LE FOSSILE, PROPHÈTE DE L’AVENIR

Le 11 avril 2023 / IBI World Suède, Science et technologie / Laisser un commentaire

L’ère industrielle a coûté à l’humanité un profond changement climatique, qui se produit à un rythme sans précédent. Ce processus ressemble aux changements rapides qui ont affecté les écosystèmes de la Terre dans son passé géologique et qui, par conséquent, peuvent nous aider à prophétiser et à orienter les choix futurs. Ou, à tout le moins, nous dire pourquoi certains choix peuvent avoir des conséquences désastreuses, sur la base de l’expérience de millions d’années d’histoire de la Terre.

Au cours des 500 derniers millions d’années, notre planète a connu au moins cinq périodes catastrophiques, qui ont entraîné l’extinction de plus de 90% des organismes qui vivaient sur Terre à l’époque. Selon la paléontologie, c’est-à-dire l’étude scientifique de la préhistoire, la dernière « extinction de masse » s’est produite il y a 66 millions d’années, marquant la limite entre le Crétacé et le Paléocène, et a anéanti environ 76% de toutes les espèces vivantes de la planète, y compris les dinosaures autres que les oiseaux^[1].

Comme indiqué, la paléontologie étudie le monde vivant des époques passées pour tenter de reconstituer son histoire, ses lois naturelles et son évolution. L’une des tâches les plus importantes de la science est de reconstituer les conditions naturelles dans lesquelles la vie s’est développée sur Terre à différentes époques de son histoire, et ce grâce à l’étude des restes d’organismes et des roches, car ils portent les marques de l’époque à laquelle ils ont été produits, et nous savons aujourd’hui que le climat est un facteur important qui influence la vie et la formation des minéraux et des roches^[2]. Le monde de la paléontologie s’enrichit constamment de nouvelles découvertes qui nous aident à comprendre le présent et à penser l’avenir.

Une menace pour la biodiversité

Les espèces animales sont dépendantes les unes des autres pour assurer leur existence et donc la biodiversité[3]

Avec l’augmentation des pressions anthropiques (l’effet de l’homme sur la planète), la diversité au sein de la biosphère (la partie habitable de la Terre, sur le sol et dans l’air) diminue rapidement et constitue le problème environnemental le plus grave auquel nous sommes confrontés aujourd’hui. Dans une étude intitulée « Integrating Conservation Biology and Palaeobiology for Biodiversity and Ecosystem Management in a Changing World » (Intégrer la biologie de la conservation et la paléobiologie pour la gestion de la biodiversité et des écosystèmes dans un monde en mutation), les scientifiques soulignent l’importance des données paléontologiques datant de la nuit des temps (plus de 2 millions d’années) pour établir des priorités en matière de conservation des espèces et mettre en œuvre des mesures de conservation efficaces^[4].

Les scientifiques suggèrent que les données paléontologiques provenant des fossiles ont un grand pouvoir de prédiction de l’avenir et peuvent offrir plus de conseils sur la conservation de la vie que ce que l’on connaît actuellement, en nous donnant des informations sur les raisons pour lesquelles les espèces sont sujettes à l’extinction. Les scientifiques comparent les événements survenus dans les temps profonds avec les processus induits par l’homme. Cette comparaison permet de déterminer la réaction probable à long terme des espèces et des écosystèmes aux facteurs de stress abiotiques (facteurs de stress non animaux tels que la sécheresse, la salinité, le gel et la chaleur excessive). La vitesse à laquelle les communautés végétales ont disparu ou se sont modifiées à la suite d’une extinction massive il y a 66 millions d’années peut être utilisée, par exemple, pour élaborer un programme de reforestation dans des régions fortement dégradées par la pression anthropogénique (modifications de l’environnement produites par les activités humaines).

L’étude de la réduction de la taille des mammifères pendant les périodes de températures élevées prolongées peut être utilisée pour prédire les changements dans la composition et la fonction des futures communautés animales en réponse au changement climatique. La compréhension des mécanismes d’extinction des requins pélagiques au début du Miocène, par exemple, pourrait révéler les facteurs abiotiques à l’origine du déclin des requins en haute mer aujourd’hui. L’analyse du temps profond est donc une source d’information précieuse pour prédire la réponse des espèces à des conditions environnementales changeantes. Il convient toutefois d’être prudent dans l’interprétation des conclusions, car elles ne peuvent prendre en compte tous les aspects de notre réaction naturelle^[5].

Sur les traces des dinosaures

Schéma temporel de l’âge de la Terre[6]

On pensait auparavant que le climat chaud et plat du début du Mésozoïque était l’environnement le plus propice aux dinosaures. Or, de nouvelles recherches montrent qu’ils étaient parfaitement adaptés aux conditions froides et qu’ils ont survécu à des hivers glacés, un facteur décisif pour leur survie à la fin du Trias. Selon de nombreux scientifiques, l’extinction massive, qui a anéanti plus des trois quarts de toutes les espèces terrestres et marines, y compris les crustacés, les coraux et tous les grands reptiles, a été déclenchée ultérieurement par des éruptions volcaniques de grande ampleur, résultant de mouvements de plaques tectoniques^[7].

En outre, ces éruptions pourraient avoir déclenché une explosion de dioxyde de carbone dans l’atmosphère, qui aurait augmenté ses niveaux déjà prohibitifs, provoquant des pics de température mortels sur terre et rendant les eaux océaniques trop acides pour que de nombreuses créatures puissent y survivre. Les auteurs de la nouvelle étude suggèrent que les phases les plus intenses des éruptions ont émis des aérosols de soufre qui ont réfléchi une telle quantité de lumière solaire qu’ils ont provoqué des hivers volcaniques répétés à l’échelle mondiale pouvant durer une décennie ou plus ; même les tropiques ont pu connaître des gelées prolongées. Les reptiles non isolés ont été tués, mais les dinosaures isolés et adaptés au froid ont pu survivre.

La résistance au froid est due à la présence probable de proto-perles (ancêtres des plumes d’oiseaux modernes, formations cutanées cornées que certains dinosaures possédaient vraisemblablement) chez de nombreux membres de l’espèce, ainsi qu’à un système à sang chaud et à un métabolisme élevé, qui ont permis aux dinosaures de survivre à l’obscurité et au froid des hivers volcaniques et de se développer pour dominer la Terre pendant les 135 millions d’années qui ont suivi^[8].

La recherche sur le changement climatique contemporain se concentre sur le phénomène du réchauffement de la planète, en particulier dans les régions polaires. Les scientifiques tentent de simuler la vie dans un monde plus chaud et d’en atténuer les conséquences possibles. Les changements sont très complexes et les recherches sur l’Arctique ancien peuvent être très utiles, notamment pour comprendre comment les précipitations et les températures affectent les populations de vertébrés^[9].

Une équipe de scientifiques dirigée par Anthony Fiorillo, paléontologue à la Southern Methodist University de Dallas (Texas), a mené une étude sur la période crétacée de la région septentrionale du continent américain. L’importance de la période et du terrain réside dans le fait qu’à cette époque, la Terre était dans un état de réduction des zones habitables et nous permet de modéliser ce que nous pourrions voir si le réchauffement climatique se poursuivait et que le climat devenait aussi chaud et humide qu’au Crétacé^[10].

Parallèles entre les événements profonds et les changements anthropiques^[11]

Les scientifiques ont identifié deux paramètres climatiques cruciaux et ont démontré leur rôle dans l’évolution des populations animales et végétales de l’Alaska arctique en utilisant deux familles de dinosaures herbivores (Hadrosauridae et Ceratopsidae), qui étaient essentiels à la santé de l’écosystème dans lequel ils vivaient. L’étude suggère que les précipitations annuelles moyennes ont joué un rôle plus important dans la distribution des dinosaures herbivores que la température annuelle moyenne^[12].

L’étude a examiné la vie animale et végétale et les anciennes conditions climatiques dans l’écosystème terrestre de l’Alaska. Il est impossible d’analyser le rythme des changements, qui ont pu être très différents au Crétacé, mais il est possible de reconstituer l’aspect d’un littoral sans glace et de voir comment les rivières et les plaines inondables réagiraient à la fonte printanière des montagnes si tout n’avait pas gelé, ainsi que d’observer la répartition des plantes et des animaux^[13].

La biodiversité est sensible à tout changement climatique et se trouve actuellement dans une situation critique. Étant donné la similitude d’événements tels que les événements hyperthermiques, la perte d’habitat et la pollution, la question se pose : le risque d’extinction d’espèces lors de catastrophes de masse passées peut-il nous aider à faire des prédictions sur la crise actuelle de la biodiversité ? L’étude, publiée par la Royal Society, est basée sur un modèle de risque d’extinction utilisant un algorithme d’apprentissage automatique basé sur une série de fossiles marins qui témoignent des extinctions de la fin du Permien, de la fin du Trias et de la fin du Crétacé (il y a 252, 200 et 66 millions d’années)^[14].

Il convient de noter que les extinctions massives de la fin du Permien et de la fin du Trias sont associées à l’éruption de grandes régions ignées (zones caractérisées par des accumulations extrêmement importantes de roches magmatiques) qui ont entraîné des changements en cascade dans l’environnement, tels que le réchauffement dû aux émissions de gaz à effet de serre, la désoxygénation et l’acidification des océans. La période du Crétacé n’est pas aussi claire, car les éruptions volcaniques massives ont coïncidé avec l’impact d’une grosse météorite sur la Terre, ce qui a entraîné un stress thermique sous la forme d’une impulsion de réchauffement régional extrême autour du site d’impact et d’un refroidissement climatique mondial extrême à court terme (dix ans), suivi d’une acidification des océans et d’une réduction de la croissance de la matière organique sur des périodes plus longues. En d’autres termes, on ne peut pas dire que les conditions initiales soient les mêmes que celles que nous connaissons avec plus de certitude^[15].

L’analyse montre que, bien qu’il y ait une certaine similitude dans les schémas de sélectivité de l’extinction entre les crises anciennes, la sélectivité n’est pas constante, ce qui se traduit par des performances prédictives médiocres. Comme dans le cas de la météorologie, nous pouvons émettre des hypothèses, mais nous ne pouvons pas prédire la réalité avec certitude.

En outre, la difficulté de prédire est liée aux différences entre la façon dont les menaces pesant sur la biodiversité se sont manifestées dans le passé géologique et la façon dont elles se manifestent aujourd’hui. Par exemple, la pollution anthropique actuelle a une échelle beaucoup plus grande et inclut des substances synthétiques, tandis que l’introduction (le déplacement délibéré ou accidentel par l’homme de membres du monde vivant en dehors de leurs habitats naturels) est susceptible de se produire à une échelle spatiale beaucoup plus grande et à un rythme beaucoup plus rapide. La taille de l’aire géographique et la richesse des espèces qui la composent offrent sans doute des avantages en termes de survie, mais sont moins décisives face aux extinctions massives^[16].

L’effet de la dérive des continents

Il y a deux milliards d’années, un astéroïde frappe la Terre, modifiant l’équilibre environnemental pour des millions d’années[17]

Au début de l’histoire de la Terre, l’oxygène atmosphérique dominait l’oxygène dissous dans les océans. Cependant, une équipe internationale de scientifiques propose aujourd’hui une vision alternative de cette reconstruction, en soulignant l’importance du mouvement horizontal des plaques tectoniques et de la distribution inégale de l’oxygène dissous à la surface et au fond des océans dans la diffusion de l’oxygène dans le sol, la mer et l’air^[18].

L’étude montre que la teneur en oxygène des océans de la planète est instable et fluctue à des intervalles de plusieurs milliers d’années. Ces fluctuations pourraient jouer un rôle clé dans la forte augmentation de la biodiversité, comme cela s’est produit au début du Paléozoïque, lors de ce que l’on appelle l’explosion cambrienne (c’est-à-dire l’augmentation considérable des découvertes de restes fossiles d’êtres vivants dans les gisements du début de la période cambrienne, qui est datée du début du Paléozoïque, il y a environ 538,8 millions d’années). Le mouvement des continents pourrait être à l’origine de cette instabilité^[19].

Bien que la dérive des continents semble lente, imperceptible et apparemment incapable de provoquer des changements spectaculaires, elle affecte directement le mouvement des eaux océaniques. Les eaux de surface deviennent plus froides et plus lourdes à l’approche des pôles et descendent vers le bas, avec l’oxygène qu’elles contiennent, stimulant le développement d’un biome (un environnement terrestre spécifique caractérisé par une végétation particulière) et d’un climat particulier au fond. La force des courants ascendants fait remonter la matière organique à la surface, déclenchant la croissance du plancton. Ce cycle est un facteur clé de la diversité et de la répartition de la vie marine^[20].

Selon l’étude, ce processus cyclique pourrait être interrompu, voire stoppé, ce qui aurait un impact majeur sur l’évolution de la vie marine à l’échelle mondiale, si l’impact de l’humanité sur la planète s’avérait trop important. L’étude de l’université de Sydney visait à déterminer l’impact du réchauffement climatique sur le taux de circulation dans les profondeurs de l’océan – ce que l’on appelle le taux du tapis roulant océanique (c’est-à-dire les courants sous-marins constants). Les scientifiques estiment que cette étude est très importante pour prédire la dynamique de la température des océans et de la dissolution du dioxyde de carbone.

Jusqu’à présent, environ un quart du dioxyde de carbone créé par l’activité humaine (et plus de 90% de l’excès de chaleur qui lui est associé) a été absorbé par l’océan sans problème majeur^[21]. Les petits organismes dérivant dans l’eau utilisent le dioxyde de carbone dissous pour construire leur squelette et leur coquille. À la fin de leur cycle de vie, les organismes tombent au fond de l’eau, emportant avec eux le carbone qu’ils ont accumulé au cours de leur vie. C’est ainsi qu’une masse de sédiments, réserve mondiale de carbone, s’accumule en permanence au fond des océans^[22].

C’est ce que l’on appelle le tapis roulant océanique, qui permet aujourd’hui, grâce aux outils de la paléontologie et de la géologie, de prévoir les grands changements climatiques[23]

Grâce à la documentation géologique du plancher océanique, à la connaissance de sa forme et à l’analyse du cycle de sédimentation du fond, les scientifiques ont pu comprendre quand et où la sédimentation s’est arrêtée. Les scientifiques ont conclu que la sédimentation a été pratiquement ininterrompue pendant 13 millions d’années, ce qui correspond à une baisse de la température moyenne de la planète et à la croissance des calottes glaciaires sur la terre ferme. Cela suggère que le tapis roulant des océans s’est progressivement ralenti, par rapport à la période où les températures sur Terre étaient de trois à quatre degrés plus élevées qu’aujourd’hui et où les flux océaniques profonds étaient beaucoup plus rapides^[24].

Des études indépendantes utilisant des données satellitaires montrent que la circulation océanique à grande échelle et les tourbillons océaniques sont devenus plus actifs au cours des deux ou trois dernières décennies de réchauffement climatique. C’est également ce que montre une étude des fonds marins autour de la Nouvelle-Zélande, qui a révélé que la production de coquillages préservés sous forme de sédiments carbonatés était plus importante pendant les anciennes périodes de réchauffement climatique, malgré l’acidification des océans à cette époque. La combinaison de ces résultats permet de conclure que les océans plus chauds ont non seulement une circulation profonde plus active, mais qu’ils stockent potentiellement le carbone de manière plus efficace^[25]. Mais pour en être certain, une analyse plus complète de l’histoire géologique des bassins océaniques est nécessaire.

Une autre proposition intéressante a été avancée par une équipe internationale de scientifiques dirigée par des chercheurs du Trinity College School of Science de Dublin. En analysant chimiquement d’anciens sédiments de boue provenant d’un puits de 1,5 km de profondeur au Pays de Galles, les scientifiques ont pu établir un lien entre deux événements clés qui se sont produits il y a environ 183 millions d’années (la période Toar) et qui ont conduit à un réchauffement soudain du climat de la Terre et à des changements ultérieurs de l’écosystème mondial. Cette période se caractérise par une activité volcanique catastrophique, les « grandes provinces d’éruption » (LIP), et des émissions de gaz à effet de serre dans l’hémisphère sud, où se trouvent aujourd’hui l’Afrique australe, l’Antarctique et l’Australie^[26].

Des modèles globaux de reconstitution des plaques tectoniques et de leur mouvement, ainsi que les concentrations de mercure dans les roches sédimentaires du Taurus inférieur ont aidé l’équipe à découvrir un processus géologique fondamental. Lorsque la vitesse des plaques continentales ralentit jusqu’à devenir presque nulle en raison d’un changement de direction, des coulées de magma chaud se déplaçant depuis la base du manteau, près du noyau de la Terre, peuvent remonter à la surface, provoquant de grandes éruptions volcaniques et les bouleversements climatiques et extinctions massives qui en découlent. En d’autres termes, un taux normal de déplacement des plaques continentales de quelques centimètres par an empêche effectivement le magma de pénétrer dans la croûte continentale de la Terre^[27].

Actualiser la paléontologie

Un modèle reliant les changements dans le mouvement des plaques au magmatisme de surface^[28]

Pour comprendre les processus passés de formation du climat et être en mesure de prédire les changements futurs et d’en atténuer les conséquences, une approche intégrée de toutes les disciplines scientifiques est essentielle. Dans ce contexte, la paléontologie peut offrir une perspective unique sur les changements biologiques passés. En particulier, la paléontologie permet d’évaluer systématiquement les effets des changements climatiques passés et les parallèles avec les changements actuels, par exemple en prédisant la réponse du biote (l’ensemble des organismes végétaux et animaux vivant dans un écosystème donné) au changement climatique, en aidant à prédire les déplacements d’espèces, les extinctions locales, les déplacements de biomes, etc.

Néanmoins, le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) estime que la paléontologie n’est pas en mesure de fournir des informations pertinentes pour l’élaboration de politiques sur les effets du changement climatique. Selon les experts du climat, la paléontologie s’intéresse à des échelles de temps beaucoup plus longues que celles considérées comme pertinentes dans le contexte du travail des organisations de protection du climat.

Prenant l’exemple d’études sur les extinctions massives d’espèces à différents degrés de réchauffement, le groupe scientifique agissant au nom des Nations unies estime que l’amélioration de la fiabilité des déclarations et la quantification des pertes prévues devraient être une priorité pour les recherches des paléontologues. L’un des principaux objectifs du groupe de travail du GIEC est d’identifier la vulnérabilité des différents systèmes au changement climatique, alors que la plupart des recherches paléontologiques se sont jusqu’à présent concentrées sur un seul aspect de la vulnérabilité au lieu d’étudier la question de manière plus globale.

Selon le GIEC, la contribution de la paléontologie à la recherche sur l’impact du climat sur les politiques pourrait être renforcée par une recherche plus ciblée, une prise en compte explicite des échelles de temps et, surtout, une meilleure structure et de meilleurs rapports. Les archives fossiles sont sans aucun doute d’une grande importance pour comprendre les mécanismes du cycle de vie de notre planète, avec la connaissance de longues séries temporelles de changements environnementaux qui peuvent aider les scientifiques à prédire les réponses environnementales futures^[29].

Mais il convient de noter que la plupart des études et des conclusions sont indirectes et hypothétiques, les relations étant ponctuées par les mots : probable, possible, prédit, prévisible, probable. Le monde qui nous entoure n’est pas un système fermé et prévisible, mais un grand organisme vivant qui est constamment dans un état actif et dynamique, où les prédictions restent des prédictions. Le chemin à parcourir est encore long.

^[1] https://www.nationalgeographic.com/science/article/mass-extinction

^[2] https://postnauka.ru/faq/68269

[3] https://www.biologyonline.com/dictionary/biodiversity

^[4] https://www.frontiersin.org/research-topics/23453/integrating-conservation-biology-and-paleobiology-to-manage-biodiversity-and-ecosystems-in-a-changing-world#articles

^[5] https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fevo.2022.959364/full

[6] https://www.geologyin.com/2016/12/10-interesting-facts-about-geological.html

^[7] https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abo6342

^[8] https://news.climate.columbia.edu/2022/07/01/dinosaurs-took-over-amid-ice-not-warmth-says-a-new-study-of-ancient-mass-extinction/

^[9] https://www.smithsonianmag.com/science-nature/paleontologists-are-still-puzzling-over-why-dinosaurs-ran-hot-180980307/

^[10] https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abo6342

^[11] https://www.zora.uzh.ch/id/eprint/224628/1/ZORA_pdf.pdf

^[12] https://www.mdpi.com/2076-3263/12/4/161