Dinosaures : un robot pour comprendre comment ils se sont mis à voler

En 1861, près de Langenaltheim, en Allemagne, était découvert le premier fossile d'Archaeopteryx, vieux de 150 millions d'années. Archaeopteryx possédait une longue queue osseuse, des dents et ses avant-bras formaient de longues ailes recouvertes de plumes. Longtemps considéré comme le plus vieux fossile d'oiseau, il est désormais plutôt classé parmi les dinosaures à plumes. Il est cependant clair que la lignée des oiseaux dérive de celle des dinosaures théropodes.

Depuis la découverte de l'Archaeopteryx, l'origine du vol chez les oiseaux fait débat. Par exemple, certains pensent que les étapes qui ont pu mener au vol auraient pu être les suivantes : la course du reptile sur terreterre, puis la vie arboricolearboricole, puis le « parachutage », le vol planévol plané et enfin le vol avec des battements actifs des ailes. Mais des études sur de jeunes oiseaux sur le sol suggèrent que le vol pourrait apparaître chez des animaux terrestres sans passer par l'étape du « vol plané ».

Dans cette étude parue dans la revue PLOS Computational Biology, les chercheurs se sont penchés sur le cas de CaudipteryxCaudipteryx, un dinosaure primitif qui ne volait pas, mais dont les avant-bras courts formaient des « proto-ailes » avec des plumes. Cet animal bipède devait peser de l'ordre de cinq kilogrammeskilogrammes et possédait de longues pattes arrière. D'après les auteurs, sa vitessevitesse de course pouvait aller jusqu'à 8 m/s (28 km/h).

Caudipteryx bat des ailes quand il court

Les scientifiques ont utilisé une approche mathématique pour analyser les effets de la course sur le corps du petit dinosaure. Ces calculs ont démontré que lorsque Caudipteryx courait à une vitesse comprise entre 2,5 et 5,8 m/s sa course entraînait des vibrationsvibrations dans son corps, au point qu'il devait battre des ailes.

Le robot modèle de Caudipteryx court. © Talori et al 2019, CC by 4.0

Pour vérifier les résultats de ces calculs, les chercheurs ont créé un robotrobot pour modéliser le petit dinosaure avec sa taille réelle. Ils l'ont ensuite fait courir à différentes vitesses, ce qui a confirmé que la course provoquait un mouvementmouvement de battement des ailes. Ils ont également travaillé avec une jeune autruche qu'ils ont pourvue d'ailes artificielles. Ils ont ainsi montré que la course lui faisait battre les ailes, et plus les ailes étaient grandes plus elles donnaient à l'oiseau une force de portanceportance importante.

Pour Jing-Shan Zhao, un des auteurs de ces travaux, ce battement d'ailes aurait pu apparaître avant le vol plané, comme il l'explique dans un communiqué. « Notre travail montre que le mouvement des ailes en plumes a été développé de manière passive et naturelle pendant que le dinosaure courait sur le sol. Il ajoute : Bien que ce mouvement de battement ne puisse soulever le dinosaure dans les airsairs à ce moment-là, le mouvement des ailes battantes peut s'être développé plus tôt que le vol plané. »

Le plus grand dinosaure à plumes avait des ailes mais ne volait pas

Article de Laurent SaccoLaurent Sacco paru le 17 juillet 2015

Cousin des vélociraptorsvélociraptors de Jurassic Park et Jurassic World, et de même taille que lui, Zhenyuanlong suni, découvert en Chine, avait des plumes et des ailes. Même s'il ne pouvait très probablement pas voler, il s'agit néanmoins du plus grand dinosaure avienavien à plumes connu à ce jour. Une pièce de plus dans le puzzle de l'adaptation au vol.

Yixian est l'une des formations dites de Jehol, qui doivent ce nom à la plus célèbre d'entre elles, dans la province chinoise du Liaoning, à la frontière avec la Corée du Nord. La formation de Jehol est en effet mondialement connue pour son abondance en fossiles du CrétacéCrétacé, en particulier en spécimens de dinosaures à plumes. C'est en rapport avec le biota de Jehol que l'on a découvert depuis 1996 un certain nombre de fossiles de théropodes à plumes qui ont révolutionné notre connaissance des dinosaures, comme le Sinosauropteryx.

La formation de Jehol et donc celle de Yixian sont, pour les paléontologuespaléontologues, des Lagerstättes (en allemand, littéralement, lieux de stockage), c'est-à-dire des dépôts sédimentaires qui contiennent des fossiles d'une grande diversité ou très complets. Une nouvelle illustration de la qualité de ce gisementgisement de fossiles vient d'être donnée avec la découverte dans la formation de Yixian d'un nouveau dinosaure à plumes. Les deux chercheurs qui font la description de ce nouvel animal dans un article de Nature, Junchang Lü de la Chinese Academy of Geological Sciences (Pékin) et Stephen Brusatte de l'université d'Édimbourg (Écosse), l'ont baptisé Zhenyuanlong suni. Les restes fossilisés retrouvés appartiennent à un dromaeosauridae qui vivait il y a environ 125 millions d'années.

Les traces des larges plumes dont était doté Zhenyuanlong suni sont bien visibles sur ce fossile très complet. Elles équipaient de petits bras et ne devaient donc pas permettre à l'animal de voler. © Nature

L'origine des plumes de dinosaures reste énigmatique

Rappelons que les dromæosauridés, ou droméosauridés, sont une famille éteinte de dinosaures théropodes carnivorescarnivores ressemblant à des oiseaux qui ont abondé au cours du Crétacé. Le nom dromaeosauridae signifie « lézard coureur », du grec dromeus qui signifie « courir » et sauros qui signifie « lézard ». On retrouve leurs fossiles aussi bien en Amérique du Nord, en Europe, en Afrique, qu'au Japon, à Madagascar mais aussi en Argentine et en AntarctiqueAntarctique. Apparus au milieu du JurassiqueJurassique, ils ont survécu jusqu'à l'extinction Crétacé-Tertiaire.

Zhenyuanlong suni est remarquable à plus d'un titre. Il est d'abord, à ce jour, le plus grand dinosaure à plumes connu. Il mesurait environ 1,65 m de long, c'est-à-dire un peu plus qu'un condor de Californie, et devait peser 20 kg. Mais la présence de grandes plumes accrochées sur de petits bras indique que, pour un tel poids, des ailes si modestes ne devaient pas lui permettre de voler. C'est une indication précieuse pour mieux comprendre les mécanismes évolutifs ayant mené à l'apparition des plumes et du vol chez les dinosaures aviens et donc les oiseaux.

Sur cette représentation d'artiste, Zhenyuanlong suni est couvert de plumes richement colorées. L'hypothèse est plausible car ce dinosaure ne devait pas s'en servir pour voler mais, sans doute, pour parader. Ces ailes l'aidaient peut-être aussi à chasser en courant après ses proies. © Zhao Chuang

Zhenyuanlong suni n'est pas le plus ancien dinosaure à plumes connu mais son exemple prouve que des plumes et des ailes pouvaient se trouver chez d'anciens dinosaures aviens sans être associées au vol. Or, parmi les hypothèses avancées pour expliquer l'apparition des plumes et des ailes, certaines supposent qu'elles sont apparues et puis ont été sélectionnées par l'évolution parce qu'elles permettaient, par exemple, de garder des œufs à la bonne température ou pour parader afin d'attirer un partenaire pour la reproduction.

Toutefois, on ne peut pas écarter l'hypothèse que, comme dans le cas des autruches et des manchots actuels, Zhenyuanlong suni ait en fait évolué à partir d'animaux plus anciens qui, eux, volaient, que ce soit en planant ou en battant des ailes.