Schistes de Burgess

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WalcottQuarry080509.jpg
Fossile d’Anomalocaris dans les schistes de Burgess
BurgessAnomalocaridid.jpg

Les schistes de Burgess (nommés d'après le mont Burgess, situé tout près de l'endroit où ils furent retrouvés) sont un dépôt de schiste noir exposé, trouvé dans les hauteurs des montagnes Rocheuses du Canada dans le Parc national Yoho près de la ville de Field en Colombie-Britannique. Des fossiles y ont été trouvés par Charles Doolittle Walcott en 1909. Walcott y retourna les années suivantes pour récolter des spécimens additionnels. La majorité des fossiles qu'on y trouve, vieux d'environ 505 millions d'années, sont uniques au site, quoique quelques trilobites communs du Cambrien moyen y ont également été retrouvés. Ces fossiles étaient d'un intérêt substantiel car ils comportaient des appendices et des parties molles très rarement préservés.

Histoire et signification[modifier | modifier le code]

C’est en 1909 que le paléontologue Charles Doolittle Walcott découvrit une couche de schiste encastrée dans une paroi des montagnes Rocheuses dans le Yoho National Park sur la pente occidentale du Mont Stephen au Canada. Cette montagne fut autrefois un fond marin. Des sédiments d’Amérique du Nord semblent s’être déposés dans des eaux profondes sous forme de coulée de boue capturant les animaux. La rareté de l’oxygène a ralenti leur décomposition et ils sont devenus des fossiles noirs et filiformes.

Le schiste est un type de roche sédimentaire formé de particules d’argile et de limon. De nombreux schistes sont très friables ce qui permet aux fossiles d’apparaître en surface.

Les corps des animaux de Burgess ensevelis dans la boue, prirent des orientations variées. La boue s’infiltra dans les organes et grâce à des couches fines de sédiment, ils se séparèrent du corps dans différents micro-niveaux. C’est ainsi qu’une certaine structure tridimensionnelle fut conservée, même lors de fortes compressions des boues. Plus de 65 000 spécimens d'au moins 93 espèces différentes furent étudiées[1].

La signification des découvertes faites en cet endroit n'a pas été réalisée immédiatement. Seule une revérification des fossiles faite dans les années 1970 par Harry Whittington, Derek Briggs et Simon Conway Morris de l'Université de Cambridge a révélé que la faune ainsi présentée était de beaucoup plus riche et complexe que ce que les paléontologues antérieurs avaient imaginé. En effet, plusieurs des animaux présents avaient des formes étranges et/ou des éléments anatomiques bizarres et seulement des ressemblances mineures avec les autres formes de vies connues. Par exemple, on trouve l’Opabinia à cinq yeux et une trompe comme un aspirateur; l’Aysheaia qui ressemble extraordinairement à un embranchement moderne, les Onychophora ; le Nectocaris, qui est soit un crustacé avec des nageoires ou un vertébré à carapace et finalement, l’Hallucigenia, qui était originellement dépeint comme marchant sur des épines bilatéralement symétriques. Conway-Morris le décrit maintenant comme un autre Onychophora à épines dorsales. D'autres fossiles mal interprétés furent assemblés pour former les restes d'un gros prédateur, l’Anomalocaris. Des études plus récentes datant de la fin des années 1990 de Briggs et Richard Fortey rangent plusieurs fossiles aux formes bizarres parmi les arthropodes, mais plusieurs animaux comme l’Amiskwia restent énigmatiques.

La grande disparité et l'exotisme des formes de la faune de Burgess a créé toute une controverse dans le monde de la paléontologie à cause des raisons et de la nature d'un phénomène qui allait être appelé l'explosion cambrienne.

Des études plus poussées ont montré que les schistes de Burgess s'étendent sur de nombreux kilomètres sous forme d'« îlots » isolés et les différentes faunes sont préservées en de multiples endroits. Les dépôts semblent être ceux de petites parcelles de fonds océaniques boueux qui, de temps à autre, glissent le long d'une falaise, emportant avec elles leurs faunes et tout autre chose qui a le malheur de nager par là dans des eaux à faible teneur en oxygène dans les abysses. Six zones fauniques distinctes ont été identifiées dans les schistes de Burgess. Les scientifiques sachant maintenant quoi chercher, des dépôts similaires ont été identifiés ailleurs, avec une faune similaire. Les plus importants de ces dépôts similaires sont des dépôts de flots turbides, encore plus anciens, créés de façon similaire aux schistes de Burgess dans la province de Yunnan en Chine. Ces schistes de Maotianshan contiennent une faune fort similaire à celle de Burgess.

Étant donné sa localisation dans le Parc National de Yoho, le schiste est en partie un site du patrimoine mondial de l'UNESCO. Des explorations subséquentes ont mis au jour des expositions de schistes sur un front de quelques douzaines de kilomètres et a identifié au moins six strates fossilifères dans la formation.

Marble Canyon[modifier | modifier le code]

Découverte[modifier | modifier le code]

Pendant plus de 20 ans, les efforts de recherche sur la faune Cambrienne des équipes du Musée royal d’Ontario (acteur majeur dans la recherche et travail de terrain sur les schistes de Burgess) étaient concentrés au parc national Yoho, plus particulièrement à la carrière Walcott. En 2006, le nouveau conservateur en paléontologie des invertébrés du musée, Jean Bernard Caron, décide d’élargir le domaine spatial de recherche et de suivre les strates fossilifères de la région. En 2008, les équipes de recherches trouvent un gisement fossilifère de type Burgess au niveau du Glacier Stanley dans le parc National Kootenay. Les découvertes sont intéressantes mais les fossiles ne sont pas très abondants et les taxa peu diversifiés.

En 2012, à 40 km au sud de la carrière Walcott, dans le parc national de Kootenay proche de Marble Canyon (frontière Alberta/Colombie britannique), est découvert une nouvelle faune extraordinairement abondante[2]. À plus de 2 000 mètres d'altitude, les équipes découvrent quelques fossiles sur la pente. Ils sont détachés et en extrêmement bon état. Un fossile de Marella, qui avait déjà pu être observé dans d’autres schistes de Burgess, ou encore Misszhouia, une espèce qui avait été observée uniquement en Chine. Ces premières découvertes suggéraient une grande diversité de fossiles dans cette région. L’expédition, qui ne devait être que de trois jours pour du repérage, se transforma en une quinzaine de jours de recherche et d’établissement de la carrière. Le lieu exact n’est pas dévoilé afin de protéger les fossiles. En 18 jours, ils y trouvent 3 067 spécimens de fossiles et 55 différents taxa dont 12 sont étudiés pour la première fois. Deux ans plus tard, une autre expédition est lancée. Celle-ci dure 48 jours et demande plus de personnes et de moyens. Ils en sortent avec plus de dix milles spécimens supplémentaires et une vingtaine de nouvelles espèces. Pendant l’été 2016, les équipes retournent à Marble Canyon. Ils ramènent encore quelques milliers de spécimens afin de compléter les collections du musée et plusieurs nouveaux taxa toujours en cours d’étude. Durant ces trois expéditions, ils ont accumulé plus de quinze milles spécimens et plusieurs espèces encore jamais observées ou identifiées. Cet assemblage de fossiles de type Burgess est connu sous le nom de « couche à phyllopodes » (Phyllopod bed en anglais) qui représente le niveau le plus riche en fossile des Schistes de Burgess. Ce niveau d’une épaisseur de deux mètres contient de nombreux fossiles d’animaux à corps mous. Ce schiste est argileux, c’est a dire que la roche sédimentaire initiale est formée à partir d’une boue très fine.

Cet assemblage, comme la plupart des sites fossilifères trouvés, est associé à la « Cathédrale d’escarpement ». Cette grande falaise anciennement sous-marine aurait permis de bonnes conditions pour la survie des communautés ainsi que leur fossilisation. Mais contrairement à la plupart des assemblages de fossiles précédemment étudiés, celui de Marble Canyon se trouve au dessus de cet escarpement, proche du sommet de la formation fine de Stephen, ce qui est très rare pour les schistes de Burgess. Cette position stratigraphique étonnante et la présence de trilobites retrouvés suggèrent que ce site est le plus récent de tous les schistes de Burgess étudiés jusqu'à présent. Ce schiste aurait environ 508 millions d’années.

D’après les études sur les fossiles trouvés entre 2012 et 2014, les deux tiers des taxa trouvés sont partagés avec la carrière Walcott. L'arthropode le plus représenté est le bradoriidé Liangshanella, le spécimen le plus abondant pour les deux sites. Mais contrairement à la carrière Walcott et au biote de Chengjiang, les éponges et les branchiopodes sont peu abondants et peu diversifiés. Aussi on remarque une grande disparité de composition, de diversité et d’abondance entre le Glacier Stanley et ce nouveau site fossilifère qui sont pourtant très proches géographiquement (environ 5 km). Cette différence dans les collectes de fossiles prouve le rôle très important du paléoenvironnement, même à petites échelles spatiales.

Étonnement, deux taxa d’arthropodes, Primacaris et Misszharia (cité plus haut), qu’on pensait être endémique à la faune cambrienne de Chengjiang (le plus vieux schistes de Burgess trouvés dans la région de Yunnan en Chine) ont été découverts dans les schistes de Marble Canyon. Ainsi l’absence de ces taxa dans les autres schistes étudiés n’était pas dû à une extinction, ni un endémisme, mais plutôt contrôlé par des facteurs écologiques. À la suite de cette découverte, les scientifiques ont conclu à une sous-estimation de la répartition géographique et de la longévité de taxa de fossiles à corps mous à tous les niveaux taxonomiques.

De plus, une grande proportion (22% de la diversité) des espèces trouvées est nouvelle et encore jamais étudiée. La densité et diversité des fossiles y sont, par rapport à son volume, beaucoup plus importante que dans les schistes de Chengjiang ou encore du Glacier de Stanley. On estime qu’elles seraient équivalentes à celles de la carrière Walcott, qui était considérée comme le site le plus riche en fossiles. Mais chaque nouvelle expédition augmente considérablement le nombre de spécimens trouvés et on commence à croire que Marble Canyon serait le site le plus important aujourd’hui. L’abondance de fossiles y est si importante qu’il est même difficile de faire des récoltes sans devoir abîmer d'autres fossiles.

Et comme le dit Jean Bernard Caron, "nous n'avons jusqu'alors qu'effleuré la surface de ce site extraordinaire". Nombre de découvertes sont à venir et les questions d'origine de la vie vont peut être ainsi trouver des réponses précises.

Qualité de préservation[modifier | modifier le code]

Beaucoup de nouveaux sites fossilifères de type Burgess ont été découverts ces dernières années dans la région de la Colombie Britannique. Mais la particularité de ce site est la qualité de préservation du schiste. Cela permet d’étudier différents types de tissus, comme des tissus internes, qu’il est beaucoup plus difficile d’observer en général. Par exemple, on a pu identifier des intestins et autres organes. Ou encore des tissus nerveux , ce qui est une première  dans le matériel de schistes de Burgess. Ces derniers nous permettent d’obtenir de nouvelles informations phylogénétiques et anatomiques essentielles.

Représentation fictive de Metaspriggina

Cette qualité de préservation a aussi permis de compléter certaines recherches sur des individus important tel que Metaspriggina. Ce fossile de poisson est considéré comme l’un des chordés les plus primitifs[3]. Certains supposent même qu’il serait la transition entre les céphalochordés et les Vertébrés et donc le dernier ancêtre commun connu des Vertèbrés. Il a été identifié pour la première fois dans la carrière Walcott. Or jusqu'à présent il était très rare. Seulement deux spécimens très abimés avait pu être étudiés. Mais entre 2012 et 2014, sur le site de Marble Canyon, a été trouvé plus d’une centaine des spécimens en bien meilleur état que les deux premiers. Des parties molles fossilisées tel qu’un supposé foie et un cœur ont été découvert. Une notochorde ainsi que 7 arcs pharyngiens appuie le fait qu’il s’agit d’un poisson primitif. Sa tête aplatie avec des yeux en position frontale et des tissus musculaires en forme W sur le corps, qui suppose une nage fluide, laissent penser qu’il s’agissait une espèce benthique. Le fait que l'on retrouve les fossiles de Metaspriggina souvent en compagnie de fossiles d’espèces non pélagiques tel que des vers, peut appuyer cette théorie. On suppose qu’un de ses prédateurs serait Anomalocaris , un arthropode précoce très étudié. Toutes ces nouvelles informations sur l’anatomie et le mode de vie sur ce chordé primitif permettent de mieux comprendre son environnement, les relations prédateurs-proies, l’évolution des chordés ainsi que la distribution de Metaspriggina qu’on avait jusqu’alors sous-estimée.

La conservation impressionnante des fossiles de Marble Canyon a pu, comme dans le cas du genre Oesia, soulever de grandes interrogations. Ce fossile est identifié pour la première fois en 1911 à la carrière Walcott. Par la suite, quelques autres ont été trouvés mais seulement en mauvais état. Il avait été associé, à cause de sa forme tubulaire perforée, à une algue, Margaretia dorus. A Marble Canyon, il est la deuxième espèce la plus abondante [4]et est souvent extrêmement bien conservé. C’est aussi là que l’on retrouve les plus vieux fossiles de ce genre. Des études comparatives et anatomiques sur ces nouveaux fossiles ont pu associer ce dernier à un Hémichordé primitive, plus particulièrement un entéropneuste, vivant dans une structure tubulaire avec des ouverture disposées en spirale. Ces ouvertures permettaient la filtration de l’eau. Les tubes étaient en position verticale avec une région basale enfouie dans le substrat et la partie apicale close. Ils servaient de logements et de protection pour ce ver primitif. Cette forme ainsi que plusieurs caractéristiques tels qu’un pharynx particulièrement large et des structures de préhension postérieurs permettent d’affirmer que cette espèce était suspensivore, donc se nourrissait de nutriments dans l’eau et adoptait un mode de vie sessile. Ces individus mesuraient environ 5 cm mais la structure tubulaire pouvait atteindre jusqu'à 50 cm, ce qui était particulièrement grand pour cette faune. Il n'a été trouvé, pour chaque tube, qu'un seul ver. Cela suggère un mode de vie plutôt solitaire. Ces informations essentielles sur cette espèce très abondante, principalement dû à la conservation exceptionnelle qu'apporte ce site, nous permettent de réinterpréter l’évolution des hémichordés primitifs.

De plus, ces derniers sont un des embranchements du très large groupe des deutérostomes. Donc une connaissance approfondie d'Oesia pourrait amener à l'identification et le mode vie du dernier ancêtre commun de ce très grand groupe.

Nouvelles espèces importantes[modifier | modifier le code]

Parmi les nouvelles espèces découvertes sur le site de Marble Canyon, certaines se détachent beaucoup plus que les autres.

Il y a par exemple, Surusicaris elegans. Ce petit animal de 2 cm est un bivalve avec une carapace double et un appendice frontal. Mais il ne présente aucune segmentation du corps donc ne fait pas partie des arthropodes. Ce fossile a beaucoup des ressemblances avec un groupe trouvé dans plusieurs autres schistes, Isoxys. Lui aussi présente une forme semi-discoïdale et un appendice frontal. Les chercheurs pensent que cette nouvelle espèce serait l’intermédiaire entre Anomalocaris (cité plus haut) et les vrais arthropodes (avec un corps articulé). Il possède des pattes natatoires tout le long du corps. Elles sont très simples et non articulées mais biramées avec une exopode et un endopode sur chacune, ce qui est une caractéristique des arthropodes actuels[5]. Les trois pattes antérieures, qui suivent l’appendice frontal, ne sont qu’uniramées, donc différenciées des autres pattes. Cela prouve une sorte de céphalisation primitive. Cette caractéristique est très proche de la condition plésiomorphique des arthropodes qui est la présence d’appendices frontaux suivis de trois appendices céphaliques et en est donc peut être l’origine.

Il n’a été découvert qu’un seul spécimen mais son empreinte et sa contre-empreinte sont en si bon état, qu’ils donnent plus d’informations sur les parties molles et l’origine des vrais arthropodes que tous les Isoxys trouvés jusqu’alors. Cette découverte donne beaucoup d’informations sur l’évolution des animaux segmentés et éclaire ainsi la phylogénie des arthropodes, sujet extrêmement débattu dans la communauté scientifique.

Yawunik kootenayi est une autre nouvelle espèce découverte à Marble Canyon qui suscite aussi un grand intérêt. Il fait partie de la famille des Leanchoiliidae, qui est un groupe d’arthropodes primitifs très simples déjà étudiés auparavant.

Dessin de Yawunik kootenayi.

Il possède des pattes et un corps totalement articulé. Son exosquelette est formé de morceaux de carapaces en chitine. Il est composé d’une douzaine de segments qui, chacun, aboutissent à une patte biramée[6]. Ces dernières lui permettaient de nager et d’amener les nutriments jusqu'à sa bouche. En l’absence d’appareil masticateur, ses pattes postérieures broyaient la nourriture puis le reste des pattes du tronc formaient un courant avec l’eau pour que les pattes céphaliques la réceptionnent afin de l’assimiler. Sur la partie antérieure, le bouclier céphalique est muni d’appendices frontaux extrêmement différenciés, qu’on pourrait associer à ceux des coléoptères. Ces derniers vont portés trois longues pinces. La troisième va avoir une griffe. On observe tout le long des deux autres, des rangées de dents et vont être suivies de très longues tiges. Ces structures combinent une fonction d’alimentation mais aussi sensorielle, ce qui est observé pour la première fois. Cela suggère aussi que la différenciation des tâches des appendices n’a pas encore eu lieu dans l’évolution. De plus, ces appendices étaient parfaits pour attraper des proies, ce qui laissent supposer que Yawunik était un prédateur actif. Ils devaient sûrement, après la capture, rabattre ses longues structures sous son corps afin de la broyer. Et comme tous les prédateurs, il avait un rôle clef dans le réseau trophique à cette époque. En plus de cela, il est le prédateur le plus abondant dans ce site et donc devait un impact très important sur son écosystème.

Liste des espèces[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Faune de Burgess.

Espèces assignées à un groupe existant toujours[modifier | modifier le code]

Arthropodes[modifier | modifier le code]

Annélides[modifier | modifier le code]

Brachiopodes[modifier | modifier le code]

Variété importante d’invertébrés. Ils ont développé une coquille dure à 2 valves afin de protéger leur partie molle. Installés sur les fonds marins, ils filtraient l’eau pour retenir les éléments comestibles. Ils se répartissent en deux classes : les inarticulés et les articulés.

Chordés[modifier | modifier le code]

Mollusques[modifier | modifier le code]

Échinodermes[modifier | modifier le code]

Spongiaires[modifier | modifier le code]

Cténophores[modifier | modifier le code]

Onychophores[modifier | modifier le code]

Priapulidae[modifier | modifier le code]

Cnidaires[modifier | modifier le code]

Espèces assignées à un groupe éteint[modifier | modifier le code]

Arthropodes[modifier | modifier le code]

  • Espèces dont la classification est incertaine

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • Briggs, Derek et al., The Fossils of the Burgess Shale, Smithsonian Books, 1995
  • Conway Morris, Simon, The Crucible of creation, Cambridge University Press, 1998
  • Gould, Stephen Jay, La vie est belle, Seuil, 1991
  • Conway Morris, J., Morris, S. C., 1989. Burgess Shale Faunas and the Cambrian Explosion. Science 246, 339-346.
  • Aria C., Caron J-B., Gaines R., 2015. A Large new Leanchoiliid from the Burgess Shale and the Influence of Inapplicable States on Stem Arthropod Phylogeny. Palaeontology, vol.58, part 4, 629-660
  • Aria C., Caron J-B., (2015) Cephalic and Limb Anatomy of a New Isoxyid from the Burgess Shale and the Role of “ Stem Bivalved Arthropods” in Disparity of the Frontalmost Appendage. PloS ONE 10(6):e0124979. doi:10.1371/journal.pone.0124979
  • Nanglu K., Caron J-B., Conway Morris S., Cameron C., (2016) Cambrian suspension-feeding tubicolous hemichordates. BMC Biology, DOI 10.1186/s12915-016-0271-4
  • Conway Morris S., Caron J-B. (2014) A primitive fish from the Cambrian of North America. Nature, vol. 512, 419-422    
  • Caron J-B., et al. (2014)  A new phyllopod bed-like assemblage from the Burgess Shale of the Canadian Rockies. Nature Communication, 5:3210 doi: 10.1038/ncomms4210

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. (en) Donald R. Prothero, Bringing Fossils to Life. An Introduction to Paleobiology, Columbia University Press, , p. 16
  2. Caron J-B, « A new phyllopod bed-like assemblage from the Burgess Shale of the Canadian Rockies. Nature Communication », Nature Communication,‎
  3. Conway Morris S., Caron J-B, « A primitive fish from the Cambrian of North America », Nature,‎
  4. Nanglu K., Caron J-B., Conway Morris S., Cameron C.,, « Cambrian suspension-feeding tubicolous hemichordates », BMC Biology,‎
  5. Aria C., Caron J-B.,, « Cephalic and Limb Anatomy of a New Isoxyid from the Burgess Shale and the Role of “ Stem Bivalved Arthropods” in Disparity of the Frontalmost Appendage », PloS ONE,‎
  6. Aria C., Caron J-B., Gaines R.,, « A Large new Leanchoiliid from the Burgess Shale and the Influence of Inapplicable States on Stem Arthropod Phylogeny », Palaeontology,‎
  7. Jean Chaline, Un million de générations : aux sources de l'humanité, Seuil, , p. 35

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]