Des fossiles de dinosaures révèlent la présence d’un tendon crucial pour le vol des oiseaux
Les fossiles de dinosaures dont les bras présentent une courbure suspecte au niveau du coude et du poignet pourraient indiquer la présence d’un tendon qui n’a pas été préservé et qui est à la base de tous les vols des oiseaux modernes.
Si les chercheurs de l’Université de Tokyo, au Japon, ne se trompent pas, cette posture pourrait fournir des indices sur la voie empruntée par les vertébrés terrestres volants… pour s’envoler.
L’évolution d’ailes suffisamment puissantes pour faire décoller un vertébré du sol est l’un des plus grands mystères de la paléontologie. Les ptérosaures sont célèbres pour être les premiers vertébrés connus à avoir réussi à décoller, il y a près de 200 millions d’années. Pourtant, ces anciens et massifs reptiles n’étaient pas des dinosaures, laissant les ancêtres directs des oiseaux se débrouiller pour voler. Les dinosaures aviaires n’évolueront que bien plus tard à partir de théropodes à deux pieds et à plumes, 80 millions d’années ou plus après que les ptérosaures aient déjà réalisé le vol propulsé.
Malgré ces origines très différentes, les oiseaux utilisent une structure étonnamment similaire à celle des ptérosaures pour rester en l’air, une structure qui, comme les plumes, semble avoir évolué bien avant le vol lui-même. Appelée propatagium, il s’agit d’une membrane présente chez tous les vertébrés vivants qui battent des ailes aujourd’hui, y compris les oiseaux et les chauves-souris. Certains mammifères planeurs présentent même une structure similaire sur leurs membres supérieurs en forme de parachute.
Image d’entête, à partir de l’étude : comparaison de l’évolution du propatagium dans les bras des théropodes et les ailes des oiseaux. (Yurika Uno et Tatsuya Hirasawa/ Zoological Letters)
La meilleure façon d’imaginer un propatagium est de tendre le bras sur le côté, coude et poignet pliés. Imaginez maintenant un tendon qui s’étend de votre épaule à votre main, créant un pont, ou le « bord d’attaque » d’une aile. Ce « pont » permet aux oiseaux de fléchir et d’étendre leur poignet et leur coude à l’unisson pendant un mouvement de battement. Cette structure donne essentiellement de la portance au vol de l’oiseau, permettant à l’animal de contrôler deux articulations à la fois.
Chez les ptérosaures, son rôle est moins clair, mais le propatagium semble avoir contrôlé le décollage et l’atterrissage en modifiant le flux d’air sur la surface supérieure de l’aile.
A partir de l’étude : système musculo-squelettique de l’aile gauche des oiseaux. (Yurika Uno et Tatsuya Hirasawa/ Zoological Letters)
Sans la présence de ce tendon, certains scientifiques pensent que les oiseaux, les chauves-souris et les dinosaures n’auraient peut-être jamais décollé.
Selon le paléontologue Tatsuya Hirasawa de l’université de Tokyo :
On ne le trouve pas chez d’autres vertébrés, et on constate également qu’il a disparu ou perdu sa fonction chez les oiseaux incapables de voler, l’une des raisons pour lesquelles nous savons qu’il est essentiel au vol. Donc, pour comprendre comment le vol a évolué chez les oiseaux, nous devons savoir comment le propatagium a évolué.
Le problème est que le propatagium est un tissu mou, ce qui signifie qu’il est rarement préservé dans les archives fossiles. Qui plus est, ce tendon est si fin qu’il ne laisse pas beaucoup de traces sur les os auxquels il s’attache. Heureusement, Hirasawa et sa collègue, Yurika Uno, ont trouvé un moyen de « voir » le tendon, même s’il n’est plus là. L’indice est de savoir comment le propatagium restreint les mouvements d’un animal.
Lorsqu’un oiseau moderne meurt, par exemple, cette membrane maintient naturellement le poignet et le coude de l’animal en flexion. En comparant l’angle évident du coude à la flexion des bras dans les fossiles de théropodes non aviaires, les chercheurs ont trouvé des preuves qu’une structure semblable au propatagium s’étendait probablement sur l’épaule et le poignet de plusieurs dinosaures terrestres.
Par exemple, les angles observés dans les fossiles de nombreux « maniraptoras » (qui comprennent les vélociraptors) étaient légèrement plus grands que ceux observés chez les oiseaux modernes, mais ils suggéraient tout de même la présence d’une structure précoce de type propatagium.
Un dinosaure maniraptora typique et l’emplacement de son propatagium. (Yurika Uno et Tatsuya Hirasawa/ Université de Tokyo)
Pour confirmer ces prédictions, les chercheurs ont également identifié des restes de tissus mous de ce qui pourrait être un propatagium précoce dans deux fossiles de maniraptorans : le Caudipteryx, de la taille d’une dinde, et le microraptor à quatre ailes. Le Caudipteryx ne pouvait probablement pas voler, et on ne sait toujours pas si le microraptor le pouvait. Pourtant, ces deux dinosaures possédaient clairement les structures qui seraient plus tard nécessaires au vol motorisé.
A partir de l’étude : traces de tissus mous ressemblant à un propatagium (PPT) dans des fossiles de dinosaures A) microraptor B) Caudipteryx, et C) une image agrandie de l’encart de B. (Yurika Uno et Tatsuya Hirasawa/ Zoological Letters)
Les vélociraptors sont un autre maniraptora qui ne pouvait probablement pas voler, mais des recherches supplémentaires seront nécessaires pour voir si leurs fossiles contiennent des indices d’un propatagium disparu depuis longtemps.
Sur la base des derniers résultats, les chercheurs de l’université de Tokyo pensent toutefois que le propatagium pourrait être ancestral à tous les maniraptoras, une lignée qui s’étend sur environ 150 millions d’années. La seule exception serait le controversé Archaeopteryx, qui est difficile à placer sur l’arbre des dinosaures, mais qui peut être considéré ou non comme un maniraptorien. La question de savoir si le célèbre dinosaure à plumes pouvait même voler fait l’objet d’un vif débat, certains estimant que l’animal utilisait ses membres pour simplement planer.
A partir de l’étude : une possible lignée évolutive du propatagium. (Yurika Uno et Tatsuya Hirasawa/ Zoological Letters)
L’angle de son poignet et de son coude dans les fossiles ne suggère certainement pas qu’il avait une structure de type propatagium.
Selon les chercheurs dans leur étude :
Par conséquent, l’Archaeopteryx était probablement incapable d’exécuter la cinématique du vol propulsé aviaire moderne.
Peut-être que si l’archéoptéryx avait disposé d’un propatagium, ses ancêtres voleraient encore aujourd’hui.
L’étude publiée dans Zoological Letters : Origin of the propatagium in non-avian dinosaurs et présentée sur le site de l’université de Tokyo : How birds got their wings.