Le fossile de l'Archéoptéryx conservé au musée de Munich. © ESRF, Pascal Goetgheluck

Sciences

L'archéoptéryx battait des ailes, affirment les rayons X

ActualitéClassé sous :physique , paléontologie , Archeopteryx

Une équipe internationale de chercheurs européens vient probablement de trancher un vieux débat concernant le vol pratiqué par l'archéoptéryx, ce dinosaure-oiseau avec des plumes mais également des dents. La structure de ses os examinée par rayons X au synchrotron européen de Grenoble ne semble s'accorder qu'avec une pratique du vol battu, bien qu'occasionnelle et certainement différente de celle des oiseaux modernes.

Interview : les oiseaux sont-ils les derniers descendants des dinosaures ?  Avec les multiples découvertes de dinosaures à plumes en Chine, se pose la question du lien avec les oiseaux. Ces derniers pourraient-ils être les descendants de ces créatures disparues ? Futura-Sciences a interviewé Éric Buffetaut, paléontologue, afin d’en savoir plus sur la question. 

C'est le reste fossilisé d'une simple plume qui a fait entrer pour la première fois le nom Archaeopteryx, c'est-à-dire « aile antique » en grec ancien, dans le monde de la paléontologie. C'était en 1860 et il provenait des couches de calcaire lithographique de la région autour de la ville de Solnhofen, en Bavière. Le premier squelette de cet oiseau avec des dents, d'une longueur d'environ 60 cm et qui vivait il y a environ 150 millions d'années à la fin du Jurassique dans une région qui ressemblait à un archipel tropical, fut, lui, découvert l'année suivante, dans les mêmes couches mais sur la commune de Langenaltheim, également en Moyenne-Franconie et voisine de Solnhofen.

Il se retrouva rapidement au Musée d'histoire naturelle de Londres et fut notamment étudié dans les années qui suivirent par le célèbre paléontologue Richard Owen à qui l'on doit le mot dinosaure et l'identification de ce groupe d'animaux. La découverte ne passa pas inaperçue car elle survenait deux ans après la publication par Charles Darwin de son célèbre ouvrage L'Origine des espèces. Darwin, puis le célèbre biologiste Thomas Huxley, ne se privèrent pas, bien sûr, d'interpréter les fossiles de l'archéoptéryx (sa dénomination française) comme ceux d'une forme de transition entre les reptiles et les oiseaux, apportant un argument de plus en faveur de la théorie de l'évolution alors naissante au XIXe siècle.

Une présentation de synchrotron européen de Grenoble, l'ESRF. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © ESRFsynchrotron

Archéoptéryx, un dinosaure qui volait en battant des ailes ?

Huxley finit même par avancer en 1868 que l'archéoptéryx avait évolué à partir des dinosaures. Mais Owen ne fut pas d'accord, ainsi que d'autres chercheurs, malgré les parentés révélées par l'anatomie comparée. L'une des raisons de l'hostilité des paléontologues était que le vol battu nécessitant un métabolisme très énergétique, l'apparition des oiseaux ne devait pouvoir être possible que dans un groupe d'animaux à sang chaud. Ce qui n'était pas compatible avec l'image prévalente à l'époque des dinosaures, des animaux à sang froid et peu actifs.

Il a fallu attendre les travaux de John Ostrom au XXe siècle pour que les paléontologues prennent plus au sérieux la possibilité que les dinosaures aient pu être des animaux à sang chaud. La découverte en Chine des « dinoiseaux » (dino-birds, en anglais) à partir des années 1995 allait battre en brèche les arguments des opposants à la thèse de Huxley, et aujourd'hui des fossiles de dinosaures à plumes comme le caudiptéryx sont bien connus.

Reste que l'archéoptéryx demeure très mystérieux, tout comme l'apparition du vol chez les dinosaures. Les fossiles connus sont pourtant bien conservés car ils ont tous été récoltés dans les calcaires de Solnhofen, appartenant à un dépôt sédimentaire appelé Lagerstätte (en allemand, littéralement, lieu de stockage, faisant au pluriel Lagerstätten) et qui fait même partie des Konservat-Lagerstätten (Lagerstätten de conservation), connus pour l'excellente préservation des empreintes des parties molles (le grain du calcaire de Solnhofen est si fin et les conditions d'enfouissement étaient si rapides que l'on y trouve même des empreintes fossilisées de méduses). Toutefois, il n'existe qu'une petite dizaine de fossiles.

Depuis des décennies, le débat fait rage pour déterminer si archéoptéryx était capable de voler. Se contentait-il de courir comme les autruches ? S'il volait, son vol était-il plané ou battu ? L'anatomie de la fixation de ses ailes laisse entendre qu'il ne pouvait pratiquer un vol battu semblable à celui des oiseaux modernes.

Le spécimen d'archéoptéryx du musée de Munich à la ligne de faisceau ID19 à l'ESRF. La plaque de calcaire a été montée sur un étage d'échantillonnage rotatif et est orientée en pointant sur le crâne des lasers. Le faisceau de rayons X, venant de la droite de l'image, traverse l'échantillon et arrive au détecteur (visible à gauche) où une caméra enregistre le signal. © Pascal Goetgheluck

Des os d'archéoptéryx examinés par microtomographie synchrotron

Les paléontologues modernes disposent heureusement d'outils de plus en plus performants qui leur permettent de répondre à des questions que leurs collègues des autres âges n'avaient pas. Ils ne pouvaient s'appuyer en quelque sorte que sur une anatomie comparée rudimentaire héritée de Cuvier.

Tout récemment, une bonne illustration a été donnée par une équipe internationale de chercheurs de l'Université de Palacký, (République Tchèque), du CNRS et de Sorbonne Université, de l'université d'Uppsala (Suède) et du musée de Solnhofen qui vient de publier les résultats de ses travaux dans un article de Nature Communications. Ils ont été menés grâce à l'une des lignes de lumière dans le domaine des rayons X disponibles au synchrotron européen de Grenoble, l'ESRF.

Avec ces faisceaux de rayons X, il est possible d'étudier la structure en 3D de fossiles de manière non invasive et avec une bonne résolution. Lorsque peu de fossiles sont connus, il n'est en effet pas question de prélever des échantillons pour les étudier, ce qui bien sûr les endommagerait, privant au passage les paléontologues d'informations potentiellement précieuses.

Dans le cas présent, les chercheurs ont utilisé la microtomographie synchrotron, une technique développée à l'ESRF, sur trois des onze restes fossilisés connus d'archéoptéryx. Grâce à l'ordinateur, ils ont pu reconstituer les caractéristiques des os au niveau de la partie médiane des ailes de l'animal et en tirer, par le calcul, la résistance à la torsion lors d'un effort mécanique. Les données obtenues ont été comparées à celles concernant 55 oiseaux modernes qui permettaient déjà de dériver des informations précieuses de façon statistique sur la biomécanique du vol battu.

La conclusion est tombée : les caractéristiques des os d'archéoptéryx s'expliquent si celui-ci pratiquait effectivement le vol battu mais pas à la façon des oiseaux modernes, sans doute brièvement et sur de courtes de distances, par exemple pour échapper à un prédateur (un peu comme les faisans), ou pour se rendre d'île en île.

Une représentation possible de l'archéoptéryx en vol, en fonction des nouvelles données obtenues à l'ESRF. © Jana Růžičková
  • Les fossiles d'archéoptéryx ont rapidement fait sensation lorsqu'ils ont commencé à être découverts à partir de 1860 car ils apportaient une preuve de la théorie de l'évolution de Darwin en montrant une transition entre reptiles et oiseaux.
  • Malheureusement seulement 11 fossiles ont été découverts dans les calcaires de Solnhofen en Bavière, rendant jusqu'ici difficile de conclure sur le type de vol que pratiquait l'archéoptéryx.
  • Une technique de microtomographie avec des rayons X disponible au synchrotron européen de Grenoble vient d'établir que la structure des os de ses ailes permettait le vol battu mais occasionnel et selon un mode différent de celui des oiseaux modernes.
Pour en savoir plus

Un archéoptéryx scanné aux rayons X

Article de Laurent Sacco publié le 27 février 2009

En son temps, la découverte de l'archéoptéryx dans les strates de calcaire lithographique de Solnhofen, avait grandement aidé à l'adoption de la théorie de l'évolution par la communauté scientifique. L'un des dix fossiles connus de cet ancêtre des oiseaux vient d'être examiné à l'aide d'une nouvelle technique, la fluorescence X.

Il y a 150 millions d'années, les Alpes n'existaient pas et des régions comme celles de la Bavière en Allemagne et du Bugey en France étaient occupées par une mer chaude et peu profonde. Des îles formaient çà et là des archipels, avec des lagunes et des lagons.

Dans l'un d'entre eux, le cadavre de ce qui allait être connu plus tard comme un archéoptéryx allait se déposer sur un fond de boues calcaires très fines, produit par la bio-érosion et les poissons brouteurs de corail. Une nouvelle couche n'allait pas tarder à recouvrir le cadavre à l'occasion d'une grande tempête, l'isolant des charognards et de l'action destructrice de l'oxygène. C'est ainsi qu'il fut retrouvé au XIXe dans la carrière de calcaire lithographique de Solnhofen en Bavière.

Les fossiles de Solnhofen sont connus dans le monde entier pour leur extraordinaire richesse et la finesse des détails des fossiles de plantes et d'animaux. On peut s'en faire une idée en allant visiter le petit musée de Cerin-Marchamp. La carrière de calcaire lithographique proche y a été l'objet de fouilles paléoécologiques pendant plus de 15 ans, entre autre parce que la lagune qui s'y trouvait à l'époque du Kimmeridgien, au Jurassique, était similaire au lagon de Solnhofen. On pouvait donc espérer y trouver un nouveau fossile d'archéoptéryx.

Cliquer pour agrandir. L'exemplaire d'archéoptéryx du Wyoming Dinosaur Center. © SLAC National Accelerator Laboratory

Ces derniers sont en effet fort rares et l'un des dix seuls exemplaires connus est la propriété du Wyoming Dinosaur Center (WDC), un musée paléontologique célèbre de la ville de Thermopolis, pas très loin du mythique Yellowstone. Autant dire que l'on sait peu de chose sur ces animaux qui illustrent si bien la théorie de l'évolution.

On aimerait bien en savoir plus et c'est désormais possible grâce aux puissantes sources de rayons X que constituent les synchrotrons de par le monde. C'est pourquoi l'exemplaire du WDC a été conduit en Californie, escorté par des paléontologues, pour le mettre temporairement entre les mains des physiciens du SLAC's Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL).

Comme l'explique cette vidéo, en utilisant des faisceaux de rayons X très fins et à courtes longueurs d'onde, il est possible de provoquer dans le fossile un effet dit de fluorescence X. Une partie des atomes qui constituaient les tissus mous des fossiles sont toujours présents dans la roche et, en les excitant par rayons X (jaune sur le schéma de la vidéo) pour qu'ils émettent de la lumière par fluorescence (les trois faisceaux secondaires de la vidéo), il est possible de déterminer la nature chimique de ces atomes mais aussi de reconstituer une image de la forme de l'animal. L'effet est particulièrement frappant avec l'exemple du calmar dont on distingue maintenant les tentacules.

Le paléontologue Peter Larson préparant le fossile d'archéoptéryx pour l'examen. © SLAC National Accelerator Laboratory

Comme le montrent les photos, les paléontologues Peter Larson et Sam Farrar ont installé la plaque de calcaire lithographique de 40 cm sur 40 cm contenant le fossile d'archéoptéryx du WDC dans une chambre emplie d'hélium gazeux. Il a ensuite été soumis aux faisceaux de rayons X. Les analyses sont en cours et l'on ne devrait pas tarder à en savoir plus. Gageons que l'on découvrira quelques surprises, notamment sur les plumes de cet animal.

Abonnez-vous à la lettre d'information La quotidienne : nos dernières actualités du jour.

!

Merci pour votre inscription.
Heureux de vous compter parmi nos lecteurs !