Planète

Rapport isotopique de l'oxygène : principes d'évaluation

Dossier - L'oxygène, mémoire de la vie des dinosaures
DossierClassé sous :paléontologie , dinosaure , trex

-

Les dinosaures n'étaient pas des reptiles à sang froid. Ils n'étaient pas non plus exclusivement terrestres. Enfin, certains d'entre eux vivaient sous des climats particulièrement froids et ont très probablement admiré leur territoire couvert de neige en hiver. C'est ce que nous apprend la géochimie isotopique car l'oxygène est, en quelque sorte, la mémoire de la vie des dinosaures…

  
DossiersL'oxygène, mémoire de la vie des dinosaures
 

Les restes de vertébrés (poissons, amphibiens, reptiles, mammifères et oiseaux) qui fossilisent sont principalement les éléments minéralisés de leur squelette, c'est-à-dire les os, les dents et les écailles. Ces éléments sont majoritairement constitués d'un minéral appelé bioapatite, un phosphate de calcium contenant de l'oxygène en quantités mesurables.

Le rapport isotopique de l'oxygène permet d'en savoir plus sur les dinosaures. Ici,Tyrannosaurus Rex.© Marcel Kunkel, CC by-sa 4.0

L'oxygène de la bioapatite a pour origine l'environnement de l'animal, c'est-à-dire l'oxygène de l'air inspiré, de la nourriture consommée et de l'eau bue. De nombreuses études ont montré que l'eau de boisson est de loin la plus importante source d'oxygène utilisée par l'essentiel des vertébrés pour la synthèse de leurs tissus minéralisés. Pour un animal sauvage, cette eau bue provient des réservoirs de surface (lacs, rivières, mares) dont la source ultime est l'eau de pluie.

Reconstitution de Archaeoceratops oshimai. © Nobu Tamura, CC by 3.0

La composition isotopique moyenne de l'oxygène (c'est-à-dire l'abondance relative entre les deux isotopes 18O et 16O que l'on note δ18O) des eaux de pluie dépend de la température du nuage au moment de sa condensation et de la quantité de précipitations locales. Ceci signifie que l'eau de pluie contient, dans sa composition isotopique de l'oxygène, l'enregistrement des deux variables climatiques, enregistrement qui sera conservé dans le corps de l'animal qui l'aura bu et également au sein de la bioapatite synthétisée à partir de cette eau. Il est donc potentiellement possible, en mesurant le δ18O d'un os ou d'une dent, de reconstituer le climat sous lequel l'animal vivait. Toutefois, d'autres facteurs compliquent cette relation. 

Fragment de mandibule du dinosaure cératopsien Archaeoceratops avec les dents échantillonnées provenant du Crétacé inférieur de la province de Gansu (Chine). © Romain Amiot, DR

Difficultés de l'évaluation du rapport isotopique de l'oxygène

Il existe plusieurs difficultés :

  • Premièrement, l'eau bue par un animal et qui se trouve en circulation dans son sang sera en partie perdue par évaporation, transpiration et au cours de la respiration. Le δ18O de cette eau dans le sang sera alors plus ou moins modifié selon le taux d'évaporation ou de transpiration de l'animal. Un animal terrestre et un animal aquatique par exemple n'évaporent pas la même quantité d'eau, et cette différence de mode de vie se retrouve dans le δ18O de leur eau corporelle, puis dans celui de leurs tissus minéralisés.

  • Deuxièmement, la température du corps de l'animal va modifier le δ18O de l'eau du corps lors du prélèvement de l'oxygène par l'organisme pour la synthèse de l'apatite. C'est-à-dire que deux animaux buvant la même eau mais ayant une température corporelle différente (par exemple un serpent et un chien) auront une valeur de δ18O de leur apatite différente. En plus du climat local, deux informations supplémentaires sont donc enregistrées au sein du δ18O de l'os ou des dents : l'écologie (milieu de vie) et la thermophysiologie (régulation de température) de l'animal analysé.