Les métaux lourds impliqués dans les grandes extinctions du passé ?

Plusieurs événements d’extinction de masse du Paléozoïque ont façonné l’évolution de la vie sur notre planète. Bien que certaines de ces crises, dont les extinctions de l’Ordovicien et du Silurien (il y a environ 485 à 420 millions d’années), aient été responsables de l’éradication de 85% des espèces marines, les mécanismes responsables de ces crises restent mal compris.

Des paléontologues ont observé la présence élevée de phyto- et zooplanctons fossiles malformés, dits tératologiques, dans des couches sédimentaires datant de l’Ordovicien-Silurien et correspondant aux étapes initiales des événements d’extinction. Ces organismes anormaux se retrouvant dans de nombreux dépôts, aussi bien en Suède, qu’au Canada ou en Libye, les chercheurs se sont interrogés sur les origines de ces malformations.

Les effets tératologiques de la pollution aux métaux lourds sur le plancton actuel sont bien établis : ces toxines provoquent des anomalies morphologiques chez les organismes aquatiques et la présence d’individus malformés sert habituellement d’outil pour détecter une contamination. Les chercheurs ont donc mesuré les concentrations en métaux dans certains des spécimens fossiles ainsi que dans les roches qui les entourent, pour un des événements du Silurien. Leurs résultats montrent que ce plancton ancien contient des niveaux élevés de métaux lourds, tels que le fer, le plomb et l’arsenic. Les abondances des différents éléments dans les fossiles et dans les roches, combinées avec la forte présence de formes tératologiques, suggèrent que les métaux ont été absorbés par les organismes lorsqu’ils étaient vivants et se sont en même temps déposés dans les sédiments alentour. Un empoisonnement par métaux lourds semble donc être la cause des malformations observées dans le microplancton. Les corrélations récurrentes entre l’apparition de ces organismes malformés et les événements d’extinction durant les périodes de l’Ordovicien et  du Silurien pourraient indiquer que la contamination par des métaux toxiques est un facteur, jusqu’ici insoupçonné, ayant contribué aux phénomènes d’extinction dans les océans anciens.

Des changements observés dans les rapports isotopiques pour le carbone, l’oxygène et le soufre suggèrent qu’aux mêmes périodes la concentration en oxygène diminue dans les couches profondes de l’océan. Le scenario pourrait donc être le suivant : l’anoxie des eaux favorisant la solubilité de certains éléments et entrainant des changements dans les cycles chimiques, les concentrations en métaux y augmentent. Ces eaux profondes pauvres en oxygène et riches en métaux remontent ensuite à la surface. Là, elles se mélangent aux eaux du plateau continental qui accueillent un écosystème très riche, entrainant l’extinction de nombreuses espèces et une pollution des sédiments. La toxicité due aux métaux semble ainsi constituer le “chaînon manquant” qui relie les extinctions en masse des organismes marins à l’anoxie généralisée de l’océan profond. L’existence des fossiles de plancton malformé, indicateurs de cette pollution métallique, pourrait donc fournir un nouvel outil pour identifier les phases précoces de ces crises catastrophiques dans les archives géologiques.

© Thijs Vandenbroucke
Spécimen malformé de chitinozoaire, un fossile de micro-zooplancton du Silurien du genre Margachitina.

Références :
Metal-induced malformations in early Palaeozoic plankton are harbingers of mass extinction ; T. R. A. Vandenbroucke, P. Emsbo, A. Munnecke, N. Nuns, L. Duponchel, K. Lepot, M. Quijada, F. Paris, T. Servais and W. Kiessling ; Nature Communications ; 25 août 2015.
DOI : 10.1038/ncomms8966

Source : cnrs