Imaginez un paléontologue et vous imaginez probablement quelqu'un dans un désert rocheux en train de déterrer des os de dinosaures, ou penché sur une dalle de rocher dans un laboratoire, déchiquetant lentement d'anciennes couches de sédiments pour révéler les vestiges fossilisés d'une époque révolue.
Mais, selon un nouveau document rédigé par des paléontologues de l’Université de Bristol, cette image de scientifiques solitaires et poussiéreux sur les dinosaures est extrêmement dépassée.
John Cunningham, l'auteur principal de l'article, indique que l'étude moderne sur les animaux disparus repose sur une technologie d'imagerie de pointe, la modélisation 3D ainsi que sur la reconstruction et la dissection virtuelles - faisant progresser nos connaissances sur les animaux anciens mais aussi sur d'autres espèces, anciennes et nouvelles.
De nouvelles techniques d'imagerie permettent même de retirer virtuellement les fossiles des roches environnantes, économisant ainsi des mois ou des années de travail méticuleux. les os virtuels résultants peuvent être facilement partagés et étudiés, voire imprimés.
Comme c'est le cas dans de nombreuses autres industries, l'impression et la modélisation 3D aident les paléontologues à mieux comprendre les fossiles que jamais auparavant. Les modèles 3D permettent aux scientifiques de manipuler des parties spécifiques du spécimen pour des études ultérieures, de remplacer les sections manquantes par des données provenant d'une autre partie de cet os ou de reconstruire numériquement des crânes ou d'autres structures complexes aplaties ou autrement déformées au cours du processus de fossilisation. Les tissus mous, tels que l'intérieur du cerveau, ou les muscles qui s'attachent à des points discernables sur les os, peuvent également être pratiquement reconstruits.
Une fois que ces modèles précis sont créés, les fossiles peuvent être testés de nouvelles manières, par exemple en les soumettant à une analyse biomécanique, de la même manière que les ingénieurs en structure testent les ponts et les bâtiments avant leur construction. Cela permet aux scientifiques de savoir comment un animal donné a pu marcher, ce qu’il a mangé, à quelle vitesse il peut se déplacer et quels types de mouvements il ne peut effectuer à cause des limitations de ses os et de ses muscles.
Les progrès de l'imagerie par rayons X et de la microscopie électronique, qui utilisent des faisceaux d'électrons pour créer l'image d'un échantillon, permettent également aux scientifiques d'observer avec un niveau de détail surprenant, non seulement dans des roches contenant des fossiles qui n'ont pas encore été complètement exposés physiquement, mais à l' intérieur des corps des animaux fossilisés eux-mêmes.
Une équipe allemande, par exemple, a récemment annoncé qu’elle avait découvert le plus ancien oiseau connu pour polliniser les plantes, car elle était capable de voir et de distinguer de multiples espèces de grains de pollen dans l’estomac d’un fossile vieux de 47 millions d’années.
Étonnamment, cependant, Cunningham dit qu'il existe des méthodes encore plus précises pour l'imagerie. La tomographie synchrotron, qui utilise un accélérateur de particules pour produire des rayons X très brillants, donne des images précises et nettes, explique Cunningham, rendant les structures visibles inférieures à un millième de millimètre ou à un centième de l'épaisseur d'une étoile de cheveux .
"En utilisant la tomographie synchrotron, nous avons pu visualiser des structures subcellulaires préservées, y compris des noyaux possibles", explique Cunningham. "Il est même possible de disséquer virtuellement de telles structures."
Cette image montre comment les photographies d'un fossile (à gauche) ont été reconstruites à l'aide d'outils numériques (à droite). (Université de Bristol) Big Dino Data Le transfert de données issues de vastes collections de fossiles sur des étagères de spécimens poussiéreux et dans le monde virtuel est cependant un autre problème. Mark Norell, président de la division paléontologie du musée américain d'histoire naturelle, et son équipe ont passé beaucoup de temps à numériser leurs fichiers. "Nous avons un scanner sur place qui fonctionne presque 24h / 24", dit-il. Bien que prenant beaucoup de temps à créer, le stock croissant de données de fossiles numériques offre de nouvelles opportunités de collaboration, ainsi que la possibilité de comparer des dizaines de spécimens d'institutions à travers le monde.
Par exemple, selon Norell, un de ses étudiants vient de terminer une thèse sur la reconstruction de l'oreille interne de serpents vivants et fossilisés. Elle a inclus une centaine de spécimens, mais "en fait, n'a numérisé que la moitié de celle-ci", explique Norell. "Les autres étaient des éléments que d'autres personnes avaient déjà publiés [donc] ces scans bruts avaient déjà été téléchargés".
Malgré les progrès, Cunningham et son équipe affirment que les anciennes lois qui lient les droits d'auteur des fossiles aux musées et l'absence d'une infrastructure électronique à grande échelle pour stocker et partager les données empêchent le développement d'avancées plus rapides.
Certains chercheurs ne souhaitent pas non plus partager leurs données comme ils le devraient, même après leur publication, s'il existe un potentiel pour de nouvelles études, dit Cunningham. De nombreux musées protègent leurs fossiles de leurs droits, ce qui empêche tout partage légal, tandis que d'autres exploitent également des technologies de pointe en paléontologie à des fins lucratives, dit-il.
"Certains craignent de permettre un accès généralisé aux données numériques, car cela signifierait que quiconque ayant accès à une imprimante 3D pourrait commencer à imprimer des modèles", déclare Cunningham, ce qui peut être bénéfique pour les amateurs et les professeurs de sciences au secondaire, mais pourrait nuire au résultat final. de l'institution qui possède les données.
Au-delà de la collecte des données proprement dites, un grand défi pour les institutions est la capacité de stocker, de maintenir et de mettre à disposition les grandes quantités de données générées par les paléontologues, explique Cunningham.
Aux États-Unis, cependant, Norell indique qu'il existe plusieurs référentiels de données, tels que Digimorph à l'Université d'Austin, MorphoBank à Stony Brook ou Morphbank à la Florida State University, à la disposition des chercheurs. Il ne pense pas non plus que les obstacles techniques et financiers liés au stockage et au partage des données sont difficiles à surmonter.
«Je travaille avec un groupe d'astronomes ici, au musée, et le type de données qui sort de leurs instruments est trois fois plus grand que celui que nous obtenons des études de tomographie», explique Norell. "Donc, c'est un problème, mais ce n'est pas un problème."
Apprendre de la vie
Les deux hommes s'accordent cependant pour dire que l'un des principaux problèmes auxquels est actuellement confrontée la paléontologie est le fait que, étonnamment, nous en savons peu sur les animaux vivants et modernes.
Comme Cunningham et les autres auteurs le soulignent dans leur article, «… les principales limites à la lecture des archives de fossiles reposent maintenant principalement, et de manière ironique, sur le manque de connaissances sur l'anatomie du biote vivant».
Norell s'est également heurté à ce problème. Son laboratoire a pratiquement reconstruit le cerveau de dinosaures étroitement apparentés aux oiseaux. Mais quand ils ont commencé à chercher des données comparatives chez les animaux modernes, ils ne pouvaient pas trouver une seule carte d'activation du cerveau pour un oiseau vivant. Ainsi, ses collaborateurs du laboratoire national de Brookhaven ont dû construire un minuscule casque PET pour scanner les oiseaux et collecter eux-mêmes les données modernes dont ils avaient besoin.
«Auparavant, la plupart des paléontologues avaient principalement une formation de géologue», explique Norell. "Maintenant ... la plupart d'entre nous se considèrent comme des biologistes qui travaillent parfois sur des fossiles."
