La paléontologie

1. Définition et branches de la paléontologie

La paléontologie (du grec palaios, ancien, ontos, être, et logos, étude) est la science qui étudie les êtres vivants du passé à partir de leurs fossiles. Elle se trouve à la frontière de la géologie et de la biologie.

Elle comprend plusieurs branches :

• la paléozoologie, qui étudie les animaux fossiles ;
• la paléobotanique, qui étudie les végétaux fossiles (la palynologie étudie en particulier les pollens et spores) ;
• la micropaléontologie, qui étudie les fossiles microscopiques (foraminifères, algues, pollens) ; elle est très utile dans la recherche du pétrole, car les forages ramènent de petits fragments de roche ;
• la paléoécologie, qui reconstitue les milieux de vie anciens ;
• la paléoanthropologie, qui étudie les fossiles humains et l'origine de l'Homme.

Le paléontologue travaille en plusieurs temps : il recherche et extrait les fossiles sur le terrain, les dégage et les nettoie au laboratoire, les décrit, les compare aux espèces actuelles et fossiles déjà connues, puis les classe et les interprète.

2. Dater les roches grâce aux fossiles

La datation relative (biostratigraphie). Les espèces apparaissent, vivent un certain temps puis disparaissent. Chaque couche contient donc une association de fossiles qui lui est propre. En utilisant les fossiles stratigraphiques et le principe d'identité paléontologique, on peut dire que deux couches éloignées ont le même âge, et construire l'échelle des temps géologiques. Une zone biostratigraphique est un ensemble de couches caractérisé par un fossile ou une association de fossiles.

Les limites des ères correspondent à de grands changements de faune et de flore :

• le Paléozoïque est l'ère des trilobites, des graptolites, des premiers poissons, des premières plantes terrestres, des premiers amphibiens et reptiles ;
• le Mésozoïque est l'ère des ammonites, des dinosaures, des premiers mammifères, des premiers oiseaux et des premières plantes à fleurs ;
• le Cénozoïque est l'ère de la diversification des mammifères, des oiseaux et des plantes à fleurs, puis de l'apparition du genre humain.

La datation absolue (radiochronologie). Certains éléments chimiques sont radioactifs : leurs atomes se désintègrent spontanément à un rythme constant. La période ou demi-vie T est la durée au bout de laquelle la moitié des atomes radioactifs d'un échantillon a disparu. En mesurant la quantité restante, on calcule l'âge.

Si N₀ est le nombre d'atomes au départ et N le nombre restant après un temps t :

N = N₀ × (12)^t/T soit t = Tln 2 × lnN₀N

Le carbone 14 (¹⁴C), de demi-vie T = 5 730 ans, sert à dater des restes d'êtres vivants (os, bois, charbon de bois) jusqu'à environ 50 000 ans. Pour les roches très anciennes, on utilise d'autres couples d'éléments de demi-vie beaucoup plus longue (potassium-argon, uranium-plomb, rubidium-strontium).

3. Reconstituer les milieux et les climats du passé

Grâce au principe d'actualisme et aux fossiles de faciès, le paléontologue reconstitue les paléoenvironnements :

• des coraux, des oursins, des ammonites indiquent un milieu marin ;
• des poissons d'eau douce, des mollusques de lac indiquent un milieu lacustre ;
• des troncs, des feuilles, des empreintes de pas indiquent un milieu continental.

Il reconstitue aussi les paléoclimats : des palmiers et des coraux indiquent un climat chaud ; des pollens de plantes de régions froides indiquent un climat froid. L'étude des pollens a par exemple montré que le Sahara a connu, il y a quelques milliers d'années, une période humide avec des lacs, une savane et de grands animaux.

À partir d'un squelette partiel, le paléontologue reconstitue l'animal entier en le comparant à des animaux actuels voisins : c'est la méthode de l'anatomie comparée, développée par Georges Cuvier au début du XIXᵉ siècle. Une dent suffit souvent à dire si un animal était carnivore (dents pointues et tranchantes) ou herbivore (dents larges et plates).

4. Les fossiles, témoins de l'histoire de la vie

Les fossiles montrent que la vie a évolué. Plus les couches sont anciennes, plus les organismes qu'elles contiennent sont différents des organismes actuels. Les êtres vivants ne sont pas apparus tous en même temps : les premiers êtres vivants, des micro-organismes, sont très anciens (Précambrien) ; les vertébrés terrestres, les mammifères puis l'Homme sont venus beaucoup plus tard.

Certains fossiles présentent des caractères intermédiaires entre deux groupes. L'exemple classique est l'Archaeopteryx, trouvé en Allemagne dans des roches d'environ 150 millions d'années : il avait des plumes et des ailes comme un oiseau, mais aussi des dents, des griffes aux doigts et une longue queue osseuse comme un reptile. Il relie les reptiles et les oiseaux.

Les crises biologiques. Plusieurs fois, un très grand nombre d'espèces ont disparu en peu de temps à l'échelle géologique. Les deux plus célèbres :

• la crise de la fin du Paléozoïque (vers 252 millions d'années), la plus grave : la grande majorité des espèces marines disparaissent, dont les trilobites ;
• la crise de la fin du Mésozoïque (vers 66 millions d'années) : disparition des dinosaures (sauf la lignée des oiseaux) et des ammonites ; elle est liée à la chute d'un gros astéroïde (cratère de Chicxulub, au Mexique) et à un volcanisme intense en Inde.

Après chaque crise, les groupes survivants se diversifient et occupent les milieux libérés.

Les fossiles témoignent de la dérive des continents. On trouve les fossiles du petit reptile d'eau douce Mesosaurus à la fois en Afrique australe et au Brésil, et ceux de la plante Glossopteris en Afrique, en Amérique du Sud, en Inde, en Antarctique et en Australie. Ces êtres ne pouvaient pas traverser un océan : ces continents étaient donc réunis autrefois en un seul supercontinent, le Gondwana, dont l'Afrique de l'Ouest et la Guinée faisaient partie.