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Sang chaud ou froid : la géochimie isotopique appliquée aux dinosaures

Dossier - L'oxygène, mémoire de la vie des dinosaures
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Les dinosaures n'étaient pas des reptiles à sang froid. Ils n'étaient pas non plus exclusivement terrestres. Enfin, certains d'entre eux vivaient sous des climats particulièrement froids et ont très probablement admiré leur territoire couvert de neige en hiver. C'est ce que nous apprend la géochimie isotopique car l'oxygène est, en quelque sorte, la mémoire de la vie des dinosaures…

  
DossiersL'oxygène, mémoire de la vie des dinosaures
 

La géochimie isotopique est appliquée depuis les années 1980 aux mammifères fossiles. Ce n'est que depuis les années 1990 qu'elle est utilisée pour mieux comprendre les traits de vie et la biologie des reptiles, en particulier ceux des dinosaures. Des questions, autrefois restées en suspens à cause du manque d'éléments, ont ainsi pu trouver une réponse grâce aux isotopes stables, notamment celle de savoir si les dinosaures étaient à sang chaud ou à sang froid !

Il s'agit peut-être d'une des questions les plus fameuses et les plus anciennes que se soient posées les paléontologues concernant les dinosaures : ces fascinantes créatures étaient-elles des animaux à sang chaud ou à sang froid ?

La géochimie isotopique peut être appliquée aux dinosaures. Ici, Bambiraptor, un petit dinosaure dromaeosauridé de la fin du Crétacé qui vécut aux États-Unis.© Thesupermat, CC by-sa 3.0

La géochimie isotopique peut être appliquée aux dinosaures. Ici, Bambiraptor, un petit dinosaure dromaeosauridé de la fin du Crétacé qui vécut aux États-Unis.© Thesupermat, CC by-sa 3.0

Les dinosaures avaient-ils le sang chaud ou froid ?

Les dinosaures sont des vertébrés qui combinent des caractéristiques anatomiques de reptiles et d'oiseaux :

  • Les reptiles actuels sont des animaux à sang froid, c'est-à-dire qu'ils sont incapables de produire suffisamment de chaleur par métabolisme pour maintenir leur corps à une température d'activité confortable (on dit qu'ils sont ectothermes) ; ils ont leur température corporelle qui fluctue en fonction de celle de leur environnement (on dit qu'ils sont poïkilothermes).

  • Les oiseaux, quant à eux, sont à sang chaud, c'est-à-dire endothermes (ils produisent leur chaleur corporelle par métabolisme) et homéothermes (ils maintiennent leur corps autour de 37 °C).

La question du statut thermophysiologique de ces créatures mi-reptiles mi-oiseaux que sont les dinosaures s'est donc très rapidement posée et restait encore non résolue il y a quelques années.

Collecte de restes de dinosaures et autres reptiles dans un gisement du Crétacé inférieur du Guangxi (sud de la Chine). © Romain Amiot, DR

Collecte de restes de dinosaures et autres reptiles dans un gisement du Crétacé inférieur du Guangxi (sud de la Chine). © Romain Amiot, DR

Utilisation de la géothermie isotopique

La première tentative de résolution du problème de la thermorégulation des dinosaures en utilisant la géochimie isotopique date de 1994. Deux Américains avaient analysé la composition isotopique moyenne de l'oxygène (c'est-à-dire l'abondance relative entre les deux isotopes 18O et 16O que l'on note δ18O) de différents os d'un même individu de l'espèce Tyrannosaurus rex.

Selon eux, comme la température corporelle d'un animal à sang froid est influencée par celle de son environnement, ses extrémités, que sont la queue et les membres, devraient être plus froides que le tronc, plus massif et qui conserve donc mieux la chaleur accumulée. En revanche, dans le cas d'un animal à sang chaud, tout le corps devrait avoir la même température.

Les faibles écarts de température qu'ils avaient calculés entre les os des membres et du tronc leur ont permis de conclure que le T-rex était un animal à sang chaud. Toutefois, d'autres études ont montré que, sous des climats suffisamment chauds, les écarts de températures entre les extrémités et le centre des animaux à sang froid étaient également faibles (c'est le cas d'une étude en 2001 réalisée sur des alligators du Mississippi). De tels résultats ont donc remis en question l'applicabilité d'une telle méthode.

L'endothermie des dinosaures

En 2000 et en 2006, une nouvelle méthode a été mise au point et utilisée pour tenter de savoir si les dinosaures avaient le sang chaud ou froid. Elle consistait, cette fois, à comparer les valeurs moyennes de δ18O de l'apatite de dinosaures avec celles de restes de crocodiles et tortues provenant de gisements d'âges et paléolatitudes variés.

Illustration de l'écart observé entre le δ18O des dinosaures et celui des crocodiles et tortues, comparé à celui existant entre les endothermes et ectothermes actuels. © Romain Amiot, DR

Illustration de l'écart observé entre le δ18O des dinosaures et celui des crocodiles et tortues, comparé à celui existant entre les endothermes et ectothermes actuels. © Romain Amiot, DR

Partant du principe qu'un animal à sang chaud garde sa température constante quelle que soit la température de son environnement (et donc quelle que soit la latitude où il vit), alors qu'un animal à sang froid voit sa température corporelle varier avec celle de son milieu, il était attendu que les différences de températures corporelles entre endothermes et ectothermes se traduiraient par des différences de δ18O de leur apatite.

De telles différences ont effectivement été observées entre dinosaures et reptiles à sang froid (crocodiles et tortues), montrant ainsi que les dinosaures analysés étaient très certainement à sang chaud, maintenant leur température constante autour de 37 °C quelle qu'ait été celle de leur milieu de vie. Cette découverte s'est ajoutée à un faisceau d'arguments en faveur de l'endothermie des dinosaures qui, maintenant, fait quasiment l'unanimité au sein de la communauté scientifique.

Lire aussi à ce sujet : Les dinosaures avaient-ils le sang chaud ? Juste un peu…