Soutenance de thèse Nicolas Séon

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

Composition du jury :

• M. Christophe GUINET, Directeur de recherche CNRS, Université de La Rochelle - Rapporteur
• M. Thomas TÜTKEN, Associate Professor, Johannes Gutenberg Universität Mainz - Rapporteur
• Mme Nathalie BARDET, Directrice de recherche CNRS, Muséum national d'Histoire naturelle de Paris - Examinatrice
• Mme Klervia JAOUEN, Chargée de recherche CNRS, Observatoire Midi-Pyrénées de Toulouse - Examinatrice
• Mme Paula MÉNDEZ-FERNANDEZ, Ingénieure de recherche CNRS, Université de La Rochelle - Examinatrice
• Mme Peggy VINCENT, Chargée de recherche CNRS, Muséum national d'Histoire naturelle de Paris - Directrice de thèse
• M. Romain AMIOT, Chargé de recherche CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1- Co-directeur de thèse
• M. Sylvain CHARBONNIER, Professeur, Muséum national d'Histoire naturelle de Paris - Co-directeur de thèse

Résumé

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 subcomplets 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.

Mots-clés : thermophysiologie, isotopes, oxygène, Cetacea, Ichthyosauria, Plesiosauria.