Thèse Année : 2022

Skeletal tissues of vertebrates : paleoenvironmental and paleoecological archives : Contributions of the study of skeletochronology, isotopic geochemistry and functional anatomy to the understanding of ancient continental paleoecosystems

Les tissus squelettiques des vertébrés : archives paléoenvironnementales et paléoécologiques : Apports de l'étude de la squelettochronologie, de la géochimie isotopique et de l'anatomie fonctionnelle à la compréhension des paléoécosystèmes continentaux anciens

Résumé

Material of the vertebrist paleontologist, the fossilized skeletal tissues represent an original archive, rich in ecological and environmental information in ancient times. They also record information on the history and living conditions and provide information on the functional adaptations of organisms, essential elements for understanding biological evolution in relation to environmental changes. These aspects are addressed in the thesis, through the exploration and development of different methodological approaches.The skeletal growth marks of freshwater actinopterygians and chelonians from intertropical Africa are considered a marker of paleo-seasonality. The development of this tool involves the construction of a reference database on extant species close to fossil ones and is broken down into two complementary studies. In a first part, I demonstrate from the analysis of the results of an experiment on 3 intertropical species (Polypterus senegalus, Auchenoglanis occidentalis and Pelusios castaneus), that the seasonal growth of these species is mainly controlled by the abundance of food, and sometimes by water temperature. In a second part, I demonstrate that the exploration of bone growth in wild individuals of Lates niloticus is indeed correlated with seasonal cycles. These first results also make it possible to specify the future developments to be carried out to calibrate this seasonality marker. In a third part is presented the sampling carried out for an application in the Shungura Formation (Plio-Pleistocene, Ethiopia) with the first observations.Based on the synthesis of the ecology and physiology of crocodilians, I was able to show that the oxygen isotopic composition of their dental tissues mainly reflects that of the water in which they lived during the formation of the tooth. In a first study, the oxygen isotopic composition of the bulk enamel of fossils from the Shungura Formation is interpreted, and provides information on the evolution of freshwater environments and their local diversity over two million years. In a second study sampling dentin serially, preliminary results show fluctuation consistent with the seasonality of climate for some samples. These first data allow proposing a protocol in order to interpret the recorded signal and to discuss the evaluation of the impact of diagenesis.Finally, the study of the detailed functional anatomy of the external bony structures (morphology, articular facets, muscular insertions, proportions) on the appendicular skeleton allows inferences on the locomotor behaviour and more generally on the paleoecology of Amphicynodon leptorhynchus (Carnivora, Arctoidea) from the Phosphorites of Quercy (Lower Oligocene, France). In a first part, the functional analysis of the hind limb reveals adaptations to climbing and allows to conclude on probable arborealism. In the second part, a paleoartistic restoration by Amphicynodon leptorhynchus is elaborated on the basis of anatomical arguments and in coherence with the environmental context. A perspective of the methodological contributions addressed to scientific questions on evolution in its environmental context is proposed, with a particular focus on questions of seasonality and paleoecological inferences.

Matériel du paléontologue vertébriste, les tissus squelettiques fossilisés représentent une archive originale, riche en informations écologiques et environnementales dans les temps anciens. Elles enregistrent aussi des informations sur l’histoire et les conditions de vie et renseignent sur les adaptations fonctionnelles des organismes, éléments essentiels pour comprendre l’évolution biologique en lien avec les changements environnementaux. Ces aspects sont abordés dans la thèse, à travers l’exploration et le développement de différentes approches méthodologiques. Les marques de croissance squelettique des actinoptérygiens et chéloniens dulçaquicoles d’Afrique intertropicale sont envisagées comme marqueur de paléo-saisonnalité. Le développement de cet outil passe par la construction d’un référentiel sur des espèces actuelles proches de celles fossiles, et se décompose en deux études complémentaires. Dans une première partie, je démontre à partir de l’analyse des résultats d’une expérimentation sur 3 espèces intertropicales (Polypterus senegalus, Auchenoglanis occidentalis et Pelusios castaneus), que la croissance saisonnière de ces espèces est contrôlée principalement par l’abondance de nourriture, et parfois par la température de l’eau. Dans une seconde partie, je démontre que l’exploration de la croissance osseuse d’individus sauvages de Lates niloticus est effectivement corrélée aux cycles saisonniers. Ces premiers résultats permettent aussi de préciser les futurs développements à mener pour calibrer ce marqueur de saisonnalité. Dans une troisième partie est présenté l’échantillonnage effectué pour une application dans la Formation de Shungura (Plio-Pléistocène, Ethiopie) avec les premières observations. A partir d’une synthèse sur l’écologie et la physiologie des crocodiliens, j’ai pu montrer que la composition isotopique en oxygène de leurs tissus dentaires reflète principalement celle de l’eau dans laquelle ils ont vécu pendant la formation de la dent. Dans une première étude, la composition isotopique en oxygène de l’émail en bulk de fossiles de la Formation de Shungura est interprétée, et apporte des informations sur l’évolution des milieux d’eau douce et de leur diversité locale pendant deux millions d’années. Dans une seconde étude échantillonnant la dentine en sérié, des résultats préliminaires montrent une fluctuation cohérente avec une saisonnalité du climat pour certains échantillons. Ces premières données permettent de proposer un protocole dans le but d’interpréter le signal enregistré et de discuter l’évaluation de l’impact de la diagenèse. Enfin, l’étude de l’anatomie fonctionnelle fine des structures osseuses externes (morphologie, facettes articulaires, insertions musculaires, proportions) sur le squelette appendiculaire permet des inférences sur le mode locomoteur et plus généralement sur la paléoécologie d’Amphicynodon leptorhynchus (Carnivora, Arctoidea) des Phosphorites du Quercy (Oligocène inférieur, France). Dans une première partie, l’analyse fonctionnelle du membre postérieur révèle des adaptations au grimper et permet de conclure sur l’arboricolie probable. Dans une seconde partie, une restauration paléoartistique d’Amphicynodon leptorhynchus est élaborée sur la base d’arguments anatomiques et en cohérence avec le contexte environnemental. Une mise en perspectives des apports méthodologiques abordés aux questions scientifiques sur l’évolution dans son contexte environnemental est proposée, avec un focus particulier sur les questions de saisonnalité et les inférences paléoécologiques.

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Axelle Gardin. Les tissus squelettiques des vertébrés : archives paléoenvironnementales et paléoécologiques : Apports de l'étude de la squelettochronologie, de la géochimie isotopique et de l'anatomie fonctionnelle à la compréhension des paléoécosystèmes continentaux anciens. Paléontologie. Université de Poitiers, 2022. Français. ⟨NNT : 2022POIT2284⟩. ⟨tel-05220880⟩
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