Partie d'une vertèbre du cou du sauropode nain Europasaurus avec des cavités profondes (astérisque) qui abritaient vraisemblablement des sacs aériens. Crédit :Verändert nach Lambertz et al.
Les dinosaures sont loin d'avoir disparu, mais dominent encore comme oiseaux la plupart des régions du globe. Une partie de cet énorme succès est due à l'évolution des sacs aériens, qui sont cruciaux pour la haute efficacité de leur système respiratoire. Des scientifiques de l'Université de Bonn ont analysé la structure des os qui sont en contact avec les sacs aériens et ont trouvé chez les espèces éteintes et existantes un type de tissu osseux jusqu'alors inconnu. Les résultats sont maintenant publiés dans Lettres de biologie .
"Les organes respiratoires des vertébrés présentent un degré énorme de diversité, mais le système poumon-sac aérien des oiseaux est vraiment unique parmi les espèces existantes, ", explique le Dr Markus Lambertz de l'Institut de zoologie de l'Université de Bonn en Allemagne. Les sacs aériens sont des protubérances pulmonaires en forme de soufflet, et leurs changements de volume provoquent le flux d'air dans l'échangeur de gaz séparé. Cette séparation fonctionnelle est cruciale pour l'efficacité exceptionnelle de ce système respiratoire, mais les sacs aériens peuvent faire plus :ils peuvent envahir les os, un processus appelé "pneumatisation".
Les os pneumatisés sont très légers, parce qu'ils sont remplis d'air au lieu de la moelle plus lourde, ce qui n'était pas seulement important pour le vol actif, mais aussi pour l'évolution du gigantisme chez les dinosaures sauropodes. Par la présence des cavités pneumatiques résultantes, on sait depuis longtemps que les structures en forme de sacs aériens sont antérieures à l'origine des oiseaux, puisqu'ils ont été trouvés aussi bien chez les gigantesques sauropodes que chez les dinosaures carnivores. Cependant, quand et potentiellement combien de fois les sacs aériens ont évolué étaient inaccessibles jusqu'à présent.
Pneumosteum :un type de tissu osseux jusqu'alors inconnu comme outil de diagnostic
Filippo Bertozzo a été assez surpris lorsqu'il a analysé la structure osseuse au cours de sa thèse de maîtrise au Steinmann-Institute for Geology, Minéralogie et paléontologie de l'Université de Bonn :"Les os qui sont en contact avec les sacs aériens présentent une structure unique composée de fibres très fines et densément emballées. Après il s'est avéré que cela était vrai à la fois chez les oiseaux modernes et les dinosaures éteints, nous avons proposé de nommer ce type particulier de pneumose du tissu osseux.
Un trabécule osseux de cette cavité vertébrale montre les fibres fines du pneumosteum, qui indiquent l'ancienne présence de sacs aériens. Crédit :Verändert nach Lambertz et al.
Particulièrement étonnant était le fait que le pneumosteum ne se limitait pas seulement aux os pneumatisés, mais a également été trouvé à la surface de cavités visibles présentes dans les vertèbres cervicales des dinosaures sauropodes. Le Dr Lambertz ajoute :« De telles cavités avaient déjà été supposées auparavant comme des emplacements potentiels de sacs aériens, mais seule notre analyse microscopique fournit maintenant des arguments convaincants pour cela."
Autres tissus mous, comme les muscles, peut également laisser des traces dans les os. « Il existe plusieurs types de fibres dans le tissu osseux, mais le pneumosteum est nettement différent d'eux, " explique le Prof. Dr. Martin Sander de l'Institut Steinmann de Bonn. Cette individualité caractéristique du pneumosteum en fait donc un excellent outil de diagnostic pour reconnaître les os qui étaient en contact avec les sacs aériens.
Accès au passé et potentiel de recherche future
Étant donné que le pneumosteum n'a été découvert que dans la lignée des dinosaures, il est désormais possible de retracer l'origine évolutive des sacs aériens. En particulier, le fait que le pneumosteum ne se limite pas aux os pneumatisés mais a également été trouvé sur les surfaces osseuses ouvre l'accès à l'étude d'espèces qui pourraient avoir présenté des sacs aériens dans le cadre de leur système respiratoire, mais manque manifestement d'os pneumatisés.
La fossilisation des sacs aériens est presque impossible car leur structure délicate n'est composée que de quelques couches de cellules. Le professeur Sander est ainsi convaincu que la découverte du pneumosteum permettra de mieux comprendre l'évolution du système respiratoire des dinosaures. Le Dr Lambertz conclut par :« Ce projet souligne une fois de plus l'importance de la collaboration interdisciplinaire entre les zoologistes et les paléontologues pour élucider l'histoire de l'évolution.
