares et souvent spectaculaires. Ils n’apparaissent que lorsque les restes biologiques sont verrouillés par des circonstances géologiques extraordinaires. Dans des cas très exceptionnels, par exemple, des éléments délicats comme des plumes ou des feuilles ont été fossilisés, mais généralement seulement lorsque la décomposition a été stoppée presque immédiatement. Certains célèbres Lagerstätten (« lieux de stockage » de fossiles exceptionnels), comme le schiste de Burgess du Cambrien moyen, se sont formés lorsque des animaux ont été entraînés dans des milieux anoxiques (pauvres en oxygène) et rapidement ensevelis sous une boue fine. Avec peu d’oxygène et peut-être la présence de certaines argiles ou de sulfures, les bactéries de décomposition n’allaient pas loin, et même des petites bêtes à corps mou ont laissé des empreintes ou des films de carbone de leur corps. Dans d’autres cas, la nature a enseveli des organismes dans des substances qui court-circuitent entièrement la décomposition : pensez aux insectes piégés dans l’ambre (résine d’arbre durcie). Ces malheureuses bestioles sont conservées pratiquement entières, souvent jusqu’à leurs ailes fragiles et leurs globes oculaires, parce que la résine collante les a enrobées et s’est durcie en un tombeau de polymère avant que la décomposition ne s’installe. La congélation peut avoir un effet semblable : des corps de mammouths de l’ère glaciaire ont été retrouvés dans le pergélisol, avec poils et chair intacts après des dizaines de milliers d’années, essentiellement parce qu’ils sont restés gelés de leur mort jusqu’à leur découverte. Tous ces scénarios exigent une parfaite convergence de la biologie et de la géologie : les restes de l’organisme doivent rencontrer exactement le bon agent d’ensevelissement ou les bonnes conditions au bon moment.
La formation d’un fossile est une conversation entre la vie et la Terre. L’organisme fournit les parties qui valent la peine d’être conservées, et la Terre fournit l’abri et les minéraux nécessaires pour les conserver. Sans les parties dures biologiques de l’organisme et sans les tours de passe-passe géologiques de l’enfouissement et de la minéralisation, nous n’aurions aucun fossile : ni bois pétrifié, ni os de dinosaure, ni coquilles changées en pierre. Chaque fossile est un minuscule miracle de coopération entre la biologie et la géologie : il garde la trace d’un moment où le monde vivant et la Terre elle-même ont travaillé main dans la main pour défier la décomposition et saisir pour toujours un fragment de vie ancienne. Chaque fois que nous ramassons un fossile, nous tenons dans nos mains le résultat de cette interaction : l’histoire de la vie écrite dans la roche.
Sources : British Geological Survey, « Fossils » ; Digital Atlas of Ancient Life, « The process of fossilization » ; Corthésy et al. (2024), « The effects of clays on bacterial community composition during arthropod decay », Swiss Journal of Palaeontology 143, 26.
