Dans une pinède du nord-est de la Chine rurale, une pente de schiste aride regorge de restes de créatures disparues datant d'il y a 125 millions d'années, lorsque cette partie de la province de Liaoning était recouverte de lacs d'eau douce. Les éruptions volcaniques convulsaient régulièrement la région à l'époque, ensevelissant d'innombrables millions de reptiles, poissons, escargots et insectes dans les cendres. Je marche avec précaution dans la myriade de fossiles, ramasse une dalle de schiste légèrement plus grosse que ma main et frappe son bord avec un marteau de pierre. Une couture divise en deux un poisson de couleur rousse, produisant des empreintes de nageoires délicates et d'os aussi fins que des poils humains.
Contenu connexe
- Où les dinosaures erraient
- Dinosaur Shocker
L'un des paléontologues vedettes de la Chine, Zhou Zhonghe, sourit. "Endroit incroyable, n'est-ce pas?" il dit.
C'est en 1995 que Zhou et ses collègues ont annoncé la découverte d'un fossile de cette zone de désastre préhistorique qui annonçait un nouvel âge de la paléontologie. Le fossile était un oiseau primitif de la taille d'un corbeau, asphyxié par les émanations volcaniques alors qu'il survolait les lacs il y a des millions d'années. Ils ont nommé la nouvelle espèce Confuciusornis, d'après le philosophe chinois.
Jusque-là, seule une poignée de fossiles d'oiseaux préhistoriques avait été exhumée dans le monde entier. Cela est dû en partie au fait que les oiseaux, à l’époque comme aujourd’hui, étaient beaucoup moins répandus que les poissons et les invertébrés et en partie parce qu’ils évitaient plus facilement les coulées de boue, les gouffres, les éruptions volcaniques et d’autres phénomènes géologiques qui capturaient les animaux et en conservaient les traces au fil des siècles. Les scientifiques ont localisé seulement dix squelettes fossilisés du premier oiseau connu, Archaeopteryx, qui vivaient à la fin du jurassique, il y a environ 145 millions d'années.
Zhou, qui travaille à l'Institut de paléontologie et de paléoanthropologie des vertébrés (IVPP) de l'Académie des sciences de Chine à Beijing, a estimé que les extraordinaires couches d'os de Liaoning pourraient combler certaines des nombreuses lacunes dans les archives fossiles des plus anciens oiseaux. Il n'aurait pas pu être plus prophétique. Au cours des 15 dernières années, des milliers d'oiseaux fossiles conservés de manière exquise ont émergé de l'ancien lit du lac, appelé Formation de Yixian. La région a également produit d’excellents spécimens de dinosaures, comme jamais auparavant. En conséquence, la Chine a été la clé pour résoudre l’une des plus grandes questions de la science des dinosaures au cours des 150 dernières années: la véritable relation entre les oiseaux et les dinosaures.
L'idée que les oiseaux - le groupe le plus diversifié de vertébrés terrestres, avec près de 10 000 espèces vivantes - descendant directement des dinosaures n'est pas nouvelle. Il a été soulevé par le biologiste anglais Thomas Henry Huxley dans son traité de 1870 intitulé " Une preuve supplémentaire de l'affinité entre les reptiles et les oiseaux dinosaures" . Huxley, un anatomiste de renom reconnu pour sa défense ardente de la théorie de l'évolution de Charles Darwin, ne voit guère de différence entre la structure osseuse de Compsognathus, un dinosaure pas plus gros qu'une dinde, et Archaeopteryx, découvert en Allemagne et décrit en 1861. Quand Huxley a examiné les autruches et d'autres oiseaux modernes, il a vu de petits dinosaures. Si les os de la jambe d'un poulet étaient agrandis et fossilisés, il n'y aurait rien dans leurs caractères qui nous empêcherait de les référer à Dinosauria . "
Néanmoins, au fil des décennies, les chercheurs qui doutaient du lien dinosaure-oiseau ont également présenté de bons arguments anatomiques. Ils ont dit que les dinosaures n'avaient pas un certain nombre de caractéristiques distinctement aviaires, y compris des triangles, ou des clavicules soudés; des os criblés de poches d'air; articulations flexibles du poignet; et pieds à trois doigts. De plus, le lien proposé semblait aller à l'encontre de ce que tout le monde pensait savoir: les oiseaux sont de petits esprits intelligents, rapides, au sang chaud, alors que les dinosaures - du grec pour "lézard terriblement terrible" - étaient des créatures sanglantes, ternes, qui marchaient, semblables à des reptiles .
À la fin des années 1960, un squelette de dinosaure fossilisé du Montana a commencé à saper cette hypothèse. Deinonychus, ou "terrible griffe" après le talon en forme de faucille sur chaque pied arrière, se dressait à environ 11 pieds de la tête à la queue et était un prédateur souple. De plus, sa structure osseuse était similaire à celle d' Archaeopteryx . Bientôt, les scientifiques rassemblaient d'autres preuves physiques intrigantes, découvrant que les clavicules fusionnés étaient courants chez les dinosaures. Les os Deinonychus et Velociraptor avaient des poches d’air et des articulations flexibles du poignet. Les traits des dinosaures étaient de plus en plus semblables à ceux des oiseaux. "Toutes ces choses ont été retirées de la définition d'être un oiseau", déclare le paléontologue Matthew Carrano du Musée national d'histoire naturelle de Smithsonian.
Mais il y avait une caractéristique importante qui n’avait pas été trouvée chez les dinosaures, et peu d’experts seraient tout à fait d’affirmer que les mésanges et les tricératops étaient des parents jusqu’à ce qu’ils aient la preuve de ce chaînon anatomique manquant: les plumes.
Un pauvre fermier chinois, Li Yingfang, a découvert l'une des plus grandes découvertes de fossiles de tous les temps, en août 1996 dans le village de Sihetun, à une heure de route du site où j'avais prospecté pour trouver des poissons fossiles. "Je creusais des trous pour planter des arbres", se souvient Li, qui occupe maintenant un emploi à plein temps dans un musée des dinosaures construit sur ce site même. D'un trou, il a déterré une dalle de schiste de deux pieds de long. Un chasseur de fossiles expérimenté, Li fendit la dalle et vit une créature différente de toutes celles qu'il avait vues. Le squelette avait un crâne d'oiseau, une longue queue et des impressions de ce qui semblait être des structures ressemblant à des plumes.
En raison des plumes, Ji Qiang, alors directeur du Musée géologique national, qui a acheté l'une des dalles de Li, a supposé qu'il s'agissait d'une nouvelle espèce d'oiseau primitif. Mais d'autres paléontologues chinois étaient convaincus qu'il s'agissait d'un dinosaure.
Lors d’une visite à Beijing en octobre, Philip Currie, un paléontologue de l’Université de l’Alberta, a vu le spécimen et s’est rendu compte qu’il renverserait la paléontologie. Le mois suivant, Currie, une main de longue date de Chine, en a montré une photo à ses collègues lors de la réunion annuelle de la Society of Vertebrate Paleontology. La photo a volé la vedette. «C’était un tel fossile», se souvient le paléontologue Hans-Dieter Sues du Muséum national d’histoire naturelle. "Sensationnel." Les paléontologues occidentaux firent bientôt un pèlerinage à Pékin pour voir le fossile. "Ils sont revenus étourdis", dit Sues.
Malgré les plumes, le squelette ne laissait aucun doute sur le fait que la nouvelle espèce, nommée Sinosauropteryx, signifiant "aile de lézard chinois", était un dinosaure. Il vivait il y a environ 125 millions d'années, basé sur la datation des éléments radioactifs dans les sédiments qui enveloppaient le fossile. Ses filaments tégumentaires - de longues structures minces dépassant de sa peau écailleuse - ont convaincu la plupart des paléontologues que cet animal était le premier dinosaure à plumes jamais découvert. Une douzaine de dinosaures avec des filaments ou des plumes ont depuis été découverts sur ce site.
En analysant des spécimens en provenance de Chine, les paléontologues ont comblé des lacunes dans les archives fossiles et retracé les relations évolutives entre divers dinosaures. Les fossiles ont finalement confirmé, à quelques rares sceptiques, que les oiseaux descendent des dinosaures et sont les représentants vivants d'une lignée de dinosaures appelée les Maniraptorans.
La plupart des dinosaures ne faisaient pas partie de la lignée qui a donné naissance aux oiseaux; ils occupaient d'autres branches de l'arbre généalogique des dinosaures. En fait, Sinosauropteryx était ce que les paléontologues appellent un dinosaure non aviaire, même s'il avait des plumes. Cette idée a poussé les paléontologues à revoir leur vision des autres dinosaures non-aviaires, tels que le fameux mangeur de viande Velociraptor et même certains membres du groupe des tyrannosaures. Eux aussi étaient probablement ornés de plumes.
L'abondance de fossiles à plumes a permis aux paléontologues d'examiner une question fondamentale: pourquoi les plumes ont-elles évolué? Aujourd'hui, il est clair que les plumes remplissent de nombreuses fonctions: elles aident les oiseaux à conserver la chaleur de leur corps, à repousser l'eau et à attirer un partenaire. Et bien sûr, ils facilitent le vol - mais pas toujours, comme le démontrent les autruches et les manchots, qui ont des plumes mais ne volent pas. De nombreux dinosaures à plumes n'avaient pas d'ailes ou étaient trop lourds, par rapport à la longueur de leurs membres à plumes, pour voler.
Décrypter comment les plumes se sont transformées au cours des âges, de fibres minces à des instruments de vol délicats, permettrait de mieux comprendre la transition des dinosaures en oiseaux, et comment la sélection naturelle a forgé ce trait complexe. Peu de scientifiques connaissent plus intimement les anciennes plumes que le Xu Xing d'IVPP. Il a découvert 40 espèces de dinosaures - plus que tout autre scientifique vivant - de toute la Chine. Son bureau à l'IVPP, en face du zoo de Beijing, est encombré de fossiles et de moulages.
Xu envisage l'évolution des plumes comme un processus incrémental. Les plumes dans leur forme la plus primitive étaient des filaments simples, ressemblant à des piquants, qui sortaient de la peau reptilienne. Ces structures simples remontent à longtemps; même les ptérodactyles avaient des filaments en quelque sorte. Xu suggère que l'évolution de la plume a peut-être commencé chez un ancêtre commun des ptérodactyles et des dinosaures - il y a près de 240 millions d'années, soit environ 95 millions d'années avant Archaeopteryx .
Après l’émergence de filaments simples, de multiples filaments se sont joints à la base. À côté des fossiles, des barbes appariées jaillissaient d'un puits central. Finalement, des rangées denses de barbes imbriquées ont formé une surface plane: le plan de base des plumes dites pennacées des oiseaux modernes. Tous ces types de plumes ont été découverts dans des empreintes de fossile de théropodes, le sous-ordre de dinosaures qui comprend Tyrannosaurus rex, ainsi que des oiseaux et d’autres Maniraptorans.
Les filaments se trouvent également ailleurs dans la famille des dinosaures, chez des espèces très éloignées des théropodes, telles que Psittacosaurus, un herbivore à face de perroquet apparu il y a environ 130 millions d'années. Il y avait des filaments simples clairsemés le long de sa queue. On ignore pourquoi les filaments apparaissent dans certaines lignées de dinosaures mais pas dans d'autres. "Une des possibilités est que les structures en forme de plumes aient évolué très tôt dans l'histoire des dinosaures", explique Xu, certains groupes les conservant alors que d'autres les perdaient. "Mais finalement, à Maniraptorans, les plumes se sont stabilisées et ont évolué pour devenir des plumes modernes", dit-il. Ou les filaments peuvent avoir évolué indépendamment à des moments différents. Comme le fait remarquer Sues, "Il semble que, génétiquement, transformer une échelle en filament ne soit pas une excellente astuce."
À l'origine, les filaments simples étaient peut-être destinés à l'affichage, l'équivalent dinosaure du plumage irisé du paon. Les scientifiques ont dévoilé les vraies couleurs de plumes vieilles de 125 millions d'années. Les plumes d'oiseaux et les écailles de reptiles contiennent des mélanosomes, de minuscules sacs contenant des variétés du pigment mélanine. De nombreux paléontologues ont suspecté que les plumes de dinosaures contenaient également des mélanosomes. Dans le laboratoire de Mike Benton à l'Université de Bristol, Zhang Fucheng, de l'IVPP, a passé plus d'un an à rechercher des mélanosomes sur des photographies de fossiles d'oiseaux et de dinosaures prises au microscope électronique. La diligence de Zhang a porté ses fruits en 2009, lorsqu'il a identifié des mélanosomes dans Confuciusornis contenant de l'eumélanine, qui donne aux plumes une teinte grise ou noire, et de la phéomélanine, qui leur donne une couleur allant du marron au brun rougeâtre. Les plumes de l'animal présentaient des plaques de couleur blanche, noire et brun orangé.
Sinosauropteryx était encore plus renversant. Zhang a découvert que les filaments le long de son dos et de sa queue devaient donner au dinosaure l'aspect d'un poteau de barbier à rayures oranges et blanches. Un motif si vibrant suggère que "les plumes ont d’abord été utilisées comme agents d’affichage des couleurs", explique Benton.
Les premières plumes auraient pu servir à d'autres fins. Les filaments creux peuvent avoir dissipé la chaleur, à l’instar des fioritures de certains lézards modernes. D'autres paléontologues pensent que les plumes ont d'abord évolué pour retenir la chaleur. Un exemple éloquent provient des fossiles d' Oviraptor - un théropode mis au jour en Mongolie qui vivait il y a environ 75 millions d'années - accroupi autour d'un nid rempli d'œufs. Les Oviraptors repliaient leurs jambes au centre de l'embrayage et enlaçaient la périphérie avec leurs longues pattes antérieures - une posture qui ressemble étrangement à des oiseaux couvés qui gardaient leurs œufs au chaud. Les dinosaures apparentés à Oviraptor étaient couverts de plumes de pennace, suggérant qu’Oviraptor l’était également. "S'asseoir sur un nid comme celui-ci n'avait de sens que s'il avait des plumes" pour isoler doucement ses petits, dit Sues.
Bien entendu, les plumes sont finalement devenues un instrument de vol. Certains paléontologues envisagent un scénario dans lequel les dinosaures utilisaient des plumes pour les aider à occuper des arbres pour la première fois. "Parce que les dinosaures avaient des chevilles articulées, ils ne pouvaient pas faire pivoter leurs pieds et ne pouvaient pas monter correctement. Peut-être que les plumes les ont aidés à grimper dans des troncs d'arbres", explique Carrano. Les bébés oiseaux d'espèces essentiellement terrestres telles que les dindes utilisent leurs ailes de cette manière. Les plumes sont peut-être devenues de plus en plus aérodynamiques au fil de millions d'années, permettant ainsi aux dinosaures de glisser d'un arbre à l'autre. Les individus capables de réaliser un tel exploit auraient peut-être pu atteindre de nouvelles sources de nourriture ou mieux fuir les prédateurs - et transmettre le trait aux générations suivantes.
L'un des spécimens les plus séduisants qui émerge des gisements de schiste de Liaoning est Microraptor, découvert par Xu en 2003. La bête poids nanteau mesurait un pied ou deux de long et pesait à peine deux livres. Microraptor, de la famille des Dromaeosaur, n'était pas un ancêtre des oiseaux, mais il ne ressemblait pas non plus à un dinosaure à plumes découvert auparavant. Xu appelle cela un dinosaure à "quatre ailes", car il avait de longues plumes en forme de penny sur les bras et les jambes. En raison de son sternum fusionné et de ses plumes asymétriques, dit Xu, Microraptor pourrait sûrement glisser d’un arbre à l’autre, et il aurait peut-être même été plus apte à voler de ses propres ailes qu’Archaeopteryx .
L'année dernière, Xu a découvert une autre espèce de dinosaure à quatre ailes, également au Liaoning. En plus de montrer que le vol à quatre ailes n'était pas un hasard, la nouvelle espèce, Anchiornis huxleyi, nommée en l'honneur de Thomas Henry Huxley, est le plus ancien dinosaure à plumes connu. Il provenait de gisements de fonds lacustres jurassiques datant de 155 millions à 160 millions d'années. La découverte a éliminé la dernière objection au lien évolutif entre oiseaux et dinosaures. Pendant des années, les sceptiques avaient soulevé le prétendu paradoxe temporel: il n'y avait pas de dinosaures à plumes plus vieux qu'Archaeopteryx, les oiseaux ne pouvaient donc pas être nés de dinosaures. Maintenant, cet argument a été renversé: Anchiornis a des millions d'années de plus que Archaeopteryx .
Les dinosaures à quatre ailes étaient finalement une branche morte sur l'arbre de la vie; ils disparaissent des archives fossiles il y a environ 80 millions d'années. Leur disparition n'a laissé qu'une seule lignée de dinosaures capable de voler: les oiseaux.
Juste quand les dinosaures ont-ils évolué pour devenir des oiseaux? Dur à dire. "Au fond de l'histoire de l'évolution, il est extrêmement difficile de tracer une ligne de démarcation entre les oiseaux et les dinosaures", déclare Xu. Mis à part les différences mineures dans la forme des vertèbres du cou et la longueur relative des bras, les lève-tôt et leur parent du Maniraptoran, tels que Velociraptor, se ressemblent beaucoup.
"Si Archaeopteryx était découvert aujourd'hui, je ne pense pas qu'on l'appellerait un oiseau. On l'appellerait un dinosaure à plumes", déclare Carrano. On l'appelle toujours le premier oiseau, mais plus pour des raisons historiques que parce que c'est le plus ancien ou le meilleur incarnation de traits d'oiseau.
En revanche, Confuciusornis, qui possédait le premier bec et le plus ancien pygostyle, ou vertèbre à queue fusionnée qui soutenait les plumes, a véritablement l'apparence d'un oiseau. "Il passe le test de reniflement", dit Carrano.
Depuis que le dernier des dinosaures non-aviaires s'est éteint il y a 65 millions d'années lors de l'extinction massive qui a fermé le rideau sur la période du Crétacé, les oiseaux ont développé d'autres caractéristiques qui les distinguent des dinosaures. Les oiseaux modernes ont un métabolisme plus élevé que même le Velociraptor le plus agile de tous les temps. Les dents ont disparu à un moment de l'histoire évolutive des oiseaux. Les queues des oiseaux sont devenues plus courtes, leurs compétences en vol se sont améliorées et leur cerveau est devenu plus gros que celui des dinosaures. Et les oiseaux modernes, contrairement à leurs ancêtres Maniraptoran, ont un gros orteil qui se détache des autres orteils, ce qui permet aux oiseaux de se percher. "Vous passez progressivement des bras longs et des énormes mains de Maniraptorans non aviaires à quelque chose qui ressemble à l'aile de poulet que vous obtenez à KFC", a déclaré Sues. Compte tenu de l'ampleur de ces adaptations aviaires, il n'est pas étonnant que le lien évolutif entre dinosaures et oiseaux tel que nous le connaissons soit resté caché jusqu'à ce que les paléontologues commencent à analyser les riches archives fossiles de Chine.
Chaoyang est une ville chinoise terne aux rues poussiéreuses. dans ses coins les plus sombres, elle rappelle les villes minières américaines du 19ème siècle. Mais pour les collectionneurs de fossiles, Chaoyang est un paradis, à seulement une heure de route de certains des lits les plus productifs de la Formation de Yixian.
Une rue est bordée de magasins vendant du yuhuashi, ou des fossiles de poissons. Les fossiles encadrés incrustés dans du schiste argileux, souvent par paires miroir-image, peuvent être récupérés pour un dollar ou deux. Un élément populaire est une mosaïque dans laquelle quelques dizaines de petites dalles forment une carte de la Chine; les poissons fossiles semblent nager vers la capitale, Beijing (et aucune carte n'est complète sans un poisson représentant Taiwan). Les marchands vendent des insectes, des crustacés et des plantes fossilisés. Parfois, malgré les lois interdisant le commerce des fossiles à valeur scientifique, il est connu que des revendeurs moins scrupuleux vendent des fossiles de dinosaures. Les spécimens les plus importants, dit Zhou, "ne sont pas découverts par les scientifiques dans les magasins de fossiles de la ville, mais au domicile des marchands ou des agriculteurs qui les ont creusées."
Outre Sinosauropteryx, plusieurs autres spécimens révélateurs ont été mis au jour par des amateurs plutôt que par des fouilles scientifiques. Le défi pour Zhou et ses collègues est de trouver des spécimens chauds avant qu'ils ne disparaissent dans des collections privées. Ainsi, Zhou et son collègue Zhang Jiangyong, spécialiste des poissons anciens à l'IVPP, sont venus dans la province du Liaoning pour vérifier tous les fossiles que des trafiquants favorables à leur cause ont récemment mis la main.
La plupart des stocks dans les magasins de fossiles proviennent d’agriculteurs qui s’occupent des lits de fossiles sans surveiller leurs champs. Un minuscule spécimen de poisson bien conservé peut rapporter au chercheur l'équivalent de 25 centimes d'euro, assez pour un repas chaud. Un dinosaure à plumes peut gagner plusieurs milliers de dollars, un revenu annuel ou plus. Destructrice pour les gisements fossiles, cette économie paléo a contribué à réécrire la préhistoire.
Zhou prend une dalle et l'observe à travers ses lunettes à monture métallique. "Président, venez ici et regardez", dit Zhou à Zhang (qui lui a valu son surnom enjoué en tant que président du syndicat des employés de l'IVPP). Zhang examine le spécimen et l'ajoute à une pile qui sera ramenée à Pékin pour étude - et, s'ils ont de la chance, dévoilent une autre branche cachée de l'arbre de vie.
Richard Stone a écrit sur une sépulture de Stonehenge, une antilope rare et de mystérieuses tours tibétaines pour Smithsonian .
Une découverte chinoise clé était un oiseau primitif appelé Confuciusornis, identifié par Zhou Zhonghe. (Stefen Chow) 
Découvreur de plus d'espèces de dinosaures que tout autre scientifique vivant, Xu Xing, avec une distribution de Psittacosaurus à face de perroquet, dit que certains dinosaures ont des traits d'oiseaux, y compris des plumes. (Stefen Chow) 
La formation de Yixian a également fourni le Sinosauropteryx , la première preuve physique d’un dinosaure à plumes. (IVPP, Beijing) 
Certains de ses fossiles sont si bien conservés que les scientifiques peuvent voir des traces de structures cellulaires contenant des pigments. La découverte a conduit à des vues colorées de l'animal de la taille d'un chat, jusqu'à sa queue rayée. (Chuang Zhao et Lida Xing) 
L'auteur, Richard Stone, sur le site des fossiles. (Gracieuseté de Richard Stone) 
Les manuels scolaires disent qu'Archaeopteryx, qui vivait il y a 150 millions d'années, était le premier oiseau. (Roger Peterson / National Geographic Stock) 
Certains paléontologues disent maintenant qu'Archaeopteryx pourrait être un dinosaure à plumes non aviaire. (Kim Amos / Science Photo Library / Chercheurs de photos) 
Certains dinosaures ont adopté des comportements distinctifs ressemblant à ceux des oiseaux, tels que la nidification et la couvaison. On voit ici un fossile d' Oviraptor partiellement reconstruit de Mongolie avec 20 œufs. (Getty Images) 
Un des fossiles chinois les plus inattendus dans Microraptor . Il avait quatre membres à plumes et pouvait presque certainement voler. Mais contrairement aux oiseaux, il n’a pas échappé à l’extinction. (Matt Cashore / Université de Notre Dame) 
Au cours des 15 dernières années, des milliers d'oiseaux fossiles conservés de manière exquise ont émergé de l'ancien lit du lac, appelé Formation de Yixian. (Guilbert Gates)
