Araignée fossilisée de la formation d’Aix-en-Provence, en France, vue dans un échantillon manuel et superposée à une image microscopique fluorescente du même fossile. Sous un éclairage normal, le fossile d’araignée est difficile à différencier de la matrice rocheuse environnante, mais lorsque le fossile est excité par un éclairage UV, sa composition chimique provoque une autofluorescence brillante, révélant des détails supplémentaires sur sa préservation. Crédit : Olcott et al.
Des fossiles d’araignées luminescents ont suscité une étude révolutionnaire sur la façon dont elles ont été préservées à Aix-en-Provence.
Une formation géologique près d’Aix-en-Provence, en France, est reconnue comme l’un des plus importants trésors mondiaux d’espèces fossiles de l’ère cénozoïque. Depuis la fin des années 1700, les scientifiques y découvrent des plantes et des animaux fossilisés exceptionnellement bien conservés.
“La plupart des vies ne deviennent pas des fossiles.” – Alison Olcott
La formation d’Aix-en-Provence est particulièrement célèbre pour ses arthropodes terrestres fossilisés de l’Oligocène (entre 23 et 34 millions d’années environ). Les arthropodes – animaux à exosquelette comme les araignées – étant rarement fossilisés, leur abondance à Aix-en-Provence est stupéfiante.
Une nouvelle étude publiée dans le journal Communications Earth & ; Environment le 21 avril 2022, par des chercheurs de l’Université du Kansas est la première à poser la question suivante : quels sont les processus chimiques et géologiques uniques à Aix-en-Provence qui préservent les araignées de la période oligocène de manière si exquise ?
“La plupart des vies ne deviennent pas des fossiles”, a déclaré l’auteur principal, Alison Olcott, professeur associé de géologie et directeur du Centre de recherche de premier cycle de la KU. “Il est difficile de devenir un fossile. Il faut mourir dans des circonstances très spécifiques, et l’un des moyens les plus faciles de devenir un fossile est d’avoir des parties dures comme des os, des cornes et des dents. Ainsi, notre dossier sur la vie des corps mous et 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.”
Image électronique à balayage d’un abdomen d’araignée fossilisé révélant un polymère noir sur le fossile et la présence de deux types de microalgues : un tapis de diatomées droites sur le fossile et des diatomées centriques dispersées dans la matrice environnante. Cette image est recouverte par des cartes chimiques du soufre (jaune) et de la silice (rose) révélant que si les microalgues sont siliceuses, le polymère recouvrant le fossile est riche en soufre. Crédit : Olcott et al.
Olcott et ses co-auteurs de la KU, Matthew Downen – alors candidat au doctorat dans le département de géologie et maintenant directeur adjoint du Center for Undergraduate Research – et Paul Selden, professeur émérite de la KU, ainsi que James Schiffbauer de l’Université du Missouri, ont cherché à découvrir les processus exacts à Aix-en-Provence qui ont permis la préservation des fossiles d’araignées.
“Matt travaillait à la description de ces fossiles, et nous avons décidé – plus ou moins sur un coup de tête – de les passer sous le microscope fluorescent pour voir ce qui se passait”, a déclaré Olcott. “À notre grande surprise, ils ont brillé, et nous nous sommes donc intéressés de près à la chimie de ces fossiles qui les faisait briller. Si vous regardez simplement le fossile sur la roche, il est presque impossible de le distinguer de la roche elle-même, mais il brille d’une couleur différente sous le microscope fluorescent. Nous avons donc commencé à explorer la chimie et découvert que les fossiles eux-mêmes contiennent un polymère noir fait de carbone et de soufre qui, au microscope, ressemble au goudron que l’on voit sur les routes. Nous avons également remarqué qu’il y avait des milliers et des milliers et des milliers de microalgues tout autour des fossiles et recouvrant les fossiles eux-mêmes.”
Fossile d’araignée de la Formation d’Aix-en-Provence avec encadré blanc indiquant l’emplacement de l’image de microscopie électronique à balayage et la carte chimique du soufre (jaune) et de la silice (rose) en haut à gauche. L’ensemble de ces éléments révèle un polymère noir riche en soufre sur le fossile et la présence de deux types de microalgues siliceuses : un tapis de diatomées droites sur le fossile et des diatomées centriques dispersées dans la matrice environnante. Crédit : Olcott et al.
Olcott et ses collègues émettent l’hypothèse que la substance extracellulaire que ces microalgues, appelées diatomées, sont connues pour produire aurait protégé les araignées de l’oxygène et favorisé leur sulfuration, un changement chimique qui expliquerait la préservation des fossiles sous forme de films carbonés sur des millions d’années.années suivantes.
“Ces microalgues fabriquent le gloop collant et visqueux – c’est ainsi qu’elles se collent ensemble”, a déclaré le chercheur de la KU. “J’ai émis l’hypothèse que la chimie de ces microalgues, et la substance qu’elles extrudaient, permettait en fait à cette réaction chimique de préserver les araignées. En gros, la chimie des microalgues et la chimie des araignées fonctionnent ensemble pour que cette préservation unique se produise.”
En effet, ce phénomène de sulfuration est le même qu’un traitement industriel commun utilisé pour préserver le caoutchouc.
“La vulcanisation est un processus naturel – nous le faisons nous-mêmes pour durcir le caoutchouc dans un processus bien connu”, a déclaré Olcott. “La sulfuration prend du carbone et le réticule avec du soufre et stabilise le carbone, c’est pourquoi nous le faisons sur le caoutchouc pour qu’il dure plus longtemps. Je pense que ce qui s’est passé ici sur le plan chimique, c’est que l’exosquelette de l’araignée est constitué de chitine, qui est composée de longs polymères avec des unités de carbone proches les unes des autres, et c’est un environnement parfait pour que les ponts de soufre interviennent et stabilisent vraiment les choses.”
Olcott a déclaré que la présence de tapis diatomiques pourrait potentiellement servir de guide pour trouver d’autres gisements de fossiles bien conservés à l’avenir.
“La prochaine étape consiste à étendre ces techniques à d’autres gisements pour voir si la préservation est liée aux tapis de diatomées”, a-t-elle déclaré. “De tous les autres sites exceptionnels de préservation de fossiles dans le monde à l’ère cénozoïque, quelque chose comme 80 % d’entre eux sont trouvés en association avec ces microalgues. Nous nous demandons donc si cela explique la plupart des sites fossiles que nous avons à cette époque – en gros, depuis peu après l’extinction des dinosaures jusqu’à aujourd’hui. Ce mécanisme pourrait être responsable de nous donner des informations pour explorer l’évolution des insectes et d’autres formes de vie terrestre post-dinosaures et pour comprendre le changement climatique, car il y a une période de changement climatique rapide et ces organismes terrestres nous aident à comprendre ce qui est arrivé à la vie la dernière fois que le climat a commencé à changer.”
Olcott et ses collègues sont les premiers à analyser la chimie de la conservation à Aix-en-Provence, un fait qu’elle attribue en partie aux défis de la réalisation de la science au cours de la période de l’an 2000. COVID-19 restrictions.
“Je pense honnêtement que cette étude est en partie le résultat de la science des pandémies”, a-t-elle déclaré. “Le premier lot de ces images est apparu en mai 2020. Mon laboratoire était encore fermé ; j’étais à deux mois de ma jambe de 18 mois à la maison avec des enfants en permanence – et j’ai donc dû changer ma façon de faire de la science. J’ai passé beaucoup de temps avec ces images et ces cartes chimiques et je les ai vraiment explorées d’une manière qui n’aurait probablement pas eu lieu si tous les laboratoires avaient été ouverts et si nous avions pu y aller et faire un travail plus conventionnel.”
Référence : “La préservation exceptionnelle des fossiles d’araignées d’Aix-en-Provence pourrait avoir été facilitée par les diatomées” par Alison N. Olcott, Matthew R. Downen, James D. Schiffbauer et Paul A. Selden, 21 avril 2022, Communications Terre & ; Environnement.
DOI: 10.1038/s43247-022-00424-7
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