Qu'est-ce qu'un foraminifère ?
Les foraminifères sont des microorganismes unicellulaires principalement connus dans les milieux marins. La plupart construisent un test, une sorte de paroi qui peut être minéralisée et se préserve alors très bien même après la mort de la cellule. Leur origine très ancienne, remontant à plusieurs centaines de millions d'années, fait des spécimens fossiles d'excellents témoins des environnements et des climats du passé.
À quoi ressemble un foraminifère ?
Section équatoriale d'un test de Rosalina sp. (souche For1C1p, collection d’eucaryotes unicellulaires « protistes libres » du MNHN), image obtenue au microscope électronique (en mode électrons rétrodiffusés, BSE), barre d'échelle : 10 µm. On peut observer sur cette image, dans les zones où la coupe est perpendiculaire à la surface du test, le foramen (flèche rouge), une ouverture entre les loges qui permet au cytoplasme de circuler entre les loges et dans tout l’espace interne du test.
© Caroline ThalerUn foraminifère (Foraminifera) est un organisme unicellulaire eucaryote appartenant au groupe des Rhizaires (Rhizaria). Bien qu’il ne soit constitué que d’une seule cellule, une grande partie des espèces connues sont capables de construire un testInfobulleLes foraminifères sont généralement munis d’un test, mais certains sont également « nus », sans paroi., une sorte de paroi qui entoure la cellule et présente une grande variété de formes, dont certaines sont même complexes. Ce test, parfois appelé « coquille » quand il est minéralisé, peut être constitué d’une seule ou de plusieurs chambres, ou « loges », qui communiquent par de petites ouvertures pour permettre au cytoplasmeInfobulleLe cytoplasme désigne la substance à l'intérieur d'une cellule, à l'exception de son noyau. de circuler dans tout l’espace. Ces ouvertures, caractéristique importante des foraminifères ayant un test, sont appelées des foramens, du mot latin « foramen » (= ouverture, trou) qui a donné son nom au groupe.
Comme tous les Rhizaires, les foraminifères produisent de fines extensions filamenteuses de leur membrane et de leur cytoplasme appelées pseudopodes. Ces extensions, appelées plus précisément granuloréticulopodes chez les foraminifères, sortent du test et permettent à l’organisme d'accomplir plusieurs fonctions comme capturer de la nourriture, bâtir une nouvelle loge ou encore – pour les foraminifères benthiques – se déplacer dans les fonds marins ou s’attacher à un substrat.
Rosalina sp. (souche For1C1p, collection d’eucaryotes unicellulaires « protistes « libres » du MNHN), image au microscope optique inversé, barre d'échelle 20 µm. Rosalina construit un test en carbonate de calcium composé de plusieurs loges disposées de façon trochospirale. On peut observer sur cette image l’extrusion de granuloréticulopodes.
© MNHN - Marc DellingerUne extraordinaire variété de formes et de tailles
Le test des foraminifères présente des formes et un nombre de loges très variables selon les espèces. Leur disposition dans l’espace peut être linéaire, discoïdale ou spiralée. Sa nature varie également, le test pouvant être seulement organique ou avec du carbonate de calcium. Pour d’autres, le test est agglutinant, c’est-à-dire composé de particules provenant du sédiment, comme des grains de minéraux (de quartz par exemple), ou des restes de squelettes d’autres organismes comme des plaques d’échinodermes ou des spicules d’éponges. Ces particules sont liées entre elles par un ciment produit par le foraminifère lui-même, composé de molécules organiques ou de carbonate de calcium.
Quelques exemples d'espèces de foraminifères benthiques qui illustrent la diversité des formes et de la nature du test. (A) Dentalina elegantissima d'Orbigny, 1846 et (B) Lenticulina calcar (Linnaeus, 1758) ont un test calcaire de type hyaline, caractérisé par son aspect vitreux. (C) Adelosina pulchella d'Orbigny, 1846 a un test calcaire de type porcelané, caractérisé par son aspect blanc et lisse rappelant la porcelaine. (D) Ammobaculites agglutinans (d'Orbigny, 1846) et (E) Textularia cuneiformis d’Orbigny, 1839 on un test de type agglutinant. Les spécimens illustrés proviennent de la collection d'Alcide d'Orbigny du Muséum national d'Histoire naturelle. Images prises au stéréomicroscope optique, barre d'échelle : 500 µm. Crédits : RECOLNAT (ANR-11-INBS-0004), Elise POREZ, 2016.
Au-delà de ces différences de matériaux et de formes, les foraminifères sont aussi remarquables par leur extraordinaire variété de tailles, certaines espèces ne mesurant qu’une dizaine de micronsInfobulleUn micron correspond à 0,001 millimètre. et d’autres plusieurs centimètres. La couleur de la cellule varie également selon les espèces : une coloration vive, rouge, saumon ou jaune-brun peut notamment être observée chez les foraminifères qui hébergent des microorganismes photosynthétiques (phytoplanctons) dans leur cytoplasme.
Un exemple de grand foraminifère benthique : Nummulites distans Deshayes, 1838, collection de d'Archiac, Muséum national d'Histoire naturelle. Barre d'échelle : 1 cm. Les Nummulites ont un test calcaire reconnaissables à leur forme en pièce de monnaie. Ils étaient très abondants à l’Éocène, il y a 56 à 34 millions d’années.
© Lilian Cazes - CR2P- MNHNForaminifères benthiques et planctoniques
Les foraminifères connus sont des organismes majoritairement marins, mais certains se retrouvent aussi dans les milieux d’eau douce et dans les sols. Ils sont pour la plupart benthiques, c’est-à-dire vivant sur et dans les sédiments des fonds marins, mais certaines espèces sont plutôt planctoniques, c’est-à-dire vivant en suspension dans la colonne d’eau, majoritairement entre 0 et 200 mètres de profondeur.
Foraminifères planctoniques du Quaternaire : (a) Globigerinoides ruber (d’Orbigny, 1839); (b) Globigerinella calida (Parker, 1962) ; (c) Globorotalia cultrata (d'Orbigny 1839). Leur test en carbonate de calcium est perforé de nombreux pores et constitué de loges globuleuses souvent disposées en trochospirale (une spirale non plane).
Les foraminifères vivent aujourd'hui dans tous les océans et mers du globe, mais les plus grosses espèces se concentrent principalement dans les zones tropicales et équatoriales. Côté fossile, les premières espèces benthiques retrouvées datent probablement du Précambrien, il y a environ 700 millions d’années. Il s'agirait de formes ancestrales avec un test agglutinant composé d'une seule loge, appartenant au groupe des Monothalamides. Cependant, leur présence devient plus continue et diversifiée à partir du Cambrien, il y a environ 520 millions d'années. Quant aux espèces planctoniques, leurs premières traces remontent plutôt au Jurassique inférieur, il y a environ 180 millions d’années, soit bien après les premières espèces benthiques.
Aujourd'hui, la biodiversité des foraminifères est encore mal connue : on estime qu'il existerait plus de 4 000 espèces vivantes, dont la majorité benthique, et seulement 40 à 50 espèces planctoniques. De nombreuses espèces vivent également en eau douce et même dans les sols d’après les traces d’ADN observées, mais leur absence de test minéralisé les rend plus difficiles à trouver. En ajoutant à celles-ci les espèces fossiles, le nombre d'espèces de foraminifères connues atteindrait les plus de 50 000, et probablement encore beaucoup plus à découvrir.
L’explosion de la vie au Cambrien
Les foraminifères : vivants ou fossiles ?
Si les foraminifères calcaires sont encore bel et bien présents dans nos océans, ceux-ci sont également très étudiés sous leur forme fossile. Grâce à leur apparition très ancienne et à leur test calcaire qui se conserve remarquablement bien dans le temps, ces derniers sont particulièrement abondants dans les différentes couches géologiques et fournissent de précieuses informations aux scientifiques.
Un cycle de développement complexe
Bien qu’ils soient unicellulaires, les foraminifères ont un cycle de développement particulièrement complexe, qui se caractérise le plus souvent par une alternance entre des générations dites « haploïdes » et « diploïdes » : au cours de leur cycle de vie, les foraminifères passent ainsi d’une forme possédant un seul jeu de chromosomes (haploïde) issue de la reproduction asexuée, à une forme qui en possède deux (diploïde), issue de la reproduction sexuée. Cette alternance de générations et de mode de reproduction s'accompagne également de changements dans la morphologie de leur test.
Rosalina sp. (souche For1C1p, collection d’eucaryotes unicellulaires « protistes libres » du MNHN) : image au microscope optique d’un individu adulte dont la cellule s’est divisée de manière asexuée. Plusieurs individus juvéniles sortent du test de la cellule mère partiellement dissous après la reproduction. Les individus juvéniles ont déjà construit un test de trois ou quatre loges. Barre d'échelle : 20 µm.
© MNHN - Marc DellingerLes foraminifères, alliés précieux des scientifiques
Au regard de leur origine très ancienne, les foraminifères fossiles jouent un rôle majeur dans la recherche scientifique. Paléontologues, géologues et climatologues s’intéressent notamment à leur test calcaire, qui se conserve remarquablement bien dans les sédiments marins et peut ainsi être étudié pour reconstituer l’âge des roches sédimentaires et les conditions environnementales passées.
L’utilisation des foraminifères fossiles pour la datation
Grâce à l’apparition et à la disparition de milliers d’espèces connues dans le registre fossile, et du fait de leur présence presque continue dans les sédiments depuis le Cambrien, les foraminifères constituent d’excellents repères biostratigraphiques pour dater les couches géologiques. Certaines espèces n’ayant vécu que pendant une période géologique relativement « courte » sont notamment des indices de choix pour dater les couches de sédiments qui les renferment.
Les foraminifères pour reconstituer les climats passés
Les tests des foraminifères constituent également de précieuses archives de l’océan et du climat. Leur composition chimique et isotopique dépendant en partie des caractéristiques de l’eau dans laquelle ils vivaient (température, salinité, pH), les coquilles fournissent aux scientifiques de précieuses informations sur l’eau de mer au moment de leur formation. L’étude de certains isotopes de l’oxygène dans le test, par exemple, donne ainsi des indications sur la température de l’océan et sur les variations du volume des glaces sur les calottes polaires, tandis que d’autres éléments chimiques peuvent renseigner sur la salinité de l’environnement marin. Quant aux isotopes du bore, leur mesure est utile pour retracer les variations du pH de l’eau de mer et les épisodes d’acidification des océans. Ces différents indices chimiques, couplés à la présence et à l’association des différentes espèces de foraminifères, permettent aux scientifiques de reconstituer de manière fidèle l’évolution des océans et du climat au cours du temps.
Au-delà de ces informations essentielles, les foraminifères sont également des acteurs directs de l'équilibre climatique : les sédiments et roches formées par l'accumulation de tests en carbonate de calcium au fond des océans sont d'excellents pièges à dioxyde de carbone (CO₂), qui limitent ainsi, encore aujourd’hui, la présence de ce gaz à effet de serre dans l’atmosphère.
Des applications très diverses
Plus largement, les foraminifères jouent un rôle important dans de nombreux domaines de la géologie. Dans l'exploration pétrolière ou d'autres gisements de ressources naturelles, ils peuvent être utilisés pour dater les sédiments et reconstituer l'environnement dans lequel ils se sont déposés. Ces informations sont essentielles pour retracer l'histoire géologique d'un bassin sédimentaire et mieux comprendre la formation et la répartition des gisements qui s'y trouvent.
De grands travaux d'aménagement ou d'infrastructures, comme le creusement du tunnel sous la Manche, ont également nécessité l'étude de foraminifères pour mieux comprendre l'âge et les conditions de formation des couches sédimentaires. Les roches issues de l'accumulation de foraminifères sont enfin très utilisées comme pierres de construction : les roses de la cathédrale Notre-Dame de Paris et les édifices haussmanniens sont notamment constitués de ce type de roches.
L'exceptionnelle collection de foraminifères du Muséum
Alcide Dessalines d'Orbigny en 1802. Domaine public.
Le Muséum conserve aujourd’hui l’une des plus importantes collections de foraminifères au monde. Cette précieuse collection est en grande partie due au scientifique Alcide d’Orbigny (1802-1857), fondateur de la micropaléontologie et auteur, dès 1826, de la première classification des foraminifères. Ses spécimens, ses planches originales, ses échantillons de sable et même les modèles qu’il a sculptés pour représenter les foraminifères à plus grande échelle constituent un témoignage précieux de la recherche sur ces organismes et sur l’histoire de la paléontologie. Grâce à de multiples dons, la collection s’est enrichie au fil des siècles et rassemble aujourd’hui des dizaines de milliers de préparations et de spécimens.
Cet article a été rédigé par Jeanne Bourdier, rédactrice scientifique au Muséum national d'Histoire naturelle.
Relecture scientifique
Annachiara Bartolini
Professeure du Muséum national d’Histoire naturelle (Centre de recherche en paléontologie – UMR 7207) et responsable de la collection de foraminifera.
Marc Dellinger
Maître de conférences du Muséum national d’Histoire naturelle (Molécules de Communication et Adaptation des Micro-organismes - UMR 7245) et responsable scientifique des « Protistes libres » de la collection vivante d’eucaryotes unicellulaires.
Références scientifiques
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