Rendue célèbre par le livre (et les films) « Jurassic Park », la préservation exceptionnelle en 3D d'inclusions dans l’ambre* (insectes, plumes, plantes, etc.) a fait l'objet de nombreux fantasmes, notamment la possibilité d’en extraire l'ADN d'organismes aujourd’hui disparus. Si l’on sait à présent que l’ADN ancien ne subsiste pas dans l’ambre, les processus à l’origine de sa dégradation, ainsi que de celle des organismes eux-mêmes, restent méconnus. Des scientifiques du laboratoire IPANEMA et de la ligne PUMA ont utilisé, sur cette ligne, la microtomographie à rayons X pour décrypter les phénomènes physico-chimiques en jeu.
Pour écrire le livre Jurassic Park, Michael Crichton s’est inspiré de travaux publiés en 1982 par le paléobiologiste George Poinar Jr et son épouse Roberta Hess, spécialiste de la microscopie électronique. Ils décrivent des structures intracellulaires exceptionnellement préservées, y compris des noyaux cellulaires et des mitochondries, provenant d’un insecte prisonnier dans de l'ambre vieux de 40 millions d'années. Fortuitement, une série d'études a fait état de la découverte d'ADN ancien dans des inclusions d'ambre au moment du tournage et de la sortie du premier volet du film, en 1993.
Malheureusement nous savons à présent que, dans ces études, l’ADN séquencé était en fait de l'ADN moderne, et que même chez les insectes piégés « récemment » dans de la résine (depuis moins de 11.000 ans), toute trace d’ADN a disparu. Des restes ou dérivés d'autres molécules comme la chitine (principal constituant de la carapace des insectes) ont néanmoins été signalés dans plusieurs fossiles. Toutefois, parmi l’ensemble des gisements d’ambre connus, seul le contour, vide, des organismes est généralement fossilisé. Pourquoi et comment l’ambre permet-elle dans certains cas une préservation quasi complète d'organismes, y compris certaines structures intracellulaires, et dans d’autres seulement de leur contour évidé ? Les processus qui contrôlent cette diversité de préservation restent largement inconnus.
Les études de caractérisation chimique de l’ambre se concentrent actuellement sur la résine elle-même, mais très peu de travaux ont étudié la chimie des inclusions, qui pose d'importants défis méthodologiques tant par leur aspect tridimensionnel que par le fait que la résine a largement (si ce n’est totalement) imprégné les inclusions, mélangeant leurs compositions chimiques. Les expériences dites « actualistes »**, basées sur le piégeage en laboratoire d’insectes modernes dans de la résine d'arbre fraiche (figure 1), semblent être la clé pour décrypter les processus et biais de préservation des fossiles d'insectes dans l'ambre, et la microtomographie X sur synchrotron une méthode particulièrement puissante pour l'observation des organes à la fois externes et internes de l'insecte pris dans la résine.
Figure 1 : Coulées naturelles de résine le long du tronc du pin de Wollemi situé à l'entrée de la galerie de Paléontologie et d'Anatomie comparée du Muséum national d'Histoire naturelle, qui ont été utilisées pour piéger des insectes modernes.
© P. Gueriau
Jusqu’à présent, les paléontologues ont essentiellement utilisé la microtomographie X synchrotron pour obtenir des informations morphologiques à haute résolution, et avec un fort contraste. Par contre, un autre type d’information apporté par cette technique a été négligé : les informations chimiques qui se cachent derrière les contrastes morphologiques observés, liées à la densité des matériaux présents et qui peuvent être extraites, de manière semi-quantitative, par une calibration et une analyse avancée des images.
De telles expériences haute définition menées sur la ligne PUMA début juin 2022 par des chercheurs du laboratoire IPANEMA, en collaboration avec les scientifiques de PUMA, ont ainsi eu pour but de caractériser de manière non destructive et à l’échelle submicrométrique :
- des insectes diptères (mouches et moustiques) fossiles piégés dans l'ambre de la Baltique, vieille de 40 millions d’années
- un référentiel moderne d’insectes (drosophiles) inclus dans différentes résines de conifères (pin, pin de Wollemi et Araucaria), et ensuite artificiellement chauffées à 150 et 250°C pour imiter les changements de température associées à la fossilisation et à l’origine de différents types d’ambre.
Figure 2 : Un grand morceau d'ambre de la Baltique, datant d'il y a 40 millions d’années et provenant de Lituanie, contenant une douzaine de moucherons.
© P. Gueriau & C. Iacconi
Les scientifiques comparent désormais les jeux de données collectés, à la recherche de modifications morphologiques (flétrissement, disparition d’organes internes...) et physico-chimiques (diminution et/ou augmentation de densité témoignant de la dégradation et/ou de la minéralisation de certains organes) qui seraient liées au type de résine et à la température utilisés. Ces analyses constituent la première étape d’un projet à plus long terme ; elles seront suivies de plus amples analyses de caractérisation chimique par spectroscopie infrarouge notamment, avec pour objectif de décrire précisément les mécanismes précoces associés à la fossilisation dans l’ambre.
Figure 3 :
Gauche : Pierre Gueriau, ingénieur de recherche au laboratoire IPANEMA et leader du projet, observe au microscope l'état de préservation d'une des drosophiles modernes qui a été piégée dans de la résine d'arbre puis chauffée à 250°C.
© P. Gueriau & C. Iacconi
Droite : Un fragment d'ambre de la Baltique positionné sur le porte-échantillon de la ligne PUMA.
© P. Gueriau & S. Cohen
*Ambre : résine fossile sécrétée il y a des millions d'années par des conifères ou des plantes à fleurs.
** Expériences actualistes : leur principe est de tester des hypothèses sur des comportements ou des processus passés en reproduisant les phénomènes étudiés (ici : l’inclusion dans l’ambre) tels qu’ils auraient pu se dérouler, en utilisant les mêmes matériaux dans les mêmes conditions environnementales.