Lorsque les échos de dinosaures sillonnant les forêts et éclaboussant des canyons s’étant éteints il ya 66 millions d’années, le monde ne se tut pas - les mammifères se précipitaient et bavardaient dans leur ombre, comblant les vides avec de nouvelles espèces en évolution rapide. Les scientifiques pensent que les premiers placentas sont apparus à cette époque, jetant ainsi les bases du plus grand groupe de mammifères vivant aujourd'hui, dont nous.
Le Paléocène - l'époque qui a suivi l'extinction d'un dinosaure non aviaire - marque l'une des périodes les plus importantes de l'évolution des mammifères, mais les chercheurs ne comprennent pas comment et pourquoi les mammifères ont évolué si rapidement pendant cette période. Une évolution rapide a tendance à suivre les extinctions massives, mais les scientifiques ne comprennent pas non plus ce schéma, a déclaré Tom Williamson, paléontologue au Muséum d'histoire naturelle et de sciences du Nouveau-Mexique à Albuquerque. «C’est celui dont nous faisons partie. Nos propres ancêtres ont pris naissance à l’heure actuelle, et nous l’avons vraiment mal comprise», déclare Williamson.
C'est pourquoi lui et une équipe de six autres scientifiques des États-Unis, d'Écosse, de Chine et du Brésil s'unissent pour démêler des dizaines de fossiles de mammifères des 12 millions d'années qui ont suivi la disparition des dinosaures afin de créer l'arbre généalogique des mammifères les plus détaillés à ce jour. Ils devront analyser des structures squelettiques complexes - y compris des os d'oreille et des cas de cervelle - pour différencier les espèces, mais les radiographies classiques ne permettent pas toujours de saisir ces minuties. L'équipe a donc formé un partenariat unique avec le Laboratoire national Los Alamos (LANL) au Nouveau-Mexique afin de générer des images haute résolution à l'aide d'un scanner à neutrons à la pointe de la technologie. Williamson est le premier paléontologue à avoir collaboré de la sorte avec le laboratoire, qui a des racines dans la défense nucléaire. Ce partenariat montre que la technologie nucléaire qui pourrait nous détruire en tant qu’espèce a également généré des innovations, comme ce scanner à neutrons, qui pourraient nous aider à comprendre notre propre origine en tant qu’espèce.
Avant la disparition des dinosaures, l'un des groupes de mammifères les plus communs et les plus diversifiés se déplaçant autour de la planète était constitué de créatures ressemblant à des rongeurs appelées multituberculées. Certains d'entre eux ont survécu à l'extinction, mesurant la taille de petites souris. Mais de nouveaux groupes de mammifères ont également commencé à apparaître après l'extinction et ont changé rapidement. "Vous passez d'un mammifère de la taille d'un chat à une chose qui a la taille d'une personne dans environ 300 000 ans, ce qui est très rapide", a déclaré Williamson, soulignant que ce rythme accéléré fait partie de ce qui rend cette période particulièrement intéressante, comprendre.
Tom Williamson enregistre une découverte de fossile sur son site, dans le bassin de San Juan, dans le nord-ouest du Nouveau-Mexique. (Laura Poppick) Pour se rendre sur un site de premier ordre où Williamson a trouvé de nombreuses preuves de cette vie, nous conduisons plusieurs heures au nord-ouest d’Albuquerque dans les badlands du bassin de San Juan. Lorsque nous arrivons, nous traversons des collines grises et stériles, couleur de la poussière de lune qui étaient autrefois les rives d’une rivière. Ils s'érodent maintenant dans le vent et répandent lentement les restes d'un écosystème ancien. C'est l'un des meilleurs endroits au monde où trouver des restes de mammifères datant de cette période, explique Williamson alors que nous marchons dans une dépression plate où il a eu une chance particulière dans ses décennies de chasse aux fossiles.
Je commence à entraîner mes yeux pour les fossiles au milieu des décombres sur le sol et à ramasser un morceau de roche gris blanchâtre de la taille de mon poing. Il a un grain directionnel qui, pour moi, ressemble à un os. Je le montre à Williamson et il secoue la tête. «Juste du bois pétrifié», dit-il, pas aussi impressionné par un arbre de plusieurs millions d'années transformé en pierre comme moi.
Au cours des heures qui ont suivi, mes yeux ont été entraînés plus intensément et j'ai découvert une multitude d'autres fossiles: carapaces de tortue, peau de lézard, écailles de poisson, etc. Mais ce qu’est vraiment Williamson, ce sont des restes de mammifère, en particulier des dents et des crânes d’animaux, dont Eoconodon coryphaeus - un petit omnivore de la taille d’un chat, capable d’escalader - et Pantolambda bathmodon, un herbivore de la taille d’un mouton qui est resté plus près du sol. Il aime les dents et le crâne parce que d'autres parties du squelette de mammifère ont tendance à se ressembler de façon frappante si elles ont évolué pour résister aux mêmes conditions environnementales. «Cela vous fait croire qu’ils sont étroitement liés quand ils ne le sont pas», explique Williamson.
Mais certaines structures, y compris les os des oreilles, ne sont pas aussi sensibles à cette soi-disant évolution convergente car les oreilles ne sont pas aussi facilement influencées par l'environnement que d'autres parties du corps, explique Williamson. Les petits trous dans le crâne où les vaisseaux sanguins et les nerfs relient le cerveau au reste du corps sont particulièrement utiles pour identifier différentes espèces, explique Michelle Spaulding, paléontologue de la Purdue University Northwest à Westville, dans l'Indiana, impliquée dans l'étude. «Celles-ci peuvent créer des modèles très diagnostiques dans la région de l'oreille qui nous aident à identifier le groupe auquel un animal appartiendra», note-t-elle.
Mais ces trous sont minuscules et impossibles à étudier à l'œil nu, c'est pourquoi le partenariat de l'équipe avec le Laboratoire national Los Alamos devient crucial pour le projet. Le laboratoire utilise des scanneurs de rayons X et de neutrons de la plus haute énergie au monde capables de générer des images de la plus haute résolution possible, explique Ron Nelson, scientifique en instrument au Neutron Science Center du labo. L'année dernière, il a testé le scanner à neutrons sur un grand crâne de dinosaure avec Williamson, générant avec succès le scan à la plus haute résolution d'un crâne de tyrannosaure jamais réalisé. Forts de leur confiance en la technologie, ils sont maintenant passés à l’imagerie de structures de mammifères plus petites.
Le laboratoire national Los Alamos a été construit en 1943 pour les recherches sur la défense nucléaire associées au projet Manhattan, qui visaient à développer les premières armes nucléaires au cours de la Seconde Guerre mondiale. Depuis lors, il a de plus en plus collaboré avec des scientifiques allant des botanistes aux physiciens, en particulier dans son Neutron Science Center, qui comprend un accélérateur d'un demi-kilomètre de long qui génère des neutrons - des particules non chargées trouvées dans des atomes offrant des avantages en imagerie par rapport aux électrons utilisés dans X -des rayons.
Alors que les rayons X sont bien absorbés par les matériaux denses, les neutrons détectent la composition à l'intérieur des atomes, quelle que soit leur densité. Cela signifie que les neutrons peuvent pénétrer dans les matériaux et capturer des images que les rayons X ne peuvent pas. Un exemple classique illustrant ce phénomène est l’image d’une rose dans un flacon en plomb. «Les neutrons sont plus sensibles à la fleur, vous pouvez donc l'imager à l'intérieur du fil», explique Nelson.
L'imagerie neutronique a de nombreuses applications dans la détection d'explosifs et de matières nucléaires. Mais il offre également de nouvelles solutions pour l’imagerie des fossiles bloqués à l’intérieur et obscurcis par la présence de minéraux denses dans les roches. Briser les fossiles dans la roche détruirait l'échantillon. Le balayage par neutrons offre donc aux scientifiques une alternative non destructive - bien que les échantillons deviennent radioactifs pendant un certain temps après l'analyse, note Williamson. Ses échantillons peuvent généralement être manipulés en toute sécurité après quelques jours, mais d’autres matériaux resteraient radioactifs beaucoup plus longtemps en fonction de leur composition.
Nelson affirme que le partenariat avec les paléontologues est mutuellement bénéfique, car il incite le laboratoire à surmonter de nouveaux problèmes. «En améliorant nos techniques sur leurs échantillons, nous améliorons notre capacité à résoudre les autres problèmes que nous essayons de résoudre», a-t-il déclaré.
Une analyse neutronique (à gauche) et une analyse aux rayons X (à droite) peuvent offrir des images complémentaires permettant d'étudier différentes composantes des fossiles. (Laboratoire national Los Alamos) Outre l'analyse des fossiles, l'équipe se penchera sur la chimie des dents de différentes espèces pour en savoir plus sur le climat dans lequel vivaient ces animaux. Elle se penchera également sur les données relatives aux relations moléculaires entre les mammifères modernes et leur espèce. Ceci aide à fournir un étalonnage temporel et un échafaudage pour l'arbre, mais les données moléculaires ont encore de nombreuses lacunes à combler. C'est pourquoi il est si important de mener ces analyses approfondies des fossiles, déclare Anjali Goswami, paléontologue au Natural History Museum à Londres, qui étudie également les débuts de l’évolution des mammifères mais n’est pas impliqué dans ces travaux.
«L’une des choses les plus importantes à faire est de partir à la recherche de fossiles et de nouveaux sites qui ne sont pas bien compris», dit-elle, notant que les régions peu étudiées en Inde et en Argentine où elle travaille peuvent également aider à combler les lacunes le casse-tête de l'évolution précoce des mammifères.
L’arbre généalogique ainsi créé fournira un tremplin pour explorer plus de détails sur ces créatures anciennes, y compris les différents types de paysages et d’environnements qu’elles parcouraient, explique Spaulding.
«Une fois que nous avons compris comment tout est lié, nous pouvons commencer à poser des questions plus intéressantes sur l'évolution des mammifères», dit-elle.
