Il y a environ 245 à 66 millions d'années, les dinosaures parcouraient la Terre. Bien que des squelettes bien conservés nous donnent une bonne idée de leur apparence, la façon dont leurs membres fonctionnaient reste un plus grand mystère. Mais les simulations informatiques pourraient bientôt donner un aperçu réaliste de la façon dont certaines espèces se sont déplacées et éclairer le travail dans des domaines tels que la robotique, prothèse et architecture.

John Hutchinson, professeur de biomécanique évolutive du Royal Veterinary College dans le Hertfordshire, ROYAUME-UNI, et ses collègues enquêtent sur la locomotion des premiers, petits dinosaures, dans le cadre du projet Dawndinos d'une durée de cinq ans qui a débuté en 2016.

"Ces dinosaures ont été énormément négligés, " a déclaré le professeur Hutchinson. " Les gens - y compris moi - ont principalement étudié les dinosaures célèbres comme T. rex ."

Il y a environ 225 millions d'années, à la fin du Trias, ces petits dinosaures étaient en minorité, tandis que les plus gros animaux ressemblant à des crocodiles qui vivaient à leurs côtés étaient plus nombreux et plus diversifiés. Les dinosaures ont continué à prospérer tandis que la plupart des autres animaux de cette période se sont éteints.

Par rapport à leur quadrupède, contemporains de grande taille, ce qui ressort de ces premiers dinosaures, c'est qu'ils avaient une posture droite et pouvaient, au moins par intermittence, marcher sur deux membres. Une théorie est que leur style de locomotion leur a donné un avantage de survie.

"L'idée de ce projet est de tester cette idée, " a déclaré le professeur Hutchinson.

L'équipe a commencé à développer des simulations informatiques pour estimer comment 11 espèces différentes d'archosaures éteints - le groupe d'animaux qui comprend les crocodiles, des oiseaux, leurs parents et les dinosaures - pourraient avoir déménagé. Ils se concentreront sur cinq types de mouvements différents :la marche, fonctionnement, tournant, sauter et se tenir debout.

Simulation

Pour tester si leurs simulations sont exactes, les chercheurs prévoient de donner le même traitement à leurs proches vivants – crocodiles et oiseaux – également. Ils compareront ensuite les résultats aux mesures réelles du mouvement pour déterminer la qualité de leurs modèles informatiques d'animaux disparus.

"Ce sera la première fois que nous vérifions la vérité (testons avec des preuves empiriques) ces méthodes de manière très rigoureuse avec les meilleures données possibles, " a déclaré le professeur Hutchinson.

Jusque là, ils ont modélisé le mouvement d'un Mussaure – un cousin précoce des dinosaures sauropodes géants mangeurs de plantes tels que Brontosaure . Les Mussaure était beaucoup plus petit et les chercheurs voulaient voir s'il se déplaçait sur quatre pattes comme ses grands parents. Les premières reconstitutions de l'animal l'avaient sur quatre pattes car il avait des bras assez gros, a déclaré le professeur Hutchinson.

À l'aide de scans de fossiles bien conservés d'Argentine, ils ont pu produire de nouveaux modèles de son mouvement. Le professeur Hutchinson et son équipe ont découvert qu'il s'agissait en fait d'un bipède. Il n'aurait pas pu marcher sur quatre pattes car les paumes de ses membres antérieurs étaient tournées vers l'intérieur et les articulations de l'avant-bras n'étaient pas capables de tourner vers le bas. Par conséquent, il n'aurait pas pu planter ses pattes avant sur le sol.

"Ce n'est que lorsque nous avons assemblé les os dans un environnement en 3D et essayé de jouer avec leurs mouvements qu'il nous est devenu clair que ce n'était pas un animal avec des bras et des mains très mobiles, " a déclaré le professeur Hutchinson.

Robotique

Les simulations produites au cours du projet pourraient être utiles aux zoologistes. Mais ils pourraient aussi avoir des applications moins évidentes, par exemple, aider à améliorer la façon dont les robots se déplacent, selon le professeur Hutchinson.

Des modèles précis sont nécessaires pour reproduire le mouvement des animaux, dont les chercheurs en robotique s'inspirent souvent. Imitant un crocodile, par exemple, pourrait être intéressant pour créer un robot capable à la fois de nager et de marcher sur terre.

Le professeur Hutchinson est également régulièrement contacté par des réalisateurs de films et de documentaires intéressés à utiliser ses simulations pour créer des animations réalistes. "C'est difficile de faire plus gros, ou inhabituel, les animaux se déplacent correctement si la physique n'est pas correcte, " a déclaré le professeur Hutchinson.

Comprendre la locomotion des plus grands dinosaures est l'objectif d'un projet mené par la chercheuse en paléobiologie Alexandra Houssaye et ses collègues du Centre national de la recherche scientifique et du Muséum national d'histoire naturelle de Paris. A travers leur projet Gravibone, qui a commencé l'année dernière, ils veulent cerner les adaptations osseuses des membres qui permettent aux grands animaux de porter un squelette lourd.

« Nous voulons vraiment comprendre ce qui (les caractéristiques osseuses) sont liés au fait d'être massif, " a déclaré le Dr Houssaye.

Massif

Jusque là, la recherche a montré que les os longs des membres des animaux plus gros sont plus robustes que ceux des animaux plus petits. Mais cette tendance générale n'a été que superficiellement observée. Les structures osseuses externes et internes se sont adaptées au fil du temps pour aider à supporter le poids des animaux. Par exemple, alors que les petits animaux terrestres ont des os de membres creux, des énormes comme des éléphants, les rhinocéros et les hippopotames ont du tissu conjonctif au milieu.

Parmi les plus grands animaux et leurs ancêtres, il existe également d'autres différences. Les os des membres des rhinocéros modernes, par exemple, sont courts et lourds. Mais leurs parents préhistoriques ont appelé Indricotherium , le plus grand mammifère terrestre qui ait jamais vécu, avait un squelette moins trapu. "C'est intéressant de voir que le plus gros n'avait pas le plus massif (cadre), " a déclaré le Dr Houssaye.

L'équipe étudie à la fois les animaux vivants et disparus, en se concentrant sur les éléphants, rhinocéros, hippopotames, les mammifères préhistoriques et les dinosaures tels que les sauropodes – un groupe qui comprend les plus grands animaux terrestres de tous les temps.

Jusque là, ils ont comparé les os des chevilles des chevaux, tapir, rhinocéros et fossiles d'ancêtres de rhinocéros. Ils ont constaté que pour les animaux de même masse, il y avait des différences selon qu'ils étaient petits et gros ou qu'ils avaient des membres plus longs. Chez les animaux moins trapus, les deux os de la cheville avaient tendance à être plus distincts alors qu'ils étaient plus fortement connectés dans ceux qui étaient massivement construits, probablement pour renforcer l'articulation.

"Ce n'est pas seulement la masse (de l'animal) mais comment la masse est répartie sur le corps, " a déclaré le Dr Houssaye. "Pour nous, c'était intéressant."

Modélisation 3D

Leur prochaine étape sera de scanner différents os des membres et d'analyser leur structure interne. Ils utiliseront également la modélisation 3D pour déterminer le poids que différentes parties des os peuvent supporter à différents endroits, par exemple.

Les résultats du projet pourraient aider à fabriquer des prothèses plus efficaces pour les humains et les animaux, dit le Dr Houssaye. Les concepteurs pourront mieux comprendre comment les différentes caractéristiques des os des membres, comme l'épaisseur et l'orientation, se rapportent à leur force, leur permettant de créer des matériaux plus légers mais plus résistants.

De la même manière, Le Dr Houssaye a également suscité l'intérêt de l'industrie de la construction qui est à la recherche de nouveaux types de matériaux et de techniques de construction plus efficaces. Des piliers supportant des bâtiments lourds, par exemple, pourraient être fabriqués en utilisant moins de matériau en améliorant leur structure interne à la place.

"La façon dont un squelette s'adapte (au poids lourd) a des implications pour la construction, " a déclaré le Dr Houssaye. '(Les architectes) essaient de créer des structures capables de supporter des poids lourds. "