Descendants vivants des dinosaures

Dans une forêt de pins du nord-est rural de la Chine, une pente de schiste accidentée est remplie de restes de créatures éteintes il y a 125 millions d’années, lorsque cette partie de la province de Liaoning était couverte de lacs d’eau douce. À cette époque, des éruptions volcaniques secouaient régulièrement la région, ensevelissant sous la cendre des millions de reptiles, de poissons, d’escargots et d’insectes. Je marche avec précaution parmi les innombrables fossiles, je ramasse une plaque de schiste à peine plus grande que ma main et je frappe son bord avec un marteau à pierre. Une couture fend en deux un poisson de couleur rousse, produisant des impressions en miroir de nageoires délicates et d’os aussi fins que des cheveux humains.

L’un des paléontologues vedettes de Chine, Zhou Zhonghe, sourit. « Un endroit étonnant, n’est-ce pas ? » dit-il.

C’est en 1995 que Zhou et ses collègues ont annoncé la découverte d’un fossile dans cette zone sinistrée préhistorique qui a annoncé une nouvelle ère de la paléontologie. Le fossile était un oiseau primitif de la taille d’un corbeau qui avait peut-être été asphyxié par les fumées volcaniques alors qu’il roulait au-dessus des lacs, il y a des millions d’années. Ils ont nommé la nouvelle espèce Confuciusornis, d’après le philosophe chinois.

Jusqu’alors, seule une poignée de fossiles d’oiseaux préhistoriques avaient été mis au jour dans le monde. C’est en partie parce que les oiseaux, à l’époque comme aujourd’hui, étaient beaucoup moins communs que les poissons et les invertébrés, et en partie parce que les oiseaux ont plus facilement échappé aux coulées de boue, aux fosses de goudron, aux éruptions volcaniques et autres phénomènes géologiques qui capturaient les animaux et en préservaient les traces pour les âges. Les scientifiques n’ont localisé que dix squelettes fossilisés intacts du plus ancien oiseau connu, Archaeopteryx, qui vivait à la fin de la période jurassique, il y a environ 145 millions d’années.

Zhou, qui travaille à l’Institut de paléontologie des vertébrés et de paléoanthropologie (IVPP) de l’Académie chinoise des sciences à Pékin, pensait que les extraordinaires gisements osseux du Liaoning pourraient combler certains des nombreux vides dans les archives fossiles des premiers oiseaux. Il n’aurait pas pu être plus prophétique. Au cours des 15 dernières années, des milliers d’oiseaux fossiles délicieusement conservés ont émergé de l’ancien lit du lac, appelé formation de Yixian. La région a également livré d’étonnants spécimens de dinosaures, comme on n’en avait jamais vu 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 relation réelle 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 – descendent directement des dinosaures n’est pas nouvelle. Elle a été soulevée par le biologiste anglais Thomas Henry Huxley dans son traité de 1870, Further Evidence of the Affinity between the Dinosaurian Reptiles and Birds. Huxley, un anatomiste renommé dont on se souvient peut-être davantage pour son ardente défense de la théorie de l’évolution de Charles Darwin, voyait peu de différences entre la structure osseuse du Compsognathus, un dinosaure pas plus gros qu’une dinde, et celle de l’Archaeopteryx, découvert en Allemagne et décrit en 1861. Lorsque Huxley observait des autruches et d’autres oiseaux modernes, il voyait des dinosaures de petite taille. Si les os des pattes d’un bébé poulet étaient agrandis et fossilisés, notait-il, « il n’y aurait rien dans leurs caractères qui nous empêcherait de les référer aux Dinosauria. »

Pour autant, au fil des décennies, les chercheurs qui doutaient du lien dinosaure-oiseau ont également avancé de bons arguments anatomiques. Selon eux, les dinosaures sont dépourvus d’un certain nombre de caractéristiques propres aux oiseaux, notamment les bréchets, ou clavicules soudées, les os criblés de poches d’air, les articulations flexibles des poignets et les pieds à trois orteils. De plus, le lien supposé semblait contraire à ce que tout le monde pensait savoir : les oiseaux sont de petits lutins intelligents, rapides et dotés d’un sang chaud, tandis que les dinosaures – du grec « grand lézard effrayant » – étaient des créatures à sang froid, ternes, pataudes et semblables à des reptiles.

À la fin des années 1960, un squelette de dinosaure fossilisé provenant du Montana a commencé à ébranler cette hypothèse. Deinonychus, ou « terrible griffe » d’après la griffe en forme de faucille sur chaque pied arrière, mesurait environ 11 pieds de la tête à la queue et était un prédateur agile. De plus, sa structure osseuse était similaire à celle de l’Archéoptéryx. Rapidement, les scientifiques ont rassemblé d’autres preuves physiques intrigantes et ont découvert que les clavicules soudées étaient après tout courantes chez les dinosaures. Les os du Deinonychus et du Velociraptor possédaient des poches d’air et des articulations de poignet flexibles. Les dinosaures ressemblaient de plus en plus à des oiseaux. « Toutes ces choses ont été arrachées de la définition d’être un oiseau », dit le paléontologue Matthew Carrano du Smithsonian National Museum of Natural History.

Mais il y avait une caractéristique importante qui n’avait pas été trouvée chez les dinosaures, et peu d’experts se sentiraient tout à fait à l’aise pour affirmer que les mésanges et les tricératops étaient apparentés jusqu’à ce qu’ils aient des preuves de ce lien anatomique manquant : les plumes.

Un pauvre fermier chinois, Li Yingfang, a fait 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 des poissons fossiles. « Je creusais des trous pour planter des arbres », se souvient Li, qui travaille maintenant à plein temps dans un musée du dinosaure construit sur ce même site. D’un trou, il a déterré une plaque de schiste de deux pieds de long. Chasseur de fossiles expérimenté, Li a fendu la dalle et a vu une créature différente de toutes celles qu’il avait vues. Le squelette avait un crâne semblable à celui d’un 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 Pékin en octobre de la même année, Philip Currie, un paléontologue aujourd’hui à l’université d’Alberta, a vu le spécimen et a compris qu’il allait bouleverser la paléontologie. Le mois suivant, Currie, qui connaît la Chine depuis longtemps, en a montré une photographie à ses collègues lors de la réunion annuelle de la Society of Vertebrate Paleontology. La photo a volé la vedette. « C’était un fossile tellement étonnant », se souvient le paléontologue Hans-Dieter Sues du Musée national d’histoire naturelle. « Sensationnel. » Les paléontologues occidentaux se sont rapidement rendus en pèlerinage à Pékin pour voir le fossile. « Ils sont revenus hébétés », raconte Sues.

Malgré les plumes, le squelette ne laissait aucun doute sur le fait que la nouvelle espèce, baptisée Sinosauropteryx, ce qui signifie « aile de lézard chinois », était un dinosaure. Il vivait il y a environ 125 millions d’années, d’après la datation des éléments radioactifs dans les sédiments qui ont enveloppé le fossile. Ses filaments tégumentaires – de longues et fines structures dépassant de sa peau écailleuse – ont convaincu la plupart des paléontologues que cet animal était le premier dinosaure à plumes jamais mis au jour. Une douzaine de dinosaures dotés de filaments ou de plumes ont depuis été découverts sur ce site.

En analysant les spécimens provenant de Chine, les paléontologues ont comblé les lacunes du registre fossile et retracé les relations évolutives entre divers dinosaures. Les fossiles ont finalement confirmé, à tous sauf à quelques 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. Sinosauropteryx, en fait, était ce que les paléontologues appellent un dinosaure non aviaire, même s’il avait des plumes. Cette découverte a incité les paléontologues à revoir leur point de vue sur d’autres dinosaures non aviaires, comme le célèbre Velociraptor, mangeur de viande, et même certains membres du groupe des tyrannosaures. Eux aussi étaient probablement parés 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 leur chaleur corporelle, à repousser l’eau et à attirer un partenaire. Et bien sûr, elles facilitent le vol, mais pas toujours, comme le montrent les autruches et les pingouins, 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 emplumés, pour voler.

Décrypter comment les plumes se sont transformées au fil des âges, passant de fibres grêles à de délicats instruments de vol, permettrait d’éclairer la transition des dinosaures vers les oiseaux, et comment la sélection naturelle a forgé ce trait complexe. Peu de scientifiques connaissent les plumes anciennes plus intimement que Xu Xing, de l’IVPP. Il a découvert 40 espèces de dinosaures – plus que tout autre scientifique vivant – dans toute la Chine. Son bureau à l’IVPP, en face du zoo de Pékin, est encombré de fossiles et de moulages.

Xu envisage l’évolution des plumes comme un processus progressif. Dans leur forme la plus primitive, les plumes étaient des filaments uniques, ressemblant à des piquants, qui dépassaient de la peau des reptiles. Ces structures simples sont très anciennes ; même les ptérodactyles avaient des sortes de filaments. Xu suggère que l’évolution des plumes pourrait avoir commencé chez un ancêtre commun aux ptérodactyles et aux dinosaures – il y a près de 240 millions d’années, soit quelque 95 millions d’années avant Archaeopteryx.

Après l’émergence des filaments uniques sont venus les filaments multiples joints à la base. Les barbes appariées tirées d’un arbre central ont ensuite fait leur apparition dans les archives fossiles. Finalement, des rangées denses de barbes imbriquées ont formé une surface plate : le plan de base des plumes dites pennées des oiseaux modernes. Tous ces types de plumes ont été trouvés dans des empreintes fossiles de théropodes, le sous-ordre des dinosaures qui comprend le Tyrannosaurus rex ainsi que les oiseaux et autres Maniraptorans.

On trouve des filaments ailleurs dans l’arbre généalogique des dinosaures également, chez des espèces très éloignées des théropodes, comme le Psittacosaurus, un herbivore à tête de perroquet apparu il y a environ 130 millions d’années. Il possédait des filaments simples et épars le long de sa queue. La raison pour laquelle les filaments apparaissent dans certaines lignées de dinosaures et pas dans d’autres n’est pas claire. « Une possibilité est que les structures ressemblant à des plumes aient évolué très tôt dans l’histoire des dinosaures », explique Xu, et que certains groupes aient conservé ces structures, tandis que d’autres les ont perdues. « Mais finalement, chez les Maniraptorans, les plumes se sont stabilisées et ont évolué vers les plumes modernes », poursuit-il. Il se peut aussi que les filaments aient évolué indépendamment à des moments différents. Comme le souligne Sues, « il semble que, génétiquement, ce n’est pas un grand tour de passe-passe de transformer une écaille en filament. »

À l’origine, les filaments uniques pourraient bien avoir été destinés à l’affichage, l’équivalent chez les dinosaures du plumage irisé d’un paon. Des preuves éclatantes de cette théorie sont apparues lorsque les scientifiques ont dévoilé les véritables couleurs de plumes vieilles de 125 millions d’années. Les plumes d’oiseaux et les écailles de reptiles contiennent des mélanosomes, c’est-à-dire de minuscules sacs renfermant des variétés du pigment mélanine. De nombreux paléontologues soupçonnaient 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 chercher des mélanosomes dans des photographies de fossiles d’oiseaux et de dinosaures prises au microscope électronique. L’assiduité de Zhang a porté ses fruits en 2009 lorsqu’il a repéré, chez Confuciusornis, des mélanosomes contenant de l’eumélanine, qui donne aux plumes une teinte grise ou noire, et de la phéomélanine, qui leur donne une couleur châtain à brun rougeâtre. Les plumes de l’animal présentaient des taches de couleur blanche, noire et brun-orange.

Sinosauropteryx était encore plus étonnant. Zhang a constaté que les filaments qui couraient le long de son dos et de sa queue devaient faire ressembler le dinosaure à un poteau de coiffeur rayé orange et blanc. Un motif aussi vibrant suggère que « les plumes sont d’abord apparues comme des agents d’affichage des couleurs », explique Benton.

Les premières plumes auraient pu servir à d’autres fins. Des filaments creux auraient pu dissiper la chaleur, un peu comme le font aujourd’hui les jabots de certains lézards modernes. D’autres paléontologues supposent que les plumes ont d’abord évolué pour retenir la chaleur. Un exemple éloquent nous vient des fossiles d’Oviraptor – un théropode découvert en Mongolie qui vivait il y a environ 75 millions d’années – accroupis au-dessus de nids remplis d’œufs. Les Oviraptors repliaient leurs pattes au centre de la pochette et s’agrippaient à la périphérie avec leurs longs membres antérieurs, une posture qui ressemble étrangement à celle des oiseaux qui couvent et gardent leurs œufs au chaud. Les dinosaures apparentés à Oviraptor étaient couverts de plumes pennées, ce qui laisse penser qu’Oviraptor l’était également. « S’asseoir sur un tel nid n’avait de sens que s’il avait des plumes » pour isoler doucement ses petits, explique Sues.

Les plumes ont bien sûr fini par devenir un instrument de vol. Certains paléontologues envisagent un scénario dans lequel les dinosaures ont utilisé des plumes pour les aider à occuper les arbres pour la première fois. « Comme les dinosaures avaient des chevilles articulées, ils ne pouvaient pas faire tourner leurs pieds et ne pouvaient pas bien grimper. Peut-être que les plumes les ont aidés à grimper sur les troncs d’arbres », explique Carrano. Les bébés oiseaux d’espèces vivant principalement au sol, comme les dindes, utilisent leurs ailes de cette manière. Les plumes ont pu devenir de plus en plus aérodynamiques au fil des millions d’années, permettant finalement aux dinosaures de planer d’arbre en arbre. Les individus capables de réaliser un tel exploit auraient pu atteindre de nouvelles sources de nourriture ou mieux échapper aux prédateurs – et transmettre ce trait aux générations suivantes.

L’un des spécimens les plus séduisants à émerger des lits de schiste du Liaoning est Microraptor, que Xu a découvert en 2003. La bête de poids bantam 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 à aucun autre dinosaure à plumes découvert auparavant. Xu le qualifie de dinosaure « à quatre ailes » parce qu’il avait de longues plumes pennacées sur les bras et les jambes. En raison de son sternum soudé et de ses plumes asymétriques, dit Xu, Microraptor pouvait sûrement planer d’un arbre à l’autre, et il était peut-être même meilleur pour voler par ses propres moyens que ne l’était Archaeopteryx.

L’année dernière, Xu a découvert une autre espèce de dinosaure à quatre ailes, également à Liaoning. En plus de montrer que le vol à quatre ailes n’était pas un coup de chance, la nouvelle espèce, Anchiornis huxleyi, nommée en l’honneur de Thomas Henry Huxley, est le plus ancien dinosaure à plumes connu. Elle provient de dépôts lacustres jurassiques vieux de 155 à 160 millions d’années. Cette découverte a éliminé la dernière objection au lien évolutif entre les oiseaux et les dinosaures. Pendant des années, les sceptiques ont invoqué le paradoxe temporel : aucun dinosaure à plumes n’était plus vieux que l’Archéoptéryx, les oiseaux ne pouvaient donc pas être issus des dinosaures. Cet argument a été balayé : Anchiornis est plus vieux de plusieurs millions d’années qu’Archaeopteryx.

Les dinosaures à quatre ailes étaient finalement une branche morte de l’arbre de la vie ; ils disparaissent du registre fossile il y a environ 80 millions d’années. Leur disparition n’a laissé qu’une seule lignée de dinosaures capable de voler : les oiseaux.

Quand exactement les dinosaures ont-ils évolué en oiseaux ? Difficile à dire. « Au plus profond de l’histoire de l’évolution, il est extrêmement difficile de tracer la ligne de démarcation entre les oiseaux et les dinosaures », déclare Xu. Hormis des différences mineures dans la forme des vertèbres du cou et la longueur relative des bras, les premiers oiseaux et leurs cousins maniraptoriens, comme le Velociraptor, se ressemblent beaucoup.

« Si l’Archaeopteryx était découvert aujourd’hui, je ne pense pas que vous l’appelleriez un oiseau. Vous l’appelleriez un dinosaure à plumes », dit Carrano. On l’appelle toujours le premier oiseau, mais plus pour des raisons historiques que parce qu’il est la plus ancienne ou la meilleure incarnation des traits de l’oiseau.

En revanche, Confuciusornis, qui possédait le premier bec et le premier pygostyle, ou vertèbres caudales soudées qui supportaient les plumes, ressemble vraiment à un oiseau. « Il passe le test de l’odorat », 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 évolué vers d’autres caractéristiques qui les distinguent des dinosaures. Les oiseaux modernes ont un métabolisme plus élevé que celui du Velociraptor, même le plus agile. Les dents ont disparu à un moment donné de l’histoire de l’évolution des oiseaux. La queue des oiseaux s’est raccourcie, leurs capacités de vol se sont améliorées et leur cerveau est devenu plus gros que celui des dinosaures. Et les oiseaux modernes, contrairement à leurs ancêtres maniraptoriens, ont un gros orteil qui s’écarte des autres orteils, ce qui leur permet de se percher. « On passe progressivement des longs bras et des mains énormes des maniraptoriens non aviaires à quelque chose qui ressemble à l’aile de poulet que l’on trouve au KFC », explique M. Sues. Compte tenu de l’ampleur de ces adaptations aviaires, il n’est pas étonnant que le lien évolutif entre les dinosaures et les oiseaux tels que nous les connaissons soit resté caché jusqu’à ce que les paléontologues commencent à analyser le riche registre de fossiles de Chine.

Chaoyang est une ville chinoise terne aux rues poussiéreuses ; dans ses recoins les plus sombres, elle rappelle les villes charbonnières américaines du 19e siècle. Mais pour les collectionneurs de fossiles, Chaoyang est un paradis, à seulement une heure de route de certains des gisements les plus productifs de la formation de Yixian.

Une rue est bordée de boutiques vendant des yuhuashi, ou fossiles de poissons. Des fossiles encadrés et incrustés dans le schiste, souvent par paires en miroir, peuvent être obtenus pour un dollar ou deux. Un article 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, Pékin (et aucune carte n’est complète sans un poisson représentant Taïwan). Les marchands vendent des insectes, des crustacés et des plantes fossilisés. Parfois, malgré les lois qui interdisent le commerce de fossiles à valeur scientifique, des marchands moins scrupuleux sont connus pour vendre des fossiles de dinosaures. Les spécimens les plus importants, dit Zhou, « ne sont pas découverts par les scientifiques dans les boutiques de fossiles de la ville, mais au domicile des marchands ou des agriculteurs qui les ont déterrés. »

En plus du Sinosauropteryx, plusieurs autres spécimens révélateurs ont été mis au jour par des amateurs plutôt que lors de fouilles scientifiques. Le défi pour Zhou et ses collègues est de trouver les 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 de Liaoning pour vérifier tous les fossiles sur lesquels les marchands amis de leur cause ont mis la main ces derniers temps.

La plupart des stocks des magasins de fossiles proviennent d’agriculteurs qui taillent dans les lits de fossiles quand ils ne s’occupent pas de leurs champs. Un minuscule spécimen de poisson bien préservé peut rapporter à son dénicheur l’équivalent de 25 cents, soit assez pour un repas chaud. Un dinosaure à plumes peut rapporter plusieurs milliers de dollars, soit le revenu d’une année ou plus. Aussi destructrice soit-elle pour les gisements de fossiles, cette paléo-économie a contribué à réécrire la préhistoire.

Zhou ramasse une dalle et l’observe à travers ses lunettes à monture métallique. « Président, venez ici et regardez », dit Zhou à Zhang (qui a gagné son surnom ludique en tant que président du syndicat des employés de l’IVPP). Zhang examines the specimen and adds it to a pile that will be hauled back to Beijing for study—and, if they are lucky, reveal another hidden branch of the tree of life.

Richard Stone has written about a Stonehenge burial, a rare antelope and mysterious Tibetan towers for Smithsonian.