Il y a cinquante mille ans, l’Amérique du Nord abritait une mégafaune comme des mammouths et des tigres à dents de sabre. Leur extinction, probablement due à l’arrivée de l’homme ou au changement climatique, n’est toujours pas résolue. Grâce à la technologie ZooMS, les chercheurs ont analysé de vieux ossements du Smithsonian Museum, soulignant l'importance de préserver les collections archéologiques pour les découvertes futures. USNM 23792, Mammuthus primigenius ou Woolly Mammoth (composite), Département de paléobiologie, Smithsonian Institution. Crédit : Gary Mulcahey
De nouvelles recherches explorent le mystère non résolu de l'extinction de l'ancienne mégafaune de l'Amérique du Nord, mettant en évidence de nouvelles recherches utilisant ZooMS pour analyser les os fragmentés des collections du Smithsonian. Il souligne l’importance de préserver les collections archéologiques pour découvrir des détails sur la vie passée et les extinctions.
La Dre Mariya Antonosyan, archéologue moléculaire à l'Institut Max Planck de géoanthropologie, le Dr Torben Rick, conservateur au Musée national d'histoire naturelle du Smithsonian, et la professeure Nicole Boivin, également de l'Institut Max Planck, ont collaboré à un article récent. Publié dans Frontières de la science des mammifères. Utilisant des méthodes innovantes, ils ont analysé des fragments d’os fossiles au Musée national d’histoire naturelle du Smithsonian. Leurs recherches offrent de nouvelles perspectives qui pourraient améliorer notre compréhension des facteurs et des impacts liés à l’extinction des grands mammifères.
Il y a 50 000 ans, l’Amérique du Nord était gouvernée par une mégafaune. Des mammouths lourds parcouraient la toundra, tandis que les forêts abritaient d'imposants mastodontes, de féroces tigres à dents de sabre et d'énormes loups. Des bisons et des chameaux extraordinairement grands se déplaçaient en troupeaux à travers le continent, tandis que des castors géants parcouraient ses lacs et ses étangs. D'immenses paresseux terrestres pesant plus de 1 000 kg ont été trouvés dans de nombreuses régions à l'est des montagnes Rocheuses.
Et puis, à la fin de la dernière période glaciaire, la majeure partie de la mégafaune d’Amérique du Nord a disparu. Le comment et le pourquoi restent très controversés. Certains chercheurs pensent que l’arrivée des humains a été cruciale. Peut-être que les animaux ont été chassés et mangés, ou peut-être que les humains ont simplement modifié leurs habitats ou se sont disputés des sources de nourriture vitales. Mais d’autres chercheurs affirment que le changement climatique était à blâmer, car la Terre a dégelé après plusieurs milliers d’années de températures glaciaires, modifiant les environnements plus rapidement que la mégafaune ne pouvait s’adapter. Les désaccords entre ces deux écoles ont été féroces et les débats controversés.
Malgré des décennies d’études, ce mystère de la période glaciaire reste entier. Nous ne disposons tout simplement pas de preuves suffisantes à ce stade pour exclure un scénario ou un autre – ni d'ailleurs d'autres explications proposées (par exemple une maladie, un événement d'impact d'une comète, une combinaison de facteurs). L’une des raisons est que de nombreux os grâce auxquels nous suivons la présence de la mégafaune sont fragmentés et difficiles à identifier. Alors que certains sites préservent très bien les restes de la mégafaune, sur d'autres, les conditions ont été difficiles pour les ossements d'animaux, les réduisant en fragments plus petits, trop altérés pour être identifiés. Ces processus de désintégration comprennent l'exposition, l'abrasion, la rupture et la dégradation biomoléculaire.
De tels problèmes nous laissent sans informations cruciales sur l’endroit où se trouve une mégafaune particulière. espèces ont été distribués, exactement quand ils ont disparu et comment ils ont répondu à l'arrivée de l'homme ou à l'altération climatique des environnements au Pléistocène supérieur.
Appliquer la technologie moderne aux vieux os
Notre travail vise à combler ce déficit d’information. Pour ce faire, nous avons porté notre attention sur les collections exceptionnelles du Smithsonian National Museum of Natural History à Washington, DC. Abritant les découvertes de nombreuses fouilles archéologiques menées au cours des cent dernières années, le Musée constitue un extraordinaire réservoir d'ossements d'animaux profondément liés à la question de savoir comment la mégafaune d'Amérique du Nord a disparu. Pourtant, nombre de ces vestiges sont très fragmentés et non identifiables, ce qui signifie que leur capacité à éclairer cette question a été, du moins jusqu'à présent, limitée.
La préparation d’une plaque d’échantillon pour l’analyse ZooMS. Les minuscules gouttelettes déposées à l’aide de la pipette contiennent de petites quantités de collagène broyé qui seront analysées sur un spectromètre de masse. Crédit : Samantha Brown
Heureusement, ces dernières années ont vu le développement de nouvelles méthodes biomoléculaires d’exploration archéologique. Plutôt que de se lancer dans la fouille de nouveaux sites, les archéologues se tournent de plus en plus vers le laboratoire scientifique, utilisant de nouvelles techniques pour sonder le matériel existant. L’une de ces nouvelles techniques s’appelle ZooMS – abréviation de Zooarchaeology by Mass Spectrometry. La méthode repose sur le fait que même si la plupart de ses protéines se dégradent rapidement après la mort d’un animal, certaines, comme le collagène osseux, peuvent se conserver sur de longues périodes. Étant donné que les protéines de collagène diffèrent souvent de manière petite et subtile entre les différents groupes taxonomiques d'animaux, et même entre les espèces individuelles, les séquences de collagène peuvent fournir une sorte de code-barres moléculaire permettant d'identifier des fragments d'os qui seraient autrement non identifiables. Ainsi, les segments de protéines de collagène extraits d’infimes quantités d’os peuvent être séparés et analysés sur un spectromètre de masse pour effectuer l’identification des os restants que les zooarchéologues traditionnels ne peuvent pas.
Sélection du matériel archéologique à étudier
Nous avons décidé d'utiliser cette méthode pour revisiter les documents archivés du Smithsonian Museum. Notre étude était une étude pilote qui posait la question clé : les os conservés au Smithsonian Museum conserveraient-ils suffisamment de collagène pour que nous puissions en apprendre davantage sur les os fragmentés dans ses réserves ? La réponse n’était pas évidente, car de nombreuses fouilles avaient eu lieu il y a des décennies. Bien que les matériaux aient été stockés pendant une dizaine d'années dans une installation ultramoderne et climatisée, la date précoce des fouilles signifiait que les normes modernes n'étaient pas nécessairement appliquées à leur manipulation, leur traitement et leur stockage dans les locaux. toutes les étapes.
Nous avons examiné du matériel osseux provenant de cinq sites archéologiques. Les sites dataient tous du Pléistocène supérieur/du premier Holocène (environ 13 000 à 10 000 années civiles avant le présent) ou avant et étaient situés dans le Colorado, dans l’ouest des États-Unis. Le premier avait été fouillé en 1934, le dernier en 1981.
Même si une partie du matériel provenant des sites était identifiable, une grande partie était très fragmentée et ne conservait pas de caractéristiques diagnostiques qui pourraient permettre une identification zooarchéologique d'une espèce, d'un genre ou même d'une famille. Certains fragments d'os semblaient très peu prometteurs : ils étaient blanchis et altérés, ou leurs bords étaient arrondis, ce qui suggère qu'ils avaient été transportés par l'eau ou les sédiments avant d'être enterrés sur le site.
Fouilles de 1961 à Lamb Spring, montrant Ed Lewis (debout à gauche) et Waldo Wedel, ainsi que deux hommes de terrain. Glenn Scott peut être vu dans la fosse aux côtés de quelques os de mammouth enveloppés dans des gaines de plâtre pour être conservés. Crédit : USGS
Découvrir une excellente préservation biomoléculaire
Ce que nous avons découvert nous a surpris. Malgré l'âge de la plupart des collections, l'apparence peu prometteuse d'une grande partie du matériel et les origines anciennes des os eux-mêmes, ils ont donné d'excellents résultats ZooMS. En fait, 80 % des os échantillonnés produisaient suffisamment de collagène pour les identifications ZooMS. 73 % ont pu être identifiés au niveau du genre.
Les taxons que nous avons identifiés à l'aide de ZooMS comprenaient Bison, Mammuthus (le genre auquel appartiennent les mammouths), Camélidés (la famille des chameaux), et éventuellement Mammut (le genre auquel appartiennent les mastodontes). Dans certains cas, nous n'avons pu attribuer les spécimens qu'à de larges groupes taxonomiques, car de nombreux animaux nord-américains ne disposent toujours pas des bibliothèques de référence ZooMS. Ces bases de données, qui sont relativement bien développées pour l’Eurasie mais pas pour d’autres régions, sont essentielles pour identifier les spectres produits par un échantillon lorsque nous l’examinons sur un spectromètre de masse.
Nos découvertes ont des implications majeures pour les collections des musées. Le matériel que nous avons examiné est en tous points le cousin pauvre du matériel glamour exposé dans les musées d’histoire naturelle. À regarder, ces ossements d’animaux très fragmentaires, petits et non diagnostiques sont sans intérêt et superficiellement peu informatifs. Mais comme d’autres outils biomoléculaires, ZooMS révèle la richesse des informations conservées dans des spécimens négligés qui n’ont attiré ni l’attention des chercheurs ni des visiteurs depuis des décennies.
Nos résultats mettent également en évidence le potentiel de telles collections pour répondre aux débats en cours sur le moment exact, le lieu et la manière dont la mégafaune a disparu. En s'ouvrant à l'analyse du matériel osseux fragmenté qui constitue une grande partie des archives de la mégafaune, ZooMS a le potentiel de contribuer à fournir de nombreuses nouvelles données de recherche pour répondre aux questions de longue date sur les extinctions de la mégafaune. ZooMS offre un moyen relativement simple, rapide et peu coûteux d'extraire de nouvelles informations à partir de sites fouillés il y a longtemps.
Nos recherches mettent également en évidence l’importance de préserver les collections archéologiques. Lorsque les chercheurs et les institutions sont à court de financement, les objets archéologiques et les ossements qui ne sont pas prestigieux ou qui présentent un avantage immédiat évident peuvent être négligés, voire jetés. Il est essentiel que les musées disposent d’un financement adéquat pour entretenir et héberger les vestiges archéologiques sur le long terme. Comme le montre notre analyse, des matériaux aussi anciens peuvent retrouver une nouvelle vie de manière inattendue – dans ce cas, nous permettant d'utiliser de minuscules fragments d'os pour nous aider à nous rapprocher un peu plus de la résolution du mystère de la disparition de certains des plus grands animaux jamais vus sur Terre des paysages de l'Amérique du Nord ancienne.
Des indices sur la disparition mystérieuse des grands mammifères d'Amérique du Nord il y a 50 000 ans ont été découverts dans l'ancien collagène osseux
