Il y a quelques centaines de milliers d'années au cours de l'ère glaciaire la plus récente de la Terre, une sous-espèce costaude d'hyène tachetée qui était plus du double du poids de son parent moderne errait sur le terrain enneigé de l'Eurasie. Jusqu'à leur extinction vers le 11 il y a 000 ans, ces animaux, maintenant connu sous le nom de hyènes des cavernes, traîneraient leurs proies dans des tanières et les dévoreraient avec des mâchoires écrasantes.

Une équipe internationale qui comprend des chercheurs du laboratoire national des accélérateurs SLAC du ministère de l'Énergie a maintenant découvert à quoi aurait pu ressembler la vie de ces créatures imposantes. Ils ont découvert que malgré leur taille massive, certaines hyènes des cavernes ont connu des moments difficiles qui les ont affectées jusqu'à l'os, provoquant des zones de croissance arrêtée qui apparaissent comme des lignes sombres, comme des anneaux sur un tronc d'arbre.

La recherche, dirigé par la paléontologue du Children's Museum of Indianapolis Jennifer Anné et publié dans le Journal de spectrométrie atomique analytique , fait partie d'un effort plus large qui utilise la source lumineuse de rayonnement synchrotron de Stanford (SSRL) du SLAC pour cartographier les faibles concentrations, ou tracer, éléments dans l'os, taquiner des informations biologiques sur les animaux disparus depuis longtemps.

"Ce travail, qui offre un nouvel aperçu du délicat ballet chimique au sein de l'os, pourrait nous permettre d'affiner notre compréhension de l'impact environnemental sur les vertébrés du passé et de prédire ce qui se passera dans le futur, " dit Phil Manning, professeur d'histoire naturelle à l'Université de Manchester au Royaume-Uni, qui est à la fois co-auteur et directeur du laboratoire qui a entrepris cette recherche.

Une histoire de vie dans l'os

Afin de conserver les éléments chimiques essentiels à la vie, le corps les incorpore à son squelette, s'assurer qu'ils ne sont pas lessivés au cours des processus quotidiens. Puisque les os changent constamment, les étudier donne aux chercheurs l'occasion d'apprendre l'histoire de la vie d'un animal depuis son développement jusqu'à ce qui s'est passé juste avant sa mort.

"Votre os peut prendre la moitié du tableau périodique dans sa structure, " dit Anné. " C'est l'un des grands objectifs d'avoir un squelette :c'est une zone de stockage et de libération importante pour un certain nombre d'éléments que vous allez utiliser tout au long de votre vie. Dans notre recherche, nous essayons de découvrir ce que tous les oligo-éléments contenus dans les os peuvent vous dire sur un organisme."

Dans ses recherches, Anné examine des morceaux d'os que d'autres chercheurs jettent souvent, ce qui offre des échantillons plus grands et plus de liberté quant à la façon dont elle peut les utiliser. La hyène, elle dit, est venu comme un échantillon aléatoire et s'est transformé en quelque chose d'un peu plus grand que prévu.

boneyard de l'ère glaciaire

Chez SSRL, les chercheurs ont utilisé une technique appelée fluorescence X, des rayons X brillants sur des échantillons d'os d'hyène des cavernes pour éliminer les électrons les plus internes des atomes des matériaux. Lorsque les électrons externes sautent pour prendre leur place, les atomes émettent une lumière fluorescente. Puisque chaque élément chimique a sa propre longueur d'onde de lumière, cette technique a permis aux chercheurs de cartographier la distribution des éléments dans l'os. Une technique similaire réalisée à la Diamond Light Source au Royaume-Uni leur a permis de mieux déterminer la concentration de chaque élément.

Les fragments d'os de la hyène des cavernes particulière présentée dans cet article, du 40, 000 ans, ont été trouvés parmi un boneyard de différents fossiles de l'ère glaciaire dans une grotte en Angleterre. Les chercheurs ont également utilisé des os d'hyènes tachetées d'aujourd'hui comme analogues pour s'assurer que ce qu'ils voyaient était conforme à l'organisme moderne et non à quelque chose qui s'était infiltré dans le fossile à partir de son environnement extérieur.

De quoi rire

L'un des éléments que les chercheurs ont pu cartographier était le zinc, qui est étroitement liée à la croissance osseuse. Les modèles de croissance osseuse cyclique dans les fossiles étaient déjà connus des paléontologues, souvent observé comme des zones alternées d'os à croissance lente et rapide. Ces zones permettent aux chercheurs de reconstituer l'âge, croissance, l'alimentation et d'autres facteurs liés au mode de vie des animaux disparus.

Lorsqu'un animal a un apport constant de nutriments et de minéraux, la croissance osseuse pousse régulièrement vers l'extérieur, créer poreux, zones riches en zinc. Mais quand le métabolisme d'un animal ralentit, peut-être en raison de périodes de stress ou de famine, la croissance osseuse aussi, créer des bandes denses, ou des lignes de "repos" osseuses. Les paléontologues pensent que ces lignées correspondent à des facteurs tels que l'alternance des saisons et des cycles de reproduction.

Lorsque les chercheurs ont cartographié la distribution et la concentration du zinc dans cette hyène particulière, ils ont remarqué des lignes fines qui ressemblaient presque à des tracés au crayon, signifiant des zones de croissance arrêtée. Les os d'hyènes modernes et les fossiles d'hyènes des cavernes de différents sites et périodes n'ont pas montré ces lignes, suggérant que cette hyène a subi des stress que les autres n'ont pas.

"Un animal qui fait face aux conditions de l'ère glaciaire peut vivre de très bons moments et des moments vraiment difficiles, " dit Nick Edwards, un scientifique du SLAC qui est co-auteur et membre de l'équipe de recherche. "Nous ne savons pas encore quels sont les facteurs de stress, mais ces lignes montrent au moins comment l'animal les traitait."

Relier des espèces disparues depuis longtemps

Pour faire suite à cette recherche, Anné espère appliquer ce qu'elle a appris à différents types de tissus chez différentes espèces, à la fois moderne et éteinte, pour mieux comprendre l'os et ce qu'il peut révéler aux chercheurs sur un organisme. Une récente mise à niveau de la ligne de lumière SSRL utilisée dans cette recherche permettra à l'équipe d'améliorer leurs images, mesurer l'ensemble du spectre des éléments traces à une résolution plus élevée et zoomer sur des zones intéressantes sans même avoir à déplacer l'échantillon.

La présente étude fait partie d'une série d'articles de recherche de l'équipe qui utilise la technique basée sur le SLAC. L'un a examiné les fossiles d'un dinosaure de 150 millions d'années appelé Allosaurus et un autre a examiné un lamantin de 19 millions d'années.

« Ensemble, ces articles montrent ce que les oligo-éléments peuvent révéler sur les espèces anciennes sur une période de plus de 100 millions d'années, " dit Uwe Bergmann, un scientifique distingué du SLAC au SLAC et co-auteur de la recherche. "Nous espérons que ce que nous avons appris nous permettra de remonter encore plus loin dans le temps dans la vie d'autres animaux disparus."