Une étude collaborative introduit « l’hypothèse de chasse-poursuite » pour expliquer les origines évolutives des ailes et des queues chez les oiseaux, remontant aux dinosaures à plumes. L’hypothèse, étayée par des simulations robotiques et des études biologiques, suggère que les proto-ailes et les plumes de la queue ont été utilisées pour débusquer les proies, améliorant ainsi l’efficacité de la recherche de nourriture. Cette découverte ajoute une nouvelle dimension à notre compréhension du comportement des dinosaures et du développement évolutif du plumage des oiseaux. Crédit : Issues.fr.com
Les dinosaures pourraient avoir utilisé les plumes de leurs membres antérieurs et de leur queue pour chasser et poursuivre leurs proies – une nouvelle hypothèse intègre la morphologie, le comportement et la neurobiologie.
Quelles sont les origines des ailes et des queues chez les oiseaux ? C’est l’une des questions clés de l’évolution des animaux.
Il est admis depuis longtemps que leur évolution a commencé chez les dinosaures à plumes. Certains de ces dinosaures avaient des plumes sur la queue et de petites plumes ressemblant à des ailes sur leurs membres antérieurs (bras). Ces petites structures en forme d’ailes appelées « proto-ailes » sont composées de plumes spéciales appelées plumes pennacées – les plumes rigides que l’on trouve dans les ailes et la queue des oiseaux. La forme ancienne de ces plumes est apparue pour la première fois chez les dinosaures au cours de la jurassique Période, et ces dinosaures, appelés Pennaraptorans, avaient des proto-ailes faites de plumes pennacées.
Cependant, on savait que ces proto-ailes étaient trop petites pour un vol propulsé. Parce que nous ne pouvons pas voyager dans le temps pour observer leur comportement, ce que les dinosaures ont fait et comment ils se sont comportés reste sans réponse.
Diverses fonctions des proto-ailes et des plumes de la queue chez les ancêtres des oiseaux ont été étudiées depuis que John Harold Ostrom a proposé la première idée il y a 50 ans selon laquelle les proto-ailes étaient utilisées pour abattre les insectes proies par les petits dinosaures prédateurs vivant au sol et suivant leur trajectoire. proie. Cependant, la manière dont les petites « proto-ailes » et les queues emplumées ont aidé les ancêtres dinosaures des oiseaux dans leur vie n’a pas été résolue.
L’hypothèse Flush-Pursue
Une nouvelle collaboration scientifique impliquant une équipe de biologistes de terrain et d’écologistes intégrateurs (Piotr G. Jablonski, Sang-im Lee, Jinseok Park, Sang Yun Bang et Jungmoon Ha), de paléontologues (Yuong-Nam Lee et Minyoung Son) et de roboticiens (Hyungpil Moon et Jeongyeol Park), a proposé une nouvelle idée : « l’hypothèse de la chasse-poursuite ».
Le nom de l’hypothèse donne une idée de son contenu. Certains oiseaux emploient une stratégie de recherche de nourriture de type « chasse-poursuite », en utilisant des ailes et/ou une queue déployées pour débusquer visuellement les proies qui se cachent et poursuivre la proie chassée (par exemple, le Moqueur du Nord, © Linzy’s Vids). L’hypothèse suggère que les petits dinosaures dotés de proto-ailes utilisent une stratégie similaire.
L’hypothèse est ancrée dans des années d’études ornithologiques détaillées sur le terrain sur plusieurs espèces d’oiseaux insectivores menée par un co-auteur de la présente étude, Piotr Jablonski et ses collaborateurs, ainsi que par Ron Mumme et ses collaborateurs (par exemple, le Rouge-queue peint, le Blanc-queue à gorge ardoise, le Blanc-queue à lunettes et la Paruline à capuchon) .
Des études sur ces oiseaux ont révélé que l’affichage d’un plumage contrasté (souvent avec des taches noires et blanches) sur les ailes et la queue déclenche la fuite de leurs proies et augmente ainsi l’efficacité de la recherche de nourriture des oiseaux, car les proies qui s’échappent sont poursuivies et capturées par les oiseaux. La neurobiologie derrière cette relation a également été étudiée. Il a été proposé par Piotr Jablonski et Nicholas Strausfeld, un éminent expert du système nerveux des arthropodes, que des neurones spéciaux chez les insectes sont activés par de simples propriétés d’affichage de chasse d’eau par des oiseaux insectivores qui poursuivent la chasse.
Piotr Jablonski et ses collaborateurs ont mentionné pour la première fois l’hypothèse de la chasse-poursuite lors de la conférence de recherche Gordon de 2005 sur « Neuroéthologie : comportement, évolution et neurobiologie » présidée par N. Strausfeld. Depuis lors, l’idée a été développée et présentée au Congrès ornithologique international de 2018 et à la réunion annuelle 2023 de la Society for Integrative Biology.
« Après avoir mené des études approfondies sur le terrain sur les oiseaux et approfondi l’examen des neurones de leurs proies, j’ai tenté sans succès pendant des années de convaincre les organismes de financement et les évaluateurs de subventions sceptiques en Pologne, aux États-Unis et en Corée de soutenir des études évaluant cette hypothèse concernant les premiers dinosaures pennaraptorans. » commente l’ornithologue de terrain Piotr Jablonski.
« Finalement, le financement fourni par l’Université nationale de Séoul nous a permis de lancer notre recherche collaborative et de la compléter avec un financement supplémentaire. Finalement, après avoir fait face à de multiples refus de la part des comités de rédaction de 11 revues, chacune refusant d’approuver un processus standard d’évaluation par les pairs de l’article, nous avons finalement trouvé une revue qui permettait à nos résultats d’être évalués par des pairs, ce qui a conduit à sa publication. » ajoute Piotr Jablonski.
Figure 1. (A) Caudipteryx reconstruit © Christophe Hendrickx. Utilisé selon les termes de la licence Creative Commons (CC BY-SA 3.0). (B) Robopteryx, imitant la morphologie de Caudipteryx, positionné devant une sauterelle dans le champ (marqué par une flèche rouge). (C) Sauterelle testée dans les expériences. Crédit : image Caudipteryx (A) par © Christophe Hendrickx. Utilisé selon les termes de la licence Creative Commons (CC BY-SA 3.0). Photo (B) de PG Jablonski, Photo (C) de Jinseok Park.
Résultats de la recherche et implications
« Nous avons choisi Caudipteryx en tant que représentant des premiers dinosaures pennaraptorans », explique le paléontologue Yuong-Nam Lee, spécialiste des fossiles de dinosaures et co-auteur de l’étude. L’équipe de robotique dirigée par Hyungpil Moon, expert en robotique, a construit un robot nommé « Robopteryx », qui ressemble à la morphologie de Caudipteryx (Fig.1A).
Simultanément, l’équipe de biologie a mené un examen complet de la diversité des parades d’ailes et de queue utilisées par les oiseaux en chasse existants pour déclencher visuellement les fuites de leurs proies. Les chercheurs ont compilé des liens vers des clips illustrant cette diversité parmi les oiseaux (voir les documents supplémentaires dans leur article et quelques autres liens vers des exemples fournis ci-dessous). Equipé de neuf moteurs, ‘Robopteryx’ a été programmé pour imiter les mouvements des membres antérieurs et de la queue d’oiseaux se nourrissant au sol et poursuivant des chasses au sol, comme le grand roadrunner (© Kat Avila) ou le merle des broussailles à queue rousse (© Nature Never Die) , dans le cadre des contraintes anatomiques déterminées à partir de la littérature paléontologique par Minyoung Son, expert en anatomie des dinosaures du Crétacé.
Ce film illustre trois manières différentes par lesquelles des dinosaures dotés de proto-ailes auraient pu chasser leurs proies par des démonstrations visuelles pour ensuite les poursuivre. Premièrement, la sauterelle saute/s’envole en réponse à l’expansion des membres antérieurs de Robotperyx dotés de proto-ailes. Deuxièmement, la sauterelle saute/s’envole en réponse au pliage des membres antérieurs avec des protowings. Troisièmement, la sauterelle s’échappe en réponse aux mouvements ascendants de la queue.
Jinseok Park (le premier auteur de l’article et ornithologue de terrain spécialisé dans le régime alimentaire et la recherche de nourriture des oiseaux), avec une équipe de biologistes de terrain, a mené des tests avec « Robopteryx » pour observer les réponses comportementales des sauterelles sauvages (Fig. 1B, C), qui appartiennent à l’ordre ancien des orthoptères susceptibles de coexister avec les dinosaures pennaraptorans. Les résultats ont révélé que les sauterelles s’échappaient plus fréquemment lorsque des proto-ailes étaient présentes sur les membres antérieurs, par rapport aux expositions sans proto-ailes. De plus, les sauterelles fuyaient plus souvent lorsque les proto-ailes avaient des taches blanches que lorsqu’elles étaient noires. De plus, les sauterelles s’échappaient plus fréquemment lorsque les plumes de la queue étaient présentes, en particulier lorsque la surface des plumes de la queue était grande.
Robopteryx incite les sauterelles à fuir en réponse à la stimulation visuelle provoquée par le pliage et l’écartement des membres antérieurs équipés de proto-ailes, et en réponse aux mouvements de la queue. La vidéo montre les mouvements du robot ralentis 12 fois.
Étant donné que les réactions des circuits neuronaux simples impliqués dans les fuites des proies des insectes sont cruciales pour comprendre l’évolution de la stratégie de poursuite des chasses d’eau chez les oiseaux, les chercheurs ont décidé de comparer les réponses des neurones des sauterelles aux manifestations hypothétiques des dinosaures.
«J’ai créé des animations informatiques (des exemples dans les documents supplémentaires de l’article) imitant les affichages hypothétiques de Caudipteryx et les avons présentés aux sauterelles en laboratoire », explique Jinseok Park. « J’ai utilisé un équipement peu coûteux et facilement disponible pour enregistrer les réponses des neurones », ajoute Jinseok. Les chercheurs ont découvert que les réactions des neurones, en particulier les cadences de déclenchement maximales, étaient plus élevées en réponse aux animations avec des proto-ailes qu’à celles sans.
Sur la base de ces résultats, les chercheurs affirment que les proies des dinosaures auraient été plus susceptibles de fuir lorsque des proto-ailes faites de plumes étaient présentes, en particulier près de l’extrémité des membres antérieurs et avec des motifs contrastés, et lorsque les plumes de la queue, en particulier d’un type grande surface, ont été utilisés lors d’hypothétiques affichages à chasse d’eau.
« Nous proposons que l’utilisation du plumage pour chasser les proies pourrait augmenter la fréquence des poursuites après avoir échappé à une proie, amplifiant ainsi l’importance des proto-ailes et des queues dans les manœuvres pour une poursuite réussie. Cela pourrait conduire au développement de plumes plus grandes et plus rigides, car celles-ci permettraient des poursuites plus réussies et des affichages visuels plus prononcés. résume Sang-im Lee, l’écologiste intégrateur membre de l’équipe de recherche, qui a précédemment étudié le rôle de l’alula aviaire dans les manœuvres aériennes des oiseaux en vol.
Pour en savoir plus sur cette recherche, voir Dévoilement des tactiques effrayantes préhistoriques des dinosaures à plumes.
