Une nouvelle étude publiée le 30 avril dans le Actes de l'Académie nationale des sciences identifié trois facteurs critiques dans l'essor des communautés de mammifères depuis leur apparition à l'ère des dinosaures :l'essor des plantes à fleurs, également connu sous le nom d'angiospermes; l'évolution des molaires tribosphéniques chez les mammifères; et l'extinction des dinosaures non aviaires, qui a réduit la compétition entre les mammifères et les autres vertébrés dans les écosystèmes terrestres.

Précédemment, les mammifères de l'ère des dinosaures étaient considérés comme une partie relativement petite de leurs écosystèmes et considérés comme de petite taille, nocturne, insectivores terrestres. Selon cette théorie de longue date, il a fallu attendre l'extinction de masse K-Pg il y a environ 66 millions d'années, qui a anéanti tous les dinosaures non aviaires, que les mammifères ont alors pu s'épanouir et se diversifier. Un nombre impressionnant de découvertes de fossiles au cours des 30 dernières années a remis en cause cette théorie, mais la plupart des études n'ont porté que sur des espèces individuelles et aucune n'a quantifié les modèles à l'échelle de la communauté de la montée des mammifères à l'ère mésozoïque.

Les co-auteurs sont Meng Chen, un ancien élève de l'Université de Washington et actuellement chercheur postdoctoral à l'Université de Nanjing ; Caroline Strömberg, professeur de biologie à l'Université de Washington et conservateur de paléobotanique au Burke Museum of Natural History &Culture de l'UW ; et Grégory Wilson, professeur agrégé de biologie à l'UW et conservateur du musée Burke en paléontologie des vertébrés. L'équipe a créé une structure de type Rubik's Cube identifiant 240 « écocellules » représentant les rôles écologiques possibles des mammifères dans un écoespace donné. Ces 240 éco-cellules couvrent une large gamme de tailles corporelles, les préférences alimentaires, et les modes de déplacement des mammifères de petite taille. Lorsqu'un mammifère donné remplissait un certain type de rôle ou d'éco-cellule, il a rempli une place dans le 'Rubik's Cube.' Cette méthode fournit la première analyse complète des changements évolutifs et écologiques des communautés de mammifères fossiles avant et après l'extinction massive de K-Pg.

"Nous ne pouvons pas observer directement l'écologie des espèces éteintes, mais la taille du corps, les préférences alimentaires et la locomotion sont trois aspects de leur écologie qui peuvent être relativement facilement déduits de fossiles bien conservés, " a déclaré Chen. " En construisant l'écoespace en utilisant ces trois aspects écologiques, nous pouvons identifier visuellement les taches remplies par les espèces et calculer la distance entre elles. Cela nous permet de comparer la structure écologique des communautés éteintes et existantes même si elles ne partagent aucune des mêmes espèces. »

L'équipe a analysé des mammifères vivants pour déduire comment les mammifères fossiles remplissaient des rôles dans leurs écosystèmes. Ils ont examiné 98 communautés de mammifères de petite taille de divers biomes à travers le monde, une approche qui n'a pas été tentée à cette échelle. Ils ont ensuite utilisé cet ensemble de données de référence moderne pour analyser cinq paléocommunautés de mammifères exceptionnellement préservées :deux communautés du Jurassique et deux du Crétacé du nord-est de la Chine, et une communauté d'époque éocène d'Allemagne. Habituellement, les fossiles de mammifères de l'ère mésozoïque sont incomplets et consistent en des os ou des dents fragmentaires. L'utilisation de ces fossiles remarquablement préservés a permis à l'équipe de déduire l'écologie de ces espèces de mammifères éteintes, et regardez les changements dans la structure des communautés de mammifères au cours des 165 derniers millions d'années.

L'équipe a constaté que, dans les communautés actuelles de mammifères actuels, la richesse écologique est principalement déterminée par le type de végétation, avec 41 pour cent de petits mammifères remplissant les éco-cellules contre 16 pour cent dans les paléocommunautés. Les cinq paléocommunautés de mammifères étaient également écologiquement distinctes des communautés modernes et indiquaient des changements importants au cours de l'évolution. La diversification locomotrice s'est d'abord produite au Mésozoïque, peut-être en raison de la diversité des microhabitats, comme les arbres, sols, lacs et autres substrats à occuper dans les environnements locaux. Ce n'est qu'à l'Éocène que les mammifères sont devenus plus gros et ont élargi leur régime alimentaire principalement à partir de carnivores, insectivore et omnivore pour inclure plus d'espèces avec des régimes alimentaires dominés par les plantes, y compris les fruits. L'équipe a déterminé que la montée des plantes à fleurs, de nouveaux types de dents et l'extinction des dinosaures ont probablement conduit à ces changements.

Avant l'essor des plantes à fleurs, les mammifères dépendaient probablement des conifères et d'autres plantes à graines pour leur habitat, et leurs feuilles et éventuellement des graines pour se nourrir. Par l'Eocène, les plantes à fleurs étaient à la fois diverses et dominantes dans les écosystèmes forestiers. Les plantes à fleurs fournissent des nutriments plus facilement disponibles grâce à leurs feuilles à croissance rapide, fruits charnus, graines et tubercules. En devenant dominant dans les forêts, ils ont fondamentalement changé les écosystèmes terrestres en permettant de nouveaux modes de vie pour une diversité de mammifères et d'autres animaux forestiers, comme les oiseaux.

« Les plantes à fleurs ont vraiment révolutionné les écosystèmes terrestres, " a déclaré Strömberg. " Ils ont une plus large gamme de formes de croissance que tous les autres groupes de plantes des arbres géants aux minuscules herbes annuelles et peuvent produire des tissus riches en nutriments à un rythme plus rapide que les autres plantes. Alors, quand ils ont commencé à dominer les écosystèmes, ils ont permis une plus grande variété de modes de vie et aussi un « regroupement » beaucoup plus élevé d'espèces ayant des rôles écologiques similaires, surtout dans les forêts tropicales."

Les molaires tribosphéniques (dents joues multifonctionnelles complexes) sont devenues courantes chez les mammifères à la fin du Crétacé. Les mutations et la sélection naturelle ont radicalement changé la forme de ces molaires, leur permettant de faire de nouvelles choses comme le meulage. À son tour, cela a permis aux petits mammifères avec ces types de dents de manger de nouveaux types d'aliments et de diversifier leur régime alimentaire.

Dernièrement, l'événement d'extinction de masse K-Pg qui a anéanti tous les dinosaures à l'exception des oiseaux il y a 66 millions d'années a fourni une opportunité évolutive et écologique pour les mammifères. La petite taille du corps est un moyen d'éviter d'être mangé par les dinosaures et autres grands vertébrés. L'extinction de masse a non seulement éliminé les principaux prédateurs des mammifères, mais également supprimé les petits dinosaures qui rivalisaient avec les mammifères pour les ressources. Cette libération écologique a permis aux mammifères de grandir et de remplir les rôles que les dinosaures avaient autrefois.

"La vieille théorie selon laquelle les premiers mammifères étaient tenus en échec par les dinosaures a une part de vérité, " a déclaré Wilson. " Mais notre étude montre également que l'essor des communautés de mammifères modernes était multiforme et dépendait de l'évolution dentaire et de l'essor des plantes à fleurs. "