Résumé :
Une étude collaborative internationale qui a duré environ 20 ans a montré que la vitesse d'accumulation des sédiments sur le fond marin est le facteur le plus important pour déterminer si des restes biologiques d'âges différents seront mélangés dans la même couche fossile. Les chercheurs pensent que cette découverte aidera les paléontologues à déterminer plus précisément la plage de temps représentée par un groupe fossile et à améliorer la capacité de reconstruire des écosystèmes anciens.
Les fossiles présents dans la même couche de sédiments marins semblent souvent provenir de la même communauté ancienne, mais en réalité, les organismes préservés côte à côte peuvent être espacés de centaines, voire de milliers d'années. Ce phénomène de mélange de restes d'âges différents dans une même strate est appelé « mise en moyenne temporelle ».
La moyenne temporelle se produit généralement sur le fond marin où l'activité biologique est forte. Les palourdes, les crevettes, les étoiles de mer, les coquillages, les escargots, les vers et d'autres animaux creusent constamment des canaux dans les sédiments, perturbant le fond marin et déplaçant à plusieurs reprises les coquilles et autres restes squelettiques. Lorsque les sédiments ont fini par enfouir et préserver ces restes, les restes d’organismes de différentes générations pourraient être concentrés dans la même couche fossile.
Il existe également divers facteurs qui influencent ce mélange lors de la formation des fossiles. La préservation des vestiges biologiques dépend de la solidité de leur structure et de la possibilité de les enterrer à temps. La plupart des organismes se décomposent ou sont mangés par les charognards avant de se fossiliser, de sorte que les archives fossiles vivantes sont principalement constituées de tissus durs comme les coquilles et les os. La productivité biologique a également un impact, car plus il y avait d’organismes qui vivaient dans une zone dans le passé, plus il y avait de restes capables de se former et de laisser des fossiles.
Cependant, les chercheurs soupçonnent depuis longtemps que la vitesse à laquelle les sédiments s'accumulent peut être la clé du contrôle du degré de moyenne temporelle. Les sédiments s'accumulent rapidement dans des environnements tels que les deltas, de sorte que les restes peuvent être enterrés rapidement et les restes d'âges différents sont moins susceptibles d'être mélangés. Dans les zones où la sédimentation est lente, des vestiges de différentes époques peuvent continuer à s'accumuler et finalement être conservés ensemble.
Pour tester le rôle relatif de ces facteurs, des équipes de recherche d'Australie, d'Autriche, des Bahamas, du Brésil, d'Allemagne, d'Italie, de Slovaquie et des États-Unis ont mis en commun leurs résultats de recherche respectifs réalisés au cours des 20 dernières années et ont analysé plus de 7 500 fossiles collectés dans différents environnements marins à travers le monde. Les échantillons couvrent des zones allant des côtes peu profondes aux bords du plateau continental et sont datés à l’aide de méthodes telles que la datation au radiocarbone.
L'équipe de recherche s'est concentrée sur l'utilisation de la technologie de datation au radiocarbone. Le carbone 14 se désintègre à un rythme relativement constant au fil du temps, avec une demi-vie d'environ 5 730 ans. L'âge peut donc être estimé en mesurant la quantité de carbone 14 restant dans un échantillon. Étant donné que le carbone 14 devient trop faible pour être détecté de manière fiable au fil du temps, cette méthode convient principalement aux enregistrements fossiles les plus récents datant de moins de 55 000 ans environ.
Les chercheurs ont également utilisé la méthode de datation par racémisation des acides aminés. Cette méthode utilise la caractéristique selon laquelle le rapport entre les différentes formes d’acides aminés change régulièrement au fil du temps pour estimer l’âge de l’échantillon. Dans le passé, en raison du coût élevé de la datation au radiocarbone et aux acides aminés, une seule équipe de recherche ne pouvait souvent examiner que quelques dizaines d’échantillons, tandis que l’analyse de phénomènes moyennés dans le temps nécessitait des milliers de fossiles. Cette intégration de données à grande échelle a été rendue possible grâce aux coûts partagés de plusieurs laboratoires, aux progrès de la technologie de datation et à la réduction des besoins en échantillons.
Après avoir obtenu les données sur l'âge des fossiles, l'équipe de recherche a établi plusieurs ensembles de modèles de simulation pour ajuster la bioturbation provoquée par les animaux fouisseurs, le taux d'accumulation de sédiments et le degré de dommages causés aux restes, puis a comparé la distribution d'âge simulée avec la distribution d'âge réelle mesurée des fossiles. Les résultats montrent que la vitesse de sédimentation a l’impact le plus évident sur le degré de mélange des âges fossiles, dépassant de loin les autres facteurs.
Les chercheurs affirment qu'il est possible d'estimer la durée pendant laquelle un groupe fossile a été enregistré tant que le taux d'accumulation de sédiments peut être déduit des contextes géologiques et environnementaux. Plus la sédimentation est rapide, plus il est facile d'enterrer les coquilles ou les os avant que les restes des différentes générations ne se mélangent. Plus la sédimentation est lente, plus le délai généralement comprimé par les couches fossiles est long.
L'ensemble de données créé par cette étude pourrait constituer l'une des plus grandes collections de données de datation au carbone fossile actuellement disponibles. L'équipe de recherche a déclaré que les données pourraient également être utilisées pour étudier d'autres manifestations de phénomènes moyennés dans le temps et de processus géologiques et biologiques associés à l'avenir. Si le même schéma s’applique à des environnements sédimentaires marins plus anciens et plus profonds, les scientifiques pourraient peut-être étendre cette conclusion aux archives fossiles bien avant que le carbone 14 ne soit mesurable.
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