Parc national du Canada Yoho

Schistes argileux de Burgess - découvrez des fossiles de 505 millions d'années
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Outils d’enseignement

Un examen de la faune du Shale de Burgess

Aperçu :

On étudiera et on comparera aux animaux modernes, douze animaux fossilisés du célèbre Shale de Burgess (un site du patrimoine mondial de l’UNESCO, situé dans le parc national Yoho). Il s’agit d’un exercice de taxinomie (classification) qui exige une pensée originale.

Attentes pédagogiques :

  • Acquérir une expérience de classification d’animaux (fossiles) à partir de leurs caractéristiques distinctives.
  • Comparer des animaux fossiles collectés dans le Shale de Burgess avec les animaux actuels.
  • Comprendre l’intérêt scientifique des fossiles du Shale de Burgess.

Durée estimée de l’activité :

Entre 60 et 120 minutes

Matériel nécessaire et préparation :

Pour chaque groupe d’élèves :

  • illustrations (et, si possible, des photographies) de douze animaux fossilisés trouvés dans le Shale de Burgess, énumérés au tableau 1 (voir documents suggérés)
  • un exemplaire du tableau 1 (par élève)
  • des exemplaires des questions à discuter
  • des exemplaires des informations documentaires (guide de classification), présentées ici
  • un *ordinateur, avec accès Internet (optionnel) 

Information à l’intention du professeur :

Les fossiles du Shale de Burgess (parc national Yoho) ont été appelés « la plus importante découverte de fossiles de la planète ». Les fossiles sont les restes bien préservés d’une communauté marine qui a vécu dans une mer tropicale pendant le Cambrien, il y a 505 millions d’années. La carrière où ils ont été découverts contenait plus de 170 espèces différentes de plantes et d’animaux. C’est un site du patrimoine mondial de l’UNESCO. Les animaux du Shale de Burgess vécurent peu de temps après un extraordinaire événement évolutionnaire : l’Explosion cambrienne. Pendant une très courte période (du point de vue géologique), un vaste assortiment d’animaux complexes (dont plusieurs possédaient des coquilles dures) semble « apparaître » dans les strates fossilifères.

La systématique moderne comporte sept paliers d’organisation : l’espèce, le genre, la famille, l’ordre, la classe, le phylum et le règne. Le phylum est le palier où l’on distingue les plans (ou organisation) anatomiques fondamentaux. Lorsqu’ils classifient les animaux en espèce, les biologistes cherchent à découvrir des caractéristiques distinctives de l’organisme. Le règne animal comporte environ 32 phylums différents et, dans le Shale de Burgess, on a retrouvé des fossiles appartenant à chacun d’eux. Toutefois, un grand nombre d’animaux découverts appartiennent au phylum des Arthropodes.

Voici les principales caractéristiques définitoires de certains phylums, dont vous avez besoin pour l’exercice :

Phylum des Arthropodes

Quatre-vingts pour cent de tous les animaux, modernes ou fossiles, sont des Arthropodes! Ils sont dotés d’un squelette externe, ou exosquelette, formé de chitine et, parfois, renforcé par du carbonate de calcium. Le corps des arthropodes est articulé, il est divisé en segments dont certains sont fusionnés pour former des unités intégrées : tête, thorax, abdomen. Leurs appendices articulés constituent une caractéristique du phylum. En effet, le mot « arthropode » est formé des mots grecs arthron : articulation et pedos : pied. Les Chélicérates, les Crustacés et les Trilobites ont normalement des appendices biramés (à deux branches) dont la branche externe est habituellement une branchie aplatie et la branche interne une jambe locomotrice ou modifiée pour saisir, mâcher ou permettre la reproduction. Pour classifier ces animaux, les scientifiques examinent la structure, le nombre et la position de ces appendices. À partir de ces critères, on peut classifier les Arthropodes en quatre classes principales :

Classe des Uniramés : Les Uniramés constituent la plus grande classe des Arthropodes. Leurs représentants modernes sont terrestres et incluent les Insectes, les Myriapodes, les Chilopodes et leurs cousins. Leur corps présente trois parties principales : la tête, le thorax et l’abdomen. Leurs appendices sont uniramés (n’ont qu’une seule branche) et servent à la locomotion. La plupart des Insectes modernes possèdent trois paires de pattes locomotrices. Ils ne possèdent pas de branchie, mais respirent par une trachée, constituée des perforations courant sur leur exosquelette.

Classe des Chélicérates : Cette classe regroupe les Araignées et les Scorpions, les Mites et les Tiques, le Crabe des Moluques (Limule) et les Opilions. Ils sont aquatiques, et la plupart ont un corps divisé en deux grandes parties : le prosoma et l’opisthosoma. Le prosoma porte six paires d’appendices dont la première paire forme des pinces ou chélicères. Les Chélicérates sont dépourvus d’antennes. Ils constituent le seul grand groupe d’arthropodes qui en soit dénué.

Classe des Crustacés : Les Crabes, les Homards et les Crevettes sont des crustacés modernes. Leur corps montre trois parties : la tête, le thorax et l’abdomen. Ils sont aquatiques et portent une carapace bivalve (leur coquille possède deux divisions). Ils portent cinq paires d’appendices sur leur tête. Deux de ces paires sont des antennes et les trois autres forment des mandibules utilisées pour leur alimentation.

Classe des Trilobites (éteinte) : Les Trilobites ont prospéré pendant près de 300 millions d’années, avant l’extinction de leur dernière famille il y a 225 millions d’années. On retrouve chez les Trilobites une division tripartite du corps : la tête (ou céphalon), le thorax et l’abdomen (ou pygidium). Les Trilobites portaient quatre paires d’appendices sur leur tête (la première paire constituait les antennes et les trois autres paires étaient placées derrière la bouche de l’animal). Le corps des Trilobites était segmenté, chaque segment étant muni d’une paire de jambes locomotrices dotées de branchies. La plupart d’entre eux avaient un exosquelette dur.

Desmond Collins du Musée royal de l’Ontario à Toronto a récemment défini, à partir de certains fossiles du Shale de Burgess, une nouvelle classe (éteinte) d’Arthropodes qui vivaient de la prédation. C’est la classe des Dinocaridés ce qui signifie « crabe terrible ». Les Dinocaridés montraient une symétrie bilatérale, portaient une ou plusieurs pinces (pré orales), étaient dotés d’une paire d’yeux proéminents ou plus, et d’une bouche sur la face antérieure de leur tête. Le tronc était divisé en treize segments ou plus, chacun portant des lobes natatoires et des branchies; certains organismes possédaient une queue en trois segments.

Phylum des Onychophores

Les Onychophores sont de proches parents des Arthropodes. Les seuls Onychophores vivants sont les péripates qui vivent dans les régions boisées d’Amérique du Sud, d’Afrique, des Caraïbes et d’Océanie. Ils partagent les caractéristiques des Arthropodes et des Annélides (les vers).

Phylum des Annélides

On trouve dans ce phylum les Lombrics, les Sangsues, et un grand nombre de vers, principalement marins, appelés Polychètes. Ils sont tous dotés d’un corps segmenté. Les polychètes (du grec poly, nombreux et khaitê, soie) portent plusieurs poils durs sur leur corps, alors que les Lombrics et les Sangsues en présentent beaucoup moins.

Phylum des Spongiaires

Ce phylum regroupe les Éponges. Les Éponges ont un système digestif unique, dépourvu de bouche, la partie externe de leur corps étant recouverte de pores minuscules permettant le passage de l’eau.

Phylum des Cnidaires

Cet embranchement regroupe les méduses, les coraux et les anémones de mer. Ce sont essentiellement des organismes en forme de sac, dépourvus d’anus, mais munis d’une bouche habituellement bordée de tentacules. Ces animaux peuvent être fixés au fond marin, ou flotter librement.

Phylum des Échinodermes

Cet embranchement comprend les Astéries (Étoiles de mer), les Clypéastres et les Oursins. La plupart des Échinodermes modernes présentent une symétrie pentamère, c’est-à-dire qu’ils ont cinq, ou un multiple de cinq, rayons ou bras. Toutefois, plusieurs Échinodermes fossiles n’étaient pas pentamères et présentaient des formes bizarres. Les Échinodermes possèdent un système de canaux internes remplis d’eau, leurs pieds ambulacraires sont tubulaires, rétractiles et munis de ventouses. Ils permettent à l’animal de se déplacer ou d’agripper des objets. Leurs squelettes sont composés de plaques ou d’épines enchevêtrées de carbonate de calcium, enfermées sous l’épiderme et qui forment un endosquelette.

Phylum des Cordés

Sont classés dans ce phylum, tous les Vertébrés, y compris les Humains. Toutefois, les Cordés ne sont pas tous des Vertébrés. On définit les Cordés, notamment, par la présence d’une notocorde, c’est-à-dire une tige dorsale rigide (chez les Humains, cette tige dorsale est devenue la colonne vertébrale).

Procédure :

  1. Les élèves (individuellement ou en petits groupes) recevront un exemplaire du tableau 1, ainsi qu’une illustration, une photographie (ou les deux) de chacun des animaux fossiles du Shale de Burgess. (Autres possibilités, vous pourriez demander aux élèves de consulter directement le site Web : http://paleobiology.si.edu/burgess/, où ils pourront trouver eux-mêmes les illustrations et les photos.) Les élèves devront faire des observations sur les caractéristiques de chaque animal, y compris sa forme, sa morphologie, et le nombre d’appendices et leur distribution, ainsi que toute similitude avec les animaux modernes. Ils consigneront leurs observations au tableau 1.
  2. Les élèves classifieront ces animaux en groupes présentant des analogies. Si possible, ils diviseront ces groupes en sous-groupes d’animaux ayant des similitudes particulières.
  3. Les élèves tenteront de classer chaque animal fossile dans un des phylums principaux, en utilisant une clé de classification biologique classique ou les renseignements inclus dans le présent document. En outre, les élèves devront classer les animaux qu’ils ont placés dans le phylum des Arthropodes dans une des classes de cet embranchement.
  4. Les élèves devront compléter le tableau 1 dans la mesure du possible.

Les élèves devront tenter de répondre aux questions de discussion eux-mêmes, ou le professeur pourrait diriger une discussion de groupe, à partir de ces questions.

Questions de discussion :

  1. Examinez tous les animaux qui, selon vous, appartiennent au phylum des Arthropodes. Nommez trois caractéristiques qui leur sont communes.
  2. Quels ont été les animaux les plus difficiles à classifier? Pourquoi?
  3. Selon vous, pourquoi est-ce que notre système de classification moderne ne tient-il pas compte de la morphologie de ces animaux fossiles (voir question 2 ci-dessus)? Quel rôle croyez-vous que l’extinction a-t-elle joué dans l’évolution?
  4. Comment peut-on comparer la disparité du Cambrien et la diversité que nous retrouvons aujourd’hui?
  5. Donnez trois raisons pour lesquelles les fossiles du Shale de Burgess sont si importants pour les scientifiques que cette partie du parc Yoho a été désignée par l’UNESCO comme étant un site du patrimoine mondial.
  6. À quel modèle de l’évolution, le changement graduel ou l’équilibre ponctué, les fossiles du Shale de Burgess apportaient-ils des preuves? Expliquez votre réponse.
  7. Quelle caractéristique morphologique les animaux du Shale de Burgess que nous avons étudiés ici ont-ils tous en commun?
  8. Écrivez un récit où est décrit le mode de vie de l’une des créatures fossilisées, ainsi que son environnement et une explication plausible de la cause de sa fossilisation. Soyez créatif!

Tableau 1 : Quelques animaux du Shale de Burgess

Animal CaractéristiquesRessemble àPhylumClasse
Yohoia        
Marrella        
Sanctacaris        
Pikaia        
Canadaspis        
Aysheaia        
Amiskwia        
Hallucigenia        
Olenoides        
Opabinia        
Wiwaxia        
Anomalocaris        

Évaluation :

Le professeur pourra utiliser un ou tous les critères suivants pour évaluer les élèves :

  • Tableau 1 bien complété contenant des observations précises et exhaustives, ainsi que le classement correct de l’animal.
  • Réponses satisfaisantes données aux questions et discussions.
  • Participation satisfaisante à l’activité et à toute discussion en classe subséquente.

Prolongement de la leçon :

  • Les élèves (travaillant en groupes restreints) pourraient définir leurs propres critères de classification des organismes. Ces critères doivent être basés sur des caractéristiques visibles des animaux fossilisés. Ils devraient considérer leur forme, leur morphologie, le nombre d’appendices et leur distribution, ainsi que toute similitude avec les animaux actuels.
  • Les élèves pourraient créer leur propre clé de classification biologique, puis l’utiliser pour classer de nouveaux spécimens de fossiles et, au besoin, réviser leur clé.
  • Les élèves pourraient comparer la clé de classification qu’ils ont produite avec une clé de classification établie. Ils devraient noter toute similitude ou différence.

Références (suggestion de documents sur ce sujet) :

Vous trouverez des renseignements sur les fossiles du Shale de Burgess et des illustrations dans les sites Web et les livres suivants :

  • Musée national d’histoire naturelle de la Smithsonian Institution : http://paleobiology.si.edu/burgess (en anglais, index des fossiles de Burgess).
  • Fondation scientifique du Shale de Burgess : www.burgess-shale.bc.ca/ (en anglais)
  • Musée de paléontologie de l’Université de Californie à Berkeley : http://paleobiology.si.edu/burgess (en anglais, vous y trouverez des renseignements sur l’évolution et la classification biologique).
  • Derek E.G. Briggs et coll., The Fossils of the Burgess Shale, 1994.
  • Stephen Jay Gould, La vie est belle - Les surprises de l’évolution, 1989.
  • Murray Coppold et Wayne Powell, A Geoscience Guide to The Burgess Shale, 2000.
  • Site Internet du parc national Yoho 

Remerciements :

Cette leçon a été crée en 2005 par Mme Lisa Holmstrom, enseignante, à partir d’exercices similaires créés indépendamment par M. Mel Reasoner et Mme Donna Cook.

Tableau 1 : Fossiles du Shale de Burgess

Animal CaractéristiquesRessemble àPhylumClasse
Yohoia Une paire de grands appendices agrippants; tronc segmenté; bouclier céphalique; queue aplatie; trois paires de jambes locomotrices antérieures; appendices lobés dotés de branchies et disposés le long du corps. (?)   Arthropodes (autre)
Marrella Deux paires d’appendices (antennes); bouclier céphalique doté de deux paires d’épines recourbées; corps articulé dont chaque segment porte une paire de jambes locomotrices et des branchies.   Arthropodes (primitif)
Sanctacaris Tête dotée de six appendices épineux, large bouclier céphalique; tronc segmenté suivi d’une queue plate; appendices lobés pourvus de branchies.   Arthropodes Chélicérates
Pikaia Corps allongé doté de groupes de muscles sigmoïdes; nageoires caudales aplaties; une baguette rigide court le long du dos (notocorde); une paire de tentacules courtes. lancette Cordés  
Canadaspis Tête dotée de cinq appendices; appendices biramés disposés le long du corps (jambes locomotrices et branchies); queue segmentée; carapace bivalve. Homard Arthropodes Crustacés
Aysheaia Corps cylindrique annelé, doté d’appendices épineux, lobés et munis de pinces; bras agrippants à l’avant; bouche à l’extrémité du corps. Péripate Onychophores  
Amiskwia Corps aplati; tronc non segmenté; une paire de nageoires latérales; une queue; et deux tentacules.   inconnu  
Hallucigenia Corps allongé; appendices lobés munis de pinces; épines courant le long du dos; tête non définie (indistincte). Péripate Onychophores  
Olenoides Corps divisé en trois parties; carapace; thorax segmenté; une paire d’antennes; membres birames composés d’une patte locomotrice et de branchies. Trilobites Arthropodes Trilobites
Opabinia Corps allongé et segmenté, doté d’appendices lobés munis de branchies; appendices en forme de trompe terminée par une pince; cinq yeux.   Arthropodes Dinocaridés
Wiwaxia Corps sphéroïdal couvert d’écailles; deux séries de longues épines. Ver poilu?
Limace?
inconnu  
Anomalocaris Corps segmenté doté d’appendices lobés et de branchies; yeux protubérants; mâchoire circulaire, une paire de grosses pinces agrippantes.   Arthropodes Dinocaridés

Réponses aux questions de discussion :

  1. Tous les Arthropodes ont des exosquelettes, des corps segmentés et des appendices frontaux (sous forme d’antennes ou de pinces).
  2. Il est difficile de classer Wiwaxia et Amiskwia au niveau du phylum. Leurs affinités avec les animaux actuels restent inconnues. Certaines de leurs caractéristiques ne se retrouvent pas parmi les critères de classification des phylums des animaux actuels. Wiwaxia ressemble à une limace, toutefois, elle porte des plaques dures ce qui la différencie des autres mollusques. Bien que Yohoia soit un Arthropode, il est difficile de le placer dans une des classes d’Arthropodes, puisqu’il n’est muni que d’un seul appendice.
  3. On ne peut classifier ces animaux de nos jours puisque leur lignée s’est éteinte il y a très très longtemps. Leur plan anatomique diffère de celui des animaux actuels. L’extinction est un phénomène très important de l’évolution, plus de 99 % des espèces ayant vécu sont maintenant disparues. Les extinctions sont continuelles toutefois, pendant un intervalle très bref, le taux de disparition augmente soudainement (cette décimation découle normalement d’une crise environnementale), c’est ce que l’on appelle une extinction massive. Lors d’une extinction massive, plusieurs espèces sont perdues pour toujours. Or, la disparition d’une espèce peut libérer une niche écologique qui sera occupée par les descendants d’une autre lignée qui devront s’adapter. Cette substitution contribue à la diversification de la vie terrestre.
  4. Il semble que, pendant le Cambrien, l’organisation anatomique des animaux était plus disparate qu’elle ne l’est aujourd’hui. (C’est-à-dire que les animaux présentaient un nombre plus grand d’organisations anatomiques différentes.) Toutefois, on constate aujourd’hui une plus grande diversité parmi les espèces, alors que le nombre d’organisations anatomiques fondamentales est peu élevé.
  5. Les fossiles trouvés dans le Shale de Burgess sont très importants pour les scientifiques, et, cela, pour trois raisons :
    1. ils sont très âgés (environ 505 millions d’années, certains d’entre eux sont les plus anciens animaux complexes ayant vécu sur terre)
    2. ils sont extrêmement bien conservés, au point que l’on peut voir, de nos jours, leurs tissus mous et leurs organes internes
    3. le dépôt fossile est très riche, on y retrouve environ 170 espèces différentes de plantes et d’animaux; chaque phylum du règne animal existant de nos jours est représenté
  6. Les fossiles du Shale de Burgess appuient l’hypothèse de l’équilibre ponctué de l’évolution, parce qu’on peut y voir le résultat de l’explosion cambrienne, caractérisée par une grande diversification du vivant dans un intervalle biologique plutôt court. Pendant les quelques quatre milliards d’années précédant l’explosion cambrienne, seules quelques formes très simples de vie habitaient notre planète.
  7. Tous les animaux que nous avons étudiés présentent des branchies externes (épipodites), ou un autre dispositif permettant de respirer sous l’eau, au Cambrien, les seules formes de vie habitaient dans la mer.
  8. (Consultez le site http://paleobiology.si.edu/burgess [en anglais], pour des idées ou des réponses (voir l’indice des fossiles).

 

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