Robert L. Carroll Paleontology, paleobiology

Il a reconnu et décrit le plus ancien des ancêtres connus de tous les reptiles, oiseaux et mammifères, et qui est aussi à l’origine des vertébrés terriens et de différents amphibies comme les grenouilles et les salamandres.

"N'importe quel étudiant au secondaire peut sortir et faire des découvertes de fossiles."

L'histoire

Robert Carroll était en train de se détendre, bien qu’un observateur aurait pu penser qu’il était en plein travail : il était recourbé au-dessus d’un microscope, en train d’attaquer un morceau de roche de bonne taille avec un petit pic appelé aiguille emmanchée — un outil de la taille d’un crayon et équipé d’une pointe acérée comme une aiguille attachée à l’une de des extrémités. La journée de Carroll, étudiant diplômé de l’université de Harvard en 1961, avait été occupée par des réunions, des conférences et des séminaires, mais il préférait plus que tout le travail exigeant et en même temps paisible qui consistait à exposer des os fossilisés. Il y travaillait pendant plusieurs heures à la fin de chaque journée, installé à un bureau du laboratoire de paléontologie, dans le bain de lumière du microscope. La pièce était chaude et sentait la vieille pierre et le vernis. Pour Carroll ces heures passées seul avec un caillou et une aiguille emmanchée était une sorte de méditation.

Il lui arrivait parfois d’écouter de la musique tout en préparant des fossiles, mais il ne pouvait pas se permettre de trop rêver et de se laisser distraire, car le travail était mentalement exigeant. Imaginez un dentiste nettoyant des dents : une brève saute d’attention pourrait entraîner le glissement d’un outil pointu et endommager une dent ou blesser une gencive ; et pour un paléontologue, cela signifiait le danger possible d'endommager un spécimen.

Tout en travaillant, Carroll pensait que chaque fossile était un trésor unique, une mine d’informations – si ça n’était pas le cas, cela ne vaudrait pas la peine de les préparer. Il essayait d’imaginer l’anatomie de l’animal qu’il tenait. À quoi ressemblait-il quand il était vivant il y a des millions d’années, comment faire l'association avec le fossile cassé qu'il tenait dans ses mains. Il se demandait où la surface de l’os continuait sous la roche qui l’entourait, à quel angle il devait diriger l aiguille afin de ne pas endommager la partie d’os qui était déjà visible, ou d’autres zones toujours recouvertes.

Le rocher sur lequel il travaillait provenait du Texas. Englobée par une enveloppe d’argile schisteuse foncée se trouvait le squelette d’un microsaure. Carroll éliminait méticuleusement la pierre environnante — la matrice — afin de mieux pouvoir identifier les os de la créature. Il essayait de s’imaginer si celle-ci était apparentée aux reptiles ou aux amphibies, la différence principale entre les deux espèces étant que les amphibies commencent leur vie dans l’eau. Il savait que le rocher était âgé d’au moins trois cent millions d’années, et que cet animal avait marché sur terre 100 millions d’années avant l’apparition des dinosaures. Après environ une semaine de travail méticuleux sur le rocher, Carroll fut en mesure de voir et de reconnaître un nombre de particularités anatomiques qui différenciait clairement cet animal d’un reptile.

Il travaillait sur ce fossile en guise de préparation à un voyage pour l'université McGill de Montréal, où il allait passer deux ans à étudier une collection de fossiles découverte au milieu des années 1800 à Joggins, en Nouvelle-Écosse, par Sir William Dawson, le premier scientifique canadien de réputation mondiale. La découverte de Joggins comprenait de nombreux groupes d’amphibies primitifs et Dawson pensait qu'ils incluaient les plus anciens reptiles connus, âgés de 315 millions d’années. Carroll souhaitait savoir si les idées de Dawson étaient justes ou non. “Avec l’information obtenue à partir du fossile texan, j'ai été capable de reconnaître les vrais reptiles de cette époque, qui sont en fait très similaires à certains lézards vivants” déclare Carroll. Il examina les fossiles de Joggins et identifia les reptiles parmi les nombreuses espèces représentées qui vivaient à cette époque. C’était très important, car les reptiles de Joggins ressemblaient énormément aux ancêtres de tous les animaux terrestres, y-compris aux lézards modernes, aux tortues, aux crocodiles, aux mammifères, et aux oiseaux ainsi qu’aux dinosaures éteints. Il finit par découvrir que les microsaures, dont le nom signifie littéralement « petit lézard », n’étaient absolument pas des lézards et ne leurs étaient pas non plus apparentés. Il s’agissait en fait d’amphibies primitifs mais très différents des amphibies vivants de nos jours. Comme toujours, Carroll essayait de répondre aux questions : D’où venons-nous ? Comment la vie a-t’elle évoluée ?

Il a étudié l’anatomie des amphibies et des reptiles du Paléozoïque et du Mésozoïque, des créatures qui vivaient entre 65 et 500 millions d’années, ainsi que les relations entre ces animaux ; il a aussi découvert et décrit des formes vivantes cruciales, qui ont entraîné par la suite entraîné la naissance des vertébrés — animaux avec une colonne vertébrale — sur la terre. Récemment, il a commencé à intégrer la paléontologie avec la génétique moderne et la biologie moléculaire développementale afin de mieux pouvoir comprendre comment cette évolution s’est produite.

Après avoir terminé ses études, Carroll commença à étudier les fossiles des plus anciens vertébrés, qui avaient passé la plupart ou toute leur vie sur la terre ferme, au contraire des premiers amphibies qui vivaient dans ou près de l’eau. Ce type de fossiles faisaient partie de la collection de fossiles découverte à Joggins : les ossements fossilisés de ces vertébrés terrestres primitifs se retrouvent dans les souches de lycopodes géants — arbres qui ressemblent à des fougères — plutôt que dans les rochers formés dans les ruisseaux, les mares ou les lacs, où on trouve la plupart des fossiles. Carroll a démontré que les crânes, les vertèbres et les membres de ces animaux étaient très similaires à ceux des lézards qui vivent encore de nos jours, et qu'ils pondaient probablement leurs œufs sur la terre ferme. Ils sont les ancêtres connus les plus anciens de tous les reptiles, oiseaux et mammifères modernes.

Avec d’autres biologistes, Carroll s’est aussi intéressé à la question suivante : pourquoi les poissons - qui finirent par donner naissance à tous les vertébrés terrestres – sont-ils venus sur la terre ferme. Les chercheurs se sont aperçus que la grande taille (plus d'un mètre de long) des amphibies primitifs et de leurs ancêtres poissons leur auraient permis d'utiliser la chaleur du soleil pour se réchauffer et conserver leur chaleur en prenant des bains de soleils sur les rives des océans primitifs. Une température corporelle plus élevée leur permettait d’être plus actifs, ce qui les rendait plus efficace pour capturer les poissons. Afin de monter sur la terre ferme puis de retourner dans l’eau, ils durent développer de plus grandes nageoires qui, au cours de plusieurs millions d’années, finirent par se développer et devenir des mains et de pieds, similaires à ceux des vertébrés qu’on allait rencontrer plus tard sur terre.

Carroll étudie maintenant l’histoire ancienne des grenouilles et des salamandres, et la façon dont ils ont évolués depuis l'époque où ils étaient de grands batraciens préhistoriques et maladroits. L’une des caractéristiques les plus importantes des amphibies, est la grande différence entre leurs larves aquatiques – les jeunes qui éclosent et vivent dans l’eau — et les adultes qui vivent sur terre. Carroll a examiné les larves fossilisées des anciens amphibies et a montré comment un groupe a évolué vers la salamandre en spécialisant la façon dont ils se nourrissaient dans l’eau et en retardant leur arrivée sur terre après la période de croissance. Un autre groupe d’amphibies avait un mode de développement très différent : il a développé la capacité de grandir très rapidement et de se transformer en adultes terrestres (comme dans le cas des grenouilles.)

Carroll est en train d’écrire un livre destiné au grand public, où il décrit les changements dans l'anatomie et le mode de vie de ces animaux pendant ces derniers 365 millions d’années. Il y explique aussi les lois de l’évolution, qui sont à l’origine de l’apparition des animaux terrestres y compris les amphibies, les reptiles, les mammifères et nous-mêmes.

Le jeune scientifique...

Comme de nombreux enfants, quand Robert Carroll avait huit ans, il demanda à ses parents de lui offrir un véritable os de dinosaure. Il était peut être un peu plus sérieux que la plupart des enfants de son âge. « Je me rappelle pas leur avoir dit que je voulais un os de dinosaure, ou un million de dollars pour partir en expédition afin d’en trouver un. » Son père envoya une lettre au chef du département de paléontologie des vertébrés du Muséum Américain d’Histoire Naturelle à New York pour expliquer la passion de son fils et demander s'il n'était pas possible d'obtenir un os de dinosaure qui ne serait pas utilisé pour une exposition ou une recherche. Le père comme le fils furent très surpris quand le fémur droit (l’os de la cuisse) d’un Allosaure arriva par la poste quelques semaines plus tard. L’allosaure est un grand dinosaure carnivore, et ce spécimen particulier provenait de la formation de Morrison, à Moab dans l’Utah. Des années plus tard, il serait incorporé à une exposition dans un musée de l'Université de Michigan State, mais pour le jeune Carroll cet os fossilisé était un trésor qui marqua le début d’une recherche sur les origines de la vie sur Terre, qui allait durer toute sa vie.

Carroll était enfant unique et il grandit dans une ferme située près de Lansing, dans le Michigan. Quand Robert avait cinq ans son père rapporta à la maison de l’école où il était professeur une boîte de fossiles. « Je me rappelle avoir été intéressé tout de suite » dit Carroll, et à son tour il voulut immédiatement collectionner lui-même des fossiles. Il commença à en chercher sur les terres de la ferme, en suivant le cheval tandis que celui-ci labourait les terres. Il n’y avait pas beaucoup de fossiles mais le garçon en trouva quelques-uns. Sa mère l’emmenait souvent dans des gravières où il découvrit aussi quelques fossiles de plantes et d'invertébrés maritimes. Il exposait ses découvertes dans la grange familiale qu’il avait surnommée le « Musée d’Histoire Naturelle de Mason. » Pendant son adolescence, ses parents l’emmenèrent en voyage dans le Wyoming et le Dakota du Sud, toujours pour y rechercher des fossiles.

Après avoir fini ses études secondaires, Carroll alla à l’Université de Michigan State où il obtint son baccalauréat en géologie (BSc). Puis il étudia à Harvard, où il se consacra à la biologie et la paléontologie. Après une brève période à Londres, au British Museum, il s’installa à Montréal en 1964 et ne retourna plus vivre aux Etats-Unis. Depuis 1965, il est le curateur du département de paléontologie des vertébrés du Musée Redpath. Le musée Redpath est l’un des plus anciens du Canada; il fut ouvert en 1882 pour y exposer la collection de fossiles de Sir William Dawson.

Robert Carroll a été extrêmement productif dans son travail. Quand on lui demande comment il fait, il répond, « Je ne regarde jamais la télévision. Je suis toujours en train de lire des livres et des articles — même quand je fais la queue pour prendre de l’argent dans un distributeur ou lors de réunions à l’université. » Sa femme confirme : « Il a toujours le nez dans un bouquin. »

La science

Un paléontologue vertébré étudie les restes fossilisés des animaux avec des os. Robert Carroll dit, la « paléontologie est une science très visuelle. Même les enfants en bas âge peuvent comprendre que les fossiles bien-préservés représentent les plantes et les animaux déjà-vivants. » Les fossiles fournissent les preuves de base pour les connaissances de l'histoire de la vie sur terre. Elles démontrent que dans le passé, les animaux et les plantes étaient très différents de ceux vivant aujourd'hui. Et plus les fossiles sont anciens, plus les différences avec les plantes et animaux modernes sont importantes. Ceci donne à l'investigateur une appréciation pour l'évolution de la vie et l'unité globale de toute la matière organique.

L'étude de la paléontologie n'a pas simplement pour sujet les créatures qui sont mortes des millions d'années dans le passé. Pour comprendre la nature des fossiles on doit se renseigner sur l'anatomie, la physiologie et la génétique des plantes et animaux existants. « Pour moi, ceci fait de la paléontologie une profession très unificatrice, » dit Carroll. La paléontologie exige également la connaissance des roches et de la géologie pour établir l'âge des fossiles et la nature de l'environnement dans lequel ils ont vécu. Ceci inclut la connaissance des changements principaux du climat de la terre et les transformations et mouvements des continents et des océans. Finalement, la paléontologie fournit les preuves de notre propre ascendance humaine avant l'apparition de l'histoire écrite, et elle montre les facteurs qui peuvent expliquer notre évolution à partir d'animaux primitifs, ressemblant aux singes.

Parfois Carroll devient très passionné lorsqu'il enlève la matrice d'un fossile, découvrant quelque chose de jamais vue auparavant. La préparation peut sembler une corvée mécanique, mais c'est la manière dont les paléontologistes évaluent scientifiquement leurs hypothèses. Exposer les os fossilisés peut aider à déterminer les mécanismes d'un joint, ou des rapports que l'animal a eus avec d'autres organismes dans son environnement. Il montre les modes de vie des animaux éteints. D'autres scientifiques utilisent des télescopes, le séquençage de gènes ou des fusées envoyés sur Mars, soit des méthodes qui comportent tous des adaptations mécaniques. Les paléontologistes emploient les aiguilles pointues.

Échelles de temps

Une connaissance de la paléontologie ne peut pas venir sans une appréciation pour l'échelle de temps géologique comparée au temps historique ou humain. Compare ces périodes approximatives :

----------------- Temps historique -----------------

  • École prmaire et secondaire : 12 ans
  • Une vie humaine : 80 ans
  • L'existence d'un pays (Etats-Unis) : 200 ans
  • Une religion (Christianisme) : 2 000 ans
  • Toute l'histoire humaine enregistrée : 6 000 ans

----------------- Temps géologique -----------------

  • L'existence des humains qui nous ressemblent (qui utilisaient des outils et faisaient de l'art) : 50 000 ans
  • Les humains divergent des singes : il y a 6 000 000 ans
  • Disparition des dinosaures : il y a 65 000 000 ans
  • Rampement de vertébrés sur la terre, à partir de la mer : il y a 365 000 000 ans
  • Les animaux multicellulaires apparaissent : il y a 530 000 000 ans
  • Origine de la vie sur terre : il y a 3 500 000 000 ans
  • Formation de la terre : il y a 4 600 000 000 ans
  • Origine de l'univers : il y a 13 000 000 000 ans

Pour mettre tout ceci en perspective, l'ampleur entière de toute l'histoire humaine enregistrée (6 000 ans) représente un peu plus d'un millième d'un pour cent du temps depuis que les premières créatures avec des épines dorsales ont rampé hors de la mer (il y a 365 millions d'ans).

Geological time line, a paleontological problem and how paleontology is done. Click to enlarge.

Clique sur le graphique à agrandir.
Légende de nombres sur le graphique :

1. Les hommes habitent la Terre depuis une courte période de temps. Ce diagramme, avec la température sur la verticale, prouve que pour la majeure partie de l'histoire de la terre la planète a été plutôt comme une serre chaude tropicale qu'une «glacière». Les scientifiques ne savent pas si nous sommes maintenant dans une période courte de chauffage qui pourrait finir dans une autre période glaciaire en 10 000 ans, ou si la terre réchauffera graduellement à une température comme celle de l'âge des dinosaurs.

2. Il y a environ 300 millions ans, beaucoup d'animaux vivaient sur terre, et les fossiles innombrables de cette périodent témoignent de ce fait. Hylonomus lyelli, montré ici, est le plus ancien reptile connu (315 millions années).

3. Un espace mystérieux dans les connaissances sur les fossiles sur une durée de 100 millions d'années, entre la période des amphibiens archaïques et l'apparition des fossiles des grenouilles avancées, les salamandres et les cécilies.

4. Robert Carroll et ses collègues ont trouvé la clef à l'ascendance des grenouilles et salamandres dans des fossiles d'organismes à l'étape larvaire. Ces organismes font partie de familles d'amphibiens archaïques parentées qui ont des branchies externes comme des salamandres, mais aussi des crânes avec des ouvertures très grandes, comme ceux des grenouilles et des salamandres. Les cécilies ont  pu évoluer à partir de microsaures allongés.

5. Fossile d'une larve d'amphibien âgé de trois millions d'années. Cet espèce est parenté aux ascendants des salamandres. Noter les branchies externes étiquetées « ex gills » dans le schéma de la même créature (ci-dessus). Aussi présenté: un étau à goupilles employé par les paléontologues pour exposer le fossiles dans la roche.

6. Un paléontologue doit être un bon dessinateur. Quand un fossile est trouvé, les os sont habituellement écrasés ou dérangés, tel que dans la photo du crâne d'un microsaure permien.

La première étape est de dessiner tous les os tel qu'ils apparaissent dans la roche. Ensuite, il faut les étiqueter. Après ceci, un deuxième schéma est fait pour reconstruire le squelette de la créature originale basée sur ce que nous savons de l'anatomie et de la physiologie des animaux vivants actuellement. Après, les paléontologues peuvent déduire des détails au sujet de l'animal. Ce microsaure peut avoir ressemblé à un lézard, mais il a passé une partie de sa vie dans l'eau.

Mystère

La théorie standard d'évolution n'explique pas certaines choses : comment les changements génériques se produisent, ou comment les changements génétiques spécifiques donnent lieu à des différences spécifiques structurelles et fonctionnelles. Par exemple, nous ne comprenons toujours pas des choses générales telles que la façon dont la vie a commencé ou la façon dont les animaux et les usines ont commencé. Nous ne connaissons pas l'origine du développement des plumes d'oiseaux, ni des cheveux des mammifères. C'est seulement dans les dernières 10 ou 20 années, avec des avances dans la génétique moléculaire, que nous avons commencé à comprendre comment les gènes eux-mêmes ont évolué. Carroll espère qu'une nouvelle génération de paléontologues étudiant les développemements à l'échelle moléculaire  moléculaires répondront aux questions au sujet les origines des plumes et des cheveux. Ils pourraient également trouver une base génétique moléculaire pour la raison dont nous avons cinq phalanges sur nos mains et nos pieds. Un autre mystère paléontologique : d'où sont venues les tortues? Personne ne le sait.

Pour continuer les recherches...

Robert Carroll, Vertebrate Paleontology and Evolution, W. H. Freeman & Co., 1987.

Robert Carroll, Patterns and Processes of Vertebrate Evolution, Cambridge University Press, 1997.

“Palaeontology, The Evolutionary History of Amphibians,” Amphibian Biology, vol. 4, Surrey Beatty & Sons, 2000.

Canadian Journal of Earth Sciences, vol. 40, April 2003.

Le projet Internet « The Tree of Life » (L’arbre de la vie)

Carrière

Ainsi vous voulez être un paléontologue

À part de tailler les roches autour des fossiles et d'identifier ces derniers, les paléontologues doivent passer un peu de temps dans le domaine à chercher des fossiles. Une fois trouvés, ils doivent être soigneusement enlevés de leur emplacement, transportés et puis disposés. Cela peut exiger beaucoup de recherche sur la biologie de la créature et sur la période de temps où il a vécu. Carroll dit, « Ce que j'aime le plus au sujet de la paléontologie vertébrée est qu'elle me fournit des excuses pour faire de la recherche sur presque n'importe quel aspect de la biologie. » Pendant sa carrière de quatre décennies il a eu la chance de connaître quelque chose au sujet de chaque groupe de vertébrés, et il développe maintenant un intérêt pour les micro-organismes et leurs origines.

« Je pense parfois à la paléontologie comme étant une prolongation de l'histoire, continuant pendant des périodes beaucoup plus longues et impliquant une diversité d'organismes en plus des humains, » dit-il. Cependant, la paléontologie est vraiment une science parce qu'elle étudie le monde naturel, un monde qui existerai avec ou sans les humains. La science est basée sur des observations, suivies d'hypothèses pour expliquer ces observations. Les données scientifiques peuvent prendre la forme de la position des étoiles, ou d'une séquence génétique. Pour les paléontologues, les données prennent la forme de fossiles qui enregistrent les changements de la structure des os et de l'histoire naturelle de la vie sur terre.

« Ce qui me déçoit parfois, en tant que scientifique, c'est que beaucoup de scientifiques travaillent pendant longtemps dans un domaine de recherche particulier, ou emploient une manière particulière de faire la science - soit des techniques ou des concepts - qu'ils s'évadent des problèmes reliées à leurs études, d'autres époques, ou d'autres manières de se renseigner sur le monde autour de nous, » indique Carroll. En conséquence, d'après lui, certains scientifiques ne peuvent pas avancer les connaissances ou la compréhension autant qu'ils pourraient le faire. La science devient simplement un autre boulôt, plutôt qu'une recherche continue.

Les carrières en paléontologie incluent le travail de paléontologiste gouvernemental, professeur d'université, scientifique de laboratoire, chimiste, pétrochimiste, chercheur dans les domaines des pharmaceutiques et des pâtes et papiers, consultant sur les activités pétrolières et minières, ou consultant privé.

Idées de carrière:

  • Paleontologist

La personne

Date de naissance
5 mai 1938
Lieu de naissance
Kalamazoo, Michigan
Résidence
Montréal, Québec
Membres de famille
  • Père : John H. Carroll, enseignant de sciences au secondaire
  • Mère : Arvella Mae Wickerham, infirmière
  • Épouse : Anna DiTuri, professeur d’école de commerce à la retraite
  • Enfant : David
Personnalité
Résolu, sérieux, enthousiaste. Chahuteur et léger à certains moments, peut-être aussi un peu impertinent.
Musique préférée
La Bohème et Turandot (opéras de Puccini), de nombreuses œuvres de Brahms, ainsi que le Requiem de Fauré
D'autres intérêts
Le chant, la randonnée et l’escalade, le ski de fond, la plongée
Titre
Professeur de Strathcona de la zoologie honoraire, conservateur de la paléontologie vertébrée, Redpath
Bureau
Musée de Redpath, université de McGill
Situation
Working
diplomes
  • Baccalauréat en science (géologie), Michigan State University, 1959
  • Maîtrise (biologie), Harvard University, 1961
  • Doctorat (biologie), Harvard, 1963
Recompenses
  • Membre, Société royale du Canada, 1993
  • Médaille Willet G. Miller (Royal Society of Canada), 2001
  • Médaille Romer-Simpson (Society of Vertebrate Paleontology), 2004
Mentor
Son père, qui lui a montré son premier fossile et lui a appris la théorie de l’évolution. Rolin Baker, qui était directeur du musée de Michigan State University où Carroll a travaillé pendant l’été, et qui lui a enseigné la règle d’or de la recherche académique "publie ou meurs". Alfred S. Romer, un paléontologue de l’Université de Harvard, qui l'a inspiré professionnellement. George Simpson, un professeur de Harvard qui lui a enseigné les aspects historiques de l’évolution.
Dernier mis à jour
13 novembre 2009
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question #2286

Mon fils est faire des herptiles du projet et de ceci d'Ontario une question absente de lien : Pensez-vous l'ichtyostega et l'acanthostega est-il venu d'un poisson, ou d'une plus petite créature quatre-à jambes qui a déjà insisté sur la terre ?

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Voyage quelque part près d'où vous vivez et rassemblez quelques fossiles.

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