La première plume de dinosaure jamais découverte aurait appartenu à un archéoptéryx

Depuis sa découverte dans une carrière de grès allemande en 1861, la toute première plume fossilisée est une icône de la paléontologie : à première vue curieusement similaire aux plumes modernes, à ceci près qu'elle était prise au piège de la roche depuis des millions d'années.

Cette plume âgée de 150 millions d'années était le premier fossile associé à Archaeopteryx lithographica, un nom aujourd'hui attribué à un dinosaure à plumes mis au jour dans les roches voisines. De la taille d'un corbeau, cet ancien animal mélangeait les caractéristiques des oiseaux à celles des dinosaures et offrait un exemple de transition évolutive qui appuyait les théories de Charles Darwin.

Aujourd'hui, la plume par laquelle tout a commencé est sans aucun doute le fossile le plus célèbre du genre. Elle n'en reste pas moins l'un des plus controversés, une étude parue en 2019 avait même suggéré qu'elle n'appartenait pas du tout à Archaeopteryx.

La question n'est pas de savoir si Archaeopteryx était un dinosaure à plumes : la majorité des 13 squelettes découverts au fil du temps présentent des impressions de plumes. Il s'agit plutôt de déterminer si cette plume historique, l'une des premières preuves des racines évolutionnaires des oiseaux modernes, appartient bel et bien à Archaeopteryx.

À présent, une équipe de chercheurs dirigée par l'explorateur National Geographic Ryan Carney vient de présenter ce qu'elle considère comme la preuve la plus convaincante de cette appartenance.

« L'étude erronée parue en 2019 s'est propagée non seulement à travers la littérature scientifique mais également dans la culture populaire, » déclare Carney, paléontologue et scientifique du numérique à l'université de Floride Sud. « Il était donc très important pour moi de rétablir la vérité. »

LA PLUME DE LA DISCORDE

La nouvelle étude, publiée dans la revue Scientific Reports à l'occasion du 159e anniversaire de la découverte du fossile, marque la dernière tentative en date de Carney visant à comprendre Archaeopteryx dans son ensemble, de la façon dont il se déplaçait à son apparence physique.

L'animal fascine le chercheur depuis sa plus tendre enfance. À l'université, il s'est formé à la modélisation 3D dans le but premier de reconstituer Archaeopteryx et a même intégré la plume à son projet final : un clip vidéo pour son groupe de rock. Pour les 150 ans du fossile, Carney s'est fait tatouer la plume sur son bras. Au fil du temps, la passion de Carney pour Archaeopteryx a fait de lui une sorte d'expert en la matière.

En 2012, alors étudiant au master de l'université Brown, il mène une étude de la plume fossilisée visant à déterminer à la fois sa couleur et sa position exacte sur les ailes d'Archaeopteryx. Il démontre alors que la plume faisait vraisemblablement partie de la surface supérieure de l'aile gauche du dinosaure, où elle aurait renforcé les plumes jouant un rôle primordial dans le vol. L'équipe de scientifiques a également observé la plume au microscope haute résolution et a identifié des pigments suggérant que la plume était noire.

Depuis, plusieurs études se sont attaquées à la couleur et l'identité de la plume. En 2013, l'une d'entre elles suggérait que la plume était mi-noire, mi-blanche alors qu'une autre parue en 2014 soutenait que les « pigments » trouvés sur le fossile n'étaient que des microbes fossilisés. L'analyse la plus choquante paraît en 2019, lorsqu'une équipe dirigée par Thomas Kaye, directeur de la Foundation for Scientific Advancement des États-Unis, et le paléontologue de l'université de Hong Kong, Michael Pittman, remet en question l'attribution de la plume à Archaeopteryx.

L'étude publiée en 2019 a employé des techniques d'imagerie laser pour faire apparaître un « halo » chimique estompé sur le fossile correspondant à la tige de la plume, appelée calamus par les anatomistes. Alors que cette partie était visible dans les années 1860 et incluse dans les dessins du fossile réalisés à l'époque, l'usure du spécimen l'a effacée au fil du temps.

Les auteurs de l'étude ont également dessiné l'axe central de la plume, la courbe tracée par la partie nue inférieure de sa tige (le calamus) et la partie supérieure (le rachis) recouvert de « barbes ». Ils ont ainsi découvert que sa forme différait de celle d'un échantillon de plumes d'oiseaux modernes similaire à celui identifié par l'équipe de Carney en 2012.

Si la plume fossilisée ne trouve pas sa place parmi ces plumes, soutenaient les auteurs de l'étude, alors elle n'a probablement pas sa place sur l'aile d'Archaeopteryx. Au lieu de cela, elle aurait pu appartenir à un tout autre type de dinosaure à plume.

UNE QUESTION DE COURBE

Carney et ses collègues ont réitéré l'analyse réalisée en 2019 et ils sont arrivés à la conclusion opposée.

L'équipe de Carney a élargi l'échantillon témoin de plumes d'oiseaux utilisé en 2019 afin de mieux rendre compte de la diversité de forme des plumes à travers l'aile d'un oiseau donné mais aussi d'une espèce à l'autre. Les chercheurs ont également retracé l'axe central de la plume fossilisée et ont obtenu une ligne moins incurvée que l'étude de 2019. Le nouvel axe central trouve bel et bien sa place dans l'ensemble élargi de plumes d'oiseaux, ce qui montre que cette plume aurait tout à fait pu appartenir à l'aile d'Archaeopteryx.

Pour tester davantage les liens de la plume avec son propriétaire présumé, Carney a examiné le seul fossile connu d'Archaeopteryx sur lequel ont été préservées les impressions des surfaces supérieures des ailes. Son analyse montre qu'une plume de la taille et de la forme du mystérieux fossile aurait trouvé sa place sur le plumage de l'aile.

En outre, le squelette fossilisé a également préservé les traces des barbes de la plume et ces barbes fossilisées jaillissent de la tige à un angle quasi identique à celui de la plume fossilisée. « J'étais abasourdi par une telle similarité, » témoigne Carney.

L'équipe a également passé en revue la carte des sites où ont été découverts les fossiles d'Archaeopteryx. L'ensemble des squelettes connus ont été mis au jour dans des carrières de grès de la région de Solnhofen dans le sud de l'Allemagne, une zone dont le diamètre ne dépasse pas les 65 km. Le site sur lequel la plume fossilisée a été découverte se situe à moins de 2,5 km des sites de 4 des 13 fossiles d'Archaeopteryx connus. Qui plus est, les fossilisations des cinq fossiles (la plume et les quatre squelettes) se sont produites dans un intervalle de 165 000 environ. Autant dire en un clin d'œil géologique, surtout en connaissance d'une espèce de dinosaure à plume qui aurait vécu pendant des millions d'années sur un territoire aujourd'hui devenu la Chine.

« À mes yeux, cette carte était une révélation, affaire classée, car aucun autre dinosaure de cette région ne disposait de plumes de vol aussi avancées, le corps de cet oiseau-dinosaure présentant les plumes les plus avancées qui soient pour l'époque, » explique Carney.

Si Carney rejette le tracé du calamus présenté dans l'étude de 2019, de son côté Pittman fait également connaître son désaccord avec le nouveau tracé, et donc avec toute l'analyse qui suit. Il compare la tige de la plume à une perche de saut en hauteur : le moindre changement d'angle à sa base se traduit par une modification considérable de sa courbure générale, plus particulièrement à son extrémité la plus distante.

« Ce ne serait pas raisonnable de notre part de commenter l'analyse qui en découle, car si ce positionnement est mauvais, alors les mesures d'autres caractéristiques seront également sujettes à l'erreur, » observe-t-il.

Pittman indique rédiger à l'heure actuelle une réponse à l'étude de Carney avec l'aide de ses coauteurs. Et à en croire la réponse que Carney vient d'apporter à travers son étude, les nouveaux résultats n'auront certainement pas le dernier mot.

Mais à présent que Carney est persuadé de l'appartenance de cette plume fossilisée à Archaeopteryx, il a l'intention de s'intéresser à son utilité pour le dinosaure. Pour sa thèse de doctorat en 2016, il avait utilisé des modèles informatiques et des rayons X d'oiseaux et d'alligators vivants pour suggérer qu'Archaeopteryx pouvait suffisamment battre des ailes pour voler de sa seule puissance. Avec ses étudiants, il poursuit actuellement ces travaux en essayant de reconstituer le vol d'Archaeopteryx et leurs résultats complets devraient être publiés plus tard cette année.

À plus long terme, Carney ajoute qu'il aimerait se lancer dans la reconstitution d'Archaeopteryx en chair et en os : pas juste son squelette, mais également ses muscles, sa peau et même les plumes d'un noir éclatant qu'il a désormais choisies comme symbole personnel.

« Je veux que ce soit parfait, » conclut-il. « Sans aucun défaut. »

Cet article a initialement paru sur le site nationalgeographic.com en langue anglaise.