Le code de la propriété intellectuelle n’autorise que « les copies ou reproductions strictement réservées à l’usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective » [article L. 122-5] ; il autorise également les courtes citations effectuées dans un but d’exemple ou d’illustration. En revanche « toute représentation ou reproduction intégrale ou partielle, sans le consentement de l’auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause, est illicite » [article L. 122-4]. La loi 95-4 du 3 janvier 1994 a confié au CFC (Centre français de l’exploitation du droit de copie, 20, rue des Grands-Augustins, 75006 Paris), l’exclusivité de la gestion du droit de reprographie. Toute photocopie d’œuvres protégées, exécutée sans son accord préalable, constitue une contrefaçon sanctionnée par les articles 425 et suivants du Code pénal.

Dépôt légal : mai 2022
Version originale éditée par Columbia.

Texte © 2021 Dean R. Lomax
Illustrations © 2021 Robert Nicholls

Traduction de l’édition américaine, autorisée par l’éditeur original Columbia University Press, en accord avec leur agent, Marotte et Compagnie, Agence littéraire. Tous droits réservés.

© Belin Éditeur/Humensis, 2022
170 bis, boulevard du Montparnasse, 75680 Paris cedex 14

ISBN 9782410025880

Pour ma merveilleuse maman, Anne Lomax.

Merci de m’avoir soutenu chaque jour de ce voyage.

FAIRE SAUTER LES VERROUS DU PASSÉ

Vous vous rappelez votre premier squelette de dinosaure ? Vos yeux écarquillés et ce « Ouah ! » ébahi qui a franchi vos lèvres ? Face à ce colosse intimidant fait d’os et de dents innombrables, face à ce monstre qui ne ressemblait en rien aux animaux qui nous entourent, nous avons été nombreux à éprouver ce sentiment d’émerveillement et d’excitation.

Mais vous êtes-vous déjà demandé comment les dinosaures et autres bestioles préhistoriques occupaient leur journée ? Ce qu’ils mangeaient ? S’il leur arrivait de tomber malades ? S’ils s’occupaient de leur progéniture et comment ? S’ils pondaient des œufs ou donnaient naissance à des petits, comme les mammifères ? Trouver les réponses à ces questions, simples en apparence, est un défi incroyable et complexe pour les paléontologues qui les étudient. Heureusement, quelques fossiles hors du commun leur ont donné des preuves directes de certains comportements, figeant dans la pierre des moments de vie précis. Ces fossiles sont parmi les plus fascinants et les plus merveilleux jamais trouvés.

Ces fossiles font beaucoup plus que nous offrir des restes organiques ou des empreintes miraculeusement préservées, ils sont une mine de renseignements sur la manière dont vivaient les animaux préhistoriques. Parfois difficiles à interpréter, ils sont comme les pièces d’un puzzle qui permettent aux paléontologues d’établir avec un certain degré de certitude ce qui a pu arriver à l’animal au cours de sa vie ou au moment de sa mort.

Presque tous les films et documentaires consacrés aux dinosaures culminent lors d’une lutte à mort entre deux monstres préhistoriques. On ne connaît pourtant qu’un seul exemple avéré dans la littérature scientifique de ce type de combat (un autre « duel » aurait été trouvé mais il n’a pas encore été étudié). Les bagarres entre animaux préhistoriques n’étaient pas forcément rares – on n’en sait rien, en fait – mais elles n’ont laissé que très peu de traces. Si on y réfléchit bien, il faut un sacré concours de circonstances pour que ces traces nous parviennent immortalisées dans un fossile : deux animaux qui meurent ensemble en pleine bagarre, des conditions permettant la fossilisation de leurs carcasses et, pendant des millions d’années, un environnement préservé de l’érosion et d’autres phénomènes destructeurs.

Si les dinosaures ne représentent qu’une part infime de nos connaissances sur la vie préhistorique, ils sont la porte d’entrée vers la paléontologie pour un grand nombre d’entre nous. Pour illustrer ce livre, j’ai donc sélectionné des fossiles remarquables qui racontent des histoires uniques. Vous y découvrirez par exemple des parents dinosaures qui s’occupent de leurs petits, ou d’autres confrontés à la maladie. Ces fossiles vous conteront également la vie de nombreuses autres espèces animales incroyables qui ont habité notre planète il y a des centaines de millions d’années. Vous surprendrez les rituels d’accouplement de créatures figées à jamais en pleine copulation, vous visiterez une pouponnière de requins géants, vous assisterez à la naissance d’un reptile marin… et ce ne sont là que quelques-unes des scènes magiques que je vous réserve.

Les cinquante moments rassemblés dans ce livre vont vous entraîner dans un passé extrêmement reculé. Pour leur redonner vie – ainsi qu’aux animaux qui les ont vécus –, l’illustrateur Bob Nicholls a réalisé de magnifiques illustrations. Ses œuvres nous racontent de façon réaliste l’histoire contenue dans chaque fossile puisqu’elles s’appuient sur des preuves scientifiques et des déductions avérées.

Je vais vous montrer que les fossiles ne sont pas seulement des objets inanimés. À la fin de votre lecture, vous les verrez plutôt comme des capsules temporelles qui nous révèlent un monde inconnu – à la fois méconnaissable et familier. Les fossiles nous offrent bien plus que des faits et des chiffres : ils nous permettent de remonter à l’origine du comportement des animaux aujourd’hui, une origine parfois bien plus ancienne que nous le pensions. Les récits et les illustrations de cet ouvrage vont vous raconter ce passé antédiluvien tel que l’ont vécu quelques animaux préhistoriques, des animaux qui ont respiré le même air que nous et qui furent autrefois aussi réels que vous et moi. C’est leur histoire. L’histoire des prisonniers du temps.

BYE-BYE, LES FOSSILES POUSSIÉREUX !

La paléontologie connaît aujourd’hui un véritable âge d’or. Les découvertes se succèdent à un rythme effréné. Qu’il s’agisse des restes d’un dinosaure à plumes découverts en Asie, de l’ADN d’un mammifère sud-américain vieux de 12 000 ans ou de l’identification d’une branche éteinte de l’humanité en Afrique, les grandes découvertes de ces dernières années suscitent un intérêt immense. Dans le monde d’aujourd’hui, où l’accès à la connaissance n’est qu’à quelques clics de distance, la paléontologie n’a jamais été aussi accessible.

C’est à travers ces découvertes que ma fascination pour les fossiles est née. J’étais l’un de ces enfants qui adorent les dinosaures et tout ce qui se rapporte à la Préhistoire. Vous voyez ce que je veux dire ? L’un de ces gamins barbants qui passent leur temps à parler de dinosaures. Mais moi, j’ai eu la chance d’en faire mon travail.

En 2008, je suis parti aux États-Unis. Ce fut un voyage absolument déterminant. Ma carrière et tout ce projet en découlent. C’était la première fois que je quittais le Royaume-Uni, la première fois que je voyageais seul à l’étranger. J’avais 18 ans, et pour financer ce premier voyage de fouilles et de recherche au Wyoming Dinosaur Center, un magnifique musée dans la ville à consonnance mythique de Thermopolis, j’avais dû vendre ma collection Star Wars (oui vraiment !). Dès mon arrivée dans ce musée merveilleux, on m’a fait faire le tour de l’exposition permanente. Un fossile incroyable a immédiatement attiré mon attention : une grande dalle de calcaire sur laquelle se succédaient de minuscules traces de pas. Je les ai suivies des yeux. Sans le savoir, je contemplais la scène d’une mort survenue il y a 150 millions d’années.

Tout au bout de cette longue série d’empreintes, je découvrais le responsable : une limule juvénile du Jurassique. Ce petit arthropode avait été jeté dans un lagon toxique où il avait atterri sur le dos, puis il avait marché jusqu’à sa mort par asphyxie. Cette vision d’une mort survenue plusieurs millions d’années avant que je ne la vois, figée dans la pierre, me stupéfia et modifia radicalement ma façon de considérer les fossiles.

Cerise sur le gâteau, personne n’avait encore étudié ce fossile. Je sautais sur l’occasion et décidais donc de m’en charger en faisant équipe avec Chris Racay, l’un des paléontologues du musée. Nous avons analysé ce spécimen ensemble et nos résultats ont été publiés quelques années plus tard dans une revue à comité de lecture. Jeune et avide d’apprendre, j’étais au bon endroit au bon moment. On ne peut pas en dire autant de cette pauvre limule.

C’est grâce à ce spécimen qu’est née ma fascination pour les fossiles contenant des histoires uniques de comportements. C’est également grâce à lui que Prisonniers du temps existe, un livre qui raconte les histoires surprenantes et excitantes d’espèces éteintes depuis longtemps.

COMPRENDRE LES COMPORTEMENTS À PARTIR DE FOSSILES

Rien n’est plus spectaculaire et fascinant à observer que le comportement des animaux sauvages. Qu’il s’agisse d’un aigle qui plonge en piqué vers sa proie, du sang qui jaillit des yeux d’un lézard à cornes cherchant à se défendre ou de lémuriens qui se servent des sécrétions d’un mille-pattes comme remède, le règne animal a vu naître et évoluer des comportements souvent complexes et d’une grande diversité.

L’étude des fossiles peut sembler frustrante dans la mesure où l’on ne verra jamais un individu vivant de l’espèce étudiée. Elle provoque un sentiment étrange, sans doute similaire à celui qu’éprouvent les astronomes professionnels et amateurs qui étudient des planètes et des étoiles très éloignées tout en sachant qu’ils ne pourront jamais s’y rendre. Tenter de comprendre le comportement d’une espèce éteinte à partir des fossiles qu’elle a laissés est une des tâches les plus difficiles et intimidantes que rencontre un paléontologue. Mais, il n’en existe pas de plus passionnantes.

Les preuves irréfutables sont le seul moyen de déterminer avec certitude qu’une espèce préhistorique présentait tel ou tel type de comportements. Elles peuvent prendre la forme du contenu fossilisé d’un estomac ou d’une dent incrustée dans un os, par exemple. Ensuite, on compare avec attention ce que l’on sait de l’espèce disparue étudiée et le comportement d’espèces contemporaines, parentes ou similaires. Il est parfois plus pertinent de comparer deux espèces similaires plutôt que deux espèces apparentées. Prenons l’exemple du rouge-gorge : il appartient au groupe des dinosaures, mais il n’a pas grand-chose à voir avec le Diplodocus sur le plan corporel comme sur le mode de vie. De même, il ne nous viendrait pas à l’idée de comparer le comportement d’un écureuil et celui d’une baleine bleue sous prétexte que ce sont tous deux des mammifères. L’éthologie consiste à étudier le comportement animal par l’observation dans les écosystèmes. Les paléontologues se servent ensuite des données recueillies par les éthologues pour interpréter les traces de comportement animal dans les fossiles. Cette branche de la paléontologie s’appelle la paléoéthologie. Elle révèle à son tour des informations essentielles sur les interactions qui existaient entre les différentes espèces et leur environnement – on parle alors de paléoécologie.

Je me suis nourri des recherches des paléontologues qui identifient les espèces fossilisées et interprètent leur comportement. Dans certains cas, j’ai pu étudier moi-même les fossiles que je décris. Mais gardons à l’esprit que tout ce que nous pensons savoir sur ces espèces disparues peut être remis en question du jour au lendemain par de nouvelles approches ou d’autres découvertes. Après tout, c’est ainsi que fonctionne la science.

J’ai pris beaucoup de plaisir à passer au peigne fin l’imposante littérature pour trouver ces fossiles très rares, si riches d’enseignements sur le comportement animal. C’est le cas en particulier des insectes piégés dans l’ambre auxquels de nombreux chercheurs consacrent leur recherche. Ce mode de fossilisation est déjà bien connu pour capturer les interactions. Pour trouver un juste équilibre entre les cinquante fossiles dont il est question dans ce livre, j’ai pris soin d’en choisir un éventail varié montrant des comportements des plus simples aux plus complexes. Beaucoup de ces spécimens sont uniques, d’autres sont représentés dans de nombreux exemples et mettent en lumière des comportements fréquemment préservés.

J’aimerais que vous ressentiez, en tournant ces pages, le frisson qui m’a parcouru quand j’ai contemplé pour la première fois l’empreinte d’une limule morte il y a 150 millions d’années. Contrairement à l’intrigue de Jurassic Park, les anecdotes que vous allez découvrir dans cette page, des plus étranges au plus étonnamment familières, ne sont pas fictives ; elles concernent des animaux qui ont bel et bien existé, qui ont disparu depuis longtemps, et dont l’histoire est miraculeusement imprimée dans la roche.

CHAPITRE 1

LA REPRODUCTION

La saison des amours est un moment particulier dans la vie de l’antechinus mâle, un marsupial australien brun pas plus grand qu’une souris. Il n’a pas encore un an quand son organisme cesse brutalement de produire du sperme. C’est le signal. Le moment est venu d’utiliser celui qu’il a en réserve. Pendant deux semaines, les mâles deviennent complètement obsédés. Une compétition féroce les oppose, ils cherchent à féconder le plus de femelles possible. Tant que leur petit corps le permet, ils s’accouplent. Pendant des heures, jusqu’à l’épuisement. Toutes ces dépenses d’énergie finissent par avoir raison d’eux : leur niveau de stress augmente, entraînant l’effondrement de leur système immunitaire. Ils perdent leurs poils, attrapent tous les microbes qui passent et sont même victimes d’hémorragies internes, mais jamais ils ne s’interrompent. Jusqu’à la mort. Tous ces mâles meurent d’un excès de sexe – ils finissent en beauté, pourrait-on dire. Connu sous le nom de reproduction suicidaire, la sémelparité se définit par le fait de n’avoir qu’un seul cycle de reproduction au cours de sa vie. Pour s’assurer une descendance, ces mini-mammifères paient le prix ultime.

Que l’évolution aboutisse à un mode de reproduction aussi inhabituel et dramatique témoigne de la diversité et de la complexité de la vie sur Terre. Après tout, tous les organismes vivants doivent leur existence à la reproduction, étape fondamentale du cycle de la vie. Pour le dire autrement, une espèce qui ne se reproduit pas est une espèce qui s’éteint. Rien n’est éternel, mais se reproduire est une façon de tromper la mort : transmettre ses gènes à la génération suivante permet d’assurer la survie de l’espèce.

Selon les espèces, la reproduction peut être asexuée ou sexuée. La reproduction asexuée ne nécessite qu’un seul parent, il donne naissance à des descendants qui lui sont génétiquement semblables – des clones. C’est un mode de reproduction parfait pour les organismes stationnaires, dans la mesure où il est simple, rapide et peu énergivore. Les coraux, les éponges, certains insectes et certaines plantes se reproduisent ainsi. C’est moins fréquent chez les poissons ou les reptiles, et ça n’existe pas chez les mammifères. La reproduction sexuée, quant à elle, requiert à la fois un mâle et une femelle. Elle s’effectue soit par fécondation interne, comme chez les mammifères (avec un mode d’emploi du type « insérer la partie A dans la partie B »), soit par fécondation externe, comme chez les saumons, dont la femelle libère ses œufs (le « frai ») dans l’eau avant qu’ils ne soient recouverts par le sperme du mâle. La reproduction sexuée prend du temps, elle implique la participation de deux individus et peut nécessiter une grande dépense d’énergie. Rien que la recherche d’un ou d’une partenaire compatible nous demande un effort énergétique. Elle permet cependant au matériel génétique de se diversifier. Le descendant présente une combinaison unique des gènes de ses deux parents, pour un résultat inédit. Ce brassage des gènes augmente les chances de grandir, de survivre et de se reproduire.

Bien que la plupart des espèces ne disposent que d’un seul mode de reproduction, de nombreux organismes peuvent se reproduire des deux façons. Ce trait étonnant est rare chez les vertébrés, mais très répandu chez les invertébrés. Prenons les vers de terre et les escargots, par exemple. Ces deux espèces sont hermaphrodites. Autrement dit, chaque individu est équipé d’organes génitaux mâles et femelles. En principe, il peut donc s’autoféconder, mais la reproduction reste sexuée dans la grande majorité des cas. Certaines espèces de poissons, comme les poissons-clowns, sont également hermaphrodites : ils naissent mâles et deviennent femelles au fil du temps, si bien que leur mode de reproduction est toujours sexué.

Chez les animaux d’aujourd’hui, il est assez facile de déterminer le sexe d’un individu, parfois même sans examiner ses organes génitaux. Beaucoup d’espèces présentent des caractéristiques externes permettant de distinguer les mâles des femelles. Appelées « dimorphisme sexuel », ces différences sont parfois frappantes, chez les mâles en particulier. Les lions mâles sont dotés d’une crinière, la plupart des cervidés mâles d’une paire de bois, et les paons mâles d’une queue extravagante et colorée. C’est parfois la femelle qui présente ces caractéristiques, comme dans le cas des phalaropes, des oiseaux limicoles aux femelles plus grandes que les mâles, avec un plumage nuptial plus coloré. Le dimorphisme, qui permet de déterminer le sexe des individus d’une espèce, joue un rôle majeur dans la parade nuptiale, la dominance et la compétition entre individus. Ce phénomène est dû à la sélection sexuelle, une forme de la sélection naturelle telle que la conçoit Darwin. Les caractéristiques sexuelles aident l’individu à trouver un partenaire et à se reproduire. Cependant, quand on parle de reproduction et de transmission de gènes, chaque espèce a sa façon bien à elle de parvenir à ses fins, ou du moins d’essayer. Certains de ces comportements – la parade nuptiale, par exemple, ou encore la construction d’un nid attractif, ou les cadeaux aux éventuels partenaires – peuvent être élaborés, voire très complexes, tandis que d’autres sont carrément mortels – à l’instar des antechinus bruns qui copulent jusqu’à l’épuisement pour féconder un plus grand nombre de femelles que leurs rivaux. Avec une telle diversité d’organismes vivants, il n’est pas surprenant que toute une série de stratégies de reproduction ait évolué, chacune jouant un rôle important dans la survie d’une espèce.

Quel rapport avec ce livre, me direz-vous ? Les mots « fossile » et « reproduction » sont rarement utilisés ensemble. Mais pourquoi ? Il a bien fallu des centaines de millions d’années de reproduction réussie pour que vous puissiez tenir ce livre entre vos mains. Aussi étrange que cela puisse paraître, si l’on y réfléchit bien, tous les êtres vivants de cette planète – vous en êtes un, vous aussi – n’existent que parce que leurs ancêtres préhistoriques se sont reproduits. Nous sommes le résultat d’une transmission en ligne directe de l’ADN de nos ancêtres et des espèces éteintes qui ont donné naissance à la nôtre. Pour que nous venions au monde, vous et moi, des millions d’individus ont dû naître sans encombre, survivre aux maladies, aux prédateurs et aux catastrophes naturelles, atteindre la maturité sexuelle, trouver un partenaire et se reproduire. Génération après génération, espèce après espèce, leur ADN coule dans nos veines. Les origines évolutives de tous les êtres vivants de cette planète se perdent dans la nuit des temps, celles des plantes de nos forêts comme des oiseaux qui les survolent.

Revenons-en à nos fossiles : que peuvent-ils réellement nous apprendre sur la vie sexuelle des animaux préhistoriques ? Comme le dit le personnage d’un roman sur les dinosaures devenu plus tard un blockbuster : « Avez-vous envoyé quelqu’un soulever – si j’ose dire – la jupe des dinosaures pour vérifier ? D’ailleurs, comment détermine-t-on le sexe d’un dinosaure ? » (Michael Crichton, Jurassic Park, 1990) C’est une très bonne remarque. Le plus souvent, seules les parties dures des animaux – les os et les dents – se fossilisent, et quand on trouve des traces des parties molles, on a rarement de quoi déterminer le sexe de l’individu ou ses stratégies reproductives. Dès lors, sommes nous vraiment capable de produire autre chose que des hypothèses ?

La question est légitime. On ne voit pas très bien quelles traces de comportements reproductifs les animaux préhistoriques auraient pu laisser derrière eux. La morphologie fonctionnelle – c’est-à-dire l’étude des relations entre les structures d’un organisme et le fonctionnement de ses différentes parties – peut nous aider. La forme et la fonction des organes peuvent en partie répondre aux questions se rapportant aux organismes préhistoriques et à leurs comportements. Cette approche est limitée, bien sûr, mais elle complète l’étude du comportement des membres actuels du même groupe d’animaux (s’il en existe encore) comme comparaison pour déduire comment les espèces éteintes pouvaient se reproduire.

Qu’en est-il alors des preuves de reproduction parvenues jusqu’à nous dans la pierre ? Dans ce chapitre, elles nous permettront de mettre en lumière les grandes étapes évolutives de la reproduction et des comportements associés. Nos découvertes iront d’organismes figés en pleine copulation à d’autres présentant des signes de gestation. Nous serons les spectateurs privilégiés de moments intimes d’un passé révolu.

MAMAN POISSON ET LE SEXE TEL QU’ON LE PRATIQUE

Les humains partagent un ancêtre commun avec tous les vertébrés tétrapodes, y compris ceux qui ont perdu leurs membres au cours de leur évolution (comme les serpents). Âgé de plus de 400 millions d’années, cet ancêtre commun était un poisson. D’un point de vue évolutif, nous en sommes donc nous aussi. Magnifiquement racontée par Neil Shubin dans Au commencement était le poisson, l’histoire de notre évolution (et de tous les tétrapodes) est un récit extraordinaire qui court sur des millions d’années. Pourtant, quand Shubin a écrit ce livre, il n’y avait que peu de preuves connues se rapportant aux comportements reproductifs de ces poissons de la Préhistoire. Les choses ont changé en 2005 avec la découverte de l’un des fossiles les plus extraordinaires de tous les temps.

Cette année-là, John Long, le célèbre paléontologue australien, avait organisé une chasse aux fossiles dans la formation de Gogo, au cœur d’une région qu’il connaissait bien, celle de Kimberley, en Australie-Occidentale. Il y a environ 380 millions d’années, au Dévonien, cette zone était recouverte par une mer peu profonde ; c’était la première grande barrière de corail d’Australie. Aujourd’hui, comme alors, ces récifs abritent une incroyable variété d’organismes. La formation de Gogo est connue pour l’exceptionnelle qualité de ses fossiles, notamment ceux de poissons conservés en trois dimensions dans ce qu’on appelle des « nodules de Gogo » : des concrétions calcaires arrondies qui contiennent parfois un trésor dans leurs entrailles.

Le 7 juillet 2005, Lindsay Hatcher, une amie de John Long présente lors de cette chasse aux fossiles, fit une découverte de ce genre. Elle ramassa l’un de ces nodules, lui appliqua le petit coup de marteau rituel et y découvrit un fossile qu’elle soumit à John Long. Il identifia un poisson de la classe des placodermes, des poissons cuirassés éteints depuis longtemps, mais ne fut pas en mesure d’en fournir une identification plus précise, car la majeure partie du fossile était encore prise dans le nodule. Lindsay Hatcher et John Long venaient de faire une grande découverte, mais ils ne le savaient pas encore. Emballé avec soin, le nodule fut envoyé au laboratoire du Western Australian Museum de Perth. Le poisson cuirassé allait bientôt livrer son secret.

Les fossiles de placodermes de la région de Gogo sont bien connus, mais d’autres, de tailles et de formes diverses, ont été découverts un peu partout dans le monde. Nous connaissons aujourd’hui plus de trois cents espèces de placodermes. Ils font partie des premiers poissons dotés de mâchoires et de nageoires ; certains ont même développé des dents. Ils occupent donc une place importante dans la compréhension de l’évolution des vertébrés modernes. Certains chercheurs les considèrent comme l’un des grands ancêtres de la lignée évolutive ayant conduit à l’homme, tandis que d’autres y voient une branche latérale de l’évolution des poissons.

Pendant plus de deux ans, le nodule de Hatcher attendit son tour au labo. En novembre 2007, enfin, on commença à débarrasser le fossile de la roche qui l’avait préservé. Pour ne pas abîmer ces restes délicats, on employa une solution faible d’acide acétique (ici, du vinaigre) qui dissout le calcaire, mais préserve les os si on ne le laisse pas agir trop longtemps. Pour accélérer ce processus qui peut prendre plusieurs mois, le spécimen fut entièrement plongé dans un bain d’acide. On découvrit qu’il contenait un squelette tridimensionnel presque complet de 15 centimètres de long, tête et boîte crânienne comprises. Conscient de l’importance de ce fossile, John demanda l’aide de Kate Trinajstic, autre experte de renommée mondiale en matière de poissons fossiles et de gnathostomes (vertébrés à mâchoires) précoces, pour le décrire. Ce spécimen était remarquablement bien conservé mais, surtout, il n’appartenait à aucun genre et aucune espèce connue. Mais la découverte la plus sensationnelle restait à venir.

La roche masquait encore certaines parties du poisson. Malgré les risques que cela faisait courir au spécimen, l’équipe décida de le replonger dans un bain d’acide. Ils remarquèrent alors un détail inhabituel : un minuscule squelette de poisson, copie anatomique parfaite de l’adulte. Ils avaient sous les yeux le vertébré fossile gravide le plus ancien du monde, de 130 millions d’années antérieur à celui qui détenait le record jusqu’alors. Un examen plus approfondi du petit embryon leur révéla une structure semblable à une corde enroulée autour de lui et reliée à la femelle adulte. Sous la loupe d’un puissant microscope électronique, il apparut clairement que cette structure n’était autre qu’un lien vital et nourricier, le cordon ombilical. Vieux de 380 millions d’années, il s’agissait du premier organe de ce type découvert dans un fossile. Il était même positionné à proximité de ce qui ressemblait fortement à un sac vitellin.

Cette aïeule poisson fut baptisée Materpiscis attenboroughi, le premier terme signifiant « poisson-mère » en latin et le second étant attribué en hommage à David Attenborough qui avait fait connaître le site de Gogo au monde entier, en 1979, dans le cadre de la série télévisée Life on Earth. Après avoir identifié cette première femelle gravide, l’équipe décida de réexaminer les fossiles précédemment collectés à Gogo. À leur grande surprise, ils en découvrirent d’autres, appartenant aux placodermes. L’un d’eux contenait trois petits embryons, positionnés dans la même zone que le minuscule squelette de Materpiscis.

Dans la foulée de ces découvertes, une autre équipe de chercheurs a identifié en 2020 un nouveau placoderme gravide, baptisé Watsonosteus fletti. Ce fossile, trouvé en Écosse dans une formation rocheuse un peu plus ancienne, est vieux de 385 millions d’années. Il a donc ravi à Materpiscis le titre de vertébré fossile gravide le plus ancien connu au monde.

Ces poissons portant des embryons sont la preuve qu’ils étaient vivipares, c’est-à-dire qu’ils donnaient naissance à des petits déjà formés. Nous n’avons aucune idée de la durée de leur gestation, mais nous savons qu’il s’agit forcément du résultat d’une fécondation interne. Ces espèces ne pondaient pas d’œufs. Autrement dit, elles copulaient. Bien avant l’apparition des oiseaux ou des abeilles, ces poissons cuirassés avaient des rapports sexuels – bref, le sexe tel que nous le connaissons. Mais comment s’y prenaient-ils ? Pour répondre à cette question, il nous faut examiner certaines parties bien précises de leur squelette.

La plupart des poissons qui se reproduisent par fécondation interne le font à l’aide de structures formées à partir des nageoires pelviennes ou anales. Par exemple, dans la classe des chondrichtyens (requins et autres poissons au squelette cartilagineux), les mâles sont équipés de deux ptérygopodes en forme de pénis dont ils se servent pour copuler. Ces organes permettant de distinguer les mâles des femelles ont été découverts chez plusieurs espèces de placodermes. Les plus anciens exemples connus – et donc les preuves les plus anciennes de l’existence de rapports sexuels – datent d’environ 385 millions d’années et se rapportent à une espèce grande comme le pouce, le Microbrachius dicki. Le nom de l’espèce, « dicki », n’est qu’une coïncidence amusante (« dick » veut dire « pénis » en anglais) ; cette espèce porte en fait le nom de celui qui l’a découverte, Robert Dick. La plupart des spécimens que nous connaissons proviennent d’Écosse, avec quelques exceptions en Estonie et en Chine. Les mâles ont des ptérygopodes osseux imposants en forme de crochet, tandis que les femelles sont dotées de plaques génitales évoquant des lames. Sur un spécimen estonien, on distingue même un crochet mâle encore fixé à la plaque femelle. Pendant la copulation, ces animaux nageaient côte à côte, probablement enlacés. Le mâle insérait l’extrémité d’un de ses crochets dans le cloaque de la femelle, où les plaques génitales le maintenaient en place, facilitant ainsi l’acheminement du sperme.

Détail d’une femelle gestante Materpiscis attenboroughi, avec des restes fragmentaires de l’embryon et du cordon ombilical en forme de corde (flèche).

Avec l’aimable autorisation de John Long, université Flinders.

Microbrachius dicki mâle (à gauche) et femelle (à droite). Le mâle est doté d’appendice osseux (ptérygopode) en forme de L et la femelle de plaques génitales appariées. (A) Bras ; (C) appendice osseux ; (G) plaque génitale ; (H) tête.

Avec l’aimable autorisation de John Long, université Flinders.

Étreinte amoureuse. Au premier plan, un couple de Microbrachius en train de s’accoupler, avec la femelle à gauche et le mâle à droite, tandis qu’une autre femelle met bas à l’arrière-plan.

Avant ces découvertes, on pensait que les placodermes, comme bien d’autres poissons, pratiquaient un mode de reproduction primitif : la fécondation externe. Nous savons maintenant qu’ils étaient dotés d’organes sexuels osseux et qu’ils mettaient au monde des petits formés. Ces vertébrés primitifs copulaient déjà, et ils étaient vivipares.

LA PARADE NUPTIALE DES DINOSAURES

Du colibri à la dinde, du pélican à l’émeu, les oiseaux – il en existe plus de dix mille espèces aujourd’hui – sont des dinosaures. Des dinosaures théropodes, pour être exact. Parmi d’innombrables caractéristiques, des similitudes dans l’anatomie du squelette, la présence de plumes et même certains comportements – la couvaison, par exemple – établissent un lien évident entre ces derniers. Ce lien est encore renforcé par de nouvelles découvertes : les dinosaures théropodes « dansaient » pour impressionner le sexe opposé.

De nombreux oiseaux nichant au sol pratiquent encore aujourd’hui ce comportement appelé lekking. Pendant ou avant la saison de la reproduction, les mâles se rassemblent et se livrent à un spectacle impressionnant. Pour attirer l’attention des femelles, ils vocalisent bruyamment, exécutent de gracieux mouvements de danse ou étalent leur plumage coloré. Et surtout, en grattant le sol avec leurs pattes, les mâles de certaines espèces cherchent à prouver aux femelles qu’ils sont assez forts pour leur creuser un nid réussi.

Dans le Colorado, on a découvert à quatre endroits différents de grandes marques de creusement fossilisées atteignant pour certaines 2 mètres de diamètre. Elles remontent au Crétacé, il y a plus de 100 millions d’années. Ces marques dans le sol n’ont rien d’exceptionnel, il en existe de nombreux exemples. L’un des quatre sites concernés comprend plus de soixante creusements distincts sur une superficie de 50 mètres de long sur 15 mètres de large. Tous ces sites sont connus depuis longtemps pour leurs empreintes de dinosaures, mais ces excavations très particulières n’ont été identifiées et décrites qu’en 2016. Certaines sont visibles dans le célèbre « Dinosaur Ridge » (ou « Dinosaur Freeway » : l’autoroute des dinosaures), devenu un site de conservation de l’histoire naturelle des États-Unis, où l’on a découvert en 1937 les premières empreintes de dinosaures.

Ces excavations n’ont pas toutes la même taille, la même profondeur ou la même répartition, mais la plupart sont composées de deux creux parallèles indiquant que le sol a été gratté par un seul individu employant tour à tour ses deux pieds. Certaines comprennent les empreintes complètes d’un théropode à trois doigts, qui mesurait entre 2,5 et 5 mètres de long. Malheureusement, on n’a retrouvé sur ce site aucun fossile osseux du théropode en question. Il faut dire que les fossiles de dinosaures sont extrêmement rares dans le grès du Dakota, une formation rocheuse très particulière.

Un dinosaure qui danse. L’image est saisissante, mais traduit-elle une réalité ? Ces marques de creusement sont-elles vraiment la preuve de l’existence d’une parade nuptiale chez certains dinosaures ? C’est à cette question que s’est attaquée une équipe de chercheurs dirigée par Martin Lockley, expert des empreintes de dinosaures.

Lors de l’examen de ces traces, l’équipe a envisagé d’autres interprétations : étaient-ce de vrais nids regroupés en colonies ? Des preuves que les dinosaures creusaient pour trouver de la nourriture, de l’eau ou un abri ? Les chercheurs n’ont découvert aucune trace d’œufs, aucun reste de coquilles d’œufs, aucun autre indicateur de la présence d’un nid semblable à ce qu’on trouve sur des sites de nidification connus des dinosaures. La nature du sol nous indique qu’à cette époque, le climat était très humide, donc qu’il y avait probablement de l’eau en abondance. Il est possible que les théropodes aient cherché des proies sous terre pour se nourrir – des petits animaux, sans doute –, mais rien n’indique sur ces sites la présence de terriers ou de carcasses enfouies à dessein.

Il s’agit donc bien de traces de parades nuptiales laissées par des théropodes mâles qui se regroupaient sur ces sites à la saison des amours. Le but ? Montrer leur force et leur savoir-faire aux femelles en matière de creusement de nids. C’est la preuve de l’existence d’une compétition sexuelle chez ces théropodes, comme les oiseaux d’aujourd’hui. Quand le mâle était sélectionné, le nid devait être creusé à proximité. Malheureusement, aucun n’a été découvert pour l’instant. Ils n’ont probablement pas survécu au passage du temps. En tout cas, ces preuves de l’existence de parades nuptiales au Crétacé nous ont permis pour la première fois d’établir un lien entre le mode de reproduction des dinosaures théropodes et celui des oiseaux d’aujourd’hui. Quel bruit et quel spectacle ce devait être, ces grands théropodes s’efforçant d’attirer les femelles lors de cérémonies de séduction !

Profondes marques de grattage laissées par un grand théropode à Roubideau Creek, Delta County, Colorado. Les chercheurs Ken Cart (en bas à gauche) et Jason Martin (en haut à droite), pour l’échelle

Avec l’aimable autorisation de Martin Lockley.

L’auteur (à gauche) et le paléontologue Lou Taylor (à droite) examinent de très grandes traces de grattage sur le célèbre site de Dinosaur Ridge, à Morrison (Colorado).

Avec l’aimable autorisation de Malcolm Bedell Jr.

La dame regarde le spectacle. Plusieurs grands théropodes se livrent à une impressionnante parade nuptiale dans l’espoir de séduire la femelle. Nous ignorons quelle espèce a laissé ces traces, mais Acrocanthosaurus est un bon candidat.

UNE MISE BAS CHEZ LES « LÉZARDS-POISSONS »

Pendant des centaines de millions d’années, les poissons furent les seuls vertébrés à habiter les océans. Mais bien après les poissons cuirassés et bien avant les grands requins blancs ou les orques, un groupe de reptiles terrestres est retourné à la mer. Au fil du temps, ses descendants ont remplacé les poissons dans le rôle de grands prédateurs de l’océan. Pendant plus de 180 millions d’années, du début du Trias à la fin du Crétacé, les reptiles marins dominèrent toutes les mers de la planète. Pour survivre dans l’eau, ils durent surmonter divers obstacles, en particulier celui de la naissance. Les ichtyosaures – les « lézards-poissons », en grec – sont certainement les plus fascinants et les plus connus d’entre eux. En outre, ce sont les premiers fossiles de reptiles marins qui nous ont permis de comprendre leur mode de reproduction sous l’eau.

Puisqu’on nous les présente souvent ainsi, nous avons tendance à croire que les ichtyosaures sont des dinosaures. Or, ce n’est absolument pas le cas. Contrairement aux dinosaures, les ichtyosaures étaient dotés de membres semblables à des nageoires et vivaient exclusivement dans l’eau. D’après les archives fossiles, cet ordre de reptiles apparaît près de 20 millions d’années avant les dinosaures. Grâce au travail de Mary Anning, une paléontologue britannique de la fin de l’époque géorgienne et du début de l’ère victorienne, la science s’y intéressa très tôt. Cette paléontologue collecta dans le Dorset, sur la côte anglaise de Lyme Regis, des centaines, voire des milliers de spécimens. Les ichtyosaures ont été baptisés de ce nom au moins 20 ans avant l’apparition du mot « dinosaure ». D’après l’anatomie de leur squelette, nous savons qu’ils ont évolué à partir d’un ancêtre terrestre commun que nous n’avons pas encore identifié. Avec son long museau et son corps fuselé, l’ichtyosaure typique ressemblait à un croisement entre un requin et un dauphin. Certaines espèces précoces, petites et primitives, évoquaient des lézards munis de nageoires, tandis que d’autres, plus tardives et massives, ressemblaient à des baleines bleues.

Comme les ichtyosaures sont des reptiles dotés de nageoires évoquant vaguement celles des tortues de mer, on a supposé qu’ils pondaient eux aussi leurs œufs sur le rivage. Mais cette hypothèse ne tient pas, dans la mesure où ces animaux présentent une morphologie hautement spécialisée, parfaitement adaptée à un environnement marin qui ne leur permettait en aucun cas de ramper sur le rivage. Pondaient-ils leurs œufs dans l’eau, comme les amphibiens ? Ou bien donnaient-ils naissance à des petits déjà formés ? Si l’on considère que les ichtyosaures ont été les premiers reptiles de grande taille à vivre dans l’océan et qu’ils ont réussi à s’y reproduire – on a retrouvé partout dans le monde des dizaines de milliers de fossiles –, percer le mystère de leurs stratégies de reproduction pourrait nous fournir des informations cruciales sur la façon dont ces reptiles se sont adaptés au milieu aquatique.

La première clé de ce mystère a surgi il y a plus de 200 ans, lors de la découverte d’innombrables fossiles du Jurassique dans plusieurs carrières proches de la ville de Holzmaden, en Allemagne. L’un des premiers ichtyosaures qu’on y préleva avait des petits squelettes coincés entre les côtes. On en déduisit aussitôt que ces reptiles se nourrissaient de leurs semblables – autrement dit, qu’ils étaient cannibales. À l’époque, la majorité des chercheurs adopta cette hypothèse, qui semblait pertinente. Mais, plus on découvrait de spécimens dont la cage thoracique contenait des petits squelettes – parfois même plus de dix –, moins elle devenait probante.

En 1846, on fit une découverte d’un immense intérêt. Joseph Chaning Pearce, grand collectionneur de fossiles britannique, étudia un squelette d’Ichthyosaurus collecté par ses soins dans un petit village du Somerset. Dans le cadre de mes recherches, j’ai eu le privilège d’étudier ce spécimen, aujourd’hui exposé au musée d’histoire naturelle de Londres. Le collectionneur repéra un petit squelette presque complet à l’extrémité de la cage thoracique, dans la région du bassin. La position de ce petit squelette, loin de la zone de l’estomac, prouvait qu’il ne pouvait s’agir du dernier repas de l’animal. Les ichtyosaures étaient donc très certainement vivipares. Si cette hypothèse se vérifiait, il s’agissait là de la première trace de grossesse chez un reptile fossile.

Les recherches se poursuivirent et le débat fit rage jusque dans les années 1990, au cours desquelles les paléontologues parvinrent à la conclusion qu’on avait accusé à tort ces ichtyosaures de cannibalisme. Dans deux études publiées à l’époque, ils démontrèrent que la quasi-totalité des spécimens concernés était gravide. Pour étayer cette hypothèse, il y avait le fait qu’aucun de ces petits squelettes n’était rongé par les acides gastriques et qu’aucun ne présentait de traces de morsure. D’autre part, il semblait hautement improbable qu’un individu de grande taille engloutisse plusieurs petits en même temps. L’hypothèse de la gestation semblait dès lors faire sens.

Pour l’instant, on a découvert dans la région de Holzmaden plus de cent ichtyosaures gravides appartenant tous à l’espèce Stenopterygius. La tête de la plupart des embryons est orientée vers celle de la mère, ce qui tendrait à prouver que les petits naissaient la queue en premier, comme chez les dauphins et les baleines. Les narines surgissaient donc au dernier moment, pour empêcher les petits de se noyer pendant le travail. Depuis, d’autres spécimens découverts en train de mettre bas ont définitivement dissipé les doutes qui subsistaient encore quant au mode de reproduction de ces reptiles.

Nous pensons notamment à un fossile extraordinaire provenant lui aussi de Holzmaden : une femelle ichtyosaure dont l’un des petits est resté coincé dans le canal de naissance. La mère est sans doute morte pendant la mise à bas et, avec elle, ses cinq petits. Récemment collecté dans l’est de la Chine, un spécimen de Chaohusaurus portant des triplés est venu étayer ce scénario tragique. Il s’agit d’une découverte particulièrement intéressante dans la mesure où ce spécimen a vécu au début du Trias, il y a 248 millions d’années ; nous avons donc affaire à l’un des premiers ichtyosaures. Or, ici, l’embryon émerge tête la première du bassin de la mère et, à côté d’elle, il y a déjà un nouveau-né. Que pouvons-nous déduire de ce fossile ? Que les petits des ancêtres terrestres des chtyosaures naissaient eux aussi par la tête, que les premiers ichtyosaures ont conservé cette orientation, et que celle-ci s’est inversée petit à petit au cours de l’évolution. En outre, nous avons là, figé pour l’éternité dans la pierre, le premier exemple connu d’une naissance vivipare chez les vertébrés.

Ces événements qui se sont produits il y a des centaines de millions d’années nous ont permis d’établir avec certitude le mode de reproduction de ces reptiles éteints. Cela n’aurait pas été possible sans ces étonnantes découvertes.

L’une des raisons de l’indéniable réussite des ichtyosaures tient sans doute à ce mode de reproduction. En milieu aquatique, mettre au monde des petits déjà formés présente plusieurs avantages : ils sont déjà capables de se nourrir et de se débrouiller sans leur mère. Les bébés ichtyosaures, par exemple, arrivent tout équipés, avec des dents coniques en forme d’aiguilles qui leur permettent de se régaler de poissons dès leur venue au monde.

Stenopterygius quadriscissus, l’extraordinaire ichtyosaure femelle morte alors qu’elle mettait au monde ses petits. L’un des embryons est coincé dans le canal de naissance et trois autres sont encore dans sa cage thoracique.

Avec l’aimable autorisation de Cindy Howells.

La viviparité comporte pourtant quelques aspects négatifs, en particulier pour la mère, qui devait capturer et manger suffisamment de proies pour permettre le bon développement de ses embryons jusqu’à la naissance. D’autre part, pendant la mise bas, elle courait un grand danger en cas de complications ou lorsque le travail se prolongeait. Car comme les baleines et les dauphins, les ichtyosaures devaient remonter à la surface pour respirer. Pendant ces moments de vulnérabilité, la mère pouvait être attaquée par un prédateur, et elle courait le risque de se noyer si elle restait trop longtemps sous l’eau immédiatement après la naissance, les petits devaient eux aussi rejoindre la surface pour respirer une première fois. Ils étaient alors tout aussi vulnérables que leur mère.

Mort dans le grand bleu. Complications pendant le travail d’une Stenopterygius gestante dans les eaux chaudes du jurassique, il y a 180 millions d’années.

La viviparité en milieu aquatique n’est pas toujours une partie de plaisir, mais elle a permis à ces reptiles aujourd’hui disparus de dominer les océans pendant des millions d’années. Les ichtyosaures, dont l’ancêtre commun a été l’un des premiers animaux terrestres à retourner à la mer, ont accompli l’exploit remarquable d’adapter la mise bas à leur nouveau milieu, leur permettant de s’y épanouir pleinement.

JURASSIC SEX : FIGÉS POUR TOUJOURS EN PLEINE ACTION

Vingt-quatre heures sur vingt-quatre, on copule quelque part. Dans la mer, sur la terre et dans le ciel, à chaque seconde qui passe, des animaux s’accouplent et transmettent leurs gènes aux générations suivantes. Ça vous ferait quoi, à vous, d’être pris la main dans le sac pendant des millions d’années ? De savoir que des scientifiques vont vous étudier sous toutes les coutures, votre partenaire et vous, puis partager leurs découvertes avec le monde entier ? Se retrouver fossilisé en plein rapport sexuel : le comble de la malchance.

La copulation est un acte extrêmement répandu, mais les fossiles d’animaux piégés en plein accouplement sont rares, vous vous en doutez, et il s’agit presque exclusivement d’invertébrés. Il existe à ce jour une cinquantaine de spécimens, pour la plupart des insectes piégés dans l’ambre : papillons de nuit, moustiques, abeilles et fourmis engluées dans la résine collante des arbres. Mais l’accouplement fossilisé le plus vieux que nous connaissions est celui de deux cercopidés merveilleusement conservés dans une roche jurassique vieille de 165 millions d’années.

Les cercopidés, connus pour leur tête de grenouille et leur record de saut en hauteur, sont de petits insectes se nourrissant de la sève des plantes. Leurs larves émettent une sorte d’écume parfois surnommée « crachat de coucou » qui forme une sorte de cocon qui leur permet de se nourrir, à l’abri des prédateurs. De nos jours, cette famille regroupe trois mille espèces connues.

Nos deux cercopidés fossiles ont été découverts dans le village de Daohugou, en Mongolie intérieure, au nord-est de la Chine. Dans cette région du monde, les roches qui se sont formées pendant le Jurassique moyen ont livré d’innombrables fossiles extrêmement bien conservés, dont plus de mille deux cents cercopidés, chacun mesurant moins de 2 centimètres de long. Ils sont parvenus jusqu’à nous grâce à une éruption volcanique : les cendres qui se sont déposées au fond d’un lac voisin ont enterré et préservé tous les insectes présents au moment de l’éruption.

Ces spécimens sont conservés à l’université de Pékin, dont l’imposante collection d’insectes préhistoriques comprend plus de 200 000 fossiles. Nos deux cercopidés appartiennent à une famille éteinte et sont les représentants d’une espèce inconnue jusqu’alors, Anthoscytina perpetua. Le nom de l’espèce vient du latin perpet, qui signifie « amour éternel », en référence à leur étreinte figée à jamais dans la pierre.

Cercopidés (Anthoscytina perpetua) fossilisés en train de s’accoupler. La femelle est à gauche et le mâle à droite.

Avec l’aimable autorisation de Dong Ren.

Sexe au Jurassique. Deux cercopes Anthoscytina perpetua s’accouplent alors qu’un énorme sauropode passe près d’eux, sans se rendre compte de rien.

Tous deux se font face, mais qui nous dit qu’ils étaient réellement en train de s’accoupler ? Les mille deux cents autres fossiles de cercopidés ont permis aux chercheurs de mettre en évidence la présence d’organes sexuels mâles et femelles bien distincts. Les mâles sont équipés d’un long édéage en forme de tube et les femelles d’un atrium génital. On retrouve d’ailleurs ces organes génitaux symétriques chez les cercopidés actuels. Il ne s’agit pas encore du pénis et du vagin des mammifères, mais ça s’en rapproche, enfin vous voyez l’idée. Reprenons notre description : nos deux cercopidés fossiles sont donc allongés côte à côte, mais à l’origine, ils étaient sans doute dressés face à face, la position qu’adoptent les cercopidés modernes pour s’accoupler. L’édéage du mâle est inséré dans l’atrium génital de la femelle, et à l’endroit de cette jonction, le corps du mâle est recourbé. Les derniers segments de son abdomen étaient donc flexibles, ce qui facilitait l’insertion de l’édéage. Ces indices rappellent les cercopidés actuels et montrent que leur comportement sexuel est resté le même (ou n’a pas évolué) depuis 165 millions d’années.

LA PLÉSIOSAURE GESTANTE

Les plésiosaures sont des animaux emblématiques de la Préhistoire. Comme les ichtyosaures, on les prend souvent pour des dinosaures marins, mais il s’agit en fait d’un groupe bien distinct de reptiles aquatiques carnivores qui se déplaçaient dans l’eau à l’aide de deux paires de grandes nageoires plates. Depuis leur découverte, il y a plus de 200 ans, les scientifiques et le public se demandaient comment ces animaux merveilleux se reproduisaient. Le faisaient-ils sur terre ou dans l’eau ? Pondaient-ils des œufs ou donnaient-ils naissance à des petits déjà formés ? La mécanique de leur squelette, en particulier leurs nageoires incapables de flexion et l’attache réduite de ces dernières au corps de l’animal, implique qu’ils étaient probablement incapables de se déplacer sur terre et qu’ils devaient donc mettre bas dans l’eau. Mais contrairement aux ichtyosaures, aucun fossile de plésiosaure n’a pu fournir de données permettant de confirmer cette hypothèse, du moins jusqu’en 2011.

Ou plus exactement, jusqu’en 1987. Cette année-là, en se promenant comme il le faisait souvent dans sa propriété familiale du comté de Logan au Kansas, Charles Bonner, un chasseur de fossiles chevronné, tomba sur plusieurs os fossilisés qui dépassaient des rochers. Son instinct lui souffla qu’il s’agissait peut-être d’une découverte importante. Toute la famille Bonner entreprit donc de déterrer ces ossements, ceux d’un plésiosaure vieux de 78 millions d’années. Ils révèlerent un spécimen presque complet, avec des articulations dans un très bon état de conservation – les os étaient toujours reliés. En outre, l’amateur de fossiles découvrit un squelette plus petit à l’intérieur de la cage thoracique. Sa trouvaille arriva aux oreilles des paléontologues du Muséum d’histoire naturelle du comté de Los Angeles qui firent part au collectionneur de leur grand intérêt pour ce spécimen. Pour permettre aux scientifiques de l’étudier dans ses moindres détails, les Bonner en firent don au musée. À l’époque, les paléontologues pensaient être en présence d’une mère et de son petit, fossilisés ensemble. S’ils avaient raison, ce serait la preuve que les plésiosaures étaient vivipares. Mais ces ossements étaient encore en partie enfouis dans leur gangue rocheuse, et il fallait les en extraire pour vérifier cette hypothèse.

Des fossiles marins dans un Kansas enclavé. L’idée pourrait sembler saugrenue, mais il faut savoir qu’à partir du milieu et jusqu’à la fin du Crétacé, une mer intérieure chaude recouvrait le Midwest américain, séparant en deux parties presque égales le territoire qu’occupent aujourd’hui les États-Unis.

Faisons un bond dans le temps jusqu’au milieu des années 2000. À l’époque, on décida d’ajouter au Muséum d’histoire naturelle du comté de Los Angeles une nouvelle galerie consacrée à la paléontologie, avec une section réservée aux fossiles marins. Bien entendu, notre plésiosaure y occuperait une place de choix. Il n’avait pas été oublié au fond des réserves, bien au contraire. Il suscitait toujours l’intérêt des chercheurs mais, pour nettoyer et préparer ce fossile rare et précieux, il avait fallu trouver des financements. Après plusieurs années d’une préparation minutieuse, le spécimen se retrouva enfin entièrement débarrassé de sa gangue. Les scientifiques allaient pouvoir l’étudier dans ses moindres détails avant sa mise en vitrine.

Luis Chiappe, l’actuel vice-président des recherches et des collections du musée, avait supervisé le nettoyage du spécimen. Conscient de son importance, il contacta Robin O’Keefe, un paléontologue de l’université Marshall en Virginie occidentale. O’Keefe, qui étudiait les plésiosaures depuis des années, était considéré comme le plus grand expert en la matière. Les deux hommes s’efforcèrent de démêler l’histoire que nous racontait ce spécimen.

Tout d’abord, ils comparèrent ce squelette aux espèces de plésiosaures déjà connues et en arrivèrent à la conclusion qu’il s’agissait d’un grand Polycotylus latippinus adulte, un plésiosaure à cou court – une espèce décrite en 1869 à partir d’un spécimen fragmentaire, lui aussi découvert au Kansas. Après avoir identifié l’espèce à laquelle ils avaient affaire, ils s’intéressèrent à ce qui était peut-être un fœtus et faisait tout l’intérêt de ce fossile. Ce petit squelette est un amas d’os incomplet, mal ossifié et en grande partie désarticulé. 60 à 65 % des os qui le composent sont parvenus jusqu’à nous, y compris de nombreuses vertèbres, des côtes et des éléments du bassin et de la ceinture scapulaire. Certains sont mélangés avec ceux de la palette natatoire antérieure droite de l’adulte. Ce petit individu ayant été découvert tout près de l’adulte, on en avait immédiatement déduit qu’il pouvait s’agir d’un fœtus. Mais il fallait écarter deux autres possibilités : celle du petit resté à côté de l’adulte après sa mort et celle du juvénile dévoré par l’adulte.

Certaines parties du squelette se trouvant à l’intérieur de la cavité corporelle, on pouvait exclure l’hypothèse du petit mort à côté de l’adulte. En outre, le petit était un Polycotylus latippinus, comme l’adulte. Et rien ne permettait de penser qu’il avait été consommé par l’adulte, car les chercheurs n’avaient trouvé aucun signe de mastication des os ou d’abrasion par l’acide gastrique. Indéniablement, il s’agissait du squelette d’un fœtus à naître.

Comparés à l’individu adulte qui mesure 4,7 mètres de long, les os du fœtus semblent minuscules, mais les apparences sont trompeuses. En fait, quand on reconstitue le petit squelette, celui-ci mesure 1,5 mètre, c’est-à-dire 32 % de la longueur de la mère. Et ce squelette n’étant pas complètement ossifié, les chercheurs en ont conclu que le fœtus n’était pas arrivé à terme. D’après leurs estimations, il aurait mesuré 40 % de la longueur de la mère à la naissance ! Un gros bébé, donc. Pour un humain, l’équivalent d’un enfant de 6 ans.

D’autres reptiles marins, comme les ichtyosaures, donnaient naissance à plusieurs petits individus plutôt qu’à un seul de grande taille. Cette stratégie de reproduction, qualifiée de stratégie « R », consiste à mettre au monde plusieurs individus pour augmenter les chances de survie de quelques-uns. La quantité l’emporte sur la qualité, en quelque sorte. En outre, cette stratégie impacte la mère, qui investit peu ou pas d’énergie dans les soins parentaux. En revanche, la présence d’un unique fœtus de grande taille chez cette femelle plésiosaure nous indique que ces reptiles avaient adopté une stratégie de reproduction dite « K » : la mère consacre tout son temps et toute son énergie à un seul bébé. Cette découverte est la seule de ce type que nous connaissions chez les reptiles marins. Toutes les espèces de plésiosaures ont-elles adopté cette stratégie de reproduction ? Impossible de l’affirmer avec certitude à partir de ce seul exemple. Néanmoins, nous ne pouvons que constater que c’est également la stratégie des cétacés d’aujourd’hui, qui ne portent qu’un seul fœtus à la fois, avec une gestation longue pouvant durer jusqu’à 2 ans pour certaines espèces. Après la mise bas, les cétacés s’occupent de leurs petits pendant longtemps, avec des comportements grégaires. Était-ce le cas des plésiosaures ?

Photo et dessin interprétatif de la plésiosaure gestante, Polycotylus.

Avec l’aimable autorisation du Dinosaur Institute, Muséum d’histoire naturelle du comté de Los Angeles.

La stratégie « K ». Un groupe de Polycotylus latippinus repousse un requin (Squalicorax) pendant qu’une des femelles donne naissance à un énorme bébé.

Notre femelle plésiosaure gestante est la seule connue à ce jour. Sa découverte a permis la résolution d’un mystère vieux de deux siècles sur le comportement reproductif de cette famille de reptiles marins, et nous offre un aperçu fascinant du cycle de vie des plésiosaures.

QUAND LES CÉTACÉS METTAIENT BAS SUR LA TERRE FERME

La baleine bleue est le plus grand animal qui existe. Elle mesure 33 mètres de long, pour un poids supérieur à celui de vingt-cinq éléphants d’Afrique adultes… elle est peut-être même le plus grand animal ayant jamais vécu sur cette planète. Seuls les dinosaures sauropodes à long cou, et peut-être les ichtyosaures géants, peuvent rivaliser avec elle en termes de taille et de poids. La baleine bleue appartient à l’infra-ordre des cétacés, qui lui-même comprend deux sous-groupes : les cétacés à fanons – dont la baleine bleue –, et les cétacés à dents – comme les cachalots, les dauphins et les marsouins. Les cétacés sont des mammifères, donc ils respirent de l’air, mais leur adaptation morphologique au milieu dans lequel ils vivent est si poussée qu’ils ne pourraient plus survivre sur terre. Toute leur existence se déroule dans l’eau. Ces êtres majestueux règnent aujourd’hui sur tous les océans du monde. Et pourtant, leur ancêtre commun vivait sur la terre ferme.

L’astéroïde géant qui causa la disparition des dinosaures non aviaires il y a 66 millions d’années, à la fin du Crétacé, provoqua également de terribles ondes de choc dans les océans. Les grands reptiles marins qui avaient régné en maîtres pendant des millions d’années s’éteignirent eux aussi. Leur disparition laissa un vide qui allait bientôt être comblé par un nouveau groupe d’animaux aquatiques : les cétacés. Il leur fallut pourtant plus de 20 millions d’années d’évolution pour consolider leur place de super prédateurs des océans.

Les premiers cétacés étaient donc terrestres et quadrupèdes, avec des membres parfaitement fonctionnels. Pas plus grands que des loups, ils ne ressemblaient en rien aux cétacés que nous connaissons aujourd’hui. Ils sont apparus il y a environ 54 millions d’années dans ce qui est devenu l’Inde et le Pakistan, vers le milieu ou la fin de l’Éocène. On en connaît plusieurs espèces. Leur crâne et l’anatomie de leur squelette, en particulier les os des oreilles et des chevilles, confirment leur statut de cétacés primitifs. Ces espèces étaient amphibies : elles vivaient dans des environnements côtiers et se nourrissaient de poissons marins, mais elles se reposaient, s’accouplaient et mettaient bas sur la terre ferme. Leur mode de vie ressemblait sans doute à celui des iguanes marins actuels, qui se nourrissent dans la mer, mais s’accouplent et pondent leurs œufs sur la terre ferme.

L’un de ces cétacés amphibies primitifs s’appelle Maiacetus inuus. Le spécialiste des cétacés fossiles Philip Gingerich et ses collègues en ont décrit en 2009 deux squelettes d’adultes découverts en 2000 et 2004 dans le district de Kohlu, au Pakistan. Maiacetus inuus vivait il y a 47,5 millions d’années, et il était déjà légèrement plus grand que les tout premiers cétacés – il mesurait environ 2,5 mètres –, mais il avait encore quatre membres bien formés, quoique relativement courts. Ses doigts étaient particulièrement longs et presque certainement palmés, ce qui semble indiquer que cet animal se servait de ses pieds comme de nageoires quand il se déplaçait sous l’eau, tout en restant capable marcher sur la terre ferme. Comme ces baleines ancestrales ne sont généralement connues que par des restes mal conservés ou fragmentaires, il s’agissait d’une découverte impressionnante, mais un secret sur la naissance des premières baleines était également contenu dans ce fossile.

Entre les côtes de l’un des spécimens de Maiacetus se trouvaient le crâne délicat et le squelette partiel d’un grand fœtus. Il s’agissait donc d’une femelle gestante, ce qui conduisit les chercheurs à baptiser cette espèce Maiacetus, terme façonné à partir de Maia et ketos, qui signifient en grec « mère » et « cétacé ». Nous avons là l’unique fœtus fossilisé connu d’un cétacé terrestre primitif. La mère n’en portait qu’un seul, un trait partagé par les cétacés modernes dont les femelles ne donnent que très rarement naissance à plusieurs petits. Contrairement aux cétacés modernes, dont les petits naissent par la queue pour éviter qu’ils ne se noient pendant le travail, le fœtus de Maiacetus semble sur le point de naître la tête la première, ce qui est la norme pour les mammifères terrestres. On peut en déduire que ces cétacés primitifs mettaient bas sur la terre ferme.

Le crâne du fœtus ne mesure pas plus de 17 centimètres ; en tenant compte des parties manquantes, il mesurait environ 65 centimètres de long, soit un quart de la longueur de sa mère. Sa grande taille, associée au crâne bien développé présentant déjà des molaires permanentes, nous indique qu’il s’agissait probablement d’un fœtus arrivé presque à terme. Comme chez les cétacés actuels, cette croissance avancée permettait aux petits, dès la naissance, d’adopter un comportement présocial et de se déplacer en marchant ou en nageant pour éviter les prédateurs et peut-être capturer des proies complétant le lait de la mère.

Découvert à côté de la Maiacetus gestante, le squelette de l’autre spécimen adulte est plus complet, légèrement plus grand et doté de canines plus longues de 20 % que celle de la femelle. Ces différences mineures sont sans doute la preuve de l’existence d’un dimorphisme sexuel au sein de cette espèce, une hypothèse plausible si l’on considère les différences du même genre existant chez les mammifères terrestres et marins actuels.

Une naissance bille en tête. Sur une plage, un cétacé terrestre (Maiacetus inuus) en train de naître la tête la première.

Pour expliquer l’évolution, on cite souvent l’exemple du cétacé quadrupède primitif devenu au fil du temps une espèce complètement aquatique. Son cas n’a pourtant rien de révolutionnaire : les cétacés se sont contentés d’exploiter une niche écologique vacante. Grâce à la découverte de cette extraordinaire femelle gestante, nous savons désormais que les ancêtres amphibies des baleines mettaient bas sur la terre ferme, que leurs petits naissaient par la tête, et que ce processus a évolué au fil du temps pour coïncider avec leur adaptation à la vie marine. Le parallèle est évident avec ce qui s’est passé plusieurs millions d’années auparavant, quand les reptiles marins ont évolué à partir d’un ancêtre terrestre retourné vivre dans l’élément liquide, sans un regard en arrière.

DÉTERMINER LE SEXE D’UN OISEAU DU CRÉTACÉ

Plumage extravagant, crête hérissée, couleurs exquises… Au sein du règne animal, l’apparence de certains oiseaux peut atteindre des sommets de sophistication. Ces différences morphologiques jouent un rôle important dans la sélection sexuelle : en permettant aux individus concernés de se distinguer du tout-venant, elles augmentent leur sex-appeal. En règle générale, chez les oiseaux, les mâles sont plus colorés que les femelles et ils arborent souvent des plumes extravagantes qu’ils agitent gracieusement pendant la parade nuptiale. Les oiseaux de paradis nous en offrent un exemple frappant. Mais dans beaucoup d’espèces, les différences entre mâles et femelles sont plus subtiles. Parfois, seules leurs vocalisations permettent de les distinguer.

L’importance du dimorphisme sexuel affectant le plumage des oiseaux actuels permet de supposer qu’il existait déjà chez leurs ancêtres de la Préhistoire. Mais quand on découvre des différences de plumage chez les oiseaux fossilisés d’une même espèce, comment être sur qu’elles sont dues au dimorphisme sexuel ? Le fait que nous disposions désormais d’un grand nombre de spécimens extraordinairement bien conservés va nous aider à répondre à cette question.

En 1995, des chercheurs décrivirent un oiseau à bec sans dents découvert dans le biote de Jehol (province de Liaoning, nord-est de la Chine), une région célèbre pour ses innombrables dinosaures à plumes, dont des oiseaux. Ils le baptisèrent Confuciusornis sanctus. Contrairement à ce que l’on avait cru au départ, la roche dans laquelle on a trouvé ce fossile ne date pas du Jurassique supérieur, mais du Crétacé inférieur : cet oiseau primitif de la taille d’un corbeau a vécu il y a environ 125 millions d’années. Depuis cette découverte, plus de mille spécimens de cet oiseau primitif ont été mis au jour. Beaucoup d’entre eux sont exceptionnels, avec des plumes bien conservées et parfois même de la peau. On distingue sur certains la peau écailleuse des pattes, et sur d’autres une gaine de kératine au niveau des griffes.

Confuciusornis avait des plumes sur tout le corps, c’est indéniable. Cependant, tout en ayant tous le même squelette, certains de ces spécimens sont munis de deux plumes caudales, tandis que d’autres en sont dépourvus. La différence est frappante. Plus longues que le squelette entier, ces plumes caudales en forme de ruban prolongent une queue très courte formée par la fusion des vertèbres caudales en un seul os solide, le pygostyle, présente également chez les oiseaux modernes. Plus étonnant encore, plusieurs fossiles de Confuciusornis comprennent les deux variantes dans une même dalle de roche.

Chez les espèces actuelles, comme le paradisier à rubans – dont les plumes caudales font plus de trois fois la longueur du corps –, la présence ou l’absence de ces plumes ornementales traduit le dimorphisme sexuel de l’espèce. Il est facile d’en conclure que les Confuciusornis dotés de longues plumes caudales sont des mâles et que ceux qui n’en ont pas sont des femelles, ce sur quoi s’accordent la plupart des chercheurs. Mais il existe d’autres explications possibles : cette variation pourrait découler de l’existence d’une mue permettant à ces oiseaux de remplacer leurs plumes usées par des nouvelles ; ou encore, elle pourrait être liée à l’âge, car on ne trouve ces plumes caudales que chez les individus sexuellement matures.