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Les expéditions de la Commission géologique du Canada et le groupe de Cambridge

Au milieu des années 1960, la Commission géologique du Canada (CGC) est retournée dans les carrières Walcott et Raymond, depuis longtemps négligées, afin d'entreprendre de nouvelles fouilles. Cette démarche survenait 80 ans après les premières découvertes de fossiles sur le mont Stephen, près de là, par d'autres géologues de la Commission. Les travaux de la Commission prenaient une importance particulière parce qu'elle appliquait des méthodes de collecte de fossiles améliorées.

À partir de la fin des années 1960, ces fossiles ont permis de réviser en profondeur la faune de Burgess par Harry Whittington et l'équipe communément appelée « groupe de
Cambridge ». Des études anatomiques détaillées ont été facilitées grâce à l'existence de certaines techniques d'observation et de photographie et à la réalisation que les fossiles avaient conservé un certain relief, ce qui permettait de les préparer.

Le travail du groupe de Cambridge a contribué à réaffirmer la nature spectaculaire de l'explosion cambrienne, popularisée ensuite par Stephen Jay Gould, et a influencé la recherche sur des gisements semblables aux schistes de Burgess ailleurs dans le monde.

Contexte

Au début des années 1960, la Commission géologique du Canada s'activait à réaliser une nouvelle cartographie du sud des montagnes Rocheuses en Alberta et en Colombie-Britannique. Elle y appliquait des méthodes et des techniques inédites. Harry Whittington, alors professeur de géologie à l'Université Harvard, a pris contact avec la Commission dans le but de proposer un réexamen des schistes de Burgess et la réouverture des carrières. La proposition a bientôt pris de l'ampleur, incluant une étude paléontologique, géologique et stratigraphique détaillée des schistes de Burgess.

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Les premières visites d'Harry Whittington à la collection Walcott

Photographie en couleur d'Harry Whittington posant devant une armoire contenant des fossiles

Harry Whittington (1916-2010) à l'Université de Cambridge, le 27 septembre 2002.

© The Palaeontological Association

Harry Whittington est l'homme qui a dirigé la révision paléontologique des schistes de Burgess dans les années 1960. Spécialiste des trilobites de renommée mondiale, il s'est joint à l'université Harvard en 1949 en tant que professeur de géologie au Museum of Comparative Zoology (Musée de zoologie comparative). En 1966, il a été nommé professeur de géologie woodwardien à l'université de Cambridge et il a poursuivi ses recherches sur les schistes de Burgess longtemps après avoir pris sa retraite de Cambridge, en 1983.

Pendant ses années à Harvard, Whittington a visité la collection de schistes de Burgess à la Smithsonian Institution, restée presque inutilisée et ignorée, probablement dans l'état où Walcott l'avait laissée à la fin des années 1920, à l'exception d'une étude préliminaire sur ces fossiles entamée par Alberto Simonetta et Laura Della Cave en 1962, mais qui n'a pas été publiée avant 1975. À l'époque, la collection était peu accessible et demeurait entreposée dans l'édifice original de la Smithsonian Institution. Dans les années 1960, la collection a été transposée dans une nouvelle aile du National Museum of Natural History (Musée national d'histoire naturelle), ce qui l'a rendue plus accessible aux chercheurs. La collection Walcott s'y trouve encore aujourd'hui.

Avant ce déménagement, les chercheurs devaient s'en remettre presque exclusivement aux descriptions et aux illustrations publiées par Walcott sans avoir la possibilité d'observer les véritables spécimens. Mais les illustrations originales comportaient de nombreux défauts et Walcott reconnaissait lui-même que ses articles n'avaient d'autre but que de fournir des comptes-rendus très préliminaires. Whittington s'est vite aperçu qu'un nouvel examen et une réinterprétation des fossiles seraient nécessaires.

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Premières observations et découvertes de Whittington

En commençant à réexaminer les fossiles, Whittington a découvert que ce n'étaient pas uniquement des empreintes aplaties d'animaux, comme Walcott le croyait. En fait, les fossiles avaient conservé une partie de la structure tridimensionnelle de l'organisme initial, bien que réduite en de très fines couches dans la roche. Cette constatation signifiait qu'en fendant la roche, l'empreinte et la contre-empreinte du même spécimen pouvaient révéler des niveaux très légèrement différents de la structure et, donc, qu'il fallait les étudier ensemble pour en présenter une interprétation anatomique complète.

Photographie en couleur d'Harry Whittington étudiant un fossile à la lumière d'une lampe

Harry Whittington étudiant des fossiles au campement de la CGC, dans les schistes de Burgess, 1966 ou 1967

© Commission géologique du Canada

Avant que soit constituée la collection de la Commission, des spécimens provenant de différentes couches avaient été collectés et entreposés ensemble. Il existait par conséquent très peu de renseignements sur l'origine stratigraphique exacte des fossiles. En plus, les empreintes et contre-empreintes recueillies lors d'expéditions antérieures avaient souvent été dispersées dans des collections différentes, ce qui rendait difficile l'évaluation du nombre de spécimens et égarait des renseignements morphologiques importants qui n'auraient été perceptibles qu'à l'aide des deux parties du fossile.

En 1966 et 1967, la Commission tenterait de résoudre ces difficultés en collectant de nouveaux fossiles.

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Les fouilles de la Commission géologique du Canada (CGC) : 1966 et 1967

En 1966, James Aitken, un spécialiste de la stratigraphie à la Commission, a pris la tête d'une expédition de treize personnes incluant Whittington et William Fritz, spécialiste des trilobites du Cambrien et stratigraphe de la Commission. David Bruton, de l'Université d'Oslo, se joindrait au groupe pour la saison des fouilles 1967.

Photographie en noir et blanc de gens qui posent devant une tente, une montagne à l'arrière-plan

L'expédition de la Commission en 1966. De gauche à droite (rangée avant) : Norman MacDonell, James Aitken, Peter Fritz, Dorothy Whittington, James Doyle et Henry Lambert. Rangée arrière : Robert Stesky, Terry Green, Judith Fritz, Harry Whittington, Clifford Johnson, William Fritz et Riba Nelson.

© Commission géologique du Canada. Photo : William Fritz

Pendant ces deux saisons de fouilles de six semaines chacune, environ 70 mètres cubes
(88 verges cubes) de belle roche ont été méticuleusement dégagés et taillés, ce qui a agrandi la carrière Walcott d'au moins 12 mètres (39,4 pieds) vers le nord. La plupart des fossiles ont été trouvés à l'intérieur de couches successives situées dans un intervalle de deux mètres (6,5 pieds) d'épaisseur correspondant à la couche de phyllopodes mise au jour par Walcott près de 50 ans plus tôt.

Photographie en noir et blanc montrant le flanc de la montagne dont une zone est couverte de neige

La crête aux fossiles et la carrière Walcott, en partie enneigée, au moment des fouilles de la Commission, en 1966. Ces fouilles auront lieu juste à gauche du banc de neige.

© Commission géologique du Canada. Photo : William Fritz

Environ 17 mètres cubes (21 verges cubes) de roche, extraits des couches situées 22 mètres (72 pieds) au-dessus de la carrière Walcott, ont été finement taillés, ce qui a nettement agrandi la carrière ouverte par Raymond en 1930. L'équipe de la Commission a nommé ce deuxième site carrière Raymond en l'honneur du paléontologue de Harvard.


Le trait continu montre les limites des fouilles de la Commission qui sont toujours visibles aujourd'hui à la carrière Walcott. Le trait pointillé montre les limites actuelles des fouilles. La carrière Raymond a été agrandie par les équipes de la Commission et du ROM.

© Parcs Canada. Photo : John Niddrie

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Des méthodes de collecte améliorées

Au fur et à mesure que les fouilles progressaient, on mesurait le niveau exact où l'on trouvait chaque fossile par rapport à un point de repère fixe. On s'assurait également de garder ensemble l'empreinte et la contre-empreinte du fossile. Cette méthodologie précise constituait une amélioration considérable par rapport aux expéditions précédentes.

Photographie de 7 personnes travaillant dans une carrière

Harry Whittington (au milieu, de dos) et l'équipe de 1966 près du chantier de fouilles de la Commission, à droite. Le cercle tracé sur la paroi indique le point de repère à partir duquel tous les niveaux de la carrière ont été mesurés.

© Commission géologique du Canada. Photo : William Fritz

Au moins 10 000 spécimens ont été dégagés des deux carrières, mais à l'exception de deux nouveaux genres, Echmatocrinus et Scolecofurca, la plupart des fossiles représentaient des espèces déjà décrites. L'expédition a aussi découvert un spécimen presque complet d'Anomalocaris qui a plus tard joué un rôle crucial dans la réinterprétation de cet animal (voir ci-dessous).

Photographie de chercheurs qui travaillent dans une carrière sur le versant d'une montagne

Harry Whittington fumant une pipe (troisième personne à partir de l'avant, côté gauche de la photo) avec l'équipe de 1966 qui taille du schiste à la carrière Walcott.

© Commission géologique du Canada. Photo : William Fritz

Photographie d'un fossile

Echmatocrinus brachiatus (empreinte et contre-empreinte), découvert par l'équipe de la Commission dans les schistes de Burgess.

© Commission géologique du Canada. Photo : William Fritz

Les expéditions de la Commission ont atteint un double objectif : constituer la première grande collection de schistes de Burgess amassés en utilisant des méthodes détaillées d'échantillonnage et démontrer que la carrière Walcott était encore une source productive de fossiles, ce qui avait été remis en cause après les fouilles de Raymond, en 1930.

Photographie noir et blanc de les hommes est une grande plaque.

Une grande plaque est dégagée du côté nord de la carrière Walcott au début de la saison 1966.

© Commission géologique du Canada. Photo : William Fritz


Images de l’expédition de la CGC en 1966.

© Commission géologique du Canada. Photos : William Fritz

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Les méthodes de préparation

Whittington a été le premier scientifique à préparer anatomiquement des fossiles de Burgess, intervention qui ressemble à la dissection d'un organisme moderne.

Whittington a utilisé une fraise dentaire modifiée et a préparé les fossiles à l'aide d'un microscope binoculaire. L'appareil fonctionnait comme un marteau-piqueur miniature doté d'un tout petit embout fait d'une pointe de carbure pour enlever de minuscules morceaux de roche et de fossile. Il a fait l'essai de son outil sur Marrella, un petit arthropode qui est le plus commun des fossiles dans la collection Walcott (Walcott lui-même en avait recueilli plus de 15 000 spécimens). Cette technique a si bien réussi qu'elle a été utilisée pour chacune des études suivantes, menant à des découvertes spectaculaires comme celle de la véritable nature de l'animal Anomalocaris.

Photographie en couleur montrant les deux parties d'un même fossile

Anomalocaris canadensis (empreinte et contre-empreinte) recueilli par la Commission dans la carrière Raymond (GSC 75535). Ce spécimen a été préparé de façon mécanique dans le but de révéler les parties de la bouche et une paire de pinces qui se rattachent au corps de l'organisme. Avant cette découverte, on supposait que les différents éléments appartenaient à différents organismes

© Commission géologique du Canada. Photos : Jean-Bernard Caron

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Les méthodes de dessin et de photographie

L'étape qui suit la préparation mécanique consistait à dessiner les spécimens en utilisant un accessoire qui sert de chambre claire (un tube à dessins comportant un miroir rattaché à un microscope stéréoscopique), ce qui permettait à un observateur de voir en même temps le fossile et son image réfléchie sur une feuille de papier pour en dessiner facilement les détails. La méthode aidait les chercheurs à trouver de petites différences dans l'épaisseur des fossiles et à interpréter les caractéristiques observées. Ces méthodes de préparation et de dessin sont encore utilisées de nos jours pour étudier les fossiles de Burgess.

Photographie en couleur d'un poste de dessin comprenant une source lumineuse, un microscope stéréoscopique et une chambre claire

Un microscope stéréoscopique muni d'un accessoire servant de chambre claire (tube à dessins et miroir, à droite) d'un type semblable à celui utilisé par le groupe de Cambridge pour dessiner les fossiles de Burgess.

© Musée royal de l’Ontario. Photo : Peter Fenton

Ces illustrations révélaient d'infimes détails anatomiques (souvent en combinant des images de l'empreinte et de la contre-empreinte dans le même dessin) et aidaient aussi à comprendre l'orientation du spécimen dans la roche. Certains d'entre eux avaient été enterrés de côté, d'autres sur le ventre, sur le dos ou en oblique.

La photographie aussi était un outil très utile pour illustrer les spécimens. Mais il est bien connu que les schistes de Burgess sont difficiles à photographier parce qu'ils sont recouverts d'une pellicule réfléchissante. Walcott a résolu ce problème en utilisant un crayon pour rehausser les photographies avant de les publier. Whittington, lui, a photographié des spécimens immergés dans l'alcool ou placés à un angle d'environ 65° et à l'aide de rayons ultraviolets. Ces dernières méthodes ont donné les meilleurs résultats, en particulier pour les zones les plus réfléchissantes des fossiles. Des images de haute qualité, souvent obtenues en utilisant une lumière aux petits angles, pouvaient révéler différents détails sur les fossiles. Donc, en s'appuyant sur plusieurs photos en plus des dessins, on pouvait produire des descriptions détaillées des fossiles. Les techniques photographiques actuelles sont basées sur ces techniques, tout en incorporant de nouveaux instruments.


Dessin et photographies de Marrella splendens réalisés par Whittington (1971).

© Commission géologique du Canada.

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Les recherches du groupe de Cambridge

Le groupe de Cambridge était composé de Harry Whittington et de deux de ses anciens étudiants en doctorat, Derek Briggs, qui a travaillé sur les arthropodes fossilisés des schistes de Burgess, et Simon Conway Morris, qui s'est vu assigner les vers fossilisés. Chris Hughes et David Bruton (ce dernier étant le seul membre du groupe à ne pas travailler à Cambridge) ont contribué de façon plus modeste aux travaux sur les arthropodes.

Le groupe de Cambridge utilisait les diverses méthodes traditionnelles et les techniques dont Whittington avait d'abord fait la démonstration et qui ont été appliquées ensuite pour chaque description d'organisme (voir ci-dessus, Les méthodes de préparation). Il en a résulté une série de descriptions détaillées de nombreuses espèces décrites auparavant par Walcott, mais aussi de nouvelles descriptions qui ont depuis acquis un statut presque mythique dans le domaine, comme celle d'Hallucigenia. Ces analyses s'appuyaient sur les fossiles disponibles à l'époque. Toutefois, de nouvelles méthodes de recherche et de nouveaux fossiles, la plupart découverts lors des expéditions ultérieures du ROM, ont mené à une réinterprétation de certaines de ces espèces.

Photographie d'un vers fossilisé montrant clairement des « piquants »

Holotype d'Hallucigenia sparsa, décrit en 1977 par Simon Conway Morris.

© Smithsonian Institution - MUSÉE NATIONAL D'HISTOIRE NATURELLE. Photo : Jean-Bernard Caron.

Taxons publiés par le groupe de Cambridge depuis 1971


Année Principal auteur Embranchement Animal décrit ou redécrit
1971 Whittington Arthropode Marrella
1974 Whittington Arthropode Yohoia et Plenocaris
1975

Whittington

Hughes

Arthropode

Arthropode

Opabinia, Kootenia, Olenoides (1)

Burgessia

1976

Briggs

Conway Morris

Arthropode

Mollusque

Branchiocaris

Nectocaris, Odontogriphus

1977

Whittington

Briggs

Conway Morris

Arthropode

Arthropode

Arthropode-lobopode

Indéterminé

Indéterminé

Priapulide

Naraoia

Perspicaris

Hallucigenia,

Amiskwia,

Dinomischus,

Ottoia, Selkirkia, Louisella, Ancalagon, Fieldia, Scolecofurca, Lecythioscopa

1978

Whittington

Briggs

Conway Morris

Arthropode-lobopode

Arthropode

Arthropode

Aysheaia

Canadaspis

Laggania

1979

 

Briggs

Conway Morris

Arthropode

Annélide

Anomalocaris

Canadia, Burgessochaeta, Insolicorypha, Peronochaeta, Stephenoscolex

1980 Whittington Arthropode Olenoides, Nathorstia (2)
1981

Whittington

Briggs

Bruton

Arthropode

Arthropode

Arthropode

Molaria, Habelia, Sarotrocercus, Actaeus, Alalcomenaeus

Odaraia

Sidneyia

1983 Bruton et Whittington Arthropode Emeraldella et Leanchoilia
1985

Whittington

Whittington et
Briggs

Conway Morris

Arthropode

Arthropode


Mollusque

Tegopelte

Anomalocaris


Wiwaxia

1993

Conway Morris

Indéterminé

Thaumaptilon, Mackenzia, Redoubtia (Gelenoptron)

1998

Whittington

Arthropode

Hanburia

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La contribution à la recherche de la Commission géologique du Canada

D'importants résultats ont découlé des études géologiques de la Commission géologique du Canada en plus des révélations paléontologiques sur la faune de Burgess provenant du groupe de Cambridge.

La découverte la plus considérable est peut-être survenue quand William Fritz a réalisé que les schistes de Burgess s'étaient déposés au bas d'une falaise sous-marine, que l'on nomme aujourd'hui escarpement « Cathedral », dans la formation Stephen « épaisse ». On a déduit que cette falaise offrait des conditions idéales non seulement pour le développement d'un riche écosystème, mais aussi pour sa conservation spectaculaire à cet endroit en particulier. (On a découvert par la suite qu'une structure semblable existe également dans d'autres zones des Parcs nationaux Yoho et Kootenay, et qu'on y retrouve en plus des fossiles du même type que ceux de Burgess. En même temps, on a déduit que les organismes de Burgess avaient été rapidement enfouis au cours d'une succession de petites coulées de boue.

Ces percées géologiques se sont ajoutées au travail paléontologique détaillé du groupe de Cambridge et ont mené à un examen approfondi de la communauté de Burgess dans son ensemble. Cette étude récapitulative a été publiée en 1986 par Simon Conway Morris. D'une certaine manière, elle résumait les travaux publiés par le groupe de Cambridge depuis la première expédition de la Commission, vingt ans plus tôt.


Coupe transversale de différentes formations montrant l'emplacement des schistes de Burgess le long de l'escarpement « Cathedral » à côté de la formation « Cathedral ».

© William Fritz

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Conway Morris étudie la communauté de Burgess : 1986

Conway Morris a catalogué tous les spécimens provenant de la carrière Walcott qu'il a pu trouver sur chaque plaque des collections de Walcott et de la Commission. Avant la réalisation de ce catalogage méticuleux, personne n'avait idée de la taille réelle de la collection Walcott. Les chiffres étaient sidérants : 35 520 plaques examinées,
73 300 spécimens dénombrés. Parmi ceux-ci, environ 65 000 spécimens ont été amassés par Walcott, le reste a été collecté par les expéditions de la Commission en 1966 et en 1967. La collection Walcott était donc de loin la plus grande collection de fossiles de Burgess jusqu'à ce qu'elle soit surpassée par la collection de schistes de Burgess du ROM à la fin des années 1990.

Conway Morris a donc révélé l'importance de la prédation dans l'écosystème des schistes de Burgess et a également suggéré que la structure de la communauté des schistes de Burgess est caractéristique des communautés marines évoluant dans des environnements semblables au cours du Cambrien moyen. Cette hypothèse a bientôt été confirmée par la découverte d'autres gisements contenant des fossiles semblables à ceux des schistes de Burgess. L'analyse de Conway Morris mettait également l'accent sur le fait que si les organismes à corps mou trouvés dans les schistes de Burgess n'avaient pas été aussi exceptionnellement conservés, environ 86 % des genres (la grande majorité des spécimens) de cette communauté auraient été abandonnés à la décomposition et n'auraient laissé aucune trace fossile.

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L'héritage du groupe de Cambridge : l'explosion cambrienne

Les travaux du groupe de Cambridge ont joué un rôle décisif en ravivant l'intérêt pour les schistes de Burgess. Ils ont vite mené à d'autres découvertes ailleurs dans le monde, notamment en Chine. L'une des principales découvertes surprenantes du groupe de Cambridge était que de nombreux organismes de Burgess ne s'inséraient facilement dans aucun groupe d'animaux modernes. Ces travaux ont mis l'accent de manière éloquente sur l'apparition rapide et la diversité des animaux pendant le Cambrien, dénotant l'existence d'une véritable « explosion cambrienne »

Photographie en couleur d'une reconstitution de l'écosystème des schistes de Burgess montrant de nombreux types d'animaux et d'éponges

Diorama des schistes de Burgess inspiré des travaux du groupe de Cambridge et montrant la communauté vivant au bas d'une falaise sous-marine. À comparer à une reconstitution plus récente de l'écosystème des schistes de Burgess sous forme de plongée virtuelle

© Musée national d'histoire naturelle. Photo : Jean-Bernard Caron

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Stephen Jay Gould passe le mot : 1989

Les travaux du groupe de Cambridge ont rejoint un auditoire plus vaste en 1989 grâce à la publication du livre de Stephen Jay Gould, La vie est belle : les surprises de l'évolution, qui est devenu un succès de librairie.

Selon son hypothèse principale, de nombreux organismes de Burgess décrits par le groupe de Cambridge représentaient de nouveaux embranchements que, de manière évocatrice, il nommait « étranges merveilles ». Son hypothèse voulait que la diversité des embranchements était plus grande au Cambrien qu'elle ne l'est aujourd'hui. Au cours de l'histoire, le hasard aurait éliminé la plupart des groupes en ne laissant qu'à quelques-uns d'entre eux la chance d'évoluer jusqu'à aujourd'hui.

Dessin en noir et blanc d'Hallucigenia montrant la créature en train de marcher sur des pattes en forme de piquants

Reconstitution d'Hallucigenia par Marianne Collins dans le livre La vie est belle. Cet animal a depuis été réinterprété et on considère aujourd'hui qu'il est ici montré la tête en bas.

© Marianne Collins

Conférence de Gould au Musée royal de l’Ontario

© Musée royal de l’Ontario

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La collection de schistes de Burgess de la Commission géologique du Canada de nos jours

Après avoir été envoyés à Cambridge pour y être étudiés dans les années 1970, les nouveaux spécimens de la Commission ont été logés dans ses locaux à Ottawa. Par ordre d'importance, ils constituent la deuxième plus grande collection de fossiles de Burgess au Canada après la collection du ROM). Ils y résident près des plus anciennes collections venant principalement du mont Stephen et constituées plusieurs décennies plus tôt par McConnell, ainsi que d'autres géologues de la Commission.

À gauche, une longue rangée d'armoires en métal; À droite, un employé regarde des fossiles dans le tiroir ouvert d'une armoire

Les collections de la Commission géologique du Canada à Ottawa. À gauche, un aperçu des collections; à droite, une section abritant des spécimens des schistes de Burgess recueillis en 1966 et en 1967.

© Commission géologique du Canada. Photos : Jean-Bernard Caron

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