La paléontologie est un vaste domaine d’étude qui s’intéresse à l’histoire de la vie sur Terre. Les paléontologues étudient les fossiles, qui sont les restes matériels (os, dents, coquilles) ou les traces (physiques ou chimiques) d’organismes anciens.
On connaît des fossiles d’organismes unicellulaires dans des roches vieilles d’environ 3,5 milliards d’années, et des traces chimiques de vie (isotopes de carbone d’origine biologique présumée) pourraient remonter encore plus loin dans le temps. Il est indéniable que le registre fossile est une archive incomplète de l’histoire de la vie, et cela est particulièrement vrai pour les organismes qui se conservent mal, comme les vers à corps mou et les méduses. Cependant, la qualité des archives fossiles est étonnamment bonne pour les animaux dont le squelette est durable, comme les brachiopodes, les trilobites, les mollusques et les vertébrés.
De nombreux sous-domaines sont regroupés sous la rubrique générale de la paléontologie. La majorité des paléontologues modernes concentrent leurs efforts sur la description des fossiles et le déchiffrage de l’histoire de l’évolution, ou phylogénie. Ces « paléobiologistes » ont tendance à se spécialiser dans des groupes particuliers d’organismes fossiles, tels que les procaryotes ou les eucaryotes unicellulaires, les plantes, les invertébrés ou les vertébrés. Grâce à leurs efforts, les scientifiques parviennent à mieux comprendre l’évolution et la diversification de la vie au fil du temps. Les scientifiques acquièrent également une meilleure appréciation du processus d’évolution, car les fossiles constituent l’enregistrement à long terme de l’évolution en action. En effet, les modes proposés de changement évolutif, tels que le gradualisme phylétique et l’équilibre ponctué , sont basés sur des modèles dérivés directement du registre fossile.
Une autre branche active de la recherche paléontologique est la paléoécologie, qui est l’étude des relations et des interactions entre les organismes fossiles et leurs paléoenvironnements. Les paléontologues engagés dans la recherche paléoécologique peuvent concentrer leurs efforts sur un seul taxon . Par exemple, un paléontologue peut choisir d’étudier les activités prédatrices d’un escargot fossile particulier en suivant les traces distinctives de sa prédation (perforations) dans les coquilles de bivalves fossiles associées. Un autre paléontologue peut examiner les feuilles et les tissus ligneux fossilisés d’arbres anciens afin d’identifier les traces diagnostiques d’un insecte fossile qui vivait dans les tissus de la plante disparue. Un autre encore peut étudier le contenu de fèces fossilisées (appelées coprolithes) afin de déchiffrer les préférences alimentaires et les capacités digestives d’une espèce disparue de dinosaure. À plus grande échelle, les paléontologues peuvent choisir de suivre les changements écologiques de communautés entières au fil du temps. Un excellent exemple de ce type de recherche paléoécologique serait l’analyse des anciennes communautés végétales en réponse à un changement climatique à long terme.
Un autre domaine contemporain de la recherche paléontologique est la taphonomie, qui est l’étude de la façon dont les restes organiques sont incorporés dans les archives rocheuses. Les analyses taphonomiques se concentrent sur l’histoire post-mortem des restes biologiques, comme la décomposition, la désarticulation (séparation des parties du corps), le transport (peut-être hors de l’habitat de vie) et l’enfouissement. Les études taphonomiques peuvent révéler des tendances et des biais importants dans les archives fossiles, qui doivent être reconnus afin de produire des reconstitutions paléoécologiques et évolutives précises. Au niveau le plus élémentaire, la taphonomie souligne que la rareté des créatures à corps mou dans le registre fossile n’est pas due à la rareté des organismes originaux, mais à la mauvaise conservation des parties molles du corps.
Enfin, de nombreux paléontologues sont aujourd’hui engagés dans des recherches directement liées au phénomène d’extinction massive, qui est malheureusement aussi un problème environnemental contemporain. En suivant les traces de l’extinction à travers le temps, les paléontologues peuvent fournir des informations uniques sur les agents potentiels qui provoquent la décimation d’écosystèmes entiers à l’échelle mondiale, tels que les impacts extraterrestres. Ils peuvent également se faire une idée du moment et de la nature de la récupération biotique après des événements d’extinction majeurs.