Détermination des stratégies thermorégulatrices des vertébrés marins actuels et fossiles par les isotopes de l'oxygène : implications paléoenvironnementales - Centre de Recherche en Paléontologie - Paris Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2023

Determining the thermoregulatory strategies of present-day and fossil marine vertebrates using oxygen isotopes: palaeoenvironmental implications

Détermination des stratégies thermorégulatrices des vertébrés marins actuels et fossiles par les isotopes de l'oxygène : implications paléoenvironnementales

Résumé

Recent paleobiogeographic, osteohistological and geochemical studies indicate that Mesozoic Ichthyosauria and Plesiosauria were endothermic and probably homeothermic organisms such as Cetacea. By this thermoregulatory strategy, the oxygen isotope composition of the phosphate group of the bioapatite of their bones and teeth (δ18Op) could constitute a good proxy to trace the variations of the oxygen isotope composition of the oceans (δ18Osw) of the Mesozoic and thereby improve the estimates of paleotemperatures of the oceans of the epoch based on the thermo-dependence of the isotope fractionation of the oxygen. However, to use these marine vertebrates as biotracers of the variations of δ18Osw, it is necessary to determine what is the relationship between the oxygen isotope composition of the body water (δ18Obody water), the water from which mineralize skeletal elements and teeth, and that of the sea water (δ18Osw); but also to characterize the intra-skeletal variability of the δ18Op in order to define the skeletal elements that it is relevant to use for future paleoceanographic studies. To resolve these issues, the oxygen isotope composition of the body fluids (blood plasma and urine) of three species of extant marine vertebrates (the loggerhead turtle Caretta caretta, the common bottlenose dolphin Tursiops truncatus and the killer whale Orcinus orca) kept under controlled conditions was compared to that of their basin and their diet. The results indicate that the oxygen isotope composition of the body fluids and that of the water in which they live is largely dependent on the presence of salt glands and the type of diet. In parallel, six intra-skeletal isotope maps of the δ18Op were carried out on two species of Cetacea (two specimens of short beaked common dolphin Delphinus delphis delphis and one specimen of Commerson’s dolphin Cephalorhynchus commersonii kerguelensis), two species of Osteichthyes (one specimen of Atlantic bluefin tuna Thunnus thynnus and one specimen of swordfish Xiphias gladius) and one species of Pinnipedia (one specimen of harbour seal Phoca vitulina vitulina). The production of these δ18Op maps demonstrate that the observed spatial heterogeneities of the δ18Op at the skeletal scale reflects the known regional heterothermies, thus offering the opportunity to characterize the regional heterothermies in fossil marine vertebrates from the intra skeletal variability of the δ18Op. In a second step, seven maps were carried out on sub-complete fossil specimens of Ichthyosauria, Plesiosauria and Metriorhynchidae, an extinct lineage of fully marine crocodylomorph, from the Middle and Upper Jurassic (175.6 million years ago to 145.5 million years ago) of the western Tethys in order to clarify their thermoregulatory strategy by trying to locate the possible presence of regional heterothermies. The interpretation of the data from a thermophysiological point of view still remains quite difficult given the diagenetic processes and the lack of knowledge concerning migrations of these organisms. Thus, the presence of regional heterothermies in Ichthyosauria, Plesiosauria and Metriorhynchidae still remains an open question. However, the compilation and the acquisition of new δ18Op data from isolated skeletal elements of Ichthyosauria, Plesiosauria and Metriorhynchidae from different deposits and ages has shed light on the potential of these organisms as biotracers of δ18Osw of the Mesozoic oceans.
Les récentes études paléobiogéographiques, ostéo-histologiques et géochimiques indiquent que les Ichthyosauria et les Plesiosauria du Mésozoïque étaient des organismes endothermes et probablement homéothermes à l’image des Cetacea actuels. De par cette stratégie thermorégulatrice, la composition isotopique de l’oxygène du groupement phosphate de la bioapatite de leurs os et de leurs dents (δ18Op) pourrait constituer un bon proxy pour retracer les variations de la composition isotopique de l’oxygène des océans (δ18Osw) du Mésozoïque et de ce fait améliorer les estimations de paléotempératures de l’eau de mer de l’époque fondées sur la thermo-dépendance du fractionnement isotopique de l’oxygène. Néanmoins, pour utiliser ces vertébrés marins comme biotraceurs des variations du δ18Osw, il est nécessaire de déterminer en amont quelle est la relation entre la composition isotopique de l’oxygène de l’eau corporelle (δ18Oeau corporelle), à partir de laquelle minéralisent les éléments squelettiques, et celle des océans (δ18Osw) ; et de caractériser la variabilité intra-squelettique du δ18Op afin de définir quels sont les éléments squelettiques pertinents à utiliser pour les futures études paléocéanographiques. Pour cela, la composition isotopique de l’oxygène des fluides corporels (plasma sanguin et urine) de trois espèces de vertébrés marins actuelles (la tortue caouanne Caretta caretta, le grand dauphin commun Tursiops truncatus et l’orque Orcinus orca) hébergées en conditions contrôlées a été comparée à celle de l’eau de leur bassin et de leur nourriture. Les résultats indiquent que le lien entre la composition isotopique de l’oxygène des fluides corporels et celle de l’eau dans laquelle vivent ces organismes, est en grande partie dépendant de la présence de glandes à sels et de la proportion de lipides dans le régime alimentaire. En parallèle, six cartographies isotopiques du δ18Op à l’échelle du squelette ont été réalisées sur deux espèces de Cetacea (deux spécimens de dauphin commun à bec court Delphinus delphis delphis, un spécimen de dauphin de Commerson Cephalorhynchus commersonii kerguelensis), deux espèces d’Osteichthyes (un spécimen de thon rouge de l’Atlantique Thunuus thynnus et un spécimen d’espadon Xiphias gladius) et une espèce de Pinnipedia (un spécimen de phoque commun Phoca vitulina vitulina). La réalisation de ces cartographies isotopiques a permis de démontrer que les hétérogénéités spatiales de δ18Op observées à l’échelle intra-squelettique reflétaient les hétérothermies régionales connues, offrant ainsi l’opportunité de caractériser les stratégies thermorégulatrices et localiser les hétérothermies régionales chez les vertébrés marins fossiles à partir de la variabilité intra-squelettique du δ18Op. Dans un second temps, sept cartographies isotopiques ont été effectuées sur des fossiles sub-complets d’Ichthyosauria, de Plesiosauria et de Metriorhynchidae, une famille éteinte de crocodylomorphes marins entièrement aquatiques, du Jurassique moyen et supérieur (175,6 Millions d’années à 145,5 Millions d’années) de la Téthys occidentale afin de préciser leur stratégie thermorégulatrice en tentant de localiser la présence éventuelle d’hétérothermies régionales. L’interprétation des données isotopiques d’un point de vue thermophysiologique demeure assez difficile compte tenu des processus diagénétiques et du manque de connaissances concernant les migrations chez ces organismes. Ainsi, la présence d’hétérothermies régionales chez les Ichthyosauria, les Plesiosauria et les Metriorhynchidae du Jurassique moyen et supérieur reste encore à l’heure actuelle une question en suspens. Cependant, la compilation et l’acquisition de nouvelles données de δ18Op issues d’éléments squelettiques isolés d’Ichthyosauria, de Plesiosauria et de Metriorhynchidae provenant de localités et d’âges différents a permis de mettre en lumière le potentiel de ces organismes en tant que biotraceurs du δ18Osw des océans du Mésozoïque.
Fichier principal
Vignette du fichier
Manuscrit_thèse_SEON.pdf (29.08 Mo) Télécharger le fichier
Origine Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

tel-04572084 , version 1 (10-05-2024)

Licence

Identifiants

  • HAL Id : tel-04572084 , version 1

Citer

Nicolas Séon. Détermination des stratégies thermorégulatrices des vertébrés marins actuels et fossiles par les isotopes de l'oxygène : implications paléoenvironnementales. Sciences du Vivant [q-bio]. Muséum national d'Histoire naturelle - MNHN, Paris, 2023. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-04572084⟩
0 Consultations
0 Téléchargements

Partager

Gmail Mastodon Facebook X LinkedIn More