C’est au moment de l’extinction de masse Permien-Trias, il y a 252 millions d’années, que les mammifères et les oiseaux ont évolué pour avoir le sang chaud. © Papa Bravo, Adobe Stock
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Nous devons notre sang chaud à la plus grande extinction de masse

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L'extinction de masse survenue il y a 252 millions d'années n'a laissé que peu de survivants sur Terre. Et ceux qui sont restés ont dû se battre pour la vie. Parmi eux, les ancêtres des mammifères et des oiseaux qui ont trouvé comme solution de passer au sang chaud.

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Il y a 252 millions d'années, la Terre se relevait doucement d'une extinction de masse sans précédent. De la perte de près de 90 % des formes de vie qui la peuplaient alors. Des chercheurs de l’université de Bristol (Royaume-Uni) nous apprennent aujourd'hui que c'est à ce moment-là que les ancêtres des mammifères -- nos très lointains ancêtres -- et des oiseaux ont acquis leur sang chaud. Une caractéristique souvent considérée comme la raison du succès de ces classes d'animaux.

Les scientifiques avaient déjà identifié des signes d'endothermie chez ces survivants de la plus importante extinction de masse qu'a connu notre planète : des preuves de diaphragmes et d'éventuelles moustaches chez les synapsides, un groupe de tétrapodes qui inclut les mammifères. Plus récemment, ce sont des preuves de l'origine précoce des plumes chez les ancêtres des dinosaures et des oiseaux qui ont été mises à jour. Et tant chez les synapsides et que chez les archosaures du Trias, la structure osseuse présente des caractéristiques de sang chaud.

Et puis, les chercheurs ont découvert un indice fort de cette origine soudaine de sang chaud chez les synapsides et les archosaures exactement au moment de l'extinction de masse du Permien-Trias. Tous les tétrapodes, de taille moyenne ou grande, sont passés de la posture tentaculaire à la posture droite à la limite du Permien-Trias. Un changement de posture qui, au lieu de s'étaler sur des dizaines de millions d'années comme cela avait été suggéré, s'est produit instantanément.

Ce diagramme montre l’évolution des principaux groupes à travers le Trias. L’échelle du bleu au rouge est une mesure du degré de sang chaud reconstruit en fonction de différents indicateurs de la structure osseuse et de l’anatomie. © Mike Benton, Université de Bristol ; les images d’animaux sont de Nobu Tamura, Wikimedia

Le sang chaud pour survivre

« Les amphibiens et les reptiles modernes tiennent leurs membres en partie sur le côté. Les oiseaux et les mammifères ont des postures dressées, avec des membres immédiatement sous leur corps. Cela leur permet de courir plus vite et surtout plus loin. Il y a de grands avantages à se tenir debout et à avoir le sang chaud. Il y a aussi un coût. Les endothermes doivent manger beaucoup plus que les animaux à sang froid juste pour contrôler leur température interne », explique Mike Benton, paléontologue, dans un communiqué de l’université de Bristol.

Une « course aux armements » de l’évolution s’est jouée il y a 252 millions d’années

Ainsi, il y a environ 250 millions d'années, une sorte de « course aux armements » de l'évolution s'est jouée sur la Terre. Dans une situation particulière de forte concurrence entre prédateurs et proies. Aujourd'hui, les animaux à sang chaud peuvent vivre partout sur Terre, même dans les zones froides. Ils restent actifs la nuit. Ils font également preuve de soins parentaux intensifs, nourrissent leurs bébés et leur apprennent des comportements complexes et intelligents. Ces adaptations ont donné aux oiseaux et aux mammifères l'avantage sur les amphibiens et les reptiles et leur ont permis de dominer dans la plupart des régions du monde.

« Le Trias a été une période remarquable dans l'histoire de la vie sur Terre. Cette révolution dans les écosystèmes a été déclenchée par les origines indépendantes de l'endothermie chez les oiseaux et les mammifères. Mais jusqu'à récemment, nous ne savions pas que ces deux événements étaient coordonnés. Cela s'est produit parce que seul un petit nombre d'espèces ont survécu à l'extinction de masse du Permien-Trias. Parce que quelques-uns des survivants étaient déjà endothermiques de manière primitive, tous les autres ont dû devenir endothermiques pour survivre dans ce nouveau monde », conclut Mike Benton.

Pour en savoir plus

Les animaux à sang chaud sont apparus il y a 250 millions d'années

Depuis quand a-t-on le sang chaud ? L'âge d'apparition de ce caractère chez les ancêtres des mammifères était jusque-là débattu. Des analyses de datation menées sur 90 fossiles ont montré que les espèces à sang chaud sont apparues dans notre lignée au cours du Permien supérieur, il y a 259 à 252 millions d'années. Ce caractère nouveau aurait d'ailleurs favorisé leur survie lors de l'extinction du Permien-Trias, il y a 252 millions d'années.

Article du CNRS paru le 19/07/2017

Les animaux à sang chaud sont apparus il y a 250 millions d'années. Ici, représentation de Lystrosaurus murray. © Rtrifunovski via Dinopedia

Aujourd'hui, seuls les oiseaux et les mammifères sont à la fois capables de produire leur chaleur corporelle (on parle d'endothermie) et de la maintenir à une température élevée et constante (c'est l'homéothermie). La combinaison de ces deux caractéristiques, l'endo-homéothermie, est apparue au sein des thérapsides, ancêtres reptiliens des mammifères. Il y a 270 à 252 millions d'années, les thérapsides formaient six sous-groupes dont l'un d'eux, les cynodontes, a donné les mammifères.

Des chercheurs ont rassemblé 90 fossiles découverts en Afrique du Sud, au Lesotho, au Maroc et en Chine, dont 63 de thérapsides appartenant à 22 espèces différentes, afin d'en étudier la composition isotopique de l'oxygène. Les deux isotopes stables 16O et 18O sont en effet incorporés différemment dans les os et les dents en fonction du métabolisme des animaux. Ainsi, un animal à sang chaud aura une composition isotopique distincte d'un autre à sang froid partageant le même environnement.

Crâne du thérapside cynodonte Diademodon sp. provenant du Trias moyen d’Afrique du Sud. © Kévin Rey

Comment ces animaux ont-ils survécu à l’extinction du Permien-Trias ?

Les différences de composition isotopique entre certains thérapsides et d'autres espèces contemporaines ont révélé que huit espèces, issues de deux lignées différentes de thérapsides, étaient déjà endo-homéothermes quelques millions d'années avant l'extinction du Permien-Trias. L'une d'entre elles, les dicynodontes, est maintenant éteinte, mais la seconde, les cynodontes, a donné les mammifères. Toutes deux ont survécu à l'extinction d'il y a 252 millions d'années, alors que 75 % des espèces terrestres ont péri. La clé de leur résistance aux changements climatiques brutaux pourrait résider dans leur endo-homéothermie.

Ces travaux, menés au sein d'une collaboration internationale, viennent de paraître dans la revue eLife. Ils impliquent le Laboratoire de géologie de Lyon : Terre, planètes et environnement (CNRS, ENS de Lyon, université Claude-Bernard Lyon 1), le Laboratoire d'écologie des systèmes naturels anthropisés (CNRS, université Claude-Bernard Lyon 1, ENTPE), le Laboratoire de physique du globe de Paris (CNRS, IPGP, université Paris-Diderot), le Centre de recherches en paléobiodiversité et paléoenvironnements (CNRS, MNHN, UPMC), l'université sud-africaine du Witwatersrand ainsi que l'Académie chinoise des sciences.

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