Une symphonie de chants d’insectes résonnait dans la forêt tropicale du Jurassique, et les scientifiques ont désormais retrouvé les traces de cet ancien paysage sonore.
Sur la base d'une analyse d'ancêtres katydidés fossilisés, les notes jouées par ces insectes en grattant leurs ailes peuvent être reproduites, rapportent des chercheurs du 25 août dans le Actes de l'Académie nationale des sciences.
« La plupart des fossiles nous renseignent sur l'anatomie : forme, taille, structure », explique Jun-Jie Gu, biologiste évolutionniste à l'Université agricole du Sichuan à Chengdu, en Chine. « Mais ces fossiles préservent quelque chose de bien plus éphémère : le son. »
Les roches contenant les restes de ces insectes anciens proviennent de la campagne de Daohugou, en Chine. Ce paysage de collines et de prairies était une forêt chaude et humide avec des fougères géantes et d'anciens conifères au cours de la période jurassique, il y a 200 à 145 millions d'années. Il hébergeait une gamme étonnante d'insectes, explique Gu, y compris les ensiferans, le groupe qui comprend les katydidés, les grillons et les grigs.
Les fossiles révèlent les structures des ailes utilisées pour émettre des cris d'accouplement. Ils sont comme « le violon de la nature », explique le biophysicien Fernando Montealegre-Zapata, de l'Université de Lincoln en Angleterre. Une aile arbore une rangée de dents microscopiques. Lorsque les ailes se ferment, un grattoir sur l'autre aile heurte les dents, provoquant des vibrations amplifiées par le reste de l'aile. Cela forme ce que l’équipe appelle une syllabe, l’unité de base du son. Le chant émerge alors que les créatures ouvrent et ferment leurs ailes en rythme.
Pour 20 fossiles représentant neuf espèces disparues, l'équipe a simulé l'acoustique des ailes en se basant sur l'espacement des dents, la taille des ailes et la zone de vibration des ailes. Les chercheurs ont également utilisé un arbre généalogique évolutif pour déterminer la fréquence d'appel de chaque espèce, ou sa tonalité. Ils ont vérifié leur processus en reproduisant les cris de katydidés, de grillons et de grigs vivants à partir de photos des ailes de ces insectes. Cela a confirmé que les mesures nécessaires pour comprendre les sons des animaux peuvent être obtenues à partir d'images 2D d'ailes réalisées à partir de photos de fossiles.
La cadence, ou la répétition, de ces syllabes n'est pas claire d'après les fossiles, dit Montealegre-Zapata. L’équipe s’est donc penchée sur les ensifères vivants, dont le répertoire est lié à la forme et à la taille du corps et change avec la température. L’équipe a formé un modèle d’apprentissage automatique avec ces caractéristiques et a utilisé la température de la forêt tropicale du Jurassique pour simuler d’anciens cris d’insectes. Le résultat fut un chœur d’appels d’ancêtres katydides.
Le travail est « très passionnant », déclare Roy Plotnick, paléobiologiste à l’Université de l’Illinois à Chicago qui n’a pas participé à l’étude. L'équipe est « capable de montrer que chaque espèce particulière avait un son distinctif », ou une fréquence caractéristique, qui pourrait être utilisée pour la reconnaissance des partenaires, dit-il.
Les scans des oreilles de ces insectes anciens, situées sur leurs pattes antérieures, confortent l'idée que ces insectes entendent celles de leur propre espèce.
Les sons des insectes du Jurassique sont clairs et musicaux, contrairement aux bourdonnements ou aux sifflements, qui contiennent de nombreuses fréquences. La source des sons musicaux peut être difficile à identifier pour les mammifères prédateurs en fonction de la physiologie de leurs oreilles. Ainsi, ces tonalités uniques auraient pu aider les créatures à rester quelque peu discrètes aux yeux des prédateurs tout en envoyant des communiqués à des partenaires potentiels, explique Daniel Robert, biophysicien à l'Université de Bristol en Angleterre.
L’une des neuf espèces anciennes produisait des cris par ultrasons, au-dessus de la portée de l’audition humaine. Cette créature a évolué près de 100 millions d’années avant que les chauves-souris n’évoluent avec leurs oreilles adaptées aux fréquences ultrasoniques.
Pendant ce temps, d’autres groupes ont trouvé des fossiles de premiers mammifères provenant de la même formation en Chine. Leur travail sur les oreilles internes préservées d'une créature ressemblant à une musaraigne suggère que leur portée auditive pourrait capter les cris de certains précurseurs katydidés. Ces insectes ont peut-être évolué pour échapper à la portée auditive des mammifères affamés, qui à leur tour ont peut-être évolué pour entendre des sons plus aigus, explique Montealegre-Zapata.
« C'est une idée très stimulante – une hypothèse très intéressante – mais elle doit être testée », explique Zhe-Xi Luo, paléobiologiste à l'Université de Chicago qui n'a pas participé à l'étude. L'équipe de Luo travaille à mieux comprendre la capacité auditive des premiers mammifères en comparant leurs structures auditives avec celles des mammifères modernes. Mais il est probable, dit-il, que les insectes étaient tout simplement abondants au Jurassique et que les premiers mammifères ont développé des capacités pour exploiter la surabondance de nourriture.
Il y a encore beaucoup à apprendre sur le paysage sonore du Jurassique et sur celui de périodes encore plus anciennes, dit Plotnick. Les chercheurs pourraient rechercher dans d’autres fossiles des parties du corps d’insectes qui émettent du son en se frottant les unes contre les autres.
« Nous considérons souvent les fossiles comme des pierres silencieuses », explique Gu, « mais nos travaux montrent que nous pouvons réellement entendre ce que disaient des animaux vieux de 165 millions d'années. »