mardi 10 février 2009

Outils et dernières techniques de la paléoanthropologie

De la prospection géologique à la fouille méthodique

Pour choisir les sites de fouilles, les paléoanthropologues ne laissent rien au hasard. Ils sont aidés des géologues, qui identifient au préalable les terrains favorables à la conservation des fossiles : bordures d'anciens lacs ou embouchures de fleuves. Des prises de vue aériennes, et plus récemment des images satellitaires, guident également ces prospections. Afin d'augmenter leurs chances de succès, les chercheurs d'os ont tendance à privilégier les terrains qui ont déjà livré des fossiles, mais s'aventurent aussi dans des secteurs non encore prospectés. Les milieux forestiers équatoriaux, qui constituent des terrains couverts, n'attirent guère les équipes de fouille, de même que les zones politiquement instables, voire dangereuses, en raison de troubles et de conflits. Outre les restes d'hominidés fossiles, les chercheurs recueillent les fossiles d'animaux et de végétaux pour comprendre l'évolution des autres êtres vivants et l'environnement associé aux hominidés. Les sédiments permettent, quant à eux, de dater les différentes couches géologiques. Si le site tient toutes ses promesses, et que de nouveaux fossiles font leur apparition, la fouille se poursuit. Ainsi, le gisement kényan de Koobi Fora, qui a livré en 1972 le premier Homo rudolfensis, est toujours exploité de nos jours. Et le grand site éthiopien de la vallée de l'Omo, qui a fourni le premier Paranthropus aethiopicus en 1967, l'est à nouveau.

Recherche nouveau fossile inlassablement !

De retour au laboratoire, les chercheurs soumettent le fossile exhumé à une batterie d'analyses. Ce travail s'effectue souvent sur des moulages en silicone, les originaux étant trop fragiles, ou précieux, pour être manipulés. La première étape est l'observation et la description qui en découle ; et puis, plus fastidieuse, la réalisation de centaines de mesures anatomiques, comme la longueur des os, les dimensions de la mandibule ou l'épaisseur de l'émail dentaire. Grâce à l'imagerie médicale, qui permet d'obtenir des images en trois dimensions des fossiles, et au calcul informatique, cette phase de mesure se fait avec une précision toujours plus grande.

Les nombreuses données anatomiques ainsi obtenues permettent de comparer précisément le vestige avec les fossiles déjà connus. Il est également comparé avec les données morphologiques de l'homme moderne et des grands singes actuels. Un travail de comparaison qui permet de situer précisément le fossile étudié sur l'arbre généalogique des hominidés, en établissant son degré de parenté avec les différentes espèces existantes. Si ses caractéristiques morphologiques le différencient suffisamment de toutes les espèces déjà connues, les auteurs lui attribuent un nouveau nom. Une proposition qui devra encore être acceptée par la communauté scientifique…

L’ADN au service de la compréhension de nos origines

L'ADN permet d'obtenir des informations sur l'origine et l'évolution des hominidés de deux façons. La première consiste à comparer les génomes d'espèces actuelles, en particulier l'homme et les autres primates, pour estimer la date de leur séparation au cours de l'évolution. Cette méthode est basée sur le principe de l'horloge moléculaire : plus le nombre de différences génétiques entre espèces est important, plus leur date de séparation est éloignée. Avec ce principe, la lignée humaine et celle des chimpanzés se seraient séparées il y a environ 7 millions d'années. Mais cela implique que les mutations à la base de l'évolution apparaissent de façon régulière. Or, les fossiles indiquent au contraire que des phases d'accélération évolutive se produisent, en particulier sous l'effet d'événements climatiques. Autre approche : déchiffrer l'ADN d'un fossile et comparer sa séquence à celle d'autres espèces. Depuis plus de dix ans, la comparaison des séquences d'ADN de Neandertal et d'Homo sapiens penche en faveur de deux espèces distinctes. Mais ces études portent presque uniquement sur l'ADN mitochondrial, présent en grande quantité dans les cellules, mais ne contenant pas l'information génétique propre à chaque individu. Depuis peu, l'accès à l'ADN nucléaire fossile devrait améliorer l'apport de la génétique à la paléoanthropologie.

La datation des fossiles

La paléoanthropologie est une science historique… La datation d'un fossile permet de le situer dans le temps mais aussi de déterminer la durée de vie d'une espèce. Il existe des méthodes de datations relatives, comme la stratigraphie ou le paléomagnétisme, qui déterminent la chronologie des couches géologiques que fouillent les chercheurs. Et des méthodes de datations absolues, qui fournissent des dates parfois très précises. Parmi elles, certaines s'appliquent directement au fossile, tandis que d'autres datent les sédiments et les minéraux qui lui sont associés. La méthode la plus répandue, appelée radiochronologie, est basée sur le comptage d'atomes radioactifs dans le matériau, proportion qui varie au cours du temps. Historiquement, le carbone 14 a été le premier élément étudié, mais il ne permet pas de dater des vestiges au-delà de 50 000 ans. D'autres méthodes basées, par exemple, sur le comptage d'atomes de potassium et d'argon permettent de remonter beaucoup plus loin dans le temps. Le plus souvent, les chercheurs croisent plusieurs techniques, les unes validant ou infirmant les résultats fournis par d'autres. Un luxe de précautions indispensable car, sans datations fiables, toutes les théories patiemment échafaudées par les paléoanthropologues s'effondrent : elles ne racontent plus l'Histoire mais une histoire !

Les dents, une source d’informations intarissable

Les dents constituent les découvertes fossiles de loin les plus fréquentes, car elles sont formées d'un émail dur qui résiste mieux au temps que les ossements. Leur taille, leur forme, ainsi que leur vitesse de croissance sont caractéristiques des différentes espèces, ce qui permet d'attribuer un fossile à une espèce à partir d'une simple dent. Les Néandertaliens sont ainsi caractérisés par une croissance dentaire rapide, alors que celle des hommes modernes est plus lente.

Grâce à la « tracéologie », c'est-à-dire à l'étude des microstries présentes à la surface des dents, les chercheurs peuvent aussi établir le régime alimentaire de l'hominidé. Enfin, grâce au laser, en analysant les différents isotopes d'un élément radioactif – le strontium – dans une dent de Néandertalien qui vivait en Grèce il y a 40 000 ans, des paléoanthropologues ont récemment reconstitué en partie ses déplacements ! En effet, les différentes formes de strontium sont caractéristiques des roches dans lesquelles ruisselait l'eau bue par le Néandertalien. Or les chercheurs connaissaient les compositions en strontium des sites environnant le lieu de la découverte du fossile. En analysant la dent, ils ont pu voir que l'homme de Neandertal avait bu à telle ou telle source et donc s'était déplacé vers tel ou tel site.

Les fossiles à l’heure de la révolution virtuelle

Grâce à l'amélioration des techniques d'imagerie et à la puissance de calcul des ordinateurs, les paléoanthropologues accèdent à des informations nouvelles. L'imagerie anatomique (scanner, tomodensitométrie, échographie) génère des images numériques des fossiles en deux ou trois dimensions, qui permettent de visualiser des structures invisibles à l'œil nu, comme l'oreille interne ou les sinus.

Autre avantage : l'image virtuelle peut être analysée et mesurée par l'outil informatique, ce qui permet d'obtenir des données morphologiques d'une grande précision. De plus, certains logiciels permettent de reconstituer un crâne ou un squelette complet à partir de fragments épars et ce, sans altérer les fossiles comme cela peut se produire lorsqu'on réalise un moulage en silicone qui oblige à manipuler l'original. Enfin, grâce à l'outil informatique, il est également possible, dans une certaine mesure, de compenser les déformations subies sous terre par le fossile et donc de lui redonner sa forme initiale.

Pourtant, malgré toute leur puissance, ces techniques ne sauraient remplacer l'expérience acquise par les chercheurs d'abord sur le terrain, puis en laboratoire, grâce à la simple observation, préalable indispensable à l'interprétation correcte des fossiles.

L’homme de Yunxian reconstitué

Écrasé lors de sa fossilisation, le crâne de Yunxian découvert en Chine et daté de 936 000 ans, a été reconstitué virtuellement en utilisant les données d'un deuxième crâne mis au jour sur le même site. Après avoir scanné les fossiles, des logiciels informatiques ont permis de compenser l'aplatissement du crâne, de restaurer les disjonctions osseuses et de compléter certaines parties manquantes. Il a également été possible de calculer plus précisément le volume endocrânien, estimé à environ 1 050 cm³.



Source : Science Actualités du 10/02/2009