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Les premiers dinosaures étaient des joueurs banals sur un supercontinent peuplé d’autres reptiles anciens lorsqu’ils ont évolué pour la première fois il y a environ 230 millions d’années.
Cependant, 30 millions d’années plus tard, les dinosaures dominaient la planète, se présentant sous toutes les formes, tailles et formes, tandis que nombre de leurs homologues reptiliens étaient morts. La raison exacte de leur succès évolutif reste un mystère de longue date, mais de nouvelles recherches suggèrent que certaines réponses à cette question pourraient être contenues dans ce qu’ils ont laissé derrière eux : des excréments de dinosaures.
“Nous en savons beaucoup sur leur vie et leur extinction, mais pas sur la manière dont ils sont apparus”, a déclaré Martin Qvarnström, auteur principal d’une étude sur l’essor des dinosaures publiée mercredi dans la revue Nature et paléontologue à l’Université d’Uppsala en Suède.
Pour mieux comprendre les géants disparus, Qvarnström et ses collègues ont étudié des fossiles négligés connus sous le nom de bromalites : des restes du système digestif – c’est-à-dire des crottes et des vomissements de dinosaures.
Ils ont étudié plus de 500 fossiles rassemblés sur une période de 25 ans sur une dizaine de sites du bassin polonais, une région du sud de la Pologne. Les restes remontaient à une période allant du Trias supérieur au début du Jurassique, d’il y a environ 247 millions d’années à 200 millions d’années.
« (Les bromalites) contiennent tellement d’informations paléoécologiques, mais je ne pense pas que les paléontologues l’aient vraiment reconnu et les ont surtout considérées comme une blague ; vous collectez quelques coprolites parce que c’est drôle », a déclaré Qvarnström, faisant référence aux excréments fossilisés. Ils ont découvert que les excréments et les vomissures fossilisés – connus scientifiquement respectivement sous le nom de coprolites et de régurgitites – augmentaient en taille et en variété au fil du temps, indiquant l’émergence d’animaux plus gros et de régimes alimentaires différents.
En étudiant la forme et le contenu des bromalites et les relier à des squelettes fossilisés et à des empreintes de pas trouvés sur les sites, les chercheurs ont pu identifier et catégoriser les animaux qui les ont probablement produits.
Cela a permis aux chercheurs de comprendre combien, quel type et quelle taille de dinosaures, ainsi que d’autres animaux vertébrés, se trouvaient dans le paysage à un moment donné. L’analyse, qui a duré 10 ans, a permis à l’équipe de comprendre pourquoi les dinosaures sont devenus si célèbres.
Dans certains cas, il a été possible de faire une évaluation visuelle du type de dinosaure responsable d’une bromalite en fonction de la taille et de la forme d’un fossile (un coprolite en forme de spirale provenait probablement d’un animal doté d’un intestin en spirale), mais dans de nombreux autres cas, il était nécessaire de réaliser une analyse 3D détaillée de la structure interne de la bromalite à l’aide d’un équipement spécialisé pour comprendre ce que contenaient les fossiles.
Les anciens restes digestifs peuvent « ressembler à quelque chose laissé par votre chien dans le parc et il est très évident de quoi il s’agit. Dans d’autres cas, notamment chez les herbivores, ils sont plus difficiles à reconnaître », a-t-il déclaré.
L’équipe a scanné la structure interne des fossiles au Centre européen de rayonnement synchrotron de Grenoble, en France. Cette installation massive, un synchrotron en forme d’anneau de 844 mètres (2 800 pieds) de circonférence, génère des faisceaux de rayons X 10 000 milliards de fois plus lumineux que les rayons X médicaux et permet aux scientifiques d’étudier la matière aux niveaux moléculaire et atomique.
« C’est un peu comme un scanner à l’hôpital. Cela fonctionne de la même manière, mais avec une énergie beaucoup plus élevée. Nous en avons besoin pour obtenir une très haute résolution et un bon contraste », Qvarnström dit.
Les coprolites contenaient des restes de poissons, d’insectes et de plantes, et parfois d’autres proies. Certains restes ont été magnifiquement conservés, notamment de minuscules coléoptères et des poissons à moitié complets. D’autres coprolites contenaient des os écrasés par des prédateurs.
“Les squelettes fossiles, les empreintes et les bromalites provenant de sites en Pologne fournissent une série d’instantanés temporels discrets qui démontrent une transition d’un monde avec peu de dinosaures à un monde dans lequel ils dominaient”, a déclaré Lawrence H. Tanner, paléontologue au département de biologie. et sciences de l’environnement au Moyne College de New York. Tanner n’a pas été impliqué dans l’étude.
“L’utilisation des techniques de cette étude dans d’autres endroits fournirait un contexte plus global et créerait une image nuancée”, a écrit Tanner dans un commentaire publié parallèlement à la recherche.
Les auteurs ont proposé cinq phases pour expliquer l’ascendant des dinosaures : Leurs ancêtres étaient omnivores, se nourrissant de plantes et d’animaux. Ils ont évolué pour devenir les premiers dinosaures carnivores et herbivores.
Un tournant clé s’est produit lorsque l’augmentation de l’activité volcanique a pu conduire à une gamme plus diversifiée de plantes dont se nourrir, suivie par l’émergence de dinosaures herbivores plus grands et plus diversifiés.
À son tour, cette phase a conduit à l’évolution des dinosaures carnivores géants adorés des réalisateurs de films et des livres d’enfance au début de la période jurassique, il y a 200 millions d’années. La suprématie des dinosaures a perduré jusqu’à ce qu’un astéroïde qui frappe au large des côtes de ce qui est aujourd’hui le Mexique il y a 66 millions d’années condamne les dinosaures à l’extinction.
Avant ces dernières recherches, deux théories avaient été proposées pour expliquer la transition d’un monde dominé par les reptiles non dinosaures à un monde dans lequel les dinosaures étaient ascendants, note l’étude.
Selon l’étude, un modèle suggère que les dinosaures ont évolué pour surpasser physiquement leurs rivaux. La position verticale des dinosaures résultant du positionnement de leurs membres postérieurs directement sous leur corps, combinée à des chevilles flexibles, les rendait très agiles et plus efficaces que leurs concurrents évolutifs tels que les reptiles aux pattes écartées. Alternativement, certains chercheurs pensent que les dinosaures ont été, par hasard, mieux capables de s’adapter aux changements climatiques dramatiques survenus à la fin du Trias.
Qvarnström a déclaré que les recherches basées sur les fossiles polonais suggéraient qu’une combinaison des deux hypothèses fournissait une explication plus probable, avec une « interaction complexe de plusieurs processus » qui signifiait que les dinosaures étaient mieux à même de faire face à la manière dont les changements environnementaux modifiaient la nourriture disponible.
Par exemple, l’étude a révélé que les résidus alimentaires extraits des bromalites appartenant aux dicynodontes, un ancien mammifère apparenté à la tête en forme de tortue, suggéraient que cette créature avait un régime alimentaire restreint, se nourrissant principalement de conifères. Il a disparu des archives fossiles il y a environ 200 millions d’années.
Les dinosaures, quant à eux, semblaient manger un large éventail de plantes. Par exemple, l’équipe a découvert que le contenu des coprolites des premiers grands dinosaures herbivores, les sauropodomorphes, contenait de grandes quantités de fougères arborescentes mais aussi de nombreux autres types de plantes et du charbon de bois. L’équipe soupçonne que le charbon de bois a contribué à détoxifier les fougères, qui peuvent être toxiques.
Grzegorz Niedźwiedzki, auteur principal de l’étude et paléontologue basé au département de biologie des organismes d’Uppsala ; évolution et développement, a déclaré que la raison du succès évolutif des dinosaures était un message toujours d’actualité aujourd’hui : « Mangez vos légumes et vivez plus longtemps ».
