Une étude révolutionnaire a identifié les caractéristiques communes des plumes chez les oiseaux volants, révélant que tous possèdent 9 à 11 plumes primaires, un trait qui donne un aperçu de l’évolution du vol depuis les ancêtres des dinosaures. En combinant l’analyse de spécimens de musée et de données fossiles, les chercheurs suggèrent que le vol n’a évolué qu’une seule fois chez les dinosaures, soulignant ainsi l’importance des plumes et du vol dans le succès évolutif de ces espèces. Ci-dessus, un fossile montrant l’aile et les plumes de l’oiseau préhistorique Confuciusornis. Crédit : Yossef Kiat
Les oiseaux peuvent voler, du moins la plupart d’entre eux. Les oiseaux incapables de voler, comme les manchots et les autruches, se sont adaptés à la vie sans avoir besoin de voler. Malgré cela, il reste une lacune importante dans la compréhension scientifique concernant les différences d’ailes et de plumes entre les oiseaux incapables de voler et ceux qui peuvent voler.
Dans une nouvelle étude parue dans la revue PNAS, les scientifiques ont examiné des centaines d’oiseaux dans les collections de musées et ont découvert une série de caractéristiques de plumes que tous les oiseaux volants ont en commun. Ces « règles » fournissent des indices sur la manière dont les dinosaures, ancêtres des oiseaux modernes, ont développé pour la première fois la capacité de voler, et sur les dinosaures qui étaient capables de voler.
Origines évolutives du vol des oiseaux
Tous les dinosaures ne sont pas devenus des oiseaux, mais tous les oiseaux vivants sont des dinosaures. Les oiseaux font partie du groupe de dinosaures qui ont survécu lorsqu’un astéroïde a frappé la Terre il y a 66 millions d’années. Bien avant l’impact de l’astéroïde, certains membres d’un groupe de dinosaures appelés Penneraptorans ont commencé à développer des plumes et la capacité de voler.
L’aile, mettant en valeur les rémiges, de l’Alouette de Temminck. Crédit : Yossef Kiat
Les membres du groupe des Penneraptoran ont commencé à développer des plumes avant de pouvoir voler ; le but initial des plumes aurait pu être d’isoler ou d’attirer des partenaires. Par exemple, VélocirpatoIl avait des plumes, mais il ne pouvait pas voler.
Bien sûr, les scientifiques ne peuvent pas monter dans une machine à remonter le temps jusqu’au Crétacé Période pour voir si Vélociraptors pourrait voler. Au lieu de cela, les paléontologues s’appuient sur des indices dans les squelettes fossilisés des animaux, comme la taille et la forme des os des bras/ailes et des triangles, ainsi que la forme des plumes préservées, pour déterminer lequel espèces étaient capables d’effectuer un véritable vol propulsé. Par exemple, les longues plumes primaires situées au bout des ailes des oiseaux sont asymétriques chez les oiseaux capables de voler, mais symétriques chez les oiseaux qui ne le peuvent pas.
Découvertes dans l’évolution des plumes
La quête d’indices sur le vol des dinosaures a conduit à une collaboration entre Jingmai O’Connor, paléontologue au Field Museum de Chicago, et Yosef Kiat, chercheur postdoctoral au Field.
« Yosef, un ornithologue, étudiait des caractéristiques telles que le nombre de types différents de plumes d’ailes par rapport à la longueur de l’os du bras auquel elles s’attachent, et le degré d’asymétrie des rémiges des oiseaux », a déclaré O’Connor, associé du musée. conservateur des reptiles fossiles, spécialisé dans les lève-tôt. « Grâce à notre collaboration, Yosef est capable de suivre ces caractéristiques dans des fossiles âgés de 160 à 120 millions d’années, et donc d’étudier les débuts de l’histoire évolutive des plumes. »
Les plumes primaires d’un pingouin. Crédit : Yossef Kiat
Kiat a entrepris une étude des plumes de chaque ordre d’oiseaux vivants, examinant des spécimens de 346 espèces différentes conservées dans les musées du monde entier. En observant les ailes et les plumes des colibris, des faucons, des manchots et des pélicans, il a remarqué un certain nombre de traits cohérents parmi les espèces capables de voler. Par exemple, en plus des plumes asymétriques, tous les oiseaux en vol avaient entre 9 et 11 plumes primaires. Chez les oiseaux incapables de voler, le nombre varie considérablement : les manchots en ont plus de 40, tandis que les émeus n’en ont aucun. Il s’agit d’une règle d’une simplicité trompeuse qui semble passer inaperçue auprès des scientifiques.
Implications pour comprendre le vol des dinosaures
« Il est vraiment surprenant qu’avec autant de styles de vol que l’on puisse trouver chez les oiseaux modernes, ils partagent tous cette caractéristique d’avoir entre 9 et 11 plumes primaires », explique Kiat. « Et j’ai été surpris que personne ne semble avoir trouvé cela auparavant. »
En appliquant les informations sur le nombre de plumes primaires à l’arbre généalogique global des oiseaux, Kiat et O’Connor ont également constaté qu’il faut beaucoup de temps aux oiseaux pour développer un nombre différent de plumes primaires. « Ce trait ne change qu’après de très longues périodes géologiques », explique O’Connor. « Il faut beaucoup de temps à l’évolution pour agir sur ce trait et le modifier. »
Parulines noires dans les collections du Field Museum utilisées dans cette étude. Crédit : Yossef Kiat
En plus des oiseaux modernes, les chercheurs ont également examiné 65 spécimens fossiles représentant 35 espèces différentes de dinosaures à plumes et d’oiseaux disparus. En appliquant les découvertes des oiseaux modernes, les chercheurs ont pu extrapoler des informations sur les fossiles. « En gros, vous pouvez examiner le chevauchement du nombre de plumes primaires et de la forme de ces plumes pour déterminer si un oiseau fossile pouvait voler et si ses ancêtres le pouvaient », explique O’Connor.
Par exemple, les chercheurs ont observé le dinosaure à plumes Caudipteryx. Caudipteryx avait 9 plumes primaires, mais ces plumes sont presque symétriques et les proportions de ses ailes auraient rendu le vol impossible. Les chercheurs ont dit qu’il était possible que Caudipteryx avait un ancêtre capable de voler, mais ce trait a été perdu au moment où Caudipteryx arrivé sur les lieux.
Comme il faut beaucoup de temps pour que le nombre de plumes primaires change, les oiseaux incapables de voler Caudipteryx a conservé ses 9 primaires. Pendant ce temps, les ailes d’autres fossiles à plumes semblaient prêtes à voler, notamment celles du plus ancien oiseau connu, Archéoptéryxet Microraptorun petit dinosaure à quatre ailes qui n’est pas un ancêtre direct des oiseaux modernes.
Fossile montrant les ailes et les plumes du dinosaure Microraptor. Crédit : Yossef Kiat
Intégrer la connaissance de l’évolution
En allant plus loin, ces données pourraient éclairer la conversation entre scientifiques sur les origines du vol des dinosaures. « Ce n’est que récemment que les scientifiques ont réalisé que les oiseaux ne sont pas les seuls dinosaures volants », explique O’Connor. « Et il y a eu des débats sur la question de savoir si le vol a évolué chez les dinosaures une seule fois ou plusieurs fois. Nos résultats semblent suggérer que le vol n’a évolué qu’une seule fois chez les dinosaures, mais nous devons vraiment reconnaître que notre compréhension du vol chez les dinosaures ne fait que commencer et qu’il nous manque probablement encore certaines des premières étapes de l’évolution des ailes à plumes.
« Notre étude, qui combine des données paléontologiques basées sur des fossiles d’espèces disparues avec des informations sur les oiseaux qui vivent aujourd’hui, fournit des informations intéressantes sur les plumes et le plumage, l’une des nouveautés évolutives les plus intéressantes parmi les oiseaux vivant aujourd’hui. vertébrés. Ainsi, cela nous aide à en apprendre davantage sur l’évolution de ces dinosaures et souligne l’importance d’intégrer les connaissances provenant de différentes sources pour une meilleure compréhension des processus évolutifs », explique Kiat.
« Les dinosaures théropodes, y compris les oiseaux, constituent l’une des lignées de vertébrés les plus prospères de notre planète », explique O’Connor. « L’une des raisons pour lesquelles ils réussissent si bien est leur vol. L’une des autres raisons est probablement leurs plumes, car il existe des structures très polyvalentes. Ainsi, toute information pouvant nous aider à comprendre comment ces deux caractéristiques importantes ont co-évolué et conduit à cet énorme succès est vraiment importante.
