LES ÉTAPES DE LA DÉCOUVERTE DES RAPPORTS ENTRE LA TERRE ET LA VIE
Jean-Pierre CUIF
Yannicke DAUPHIN Maître
Éditions Scientifiques GB
Sommaire
v
Avant-propos
xiii
Orientation et structure
xv
A
première partie
Fossiles et Paléogéographies
La recherche d'une histoire de la Terre et la découverte des « Mondes révolus »
Introduction
1
A1 - Les multiples difficultés de la lecture des archives biologiques dans les formations sédimentaires
Leur interprétation et leur mise en ordre chronologique
7
A1.1 Les recherches initiales : les débuts d'une cartographie bio-sédimentaire 8
A1.2 L'insuffisance du « principe de superposition » pour le développement d'une cartographie régionale : nécessité de l'élaboration d'une méthode de corrélation des affleurements distants 16
A2 - Méthode d'identification des organismes
Caractères morphologiques généraux des structures fossilisables les plus fréquentes
19
A2.1 La mise en place des règles de base pour l'identification
A2.2 Le formalisme taxonomique
A2.3 L'identification des documents fossiles
A2.4 La pratique : de la reconnaissance à l'identification des fossiles
A2.5 Caractères morphologiques des principales structures fossilisables
A2.6 La première tentative de subdivision taxonomique du temps
LES ÉTAPES DE LA DÉCOUVERTE DES RAPPORTS ENTRE LA TERRE ET LA VIE
A3 - Le concept de Faciès
La mise en évidence du caractère non-récurrent des faunes fossiles
21
A3.1 Organismes et Milieux : bases géologiques de l'établissement des faciès
A3.2 Domaine océanique
A3.3 Organismes et faciès sur la plate-forme continentale
A3.4 L'importance méthodologique du concept de faciès : mise en évidence de la non-récurrence des faunes fossiles 23
A4 - L'élaboration de la méthode biologique de corrélation des formations sédimentaires
La recherche d'un système de zonation universel et son évolution
25
A4.1 D'Orbigny : la première méthode biologique de corrélation des formations sédimentaires 26
A4.2 Oppel : la zonation par séquences d'espèces contiguës et sa conséquence majeure : l'accès à la continuité temporelle des transformations paléogéographiques. Le concept de diachronisme des faciès
A4.3 Aspects de quelques groupes biologiques très utilisés en tant que fossiles de zones
A4.4 L'évolution de la méthode biologique de corrélation 32
A4.5 La création d'un système de zonation « multi-méthodes » 35
A5 - La phase terminale de la reconstitution paléogéographique
Le retour des fossiles porteurs d'informations environnementales : la cohérence bio-sédimentaire comme test de validité des corrélations
39
A5.1 La recherche d'indicateurs biologiques des paramètres paléogéographiques : les limites d'un strict actualisme 40
A5.2 Recherches d'indicateurs environnementaux à propriétés permanentes
A5.3 Cohérence paléogéographique à l'échelle régionale : la place des affleurements de l'Éocène de Limay dans l'évolution post-Crétacé de la partie nord du Bassin parisien 42
A5.4 Fossiles et paléogéographie à l'échelle globale 44
Conclusion de la première partie
Vers une conception non-actualiste des environnements sédimentaires anciens
49
B
deuxième partie
Propriétés microstructurales et chimiques des fossiles
L'accès à de nouvelles catégories d'informations et la diversité de leurs implications paléontologiques
Introduction
53
B1 - Notion de microstructure
Maîtrise des formes et de l'arrangement tridimensionnel des unités de croissance
57
B1.1 Approches morphologiques et microstructurales de la croissance chez les organismes à biominéralisation calcaire 62
B1.2 Maîtrise de la cristallisation des phases calcaires : gradation dans le contrôle de l'orientation globale des unités microstructurales 70
B1.3 La notion de microstructure dans les os et les dents des Vertébrés 73
B1.4 Les minéralisations calcaires des Vertébrés 77
B2 - Propriété physico-chimiques des biominéraux
Indices moléculaires et isotopiques du contrôle biologique exercé au cours de leur formation
81
B2.1 La mise en évidence de la spécificité taxonomique des concentrations d'éléments chimiques associés aux calcaires biogéniques 84
B2.2 Biominéraux et fractionnements isotopiques : l'origine du concept d'effet vital88
B2.3 Éléments chimiques et isotopes dans les phosphates biogéniques 94
B3 - Microstructures et modalités de la fossilisation
Les différentes formes d'altération diagénétique des propriétés structurales et chimiques
97
B3.1 Conditions de pH, dissolution et migrations diagénétiques dans des mélanges biogéniques calco-siliceux
B3.2 Diversité des résultats des processus de silicification
LES ÉTAPES DE LA DÉCOUVERTE DES RAPPORTS ENTRE LA TERRE ET LA VIE
B3.2 Exemples de transformations structurales et chimiques au cours de la fossilisation des biominéraux calcaires
B3.3 La fossilisation des structures phosphatées biogéniques
B4 - Familles de « Grands Foraminifères »
Exemples de cadres taxonomiques fondés sur l'innovation micro structurale
97
B4.1 Grands Foraminifères actuels
B4.2 Groupes de grands Foraminifères entièrement fossiles
B4.3 Conclusion
B5 - Caractérisation microstructurale des organismes constructeurs fossiles
Les constructeurs, témoins des variations des conditions environnementales au cours du Pharénozoïque
99
B5.1 Caractéristiques microstructurales de trois Démosponges calcifiantes actuelles 101
B5.2 Diversité des Démosponges calcifiantes au Trias 103
B5.3 Propriétés générales des faunes constructrices du Trias : premiers indices de l'influence des conditions géochimiques globales 106
B5.4 La diversité des constructeurs au Paléozoïque - Interprétations biologiques et environnementales fondées sur les modalités de leur biominéralisation 109
B5.5 Changements faunistiques parmi les constructeurs du Paléozoïque terminal : les indices d'une continuité entre les faunes paléozoïques et triasiques 114
B5.6 L'évolution des constructions biogènes au cours du Mésozoïque : les causes de leurs transformations et les témoins microstructuraux des changements d'ordre diagénétique 118
B5-7 La répartition des constructeurs au cours du Phanérozoïque : une interférence entre phénomènes évolutifs et l'influence des variations de l'environnement global sur les processus de biominéralisation et de diagenèse 122
Conclusion de la deuxième partie
Apports de l'analyse microstructurale et questions suscitées par les propriétés des biominéraux
125
C
troisième partie
L'intégration des fossiles dans la « révolution darwinienne »
L'utilisation des fossiles dans l'analyse du phénomène évolutif à diverses échelles
131
C1 - L'apport des documents fossiles aux questions de classification et de Phylogénie
L'interprétation des données paléontologiques dans le cadre de la théorie de l'évolution
135
C1.1 Les premières analyses visant à établir la filiation entre espèces fossiles
C1.2 La « nouvelle synthèse » et le retour d'une action des facteurs environnementaux
C1.3 Spéciation et milieux à partir des archives paléontologiques : diversité des interprétations
C1.4 L'inadéquation du « gradualisme phylétique » pour l'interprétation des archives fossiles : l'alternative de « l'équilibre ponctué »
C1.5 Classification et Phylogénie : les difficultés d'une représentation évolutionniste du monde vivant dans les cadres taxonomiques traditionnels 138
C1.6 L'insertion du phénomène évolutif dans le cadre taxonomique linnéen : exemple des Vertébrés
C1.7 Hennig et l'insertion formelle du Temps dans la classification 140
C1.8 Conclusion : « But why be a paleontologist if we are condemned to verify inperfectly what students of living organisms can propose directly ? » (Gould & Eldredge, 1977) 141
C2 - La différenciation des Céphalopodes au cours du Phanérozoïque
Les réponses structurelles au problème du positionnement
C3 - La structure de l'Embranchement des Échinodermes depuis le Paléozoïque ancien
Évolution et diversité faunistique sur le long terme
LES ÉTAPES DE LA DÉCOUVERTE DES RAPPORTS ENTRE LA TERRE ET LA VIE
C4 - Les Rudistes
Un exemple d'innovations morphologiques et microstructurales chez les Lamellibranches
C5 - Chronologie et Témoins actuels des phases majeures de l'évolution des Végétaux continentaux
Conclusion de la troisième partie
L'apport de la documentation fossile à la représentation évolutionniste du monde vivant
145
D
quatrième partie
Biominéralisation : contrôle biochimique de la formation et de la croissance des biominéraux
L'origine de leur diversité et de leurs rapports spécifiques avec les paramètres environnementaux
159
D1 - Ultrastructure et Biominéralisation
Modalités du contrôle biochimique dirigeant la formation des biominéraux
165
D1.1 Présence d'une phase organique associée aux biominéraux 166
D1.2 L'organisation ultrastructurale des biominéraux : restitution des modalités de leur croissance par la répartition des phases organiques internes 168
D1.3 Caractérisations biochimiques des phases organiques impliquées dans les processus de biominéralisation 178
D1.4 Modèles de biominéralisation 182
D1.5 Autres exemples de rapports entre phases organiques et Biominéralisation : carapace des arthropodes, coquilles des ufs, spicules des Spongiaires 185
D1.6 Conclusion : Renouvellements fondamentaux et pratiques apportés par l'évidence du contrôle biochimique sur la formation des biominéraux 189
D2 - Interactions organo-minérales : la relation entre la Terre et la Vie à l'échelle moléculaire
D2.1 Applications actualistes basées sur la dualité de composition des biominéraux : ajustement des échelles de mesure géochimique en rapport avec les modalités de biominéralisation 196
D2.2 La diagenèse précoce des biominéraux en rapport avec leur composition organo-minérale. Importance de la phase aqueuse intrastructurale 205
D2.3 Préservation des structures organiques dans des fossiles à l'échelle du Phanérozoïque 208
D2.4 La prise en compte des caractéristiques ultrastructurales dans l'évaluation de l'état diagénétique des fossiles 215
D3 - La relation organo-minérale au cours du Précambrien et l'émergence de la biominéralisation des Eucaryotes
« Biologically induced » and « Matrix meditated biominerals » (Lowenstam, 1981)
221
D3.1 Le non-actualisme global : l'hypothèse Oparin 222
D3.2 Les éléments d'une « théorie chimique de la génération spontanée » (S.W. Fox, 1968) 227
D3.3 Signaux isotopiques, moléculaires et indices morphologiques témoins d'un développement des processus biologiques 228
D3.4 Les nouveaux milieux produits par les organismes procaryotiques 233
D3.5 Bactéries, Biofilms et Mattes microbiennes : milieux et substrats pour une minéralisation biologiquement induite 238
D3.6 L'origine des organismes eucaryotes, leurs traces fossiles et le développement du phénomène « biominéralisation » 243
D3.7 Les caractéristiques de la biominéralisation chez les Eucaryotes : innovations au niveau structurel mais permanence des processus organo-minéraux 248
Conclusion générale
253
Index
Sélection bibliographique