Fossil Evidence

Squelettes minéralisés

Le début L’enregistrement de l’explosion cambrienne est basé sur des fossiles – principalement l’apparence de squelettes minéralisés et de traces de fossiles complexes. Les éléments squelettiques typiquement minuscules de cette époque sont appelés «petits fossiles coquilliers». Ceux-ci constituent un assortiment très varié de sclérites, spicules, tubes et coquilles, évocateurs de plusieurs types d’animaux différents. Malheureusement, de nombreux fossiles restent mal compris et sont difficiles à classer au sein de groupes taxonomiques connus.

© Musée suédois d’histoire naturelle. Photos: Stefan Bengtson.

Premiers animaux tubéreux. 1, Cloudina, l’un des premiers animaux au squelette aminéralisé renforcé de calcite (néoprotérozoïque tardif). 2, Aculeochrea, avec un tube renforcé d’aragonite (lits limites précambrien-cambrien). 3, Hyolithellus, un animal renforçant son tube avec du phosphate de calcium (Cambrien précoce). 4, Olivooides, probablement un polype scyphozoaire thecate. 5, embryon pré-éclosion d’Olivooides. Barres d’échelle = 0,1 mm.

© Musée suédois d’histoire naturelle. Photos: Stefan Bengtson.

© Musée suédois d’histoire naturelle. Photos: Stefan Bengtson.

Il y a environ 521 millions d’années, les trilobites ont fait leur première apparition dans les archives fossiles du Cambrien. Ces animaux blindés avaient trois parties de la coquille dorsale – un céphalon (tête), un thorax segmenté (corps) et un pygidium (section de la queue). Les trilobites sont finalement devenus l’un des groupes les plus omniprésents d’organismes invertébrés dans les mers paléozoïques. Ils ont survécu pendant près de 300 millions d’années et leurs fossiles peuvent être trouvés du Cambrien au Permien.

Une espèce de trilobite précoce (Cambrien inférieur), Eoredlichia takooensis des schistes de la baie d’Emu, Kangaroo Island, Australie. Longueur du spécimen = 6 cm.

© Musée royal de l’Ontario. Photo: David Rudkin.

Les traces de fossiles et la révolution des substrats cambriens

Les traces de fossiles deviennent également beaucoup plus complexes et diversifiées dans les roches du Cambrien précoce. À la fin de l’Édiacarien, les métazoaires ne produisaient que de simples traces horizontales à la surface du fond marin. À partir du Cambrien, les animaux ont commencé à creuser verticalement les sédiments et à présenter des comportements plus variés, fournissant une preuve indirecte que les bilatériens mobiles aux tissus et organes différenciés avaient déjà évolué.

Traces fossiles du Cambrien précoce. Treptichnus pedum du grès de Mickwitzia du Cambrien inférieur, Suède (Service géologique suédois, Uppsala). Barre d’échelle = 1 cm.

© Université Lyon 1. Photo: Jean Vannier.

La montée en puissance de ces bilatéraux a modifié en permanence la nature du fond marin, un événement communément appelé la Révolution des Substrats Cambriens.

Au Précambrien, les couches supérieures de boue, de sable ou de limon du fond marin sont restées relativement fermes, grâce à des tapis bactériens qui recouvraient et stabilisaient la surface. Ces nattes ont également servi de principale source de nourriture pour les organismes édiacariens capables de paître le long du fond marin (voir Kimberella). Les animaux fouisseurs du Cambrien ont pu creuser des tunnels à travers les tapis microbiens, barattant les sédiments en dessous et les rendant plus soupiers. Les fouisseurs peuvent avoir commencé à creuser des tunnels pour accéder à de nouvelles sources de nourriture (comme les carcasses englouties d’organismes planctoniques enfouis sur le fond marin) ou pour échapper à la prédation en creusant profondément dans le substrat.

Changements dans les types de substrat pendant la révolution du substrat cambrien. Gauche, période précambrienne; à droite, période cambrienne.

Les terriers ont ouvert de nouvelles niches écologiques sous le fond de la mer, l’eau et l’oxygène pouvant désormais pénétrer dans les couches de sédiments. Dans le même temps, les tapis bactériens ont été progressivement détruits et forcés dans des habitats plus restreints (c’est-à-dire dans des environnements défavorables aux animaux). On pense que ce changement dans le substrat est en partie responsable de la disparition du biote édiacarien. D’autres facteurs (comme un changement de la chimie de l’eau ou une augmentation des prédateurs) peuvent également avoir joué un rôle important dans leur extinction (voir ci-dessus).

La révolution a transformé le fond marin autrefois uniforme en un patchwork hétérogène , ouvrant une variété de nouvelles niches pour les animaux – y compris ceux des schistes de Burgess – à exploiter.

Les gisements de type schiste de Burgess et le biote de schiste de Burgess

Mous exceptionnellement bien conservé -les fossiles de l’âge cambrien ont été décrits pour la première fois dans les schistes de Burgess il y a plus de 100 ans. Aujourd’hui, des dizaines de gisements de type Burgess Shale avec des assemblages comparables de fossiles ont été découverts dans le monde. Ces dépôts se trouvent généralement dans les couches rocheuses du Cambrien inférieur et moyen, mais peuvent s’étendre jusqu’à l’Ordovicien précoce.Ces gisements se caractérisent par un mode de conservation similaire appelé «conservation de type Burgess Shale».

Les sites les plus remarquables sont ceux situés autour de la localité d’origine des schistes de Burgess au Canada (la carrière Walcott dans le parc national Yoho, en Colombie-Britannique), ainsi que les schistes de Maotianshan en Chine (dont le Chengjiang dans la province du Yunnan est le plus connu).

D’autres occurrences importantes incluent le gisement de Kaili en Chine et des sites dans l’ouest des États-Unis d’Amérique (Spence Shale et Marjum and Wheeler Formations en Utah, formation Pioche au Nevada), au Groenland (Sirius Passet) et en Australie (Emu Bay Shale).

Dépôts de l’Utah

Affleurement général des formations Marjum et Wheeler du Cambrien moyen , Utah, États-Unis.

© Pomona College. Photo: Robert Gaines.

Acinocricus cricus, partie d’un lobopode des schistes de Spence.

© Musée royal de l’Ontario. Photo: Jean-Bernard Caron.

Images de paysages et de fossiles de différents gisements de type Burgess Shale dans l’Utah.

© Pomona College. Photos: Robert Gaines (paysages) et Musée royal de l’Ontario. Photos: Jean-Bernard Caron (spécimens fossiles).

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Sirius Passet

Vue aérienne de Sirius Passet, Groenland.

© Natural Musée d’histoire du Danemark (Musée géologique). Photo: David Harper.

Un arthropode typique de type naraoïde du Cambrien inférieur (livre = 20×12 cm).

© Musée d’histoire naturelle du Danemark (Musée géologique). Photo: David Harper.

Fossiles de la localité de Sirius Passet au Cambrien inférieur au Groenland.

© John Peel

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Chengjiang

Maotianshan Hill, Chine où les premiers fossiles du Cambrien inférieur Chengjiang ont été découverts, dont Naraoia spinosa ( voir ci-dessous). Le nom Chengjiang vient d’un village voisin de la province du Yunnan.

© Institut de géologie et de paléontologie de Nanjing Académie chinoise des sciences. Photo: Fangchen Zhao

© Institut de géologie et de paléontologie de Nanjing, Académie chinoise des sciences. Photos: Maoyan Zhu

Fossiles de la localité Chengjiang du Cambrien inférieur en Chine.

© Institut de géologie et de paléontologie de Nanjing Académie chinoise des sciences. Photos: Maoyan Zhu

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Kaili

Vue prise le long du sentier menant à la localité du Cambrien moyen Kaili, province du Guizhou, Chine.

© Musée royal de l’Ontario. Photo: Jean-Bernard Caron.

Plusieurs spécimens de l’échinoderme primitif Sinoeocrinus (à gauche) (taille = 12 cm) et un seul spécimen de l’arthropode Marrella (à droite) (taille = 6,4 cm). C’est la seule occurrence de Marrella en dehors des localités de Burgess Shale dans le parc national de Yoho.

© Institut de géologie et de paléontologie de Nanjing, Académie chinoise des sciences. Photos: Jih-Pai Lin.

Baie d’Emu

À gauche: Vue générale de l’excavation des schistes de la baie d’Emu au Cambrien inférieur sur Kangourou Island, Australie (octobre 2010); à droite, Palaeoscolex, un ver fossile commun du site (taille = 9 cm).

© Université de la Nouvelle-Angleterre. Photos: John Paterson.

L’arthropode nectonique Isoxys (taille = 7 cm).

© Université de la Nouvelle-Angleterre. Photo: John Paterson.

Comparés aux dépôts fossiles conventionnels, dans lesquels seuls les restes de parties du corps plus durables sont généralement préservés, les dépôts de type Burgess Shale fournissent une image beaucoup plus complète d’une communauté marine cambrienne normale. Dans les milieux marins modernes, les animaux avec des parties du corps minéralisées (coquilles, carapaces, etc.) ne représentent qu’une petite partie de la diversité totale. C’est également le cas dans la plupart des gisements de type Burgess Shale où l’assemblage de coquille représente généralement un petit pourcentage des spécimens collectés. Ainsi, sans les restes fossilisés d’organismes à corps mou, en particulier des schistes de Burgess, notre connaissance des écosystèmes cambriens serait extrêmement limitée.

Les similitudes entre divers gisements de type Burgess Shale à travers le monde suggèrent que l’écosystème marin profond était géographiquement uniforme et évolutif conservateur du Cambrien inférieur au moins au Cambrien moyen (c’est-à-dire que des types similaires de fossiles d’animaux sont récupérés grâce à cette intervalle entier, s’étendant sur au moins 15 millions d’années). L’assemblage caractéristique des organismes est souvent appelé biote de type Burgess Shale.

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