Paléontologie : comment un plancton microscopique a largement contribué à la formation de calcaire dans les mers du Crétacé

Une équipe associant micropaléontologues, géochimistes et physiciens d’ISTerre (CNRS/Université Grenoble Alpes), du CEREGE, de l’Institut Néel, de SOLEIL, et de Rutgers University, apporte un éclairage inédit sur les mécanismes de biominéralisation du squelette de Nannoconus, un genre de microplancton fossile calcaire, et bio-calcifiant majeur dans les mers du Crétacé. 

Durant près de 35 millions d’années, les exosquelettes de Nannoconus ont contribué à des accumulations massives de carbonates sur les fonds océaniques, avec un impact potentiel sur la chimie de l’eau de mer. Malgré cette importance géohistorique, l’organisation fine de cet exosquelette et les processus de calcification associés demeuraient jusqu’ici largement méconnus.

Le squelette de Nannoconus, en forme de cône, est constitué d’un assemblage de micalithes, pièces calcitiques complexes dont la microstructure n’avait jamais été résolue à des échelles pertinentes pour discuter des mécanismes de biominéralisation. En combinant tomographie par rayons X en ptychographie (PXCT) sur la ligne SWING du synchrotron SOLEIL et microscopie électronique à balayage, cette étude fournit la première reconstruction tridimensionnelle d’un micalithe à résolution nanométrique, inférieure à l’épaisseur des lamelles le constituant (figure 1).

Figure 1 SWING_Nannoconus_paleo
Figure 1 : Les différentes étapes de la reconstruction 3D d’un micalithe de Nannoconus. (a) Micalithe de Nannoconus globulus vu au microscope électronique à balayage ; les deux types de lamelles calcitiques présentant deux orientations et inclinaisons différentes sont soulignées par les traits vert et jaune dans le carré rouge ; l’un des segments visibles sur cette image est souligné par les traits pointillés noir. (b) Image tomographique d’un micalithe de N. globulus obtenue en PXCT ; le mur et le canal central sont visibles ; une lamelle calcitique est marquée en rouge. (c) Lamelle calcitique segmentée obtenue à partir de la PXCT ; la résolution est de l’ordre de 40 nanomètres. (d) Reconstitution d’un segment formé par l’empilement répétitif du duo de lamelles calcitiques A et B. (e) Reconstruction 3D d’un micalithe de N. globulus ; les vues longitudinale (figure du haut) et basale (figure du bas) montrent l’assemblage de 12 segments reconstitués et formant l'ensemble du micalithe. Deux segments consécutifs sont désignés respectivement par S1 et S2.

Les résultats révèlent une organisation hautement hiérarchisée : chaque micalithe est formé de segments issus de l’empilement en spirale de lamelles de calcite selon deux inclinaisons alternées, structurant un mur autour d’un canal central. Cette géométrie impose de fortes contraintes sur les modalités de minéralisation et soutient l’hypothèse d’un contrôle biologique de cette minéralisation, impliquant des matrices organiques dans l’orientation et l’agencement des lamelles.

Cette première caractérisation ouvre la voie à des analyses comparatives à l’échelle du genre, puis de l’ordre auquel est assigné Nannoconus : les Braarudosphaerales, afin d’évaluer le rôle de la sélection morphologique au cours de leur longue histoire évolutive.

Elle souligne également l’intérêt de ces microarchitectures cristallines comme des analogues naturels pertinents pour le développement de matériaux biomimétiques dont les propriétés fonctionnelles sont contrôlées par l’organisation multi-échelle, notamment en catalyse et en biomédecine.