Les dents : capsules temporelles des écosystèmes anciens

Les dents agissent comme de véritables capsules temporelles biologiques. Elles racontent des histoires sur les régimes alimentaires et les environnements, longtemps après la mort de leurs propriétaires et les changements de paysage. Alors que les os se décomposent, l'émail dentaire reste dur et inchangé, même dans les dents fossilisées enfouies sous sédiments et roches depuis des millions d'années, aujourd'hui mises à jour par l'érosion ou l'excavation.

Une fenêtre sur le passé

L'émail dentaire se forme lorsque l'animal est jeune et demeure chimiquement stable tout au long de sa vie. La nourriture qu'un animal consomme et l'eau qu'il boit durant sa jeunesse laissent des signaux chimiques dans l'émail. Ainsi, en analysant l'émail des dents fossilisées, les scientifiques peuvent découvrir des traces de forêts disparues, de savanes en expansion, de climats changeants et de communautés animales évolutives.

Recherche dans la vallée du Grand Rift

Au cours des 30 dernières années, mes collègues et moi avons analysé des traces chimiques dans des dents fossiles de la région Afar en Éthiopie, souvent appelée le berceau de l'humanité. Nous cherchons à comprendre ce que les animaux mangeaient il y a des millions d'années, à l'époque où les premiers ancêtres humains évoluaient, et à quoi ressemblait le monde autour d'eux.

Reconstruction des écosystèmes

Ces indices issus des repas anciens aident les scientifiques à reconstruire des images d'écosystèmes entiers, y compris des forêts, des zones humides et des prairies qui existaient à cette époque. Cela nous rappelle qu'en un sens très réel, les organismes sont ce qu'ils mangent.

Analyse de l'émail dentaire

Pour déterminer les plantes consommées par les animaux anciens, mes collègues et moi collectons une petite quantité de poudre d'émail provenant de dents fossilisées. Nous analysons ensuite cette poudre en laboratoire à l'aide d'instruments spécialisés détectant les signaux chimiques préservés dans l'émail.

Différenciation des sources alimentaires

Les arbres et les graminées utilisent différentes méthodes de photosynthèse pour convertir la lumière du soleil en énergie, laissant des motifs chimiques distincts dans leurs tissus. Ces motifs sont ensuite intégrés dans les dents des animaux qui consomment ces plantes. En examinant ces motifs chimiques dans l'émail dentaire, nous pouvons déterminer si les animaux se nourrissaient principalement de feuilles et d'arbustes ou de graminées, fournissant ainsi des éclairages sur la végétation qui recouvrait autrefois le paysage ancien.

Changements environnementaux au fil du temps

Nous pouvons également comprendre comment un environnement a évolué au fil du temps en collectant des dents fossiles de différentes couches rocheuses. Chaque couche s'est formée à une période différente, de sorte que les dents trouvées dans des couches plus profondes sont généralement plus anciennes que celles plus proches de la surface. En analysant l'émail dentaire de fossiles à travers ces couches, nous pouvons comparer les signaux chimiques préservés et observer comment les régimes alimentaires des animaux et la végétation ont évolué au fil du temps.

Une région en pleine mutation

Il y a quatre millions d'années, la région d'Afar avait un aspect très différent de celui que l'on voit aujourd'hui. Les fossiles, y compris l'émail dentaire, révèlent que cette zone soutenait une gamme variée d'environnements : des rivières traversaient des zones boisées, des lacs étaient éparpillés dans le paysage, et des plaines herbeuses s'étendaient à travers le bassin. Les dents fossilisées d'animaux tels que les antilopes, les girafes, les porcs, les chevaux, les hippopotames et les éléphants montrent une large diversité de régimes alimentaires.

Adaptation et évolution

Certaines espèces se nourrissaient de feuilles et d'arbustes, tandis que d'autres broutaient de l'herbe dans des habitats ouverts. Les signaux chimiques dans les dents indiquent que les prairies s'étendaient à l'époque, mais les forêts jouaient encore un rôle important. Ces découvertes montrent que les animaux évoluaient dans cet environnement et s'adaptaient aux ressources alimentaires disponibles.

Une transition vers les savanes ouvertes

Entre 2 et 3 millions d'années, l'environnement a connu une transition plus drastique vers des prairies ouvertes. La vallée du Grand Rift est modelée par trois plaques tectoniques qui se séparent lentement. Cette activité tectonique a modifié le paysage au fil du temps, changeant le climat régional et le drainage. Deux à trois millions d'années auparavant, cela a contribué à faire évoluer les habitats allant de zones boisées à un mélange de prairies et de savanes ouvertes.

Les ancêtres humains et leur environnement

Les animaux qui dépendaient de l'herbe ont prospéré, tandis que les populations de ceux qui ne se sont pas adaptés ont diminué. Les chevaux et certaines antilopes, par exemple, ont développé des dents capables de broyer des plantes dures. Cette adaptation est enregistrée dans leur émail. Les premiers ancêtres humains, comme la célèbre "Lucy", dont le squelette a été découvert dans la région d'Afar, vivaient dans ce paysage dynamique. Les dents fossiles d'Australopithecus afarensis, un ancêtre humain ayant vécu en Afrique de l'Est entre environ 2,9 millions et 3,8 millions d'années, indiquent que ces relatives anciennes des humains ne dépendaient pas fortement de l'herbe.

Flexibilité diététique

Au lieu de cela, le signal chimique dans leur émail indique des régimes alimentaires mixtes et une flexibilité diététique, incluant des fruits, des feuilles et des racines, selon ce qui était disponible. Dans un paysage combinant patchs boisés et savanes ouvertes, cette adaptabilité a pu être la clé de leur survie.

Implications pour l’évolution humaine

Cette période de changement environnemental coïncidait avec plusieurs développements évolutifs importants et des changements morphologiques chez les pré-humains. Les premiers ancêtres humains marchaient déjà debout. La taille du cerveau a également progressivement augmenté, permettant des comportements plus complexes et des capacités de résolution de problèmes accrues. Pendant cette période, les premiers humains ont commencé à fabriquer et à utiliser des outils en pierre, marquant une avancée majeure dans l'innovation technologique et les aidant à s'adapter aux environnements changeants.

Conclusion : Vers une meilleure compréhension de notre passé

Les changements alimentaires dans la vallée du Grand Rift d'Afrique de l'Est au cours des quatre derniers millions d'années, documentés à travers l'émail dentaire, fournissent des indices précieux pour reconstruire l'environnement dans lequel vivaient les ancêtres des humains et comment ces environnements ont évolué. Ils montrent également que les espèces qui ont ajusté leurs régimes alimentaires à mesure que les paysages changeaient étaient les plus susceptibles de survivre. Cette recherche continue aide à explorer des questions profondes sur la manière dont les changements environnementaux ont façonné la vie sur Terre, y compris les trajectoires humaines. Cela contribue à aider l'humanité à déverrouiller son passé collectif.

Article republié de The Conversation, une organisation d'information indépendante à but non lucratif, apportant des faits et des analyses fiables pour vous aider à comprendre notre monde complexe. Écrit par : Zelalem Bedaso, Université de Dayton.