La question de savoir si le dino-oiseau Archaeopteryx du Jurassique supérieur était un habitant du sol richement emplumé, un planeur, ou un voltigeur actif fascine les paléontologues depuis des décennies. De nouvelles informations précieuses obtenues grâce à la microtomographie synchrotron de pointe à l'ESRF, le Synchrotron Européen (Grenoble, La France), a permis à une équipe internationale de scientifiques de répondre à cette question en Communication Nature . Les os des ailes de l'archéoptéryx ont été façonnés pour un vol actif accidentel, mais pas pour le style de vol avancé maîtrisé par les oiseaux d'aujourd'hui.

Archaeopteryx était-il capable de voler, et si oui, comment? Bien qu'il soit de notoriété publique que les oiseaux modernes descendent de dinosaures éteints, de nombreuses questions sur leur évolution précoce et le développement du vol aviaire restent sans réponse. Les méthodes de recherche traditionnelles ont jusqu'à présent été incapables de répondre à la question de savoir si Archaeopteryx volait ou non. En utilisant la microtomographie synchrotron sur la ligne de lumière ID19 de l'ESRF pour sonder l'intérieur des fossiles d'Archéoptéryx, une équipe internationale de scientifiques de l'ESRF, Université Palacký, République Tchèque, CNRS et Sorbonne Université, La France, Université d'Uppsala, Suède, et Bürgermeister-Müller-Museum Solnhofen, Allemagne, jeter un nouvel éclairage sur ce premier des oiseaux.

La reconstruction de comportements disparus pose des défis de taille aux paléontologues, en particulier lorsqu'il s'agit d'animaux énigmatiques tels que le célèbre Archaeopteryx des sédiments du Jurassique supérieur du sud-est de l'Allemagne qui est considéré comme le plus ancien dinosaure potentiellement en vol libre. Ce taxon fossile bien conservé présente une anatomie en mosaïque qui illustre les relations familiales étroites entre les dinosaures rapaces éteints et les dinosaures vivants :les oiseaux. La plupart des squelettes d'oiseaux modernes sont hautement spécialisés pour le vol motorisé, pourtant, beaucoup de leurs adaptations caractéristiques, en particulier l'épaule, sont absentes des fossiles bavarois de l'archéoptéryx. Bien que ses ailes à plumes ressemblent à celles des oiseaux modernes qui volent au-dessus de nos têtes tous les jours, la structure primitive de l'épaule est incompatible avec le cycle de battement d'aile aviaire moderne.

"L'architecture transversale des os des membres est fortement influencée par l'adaptation évolutive vers une force optimale à une masse minimale, et l'adaptation fonctionnelle aux forces vécues au cours de la vie, " explique le Pr Jorge Cubo de l'Université de la Sorbonne à Paris. " En comparant statistiquement les ossements d'animaux vivants qui adoptent des habitudes observables avec ceux de fossiles cryptiques, il est possible d'apporter de nouvelles informations dans une ancienne discussion, " dit l'auteur principal Dr. Sophie Sanchez de l'Université d'Uppsala, Suède

Des squelettes d'archéoptéryx sont conservés dans et sur des dalles calcaires qui ne révèlent qu'une partie de leur morphologie. Étant donné que ces fossiles sont parmi les plus précieux au monde, le sondage invasif pour révéler des structures obscurcies ou internes est donc fortement déconseillé. "Heureusement, aujourd'hui, il n'est plus nécessaire d'endommager de précieux fossiles, " déclare le Dr Paul Tafforeau, scientifique des lignes de lumière à l'ESRF. « La sensibilité exceptionnelle des techniques d'imagerie aux rayons X pour l'étude de grands spécimens disponibles à l'ESRF offre un aperçu microscopique inoffensif des ossements fossiles et permet des reconstructions virtuelles en 3D d'une qualité extraordinaire. Des mises à niveau passionnantes sont en cours, dont une amélioration substantielle des propriétés de notre source synchrotron et une toute nouvelle ligne de lumière dédiée à la tomographie. Ces développements promettent de donner des résultats encore meilleurs sur des spécimens beaucoup plus gros à l'avenir."

Les données de numérisation ont révélé de manière inattendue que les os des ailes de l'archéoptéryx, contrairement à sa ceinture scapulaire, partageaient d'importantes adaptations avec celles des oiseaux volants modernes. "Nous nous sommes concentrés sur la partie médiane des os du bras parce que nous savions que ces sections contiennent des signaux clairs liés au vol chez les oiseaux, " précise le Dr Emmanuel de Margerie, CNRS, La France. "Nous avons immédiatement remarqué que les parois osseuses de l'archéoptéryx étaient beaucoup plus minces que celles des dinosaures terrestres mais ressemblaient beaucoup à des os d'oiseaux conventionnels, " poursuit l'auteur principal Dennis Voeten de l'ESRF. " L'analyse des données a en outre démontré que les os de l'archéoptéryx se rapprochent le plus de ceux des oiseaux comme les faisans qui utilisent occasionnellement le vol actif pour franchir les barrières ou esquiver les prédateurs, mais pas à ceux des formes de vol plané et planant comme de nombreux oiseaux de proie et certains oiseaux de mer qui sont optimisés pour un vol durable."

"Nous savons que la région autour de Solnhofen dans le sud-est de l'Allemagne était un archipel tropical, et un tel environnement semble très approprié pour le saut d'île en île ou le vol d'évasion, " remarque le Dr Martin Röper, Conservateur d'Archaeopteryx et co-auteur du rapport. "L'archéoptéryx partageait le ciel du Jurassique avec des ptérosaures primitifs qui allaient finalement évoluer vers les gigantesques ptérosaures du Crétacé. Nous avons trouvé des différences similaires dans la géométrie des os des ailes entre les ptérosaures primitifs et avancés que celles entre les oiseaux volant activement et planant, " ajoute Vincent Beyrand de l'ESRF.

Étant donné que l'archéoptéryx représente le plus ancien membre volant connu de la lignée aviaire qui comprend également les oiseaux modernes, ces découvertes illustrent non seulement des aspects du mode de vie de l'archéoptéryx, mais donnent également un aperçu de l'évolution précoce du vol des dinosaures. "En effet, nous savons maintenant que l'archéoptéryx volait déjà activement il y a environ 150 millions d'années, ce qui implique que le vol actif des dinosaures avait évolué encore plus tôt !", déclare le professeur Stanislav Bureš de l'Université Palacký à Olomouc. "Cependant, parce que l'archéoptéryx n'avait pas les adaptations pectorales pour voler comme les oiseaux modernes, la façon dont il a réalisé le vol propulsé doit également avoir été différente. Nous devrons revenir aux fossiles pour répondre à la question de savoir exactement comment cette icône bavaroise de l'évolution a utilisé ses ailes, " conclut Voeten.

Il est maintenant clair que l'archéoptéryx est un représentant de la première vague de stratégies de vol des dinosaures qui s'est finalement éteinte, ne laissant que le coup de vol aviaire moderne directement observable aujourd'hui.