Comment se forment les fossiles ?

Vestiges d’espèces disparues, les fossiles constituent des archives incontournables pour raconter l’histoire de la vie. En effet, en leur absence, la diversité extraordinaire du monde vivant actuel, fruit de l’évolution biologique, nous resterait à tout jamais inintelligible.

La présence de fossiles dans une roche revêt un caractère exceptionnel. En effet, après sa mort, tout être vivant est inexorablement voué à disparaître sans laisser de traces. Cadavres et restes végétaux sont exposés à une multitude d’agressions qui contribuent, à plus ou moins brève échéance, à leur destruction. L’oxygène de l’atmosphère décompose la matière organique. L’eau dissout les coquilles et les squelettes. En outre, une foule de micro-organismes et d’animaux se repaissent des organismes morts. On estime qu’en raison de leur fragilité, moins de 1% des espèces d’une communauté sont susceptibles de se fossiliser.

Les différents états des fossiles

En règle générale, l’organisation d’un être vivant n’est transmise que de manière fragmentaire par les processus de la fossilisation. Son degré d’intégrité détermine la qualité des informations que délivre un fossile.

Les fossiles les plus communs qu’on peut récolter au pied d’une falaise ou dans une carrière, correspondent aux parties minéralisées des animaux, c’est-à-dire aux coquilles, aux carapaces ou aux squelettes. Selon les groupes zoologiques concernés, ces éléments durs sont constituées, soit par du carbonate de calcium (la calcite ou l’aragonite des coquilles des mollusques), soit par du phosphate de calcium (l’apatite des os des vertébrés), soit par de la silice (certaines éponges). Au cours de leur enfouissement sous des dépôts sédimentaires successifs, d’autres substances minérales peuvent remplacer la matière originelle. Il en est ainsi d'un sulfure de fer, la pyrite qui confère à certaines ammonites une belle teinte mordorée, ou encore de la silice qui restitue avec fidélité les structures anatomiques des restes végétaux.

Des circonstances exceptionnelles peuvent conduire à la conservation des tissus mous des animaux, tels la peau, la musculature ou les organes internes. C’est le cas des mammouths préservés intacts dans les glaces de Sibérie. Des insectes et des araignées se retrouvent inclus dans l’ambre, une résine fossile. De tels documents, extrêmement rares dans les annales paléontologiques, conduisent à des reconstitutions spectaculaires de l’organisation d’espèces disparues.

Coquilles et squelettes peuvent être dissous longtemps après leur enfouissement, laissant subsister dans la roche des cavités. Celles-ci correspondent à des moules externes dans la mesure où elles ont enregistré une réplique de la forme et  de l’ornementation des coquilles. Ce processus se trouve à l’origine de véritables « fossiles fantômes » dont la silhouette est restituée en injectant, sous vide, du plâtre ou une résine synthétique dans les cavités, puis en dissolvant la roche. Les travertins, roches calcaires issues de la précipitation du carbonate de calcium à proximité d’une végétation aquatique, ont livré des moulages naturels saisissants de l’anatomie de plantes fossiles. Chez les vertébrés, la cavité crânienne peut être remplie de sédiment après la décomposition du cerveau. On obtient alors un moule interne dont la surface révèle le détail des circonvolutions cérébrales.

L’existence d’êtres disparus peut enfin être enregistrée dans les roches sous forme de traces laissées par diverses activités animales. Il en est ainsi des pistes de locomotion initialement imprimées dans un sédiment meuble, à l’instar des empreintes de pas de dinosaures. Des terriers et des galeries creusés dans les sédiments par des animaux fouisseurs en quête de nourriture ou de protection sont fréquemment préservés dans les roches. Des pontes et des œufs peuvent se fossiliser. Cependant, les auteurs de ces traces d’activité animale demeurent généralement inconnus. Une exception à cette règle est illustrée par des limules des calcaires lithographiques du Jurassique où l’animal a été fossilisé à l’extrémité de son ultime trajet. Un cas de flagrant délit !

Néanmoins, pistes et terriers sont d’un intérêt certain dans la mesure où ils traduisent des comportements qui sont autant de réponses aux sollicitations du milieu. Dans une certaine mesure, ils renseignent sur les caractères ayant prévalu dans l’environnement où vécurent les organismes, par exemple la profondeur ou l'agitation des nappes d'eau.

Les étapes de la fossilisation

Un préalable à la fossilisation est l’enfouissement ou l’inclusion du cadavre dans un milieu qui le soustrait aux agents de destruction. Tel est le cas de l’ambre, de la glace ou, plus communément, d’un sédiment fin. Dans ce dernier cas, les chances de fossilisation seront plus élevées pour un organisme aquatique que pour un organisme terrestre. Un cadavre s'échouant sur le fond d’une étendue d’eau pourra, en effet, être rapidement recouvert et protégé par un sédiment. Il n’en est rien à l’air libre. C’est pourquoi, de nombreuses lacunes persistent encore dans nos connaissances sur l’histoire paléontologique des hominidés, des primates de la terre ferme.

Les accumulations de coquilles, de squelettes ou de restes végétaux de bon nombre de gisements fossilifères résultent souvent d’un transport prolongé par des courants. Elles peuvent se trouver à l’origine de roches. La craie résulte de l’accumulation de myriades de corpuscules calcaires d’algues microscopiques, les coccolithophoridés, tandis que les diatomites correspondent à des concentrations d’algues microscopiques siliceuses.

Au cours de leur déplacement, les éléments squelettiques ont été désarticulés, usés, fragmentés. Leur état de conservation est souvent médiocre. Il est bien meilleur, en revanche, lorsqu’aucun transport n’est intervenu et que les processus de la fossilisation se sont poursuivis sur le lieu même où les organismes ont vécu. Un monde de microorganismes prolifère alors au contact du cadavre. Il y assure une double fonction. D’une part, des bactéries filamenteuses recouvrent rapidement le corps d’un voile microbien, un feutrage qui, à l’instar d’un linceul, le protège de l’action des courants et des animaux nécrophages. De tels voiles microbiens fossiles furent mis en évidence à la surface de bancs de calcaires lithographiques. D’autre part, une foule d’autres espèces microbiennes s’attaquent à la matière organique et lui substituent des précipitations minérales. La silhouette des corps peut alors être préservée. Cultivées en laboratoire, certaines souches bactériennes ont effectivement généré différentes formes minérales, le carbonate de calcium, l’apatite ou la pyrite.

La reconstitution de mondes disparus

La collecte et l’étude des fossiles a permis à des générations de paléontologues de réunir une somme considérable de données sur les anciennes faunes et flores. S’appuyant sur la connaissance de l’organisation des êtres actuels, ils ont reconstitué la physionomie d’animaux et de végétaux depuis longtemps disparus, tels les hommes de la préhistoire, les grands reptiles de l’ère secondaire ou les arbres de la forêt carbonifère.

En outre, dans bien des cas, non seulement la morphologie des organismes fossiles a pu être précisée, mais également leur comportement. Un exemple particulièrement spectaculaire est fourni par les ichtyosaures, des reptiles qui ont peuplé les mers du Jurassique et du Crétacé, avant de s’éteindre avant la fin de l’ère secondaire, il y a environ 95 millions d’années. Dans certains gisements fossilifères, le corps de ces reptiles est littéralement préservé « en chair et en os ». Non seulement les squelettes qui pouvaient atteindre 10 m de longueur, se retrouvent intacts dans la roche, mais il en est de même de la peau qui recouvrait leur corps, de leurs organes internes ou des nageoires dorsales et caudales. De la forme en fuseau de leur corps, de la configuration de leurs pattes transformées en palettes natatoires et de l'existence de nageoires, on déduit les modalités de leur déplacement en haute mer. Des embryons préservés dans le corps de femelles gravides, témoignent d’un mode de reproduction ovovivipare, une adaptation qui dispensait les reptiles de retourner à terre pour la ponte. Chez d’autres exemplaires le contenu stomacal, c'est-à-dire leur dernier repas, est conservé. Il indique que leurs proies favorites consistaient en bélemnites, des mollusques proches des calmars. Mais l’absence systématique dans l’estomac des rostres calcaires qui constituaient le squelette interne des bélemnites, conduit à admettre que les ichtyosaures « croquaient » leurs proies comme nous le faisons d’un fruit à noyau, en recrachant les éléments durs des coquilles.

La démarche du paléontologue s’apparente, bien souvent, à une véritable enquête de détective.