Histoire évolutive des communautés chimiosynthétiques : les suintements froids du Bassin basco-cantabrique au Crétacé // Evolutionary history of chemosynthetic communities: the Cretaceous cold seeps of the Basque-Cantabrian Basin

Aujourd'hui, les environnements extrêmes comme les suintements froids (ex : remontées de méthane) au niveau des grands fonds marins hébergent des communautés chimiosynthétiques endémiques et bien adaptées. Les brachiopodes ont dominé les communautés chimiosynthétiques pendant tout le Paléozoïque et c'est au Jurassique que s'établissent les communautés à structuration moderne, c'est-à-dire dominées par les mollusques bivalves. Néanmoins, leur registre fossile est parcellaire et entrave la compréhension de leur histoire évolutive et de l'influence des fluides sur la structuration de leur biodiversité. Le Bassin basco-cantabrique au nord-ouest de l'Espagne renferme des corps sédimentaires liés à des circulations de fluides de suintements froids au cours du Crétacé inférieur (Albien, -110 millions d'années) en lien avec la fragmentation de la Pangée et l'ouverture de l'Océan Atlantique. Les analyses géochimiques ont mis en évidence la grande diversité des fluides à l'origine de ces dépôts, faisant du Bassin basco-cantabrique un cas d'étude unique pour évaluer le lien entre diversité taxinomique et écologique des communautés chimiosynthétiques et chimie des fluides.
L'objectif de la thèse est de lever un des verrous scientifiques majeurs à la compréhension de l'histoire évolutive des communautés chimiosynthétiques dans les milieux extrêmes fossiles : la reconnaissance formelle de la chimiosymbiose, c'est-à-dire la symbiose entre une bactérie chimiosynthétique et un hôte eucaryote. La thèse s'appuiera sur un travail d'échantillonnage des quatre sites connus de suintements froids des séries sédimentaires crétacées du Bassin basco-cantabrique. Les échantillons collectés seront traités au CR2P pour extraction des macro- et microfossiles afin d'établir l'inventaire complet des communautés biologiques associées à ces corps sédimentaires et de décrire les patrons de diversité, depuis l'échelle d'un site à celle du bassin. La diversité des communautés (nombre d'espèces, abondance, dominance et diversité phylogénétique si les données s'y prêtent) sera étudiée au regard des paléoenvironnements décrits dans la littérature, afin de quantifier et discuter l'influence des fluides sur sa structuration. Ces observations seront comparées aux travaux récents de notre équipe sur les communautés du Jurassique moyen au Crétacé inférieur du bassin du Sud-Est de la France, permettant la première analyse diachronique de faunes complètes entre bassins.
Des fossiles représentant des groupes chimiosymbiotiques aujourd'hui (vers tubicoles, brachiopodes, mollusques bivalves) et d'autres suspectés de l'être (ostracodes) seront microtomographiés aux rayons X pour étudier l'organisation spatiale des assemblages (ex : amas d'organismes, encroûtements) et des structures anatomiques possiblement impliquées dans la chimiosymbiose (ex : agrégats de pores chez les ostracodes). En parallèle, la composition isotopique du molybdène (δ98Mo) des coquilles et carapaces sera analysée pour la première fois dans le registre fossile afin de tester ce nouveau biomarqueur de la chimiosymbiose et confirmer ou infirmer les hypothèses anatomiques.
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Today, extreme environments such as cold seeps (e.g., emission of methane) in the deep sea are home to endemic and well-adapted chemosynthetic communities. Brachiopods dominated chemosynthetic communities throughout the Paleozoic and it was in the Jurassic that communities with modern structure were established, that is to say dominated by bivalve molluscs. However, their fossil record is patchy and hinders the understanding of their evolutionary history and the influence of fluids on the structuring of their biodiversity. The Basque-Cantabrian Basin in northwestern Spain contains sedimentary bodies linked to circulations of cold seep fluids during the Early Cretaceous (Albian, -110 million years) in connection with the fragmentation of Pangea and the opening of the Atlantic Ocean. Geochemical analyses have highlighted the great diversity of fluids at the origin of these deposits, making the Basque-Cantabrian Basin a unique case study to assess the link between taxonomic and ecological diversity of chemosynthetic communities and fluid chemistry.
The aim of the thesis is to remove one of the major scientific obstacles to understand the evolutionary history of chemosynthetic communities in extreme fossil environments: the formal recognition of chemosymbiosis, i.e., the symbiosis between a chemosynthetic bacteria and a eukaryotic host. The thesis will be based on sampling work at the four known cold seep sites of the Cretaceous sedimentary series of the Basque-Cantabrian Basin. The collected samples will be processed at CR2P for extraction of macro- and microfossils in order to establish the complete inventory of biological communities associated with these sedimentary bodies and to describe diversity patterns, from the scale of a site to that of the basin. The diversity of the communities (number of species, abundance, dominance and phylogenetic diversity of data are suitable) will be studied with regard to the paleoenvironments described in the literature, in order to quantify and discuss the influence of fluids on its structuring. These observations will be compared to the recent work of our team on the communities from the Middle Jurassic to the Lower Cretaceous of South-Eastern France basin, allowing the first diachronic analysis of complete faunas between basins. Fossils representing chemosymbiotic groups today (tubeworms, brachiopods, bivalve molluscs) and others suspected of being so (ostracods) will be X-ray microtomographed to study the spatial organization of assemblages (e.g., organism clusters, encrustations) and anatomical structures possibly involved in chemosymbiosis (e.g., pore clusters in ostracods). In parallel, the molybdenum isotopic composition (δ98Mo) of shells and carapaces will be analyzed for the first time in the fossil record in order to test this new biomarker of chemosymbiosis and confirm or refute anatomical hypotheses.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Contrat doctoral

Concours pour un contrat doctoral

Muséum national d'Histoire naturelle

227 Sciences de la nature et de l'Homme : évolution et écologie

Le poste est ouvert à des paléontologues sensibles à la description taxinomique de la diversité fossile des invertébrés, y compris celle des microfossiles. La réalisation du projet nécessite de solides bases en géologie et une sensibilité aux outils géochimiques.
The position is open to paleontologists who are sensitive to the taxonomic description of the fossil diversity of invertebrates, including that of microfossils. The realization of the project requires a solid bases in geology and a sensitivity to geochemical tools.