Des indices chimiques révèlent le métabolisme des dinosaures


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  • Pendant des décennies, les paléontologues ont débattu pour savoir si les dinosaures étaient à sang chaud, comme les mammifères et les oiseaux modernes, ou à sang froid, comme les reptiles modernes. Savoir si les dinosaures avaient le sang chaud ou froid pourrait nous donner des indices sur leur niveau d’activité et sur leur vie quotidienne, mais les méthodes pour déterminer leur sang chaud ou froid — à quelle vitesse leur métabolisme pouvait transformer l’oxygène en énergie — n’étaient pas concluants. Mais dans un nouvel article de Natureles scientifiques dévoilent une nouvelle méthode pour étudier les taux métaboliques des dinosaures, en utilisant des indices dans leurs os qui indiquent combien les animaux ont respiré au cours de leur dernière heure de vie.

    « C’est vraiment excitant pour nous en tant que paléontologues – la question de savoir si les dinosaures avaient le sang chaud ou froid est l’une des plus anciennes questions en paléontologie, et maintenant nous pensons avoir un consensus sur le fait que la plupart des dinosaures étaient à sang chaud ». dit Jasmina Wiemann, auteur principal de l’article et chercheur postdoctoral au California Institute of Technology.

    « Le nouveau proxy développé par Jasmina Wiemann nous permet de déduire directement le métabolisme d’organismes éteints, ce dont nous rêvions il y a quelques années à peine. Nous avons également trouvé différents taux métaboliques caractérisant différents groupes, ce qui était auparavant suggéré sur la base d’autres méthodes, mais jamais testé directement », explique Matteo Fabbri, chercheur postdoctoral au Field Museum de Chicago et l’un des auteurs de l’étude.

    Les gens parlent parfois du métabolisme en termes de facilité pour quelqu’un à rester en forme, mais à la base, « le métabolisme est l’efficacité avec laquelle nous convertissons l’oxygène que nous respirons en énergie chimique qui alimente notre corps », explique Wiemann, qui est affilié à l’Université de Yale et au Musée d’histoire naturelle du comté de Los Angeles.

    Les animaux à taux métabolique élevé sont endothermiques ou à sang chaud; les animaux à sang chaud comme les oiseaux et les mammifères absorbent beaucoup d’oxygène et doivent brûler beaucoup de calories pour maintenir leur température corporelle et rester actifs. Les animaux à sang froid ou ectothermes comme les reptiles respirent moins et mangent moins. Leur mode de vie est moins coûteux énergétiquement que celui d’un animal à sang chaud, mais cela a un prix : les animaux à sang froid dépendent du monde extérieur pour maintenir leur corps à la bonne température pour fonctionner (comme un lézard qui se prélasse au soleil), et ils ont tendance à être moins actifs que les créatures à sang chaud.

    Les oiseaux étant à sang chaud et les reptiles à sang froid, les dinosaures ont été pris au milieu d’un débat. Les oiseaux sont les seuls dinosaures qui ont survécu à l’extinction massive à la fin du Crétacé, mais les dinosaures (et par extension, les oiseaux) sont techniquement des reptiles – en dehors des oiseaux, leurs plus proches parents vivants sont les crocodiles et les alligators. Cela rendrait-il les dinosaures à sang chaud ou à sang froid ?

    Les scientifiques ont tenté de glaner les taux métaboliques des dinosaures à partir d’analyses chimiques et ostéohistologiques de leurs os. « Dans le passé, les gens ont examiné les os de dinosaures avec une géochimie isotopique qui fonctionne essentiellement comme un paléo-thermomètre », explique Wiemann. Les chercheurs examinent les minéraux d’un fossile et déterminent à quelles températures ces minéraux se formeraient. « C’est vraiment cool. approche et c’était vraiment révolutionnaire quand il est sorti, et il continue de fournir des informations très intéressantes sur la physiologie des animaux disparus. Mais nous avons réalisé que nous ne comprenons pas encore vraiment comment les processus de fossilisation modifient les signaux isotopiques que nous captons , il est donc difficile de comparer sans ambiguïté les données des fossiles aux animaux modernes. »

    Une autre méthode pour étudier le métabolisme est le taux de croissance. « Si vous regardez une coupe transversale de tissu osseux de dinosaure, vous pouvez voir une série de lignes, comme des cernes d’arbres, qui correspondent à des années de croissance », explique Fabbri. « Vous pouvez compter les lignes de croissance et l’espace entre elles pour voir à quelle vitesse le dinosaure a grandi. La limite dépend de la façon dont vous transformez les estimations du taux de croissance en métabolisme : une croissance plus rapide ou plus lente peut avoir plus à voir avec l’étape de la vie de l’animal que avec son métabolisme, comme la façon dont nous grandissons plus vite quand nous sommes jeunes et plus lentement quand nous sommes plus âgés. »

    La nouvelle méthode proposée par Wiemann, Fabbri et leurs collègues ne tient pas compte des minéraux présents dans les os ni de la vitesse de croissance du dinosaure. Au lieu de cela, ils se penchent sur l’une des caractéristiques les plus fondamentales du métabolisme : l’utilisation de l’oxygène. Lorsque les animaux respirent, des sous-produits se forment qui réagissent avec les protéines, les sucres et les lipides, laissant derrière eux des « déchets » moléculaires. Ces déchets sont extrêmement stables et insolubles dans l’eau, ils sont donc préservés pendant le processus de fossilisation. Il laisse derrière lui un enregistrement de la quantité d’oxygène qu’un dinosaure respirait et, par conséquent, de son taux métabolique.

    Les chercheurs ont recherché ces morceaux de déchets moléculaires dans des fémurs fossiles de couleur foncée, car ces couleurs foncées indiquent que beaucoup de matière organique est préservée. Ils ont examiné les fossiles à l’aide de la spectroscopie infrarouge à transformée de Raman et de Fourier – « ces méthodes fonctionnent comme des microscopes laser, nous pouvons essentiellement quantifier l’abondance de ces marqueurs moléculaires qui nous renseignent sur le taux métabolique », explique Wiemann. « C’est une méthode particulièrement attrayante pour les paléontologues, car elle est non destructive. »

    L’équipe a analysé les fémurs de 55 groupes d’animaux différents, y compris les dinosaures, leurs cousins ​​volants les ptérosaures, leurs parents marins plus éloignés les plésiosaures et les oiseaux, mammifères et lézards modernes. Ils ont comparé la quantité de sous-produits moléculaires liés à la respiration avec les taux métaboliques connus des animaux vivants et ont utilisé ces données pour déduire les taux métaboliques des animaux disparus.

    L’équipe a découvert que les taux métaboliques des dinosaures étaient généralement élevés. Il existe deux grands groupes de dinosaures, les saurischiens et les ornithischiens – les hanches de lézard et les hanches d’oiseau. Les dinosaures à hanche de lézard, comme Tricératops et stégosaure, avaient des taux métaboliques faibles comparables à ceux des animaux modernes à sang froid. Les dinosaures à hanche d’oiseau, y compris les théropodes et les sauropodes – les dinosaures prédateurs à deux pattes, plus ressemblant à des oiseaux, comme Vélociraptor et T. rex et les herbivores géants au long cou comme Brachiosaure – avaient le sang chaud ou même chaud. Les chercheurs ont été surpris de découvrir que certains de ces dinosaures n’étaient pas seulement à sang chaud, ils avaient des taux métaboliques comparables à ceux des oiseaux modernes, bien plus élevés que les mammifères. Ces résultats complètent les observations indépendantes précédentes qui laissaient entrevoir de telles tendances mais ne pouvaient pas fournir de preuves directes, en raison de l’absence d’un proxy direct pour déduire le métabolisme.

    Ces découvertes, selon les chercheurs, peuvent nous donner des informations fondamentalement nouvelles sur la vie des dinosaures.

    « Les dinosaures avec des taux métaboliques inférieurs auraient été, dans une certaine mesure, dépendants des températures extérieures », explique Wiemann. « Les lézards et les tortues s’assoient au soleil et se prélassent, et nous devrons peut-être envisager une thermorégulation « comportementale » similaire chez les ornithischiens avec des taux métaboliques exceptionnellement bas. Les dinosaures à sang froid pourraient également avoir dû migrer vers des climats plus chauds pendant la saison froide, et le climat peut avoir été un facteur sélectif pour l’endroit où certains de ces dinosaures pourraient vivre. »

    En revanche, dit-elle, les dinosaures à sang chaud auraient été plus actifs et auraient eu besoin de beaucoup manger. « Les sauropodes géants à sang chaud étaient des herbivores, et il faudrait beaucoup de matière végétale pour alimenter ce système métabolique. Ils avaient des systèmes digestifs très efficaces, et comme ils étaient si gros, c’était probablement plus difficile pour eux de se refroidir. » vers le bas que pour chauffer. » Pendant ce temps, les dinosaures théropodes – le groupe qui contient des oiseaux – ont développé des métabolismes élevés avant même que certains de leurs membres ne volent.

    « Reconstruire la biologie et la physiologie des animaux disparus est l’une des choses les plus difficiles à faire en paléontologie. Cette nouvelle étude ajoute une pièce fondamentale du puzzle dans la compréhension de l’évolution de la physiologie dans le temps profond et complète les proxys précédents utilisés pour enquêter sur ces questions. Nous peut désormais déduire la température corporelle grâce aux isotopes, les stratégies de croissance grâce à l’ostéohistologie et les taux métaboliques grâce à des proxies chimiques », explique Fabbri.

    En plus de nous donner un aperçu de ce à quoi ressemblaient les dinosaures, cette étude nous aide également à mieux comprendre le monde qui nous entoure aujourd’hui. Les dinosaures, à l’exception des oiseaux, ont disparu lors d’une extinction massive il y a 65 millions d’années lorsqu’un astéroïde a frappé la Terre. « Avoir un taux métabolique élevé a généralement été suggéré comme l’un des principaux avantages lorsqu’il s’agit de survivre à des extinctions massives et de rayonner avec succès par la suite », explique Wiemann – certains scientifiques ont proposé que les oiseaux aient survécu tandis que les dinosaures non aviaires sont morts à cause de la augmentation de la capacité métabolique des oiseaux. Mais cette étude, dit Wiemann, aide à montrer que ce n’est pas vrai : de nombreux dinosaures dotés de capacités métaboliques exceptionnelles semblables à celles des oiseaux ont disparu.

    « Nous vivons la sixième extinction de masse », déclare Wiemann, « il est donc important pour nous de comprendre comment les animaux modernes et éteints ont réagi physiologiquement au changement climatique et aux perturbations environnementales antérieurs, afin que le passé puisse informer la conservation de la biodiversité dans le présent et éclairer nos actions futures. »

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