Yueming LU, Yann HAUTEVELLE, Raymond MICHELS

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1 Yueming LU, Yann HAUTEVELLE, Raymond MICHELS
13ème congrès français de sédimentologie, Dijon 14-16 Novembre, 2011 Détermination de la signature moléculaire des conifères fossiles par la maturation artificielle de leurs homologues actuels Dans le cadre du session 5-4 'Géosphère et biosphère: évolution de la paléodiversité', ici, je vais vous présenter "évaluation de la biodiversité des conifères fossiles par la géochimie moléculaire expérimentale'. Qui fait aussi l'objectif principale de ma thèse. Yueming LU, Yann HAUTEVELLE, Raymond MICHELS

2 Evolution des conifères
245Ma (début du Trias) ~ Jurassique : radiation des familles de conifère s.stri. Introduction Jurassique ~ Actuel : conservation des familles de conifères Paléo-chimio- taxonomie 7 familles: Araucariacaea Pinaceae Podocarpaceae Taxaceae Cupressaceae Taxodiaceae Sciadopityaceae C'est depuis la fin de Trais, L'ancêtre de conifères commence à diversifier et il y a l'apparition de véritable conifères. Au Jurassique, cette radiation de conifère atteindre son maximum (jusqu'au 7 familles distincts). Cette radiation de famille de conifère sont bien conservé jusqu'à nos jours. Maturation artificielle Maximum de radiation Araucaria- ceae Conclusion

3 Approches paléoenvironnementales
Comment avoir des informations paléoclimatiques & paléofloristiques à partir de l'étude des conifères fossiles ? Introduction Approches classiques : Paléo-chimio- taxonomie MAIS fossiles bien préservés sont rares … … PALÉOBOTANIQUE (plantes fossiles macro reste) Mais la question se pose comment nous pouvons rendre utilise les connaissances des conifères pour les études des conifères anciennes, afin de pouvoir reconstruire le paléoclimat et le paléoflore de l'époque. Actuellement il existe déjà certaines approches classique pour répondre cette demande, tel que la paléobotanique et la palynologie. Ils sont basé sur des études de comparaisons morphologiques des plantes fossiles et des spore & pollens. Mais, pour ces types de l'étude, ils dépendent toujours de la disponibilité des plantes fossilisé, et enregistrement de spore ou des pollens dans les faciès étudiés. Comme dans notre laboratoire de géochimie organique, bcp de recherche se basent sur des études de biomarqueurs moléculaires. Est-ce celles-ci peut être utile pour avoir une approche alternative pour les études paléoenvorinnementaux. Maturation artificielle PALYNOLOGIE (spore & pollen) MAIS spores et pollen ne sont pas facilement reliables à des taxons … … Araucaria- ceae Approche alternative : GEOCHIMIE ORGANIQUE ? (biomarqueurs moléculaires …) Conclusion

4 Biomarqueurs moléculaires
Introduction Paléo-chimio- taxonomie Qu'est-ce qu'un biomarqueur moléculaire? Un biomarqueur moléculaire sédimentaire est un biomolécules qui a une origine exclusivement biologique. Il portent des informations importante et spécifique de son origine. Au cours de la transformation diagénétique, certain biomolécules sont bien conservé sa structure moléculaire au départ et sont devenues des géomolécules, ce qu'on appelle un biomarqueur moléculaire. Maturation artificielle Araucaria- ceae Conclusion

5 Chimio- & paléochimio-taxonomie botanique (biomarqueurs de plantes)
Introduction Chimiotaxonomie : a pour but d’associer la classification des plantes actuelles avec leur composition chimique (biomolécules). Paléo-chimiotaxonomie : a pour but d’associer la classification des végétaux fossiles avec leur composition chimique (biomarqueurs). Paléo-chimio- taxonomie La chimiotaxomonie botanique a pour but d’associer la classification des être-vivant avec leur composition chimique. Cette approche est particulièrement intéressante pour les plantes supérieurs vasculaires. Qui sont particulièrement riche en terpenoïdes. Maturation artificielle Araucaria- ceae Conclusion

6 Avantages (biomarqueurs de plantes)
Introduction Paléo-chimio- taxonomie Afin, pour associer la classification des plantes fossiles avec leur composition chimique, on parle de la paléochimiotaxonomie. Pour mieux comprendre cette notion, voici un exemple pour les fossile de la famille de Pinaceae. Des études ont montré qu'il y a une forte abondance des molécules de déhydroabietol et acide déhydroabiétique, mais rarement ou pas de totarane et des diterpénoides tétracycliques. Ceux qui ne sont pas le cas pour les autres familles de conifère. L’avantage de cette approche, les biomarqueurs de plante sont fréquent dans les MO sédimentaires. Avec la présence ou absence de certains molécules, il est possible de relier directement à des taxons botanique. Mais, la connaissance en paléochimiotaxonomie sont très lacunaires, que nous ne pouvons pas avoir une vision systématique sur une classe ou une famille de plante. Maturation artificielle - approche alternative - sont fréquents dans les archives sédimentaires - peuvent être reliés directement à des taxons botaniques Araucaria- ceae MAIS, connaissances en paléochimiotaxonomie sont lacunaires ! Conclusion

7 Maturation artificielle
Introduction Systématique moléculaire des conifères fossiles Systématique botanique Paléo-chimio- taxonomie Pour compléter cette lacune, et pour relier un systématique moléculaire de conifère au systématique des plantes de conifère fossile. Laboratoire de géochimie organique a mise au point la technique de maturation artificielle des plantes par pyrolyse en milieu confiné. Elle permet de simuler expérimentalement de la diagenèse et la fossilisation de la plante sur le plan moléculaire. Technique de maturation artificielle de plantes actuelles : pyrolyse en milieu confiné (Hautevelle et al., 2006) Maturation artificielle 'fossilisation' Araucaria- ceae "Simulation" expérimentale de la diagenèse moléculaire des plantes Conclusion

8 Maturation artificielle
Introduction Tubes d'or soudés Pyrolyse en milieu confiné Plante fraiche Paléo-chimio- taxonomie Principe de ce technique est de réaliser une collection des conifères. Après d'avoir réalisé certains traitements, on introduit les matières de plante dans une tube d’or soudés. Faire une pyrolyse dans un autoclave sous certain P° et T° pendant 24h, Puis, mise en solution des terpénoïdes dans les solvants organiques. Après d'avoir séparer les 3 fractions de terpénoïdes. Ils sont analysée séparément par le chromatographie en phase gazeuse couplé avec un spectromètre de masse. Maturation artificielle Mise en solution des terpénoïdes (CH2Cl2) Aliphatique Aromatique Polaire Fractionnement Analyse moléculaire (GC-MS) Araucaria- ceae Conclusion

9 Simulation de la diagenèse moléculaires des plantes
Introduction Précurseurs biologiques moléculaires Conifères actuels Biomarqueurs moléculaires Composés intermédiaires Evolution diagénétique Paléo-chimio- taxonomie Pinaceae Maturation artificielle Araucaria- ceae Conifères sauf Pinaceae Conclusion

10 Conifères actuellement étudiés
L'ordre des conifères est composé de 7 familles Araucariaceae 3 Agathis, 8 Araucaria & 1 Wollemia Cupressaceae 1 Calocedrus, 4 Chamaecyparis, 2 Cupressus, 5 Juniperus, 1 Microbiota, 3 Thuja & 1 Thujopsis Pinaceae 4 Abies, 3 Cedrus, 4 Larix, 5 Picea, 4 Pinus, 1 Pseudotsuga & 1 Tsuga Podocarpaceae 4 Podocarpus Sciadopityaceae 1 Sciadopitys Taxaceae 2 Taxus, 2 Cephalotaxus, 1 Torreya Taxodiaceae 1 Cryptomeria, 2 Cunninghamia, 1 Sequoiadendron, 1 Meta-sequoia, 1 Sequoia & 2 Taxodium Introduction Paléo-chimio- taxonomie Actuellement, nous avons réalisé une échantillonnages sur les 7 familles connues. Avec une précision à l'échelle du genres et espèces En total, 69 espèces sont utiliser pour cet étude en paléochimiotaxonomie expérimentale. Maturation artificielle 69 conifères étudiés en paléochimiotaxonomie expérimentale Paléochimio-taxonomie des conifères Conclusion

11 Signatures chromatographiques des Conifères
Aliphatiques Aromatiques Agathis Introduction DITERPENOÏDES DITERPENOÏDES SESQUITERPENOÏDES SESQUITERPENOÏDES moorei Paléo-chimio- taxonomie robusta Araucaria Voici je vous montre les résulats des chromatographes de certain espèces des 3 genres d’Araucariaceae.Tout d’abord, il faut comprendre d’un chromatographe est défini par en X=Temps de rétention, et Y= l’abondance. Chaque pic dans un chromato représente un composé et associé derrière par un spectre de mass, et les composés sont sorti en focntion de leur masse moléculaire. Si on regarde ensemble des résulats, je vous présente ici pour chaque espèce à gauche la fraction aliphatique et à droite la fraction aromatique. nous pouvons aperçu qu’il y a une forte similitude pour les sesquiterpenoïdes, alors que pour les diterpénoïdes, il y a plus de différence entre les espèces. angustifolia Maturation artificielle araucana Paléochimio-taxonomie des conifères bernieri Temps de rétention Temps de rétention Conclusion

12 Distribution des sesquiterpénoïdes
Aliphatique Aromatique Muurolane Cadalane Amorphane Bisabolane Dihydro-ar- curcumène Pentamethyl- dihydroindène Introduction Cadalanes aromatiques Eudesmanes Farnasane Chamazulène n-C14 Araucariaceae (Araucaria laubenfelsii) n-C15 Paléo-chimio- taxonomie Pinaceae (Pinus sylvestris) Aromaden- drane Cuparène Cupressaceae (Chamaecyparis pisifera) Maturation artificielle Podocarpaceae (Podocarpus s.p) Paléochimio-taxonomie des conifères Taxodiaceae (Cryptomeria japonica) Sciadopityaceae (Sciadopitys verticillata) Conclusion Temps de rétention

13 Distribution des diterpénoïdes
Aliphatique Aromatique ent-beyerane 16β/α(H)- ent-kauranes phyllocladane Abiétanes aromatiques Introduction Labdanes Araucariaceae (Araucaria laubenfelsii) Paléo-chimio- taxonomie Abietanes & ses isomères Pinaceae (Pinus sylvestris) Isopimarane Cupressaceae (Chamaecyparis pisifera) Maturation artificielle Podocarpaceae (Podocarpus s.p) Paléochimio-taxonomie des conifères Taxodiaceae (Cryptomeria japonica) Sciadopityaceae (Sciadopitys verticillata) Conclusion Temps de rétention

14 Signature moléculaire des conifères
Araucariaceae Diterpanes tétracycliques Pimarane Abietane-type Introduction Pinaceae Diterpanes tétracycliques Abietanes (cétono-) phénoliques Abietane-type Acide déhydroabietique Paléo-chimio- taxonomie Cuparène Totarane biaromatique Cupressaceae Podocarpaceae Taxodiaceae Sciadopityaceae Maturation artificielle Paléochimio-taxonomie des conifères Taxaceae Pimarane Cadalène Conclusion

15 conclusion & perspective
Paléochimiotaxonomie expérimentale Introduction Simuler la fossilisation des biomolécules de plantes Combler les lacunes de la paléochimiotaxonomie des conifères Paléo-chimio- taxonomie Compléter les informations fournies par la paléobotanique et la palynologie pour les études paléoenvironnementales Maturation artificielle A suivre… utilisation de ces données paléochimiotaxonomiques pour résoudre des problèmes de paléobotanique Araucaria- ceae Conclusion

16 Merci de votre attention
Détermination de la signature moléculaire des conifères fossiles par la maturation artificielle de leurs homologues actuels Yueming LU Yann HAUTEVELLE Raymond MICHELS

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19 Distribution géographique des conifères
Araucariaceae Podocarpaceae Pinaceae Taxaceae Les cartes nous montrent qu'il y a une distribution géographique bien particulière pour chaque famille de conifère. Et derrière cette carte, ces distribution géographique associent ainsi à des certaines ceintures climatique distinctes pour chaque famille de conifère. Cupressaceae Sciadopityaceae