La découverte de fossiles «fantômes» révèle la résilience du plancton aux événements passés du réchauffement climatique

Une équipe internationale de scientifiques de l’UCL (University College London), du Musée suédois d’histoire naturelle, du Musée d’histoire naturelle (Londres) et de l’Université de Florence a découvert un type remarquable de fossilisation qui est resté presque entièrement ignoré jusqu’à présent.

Les fossiles sont des empreintes microscopiques, ou « fantômes », de plancton unicellulaire, appelés coccolithophores, qui vivaient dans les mers il y a des millions d’années, et leur découverte change notre compréhension de la façon dont le plancton dans les océans est affecté par le changement climatique.

Les coccolithophores sont importants dans les océans d’aujourd’hui, fournissant une grande partie de l’oxygène que nous respirons, soutenant les réseaux trophiques marins et emprisonnant le carbone dans les sédiments du fond marin. Il s’agit d’un type de plancton microscopique qui entoure ses cellules de plaques calcaires dures, appelées coccolithes, qui se fossilisent normalement dans les roches.

Des déclins de l’abondance de ces fossiles ont été documentés à partir de plusieurs événements de réchauffement climatique passés, ce qui suggère que ces planctons ont été gravement affectés par le changement climatique et l’acidification des océans. Cependant, une étude publiée aujourd’hui dans la revue Science présente de nouveaux enregistrements mondiaux d’abondants fossiles fantômes de trois événements de réchauffement du Jurassique et du Crétacé (il y a 94, 120 et 183 millions d’années), suggérant que les coccolithophores étaient plus résistants au changement climatique passé qu’on ne le pensait auparavant.

« La découverte de ces magnifiques fossiles fantômes était complètement inattendue », déclare le Dr Sam Slater du Musée suédois d’histoire naturelle. « Nous les avons d’abord trouvés conservés sur les surfaces de pollen fossilisé, et il est rapidement devenu évident qu’ils étaient abondants pendant les intervalles où les fossiles de coccolithophores normaux étaient rares ou absents – c’était une surprise totale ! »

Malgré leur taille microscopique, les coccolithophores peuvent être extrêmement abondants dans l’océan actuel, étant visibles de l’espace sous forme de fleurs ressemblant à des nuages. Après la mort, leurs exosquelettes calcaires coulent au fond de la mer, s’accumulant en grand nombre, formant des roches telles que la craie.

« La préservation de ces nannofossiles fantômes est vraiment remarquable », déclare le professeur Paul Bown (UCL). « Les fossiles fantômes sont extrêmement petits ‒ leur longueur est d’environ cinq millièmes de millimètre, 15 fois plus étroite que la largeur d’un cheveu humain ! ‒ mais le détail des plaques d’origine est toujours parfaitement visible, pressé dans les surfaces de la matière organique ancienne , même si les plaques elles-mêmes se sont dissoutes ».

Les fossiles fantômes se sont formés pendant que les sédiments du fond marin étaient enterrés et transformés en roche. Au fur et à mesure que davantage de boue se déposait sur le dessus, la pression résultante écrasait les plaques de coccolithes et d’autres restes organiques ensemble, et les coccolithes durs étaient pressés contre les surfaces de pollen, de spores et d’autres matières organiques molles. Plus tard, les eaux acides dans les espaces de la roche ont dissous les coccolithes, ne laissant derrière eux que leurs impressions – les fantômes.

« Normalement, les paléontologues ne recherchent que les coccolithes fossiles eux-mêmes, et s’ils n’en trouvent pas, ils supposent souvent que ces anciennes communautés de plancton se sont effondrées », explique le professeur Vivi Vajda (Musée suédois d’histoire naturelle). « Ces fossiles fantômes nous montrent que parfois les archives fossiles nous jouent des tours et qu’il existe d’autres moyens de préserver ce nannoplancton calcaire, qui doivent être pris en compte lorsque l’on essaie de comprendre les réponses au changement climatique passé ».

Le professeur Silvia Danise (Université de Florence) déclare : « Les nannofossiles fantômes sont probablement courants dans les archives fossiles, mais ils ont été négligés en raison de leur taille minuscule et de leur mode de conservation cryptique. Nous pensons que ce type particulier de fossilisation sera utile dans le futur, en particulier lors de l’étude des intervalles géologiques où les coccolithes d’origine sont absents des archives fossiles ».

L’étude s’est concentrée sur l’événement anoxique océanique toarcien (T-OAE), un intervalle de réchauffement climatique rapide au début du Jurassique (il y a 183 millions d’années), causé par une augmentation des niveaux de CO2 dans l’atmosphère due au volcanisme massif dans l’hémisphère sud. . Les chercheurs ont trouvé des nannofossiles fantômes associés au T-OAE du Royaume-Uni, d’Allemagne, du Japon et de Nouvelle-Zélande, mais aussi de deux événements similaires de réchauffement climatique dans le Crétacé : Oceanic Anoxic Event 1a (il y a 120 millions d’années) de Suède, et Oceanic Anoxic Événement 2 (il y a 94 millions d’années) d’Italie.

« Les fossiles fantômes montrent que le nannoplancton était abondant, diversifié et prospère lors des événements de réchauffement passés du Jurassique et du Crétacé, où les enregistrements précédents supposaient que le plancton s’était effondré en raison de l’acidification des océans », explique le professeur Richard Twitchett (Natural History Museum, Londres). « Ces fossiles réécrivent notre compréhension de la façon dont le nannoplancton calcaire réagit aux événements de réchauffement. »

Enfin, le Dr Sam Slater explique : « Notre étude montre que le plancton algal était abondant lors de ces événements de réchauffement passés et a contribué à l’expansion des zones marines mortes, où les niveaux d’oxygène du fond marin étaient trop bas pour que la plupart des espèces survivent. Ces conditions, avec les proliférations de plancton et les zones mortes pourraient devenir plus répandues dans nos océans qui se réchauffent à l’échelle mondiale. »