Comment les ptérosaures volaient et ce qu’ils mangeaient

Deux nouvelles études ont permis de découvrir comment les ptérosaures, cousins ailés des dinosaures, ont évolué pour devenir de redoutables maîtres du ciel.

Image d’entête : des Rhamphorhynchus, une des 75 espèces de ptérosaures étudiées par les chercheurs. (Mark Witton)

L’une révèle que les ptérosaures ont acquis une capacité de vol deux fois plus grande tout au long de leur existence, tandis que l’autre effectue un travail de dentisterie fossile pour découvrir comment leur régime alimentaire a changé au cours de leur évolution.

Ces deux axes de recherche ont des implications importantes non seulement pour l’histoire de l’évolution de ces aviateurs reptiliens, mais aussi pour leur rôle dans l’écosystème au sens large.

« Ptérosaure » est le nom propre du « ptérodactyle« , un mot qui, pour beaucoup, peut évoquer une image inspirée de Jurassic Park, d’un lézard à l’aspect bizarre avec des ailes de cuir et des penchants meurtriers. Mais le répertoire des fossiles conserve plus de 200 espèces de ptérosaures de toutes formes et tailles, dont beaucoup auraient vécu en même temps et occupé des habitats distincts, comme le font les oiseaux modernes.

Selon le biologiste évolutionniste Chris Venditti de l’université de Reading, auteur principal de la première étude (lien plus bas) :

Les ptérosaures étaient un groupe varié de lézards ailés, certains ayant la taille d’un moineau et d’autres l’envergure d’un avion léger.

Ces étranges créatures ailées ont évolué au Trias, s’écartant des ancêtres des dinosaures il y a environ 245 millions d’années. Elles sont devenues les premiers vertébrés à évoluer en vol actif, des dizaines de millions d’années avant les oiseaux et les chauves-souris, et elles ont dominé le ciel jusqu’à leur disparition prématurée il y a 65 millions d’années.

Le Cimoliopterus, l’une des 75 espèces de ptérosaures étudiées par les chercheurs. (Mark Witton)

Selon Venditti :

Bien que leurs éventuelles prouesses en l’air soient bien connues, la question de savoir si les ptérosaures sont devenus meilleurs en vol et si cela leur a donné un avantage sur leurs ancêtres a laissé les scientifiques perplexes pendant des décennies.

Les premiers ancêtres des ptérosaures étaient petits, probablement bipèdes, et bien adaptés à la vie au sol, comment ont-ils donc développé leur squelette ultraléger, leurs membres forts et leurs ailes spécialement adaptées, et ainsi effectué cette transition évolutive cruciale vers le vol ?

Malheureusement, les archives fossiles des 25 premiers millions d’années de l’évolution des ptérosaures sont vides. Les fossiles de ptérosaure en général sont incroyablement rares, car leurs os creux et minces comme du papier ont disparu depuis longtemps, mais le manque de preuves de cette période de transition vitale est particulièrement exaspérant pour les scientifiques.

Venditti et ses collègues se sont attachés à combler ces lacunes. En combinant les enregistrements de fossiles avec des méthodes statistiques et des modèles biophysiques, ils ont pu suivre l’évolution progressive du vol des ptérosaures.

Plus précisément, ils ont suivi l’efficacité du vol en mesurant l’envergure et la taille des fossiles à différents stades de l’évolution, puis ils ont appliqué un nouveau modèle de vol basé sur les oiseaux vivants d’aujourd’hui.

L’équipe a découvert que, sur 150 millions d’années, les ptérosaures sont passés d’un vol inefficace, ne pouvant parcourir que de courtes distances, à un vol performant, capable de s’élever pendant de longues périodes. Ils y sont parvenus en adaptant la forme et la taille de leur corps pour utiliser 50 % d’énergie en moins lorsqu’ils sont dans l’air, même si le poids de nombreuses espèces a augmenté, certaines pesant au final plus de 300 kilos.

Cette étude détaillée a également montré que l’évolution s’est faite par étapes successives sur des millions d’années, plutôt que par rafales rapides comme cela avait été suggéré précédemment.

Toujours selon Venditti :

Notre nouvelle méthode nous a permis d’étudier l’évolution sur le long terme d’une manière totalement nouvelle et de répondre enfin à cette question en comparant les créatures à différents stades de leur séquence évolutive sur plusieurs millions d’années.

Cependant, tous les ptérosaures n’étaient pas aussi habiles dans l’air. L’étude a révélé qu’un groupe, les azhdarchoidea, n’a pas amélioré son efficacité de vol au cours de son histoire évolutive.

Le coauteur de l’étude, Joanna Baker, également de l’Université de Reading, explique :

C’est une preuve unique que, bien que ces animaux aient été de bons pilotes, ils passaient probablement une grande partie de leur temps au sol. Un vol très efficace ne leur offrait probablement pas beaucoup d’avantages, et notre constatation qu’ils avaient des ailes plus petites pour leur taille corporelle est conforme aux preuves fossiles de leur dépendance réduite au vol.

La grande taille des azhdarchoidea leur offrait probablement un avantage de survie au sol. Une espèce, le monstrueux Quetzalcoatlus, était aussi grande qu’une girafe.

Un ptérosaure Arambourgiania avec une girafe et un humain de taille moyenne à l’échelle. (Mark Witton)

Comme des centaines d’espèces de ptérosaures existaient dans le monde entier dans toute une variété d’écosystèmes terrestres, côtiers et marins, les scientifiques doivent employer de nombreuses approches différentes pour dresser un tableau complet sur la façon dont ces reptiles vivaient.

L’étude du régime alimentaire est une méthode, bien qu’elle soit intrinsèquement difficile : il n’existe pas de descendants modernes des ptérosaures pour servir de base à des modèles, et les contenus stomacaux fossilisés sont rares, limités à un petit nombre de spécimens.

Mais récemment, comme le décrit une étude publiée cette semaine, une équipe britannique dirigée par Jordan Bestwick de l’université de Leicester (Royaume-Uni) a utilisé des dents fossilisées pour étudier les régimes alimentaires des ptérosaures.

Tout comme les dents laissent des traces sur les aliments, les aliments peuvent également laisser des traces sur les dents. Lorsqu’un animal mord, perce et mâche différents types d’aliments, de minuscules signes d’usure se forment sur les couronnes dentaires. Celles-ci peuvent être conservées dans les archives fossiles, un fait exploité par Bestwick et ses collègues qui ont analysé les modèles microscopiques de nourriture laissés sur les dents des espèces de ptérosaure à travers 17 genres différents.

Les modèles ont été comparés à ceux d’animaux vivants comme les crocodiles, les lézards et les chauves-souris, révélant que les ptérosaures ont évolué pour manger une large gamme de denrées alimentaires, avec des régimes alimentaires très différents selon les espèces.

L’étude démontre que si certains ptérosaures se sont spécialisés dans un certain type de proie, d’autres étaient plus généralistes. Elle suggère également une tendance sur le long terme en matière de régime alimentaire : les chercheurs proposent que si les ptérosaures originels mangeaient des invertébrés, les ptérosaures suivants ont évolué pour devenir des mangeurs de viande et de poisson.

Un tel changement, selon l’équipe, pourrait refléter une concurrence croissante entre les oiseaux et les ptérosaures.

Selon les chercheurs dans leur étude :

Les ptérosaures étaient des composants importants des écosystèmes du Mésozoïque, et la reconstitution du régime alimentaire des ptérosaures est essentielle pour comprendre leurs origines, leurs rôles dans les chaînes alimentaires du Mésozoïque et l’impact des autres vertébrés volants (c’est-à-dire les oiseaux) sur leur évolution.

Ces deux nouvelles études utilisent des méthodologies intrigantes qui pourraient servir de modèles pour d’autres études nuancées sur les changements évolutifs dans les écosystèmes anciens.

La première étude décrite, sur l’évolution du vol, publiée dans Nature : 150 million years of sustained increase in pterosaur flight efficiency et présentée sur le site de l’université de Reading : Giant lizards learnt to fly over millions of years. La seconde, explorant la niche écologique de cette créature, publiée dans Nature Communications : Dietary diversity and evolution of the earliest flying vertebrates revealed by dental microwear texture analysis et présentée sur le site de l’université de Leicester : Pterosaurs undergo dental examination to reveal clues about diets and lifestyles.