Organisation trophique des écosystèmes marins, que peut nous apprendre l’étude des vertébrés fossiles

Abstract

Within modern marine vertebrate communities, the elasmobranchs (sharks and rays) present an incredible taxonomic and ecological diversity placing them as key elements of the structure of their food webs. However, despite their success in surviving most of the major biological crises of the Phanerozoic, many species belonging to this group are now in danger of extinction. The reconstruction of their trophic ecology in the fossil record (mainly composed of teeth) is a major asset in understanding the resilience of these groups to mass extinction events. The parallel analysis of conodonts, another group of marine vertebrates also known by their dental remains and which had a flourishing evolutionary history through the Paleozoic crises before becoming extinct during the Triassic/Jurassic boundary, allows us to consider the understanding of the factors that led to the decline and total extinction of this group.The aim of this thesis is to characterize trophism and the impact of biological crises on elasmobranch and conodont fossil communities using two proxies: the calcium isotopic composition of tooth enamel and the dental topography at the edge of two major crises: The Devonian/Carboniferous crisis and the Cretaceous/Paleogene crisis. The calibration of these proxies on modern elasmobranch faunas has shown the strength of the isotopic tool in the reconstruction of trophic ecology in these groups. On the other hand, the topographic tool has allowed to underline the opportunism in present and fossil elasmobranchs and a certain decoupling between dental type and trophism. The analysis of the isotopic composition within the elasmobranch fossil record has allowed to highlight 1- The resilience of taxa of low trophic level on both sides of the Cretaceous/Tertiary crisis as well as the diversification of selachimorphs within apical predators during the extinction of the large reptiles. 2- To trace the trophic ecology of the giant shark lineage of the genus Otodus. 3- To highlight singular behaviors such as scavenging in Cretaceous large sharks. The analysis of dental topography in the fossil record has shown a morphological segregation of platform elements within conodonts, implying their ability to process different foods depending on the species. The results of this thesis confirm the interest of isotopic and morphological tools for the understanding of trophic ecology in modern and fossil marine vertebrates, including in the long term, thus allowing a better understanding of the resilience of these taxa in times of crisis.Au sein des communautés de vertébrés marins modernes, le groupe des élasmobranches (requins et raies) présente une incroyable diversité taxonomique et écologique les plaçant comme éléments clés de la structure de leurs réseaux trophiques. Cependant, malgré leur succès à traverser la plupart des grandes crises biologiques du phanérozoïque de nombreuses espèces appartenant à ce groupe se retrouvent aujourd’hui en danger d’extinction. La reconstruction de leur écologie trophique dans le registre fossile (essentiellement composé de dents) se présente comme un atout majeur dans la compréhension de la résilience de ces groupes aux évènements d’extinction massive. L’analyse en parallèle des conodontes, un autre groupe de vertébrés marins aussi connu par leurs dents et qui a connu une histoire évolutive florissante au travers des crises paléozoïques avant de s’éteindre au cours de celle de la limite Trias/Jurassique permet d’envisager la compréhension des facteurs ayant mené au déclin et à l’extinction totale de ce groupe. Le but de cette thèse est de caractériser le trophisme et l’impact des crises biologiques sur les communautés d’élasmobranches et de conodontes fossiles à l’aide de deux proxys : la composition isotopique du calcium de l’émailloïde des dents et la topographie dentaire aux abords de deux crises majeures : la crise Dévonien/Carbonifère et la crise Crétacé/Paléogène. La calibration de ces proxys sur des faunes d’élasmobranches modernes a permis de montrer la force de l’outil isotopique dans la reconstruction du trophisme chez ces groupes. D’autre part l’outil topographique a quant à lui permis de souligner l’opportunisme chez les élasmobranches actuels et fossiles et un certain découplage entre type dentaire et trophisme. L’analyse de la composition isotopique au sein du registre fossile des élasmobranches a permis de mettre en évidence 1- la résilience des taxons de faible niveau trophique autour de la crise Crétacé/Tertiaire ainsi que la diversification des sélachimorphes au sein des prédateurs apicaux lors de l’extinction des grands reptiles. 2- Retracer l’écologie trophique de la lignée de requins géants du genre Otodus. 3- De mettre en évidence des comportements singuliers tels que le charognage chez les grands requins du Crétacé. L’analyse de la topographie dentaire dans le registre fossile a quant à elle permis de montrer une ségrégation morphologique des éléments plateformes au sein des conodontes supposant leur capacité à traiter des aliments différents en fonction des espèces. Les résultats de cette thèse confirment l’intérêt des outils isotopiques et morphologiques pour la compréhension du trophisme des vertébrés marins modernes et fossiles, y compris dans le temps long, permettant ainsi de mieux appréhender la résilience de ces taxons en période de crise