Ils étaient les animaux les plus gigantesques à avoir jamais marché sur la terre. Dinosaures Sauropod - «maigres à une extrémité; beaucoup, beaucoup plus épais au milieu; et puis mince à nouveau », comme le décrit le comédien John Cleese - étaient des titans qui ont prospéré pendant plus de 130 millions d'années. Les plus grandes espèces connues, telles que Argentinosaurus et Futalognkosaurus, originaires de l’Amérique du Sud préhistorique, s’étirent sur plus de 100 pieds de long et pesaient plus de 70 tonnes. Des os trouvés dans les années 1870 (et depuis perdus d'une manière ou d'une autre) laissent penser qu'une espèce énigmatique appelée Amphicoelias aurait pu être encore plus grosse.
Aucun mammifère terrestre n'a jamais approché la taille de ces dinosaures gargantuesques. Le rhinocéros préhistorique sans cornes, Paraceratherium - le plus grand mammifère terrestre de l’histoire - mesurait à peine 20 mètres de long et pesait 17 tonnes, et les éléphants de bush africains actuels, à 5 tonnes, sembleront délicats à côté du plus grand dinosaure sauropode. (Les rorquals bleus, à 100 pieds et 200 tonnes, sont un peu plus massifs que les sauropodes, mais il est plus facile, physiologiquement, d’être grands dans un environnement aquatique.)
En quoi ces dinosaures ont-ils pu devenir le plus gros animal terrestre de tous les temps? Les paléontologues s'interrogent sur cette question depuis plus d'un siècle. Même les géants de taille relativement modeste tels que Apatosaurus et Diplodocus, croyaient les premiers naturalistes, étaient si gigantesques qu'ils ont dû être confinés dans des rivières et des lacs suffisamment profonds pour supporter la masse des dinosaures. L'argument disait que sur terre, ces dinosaures s'effondreraient sous leur propre poids. Dans les années 1970, des preuves squelettiques et des traces préservées dans les pistes confirmaient que les sauropodes étaient des habitants de la terre. Mais ce n’est que récemment que les paléontologues ont pu découvrir les secrets du développement de ces animaux apparemment improbables au cours de leur vie et de leur évolution.
Comprendre l'histoire naturelle des sauropodes a été crucial pour comprendre comment ils sont devenus si gros. Bien que certains des membres les plus anciens de la lignée des sauropodes, tels que Panphagia ( 230 millions d’Argentins), mesurent moins de cinq pieds de long, ils possédaient une combinaison unique de traits qui ont finalement permis au groupe d’atteindre des tailles énormes.
La façon dont les sauropodes se sont reproduits a peut-être joué un rôle déterminant dans leur capacité à atteindre des tailles aussi prodigieuses. Les sauropodes mères pondaient environ 10 œufs à la fois dans de petits nids; des dizaines d'embrayages d'œufs fossilisés ont été découverts, ainsi que des milliers d'œufs provenant de sites du monde entier. (Certains ont même préservé des embryons à l'intérieur, permettant aux paléontologues d'identifier définitivement les œufs de sauropodes par leur forme.) Cela signifie que ces dinosaures ont poussé en dehors du corps de leur mère. Selon Christine Janis de l'Université Brown et Matthew Carrano du Musée national d'histoire naturelle de Smithsonian, la ponte a ouvert des perspectives d'évolution pour ces dinosaures.
Pour les grands mammifères, porter un fœtus est un investissement majeur. Les éléphants de brousse en développement évoluent dans leur mère pendant 22 mois, par exemple, et plus les espèces de mammifères sont grandes, plus leur progéniture doit tarder à se développer avant la naissance. Beaucoup de choses peuvent aller mal pendant une longue gestation, y compris une fausse couche, et nourrir un si gros embryon aussi longtemps est une dépense d'énergie énorme pour la future mère (sans parler de l'allaitement et des soins après la naissance). À mesure que les mammifères grandissent, les risques et les coûts liés au transport de la progéniture augmentent, et il peut donc exister un certain seuil de taille que les mammifères terrestres ne peuvent pas franchir.
Les sauropodes mères, quant à eux, n’avaient pas à porter leur bébé en développement pendant près de deux ans et ils pouvaient pondre de nombreux œufs à des intervalles relativement rapprochés. Certaines espèces peuvent avoir fourni des soins parentaux après l'éclosion: de rares pistes indiquent que certains troupeaux comprenaient probablement des sauropodes d'âges différents. Mais les fans du film d'animation The Land Before Time pourraient être déçus de savoir que d'autres ne se souciaient probablement pas de leurs petits. Les paléontologues ont également découvert des couches d'os ne contenant que de jeunes sauropodes d'espèces telles qu'Alamosaurus, indiquant que ces dinosaures étaient seuls après avoir quitté le nid.
Que les jeunes sauropodes traînent dans de grands troupeaux ou dans des groupes de dinosaures plus petits de leur âge, les jeunes dinosaures étaient probablement des mangeurs difficiles. Ils devaient l'être s'ils devenaient adultes. Diplodocus est l'un des dinosaures sauropodes les plus emblématiques. Les adultes de cet herbivore du Jurassique avaient un museau large et quadrillé, révélateur d'un régime alimentaire aveugle. En plus des ginkgo riches en énergie et des conifères appelés puzzles de singes, ils auraient également pu survivre avec des aliments de qualité inférieure, comme les cycads et les parties difficiles des conifères. Le crâne d'un jeune, décrit par John Whitlock, Jeffrey Wilson et Matthew Lamanna l'année dernière, laisse entendre que le jeune Diplodocus avait des goûts différents.
Les paléontologues ont reconnu que les différences de choix de menu entre herbivores broutants et brouteurs se voyaient généralement sous la forme d'une tête de mort. Alors que les brouteurs ont de larges museaux qui recouvrent une grande variété d’aliments, les navigateurs sélectifs ont des museaux plus étroits et arrondis qui leur permettent de cueillir des plantes ou des parties de plantes spécifiques. (Certaines reconstructions fantaisistes ont donné à Diplodocus et à d'autres sauropodes des troncs en forme d'éléphant avec lesquels cueillir de la nourriture, mais cette idée a été complètement démystifiée.) Le crâne juvénile de Diplodocus ayant une forme plus arrondie, Whitlock et ses collègues lui ont proposé de sélectionner le feuilletage le plus juteux - Juventile Diplodocus s'est peut-être concentré sur des aliments comme les prêles, les fougères et les arbres à feuilles persistantes à haute teneur en énergie, au lieu de sucer tout ce qui était disponible, comme le faisaient les adultes.
Du point de vue énergétique, il était logique que les jeunes sauropodes soient sélectifs. Les petits dinosaures avaient le plus besoin d’argent en termes de nourriture; ils étaient spécialisés dans le choix d'installations à haute énergie pour alimenter leur croissance rapide. Les adultes, qui étaient déjà gros et devaient simplement entretenir - plutôt que grandir - de gros corps, pouvaient se permettre de stocker de grandes quantités de carburant de qualité inférieure. Bien qu'ils consomment plus de nourriture en termes absolus, les sauropodes adultes pouvaient manger des aliments de qualité inférieure, tandis que les sauropodes plus petits exigeaient des aliments de haute qualité. (C’est un schéma courant chez les animaux, même aujourd’hui: une petite musaraigne doit manger des insectes nutritifs presque constamment, mais les éléphants d’Afrique peuvent subsister grâce à un régime alimentaire composé d’herbes et d’aliments végétaux de qualité inférieure.) La différence alimentaire aurait peut-être permis aux jeunes Diplodocus mature vit dans le même quartier à travers un phénomène appelé «échancrure de niche» selon les écologistes. La spécialisation des juvéniles et le régime plus généraliste des adultes les ont tenus à l’écart de la compétition constante pour la nourriture, ce qui signifie que les jeunes et les plus âgés, Diplodocus, se nourrissaient presque s'ils étaient deux espèces différentes.
Les premiers naturalistes croyaient que les sauropodes étaient si énormes qu'ils devaient être confinés dans des rivières et des lacs suffisamment profonds pour supporter leur masse. Ce n'est que dans les années 1970 que des preuves squelettiques et des empreintes préservées ont confirmé que les sauropodes étaient des habitants de la terre. (© Julius T. Csotonyi, csotonyi.com) Argentinosaurus et Futalognkosaurus, illustrés depuis l’Amérique du Sud préhistorique, s’étiraient sur plus de 100 pieds de long et pesaient plus de 70 tonnes. (© Julius T. Csotonyi, csotonyi.com)Afin de consommer toute cette nourriture, cependant, les sauropodes devaient l'atteindre. Les longs cous étaient une adaptation précoce et critique qui permettait aux sauropodes d'atteindre de grandes tailles, selon une récente étude de Martin Sander et de 15 autres scientifiques. Pensez à un Apatosaure se tenant au bord d'une forêt préhistorique. Le long cou du dinosaure lui permettrait d'atteindre une large bande de végétation - haute et basse, gauche et droite - sans bouger son corps du tout. Dès le début de l'évolution des sauropodes, les longs cous permettaient à ces dinosaures de se nourrir efficacement et d'accéder à des ressources inaccessibles à d'autres herbivores. Même avec de minuscules têtes, les gros sauropodes auraient facilement pu aspirer d'énormes quantités de nourriture.
La question de savoir comment ces dinosaures convertissent toute cette nourriture verte en énergie et en tissus est plus délicate. Les Sauropodes n'avaient pas de batteries robustes de molaires pour mâcher leur nourriture. Beaucoup n'avaient que quelques dents en forme de crayon ou de cuillère pour cueillir les aliments avant de les avaler en entier. Étant donné les piètres habitudes de table des sauropodes, les scientifiques avaient l’impression que les dinosaures auraient avalé des pierres pour broyer des restes de nourriture dans l’estomac, à l’instar de certains oiseaux. Les paléontologues Oliver Wings et Martin Sander ont fait valoir que ce n'était probablement pas le cas - les soi-disant «pierres d'estomac» trouvées avec certains fossiles de sauropodes ne présentent pas un motif d'usure correspondant à ce à quoi on pourrait s'attendre s'ils étaient utilisés de cette façon. Au lieu de cela, les dinosaures ont extrait le plus de nutriments possible de leur nourriture en la conservant longtemps dans leur système digestif.
Quelques détails de la digestion des sauropodes ont été modélisés expérimentalement par Jürgen Hummel et ses collègues en 2008. Les scientifiques ont placé des échantillons modernes du chow le plus abondant des sauropodes du Mésozoïque - fougères, prêles, ginkgo et conifères - dans des estomacs artificiels simples. Ils ont inoculé aux faux intestins des microbes prélevés dans le système digestif des moutons, où la nourriture des plantes est initialement dégradée. Pendant la fermentation des plantes, les scientifiques ont suivi la quantité de nutrition libérée.
Contrairement à ce que l'on pensait, beaucoup de ces plantes se sont dégradées assez facilement dans les environnements rudimentaires. Les énigmes de prêles et de singes étaient particulièrement nutritifs. Les vrais estomacs de dinosaures auraient peut-être été encore mieux équipés pour décomposer ces plantes, et il y avait certainement assez d'énergie disponible dans les plantes de l'époque pour permettre aux sauropodes de grossir. Les Sauropodes n'avaient probablement pas besoin d'une architecture extraordinaire pour leur survie.
Une autre caractéristique majeure a permis à ces titans de gonfler en taille. C'est un trait qu'ils partagent avec les oiseaux. Les oiseaux sont les descendants directs de petits dinosaures théropodes apparentés à des espèces comme Velociraptor et Anchiornis, mais ils ne sont pas très étroitement apparentés aux dinosaures sauropodes; ils ont pour la dernière fois partagé un ancêtre commun il y a plus de 230 millions d'années. Malgré cela, les lignages des théropodes et des sauropodes partagent un trait particulier extrêmement important dans leur évolution: un réseau de sacs aériens internes reliés aux poumons.
Les sacs à air doux n'ont pas été vus directement dans les archives fossiles, mais les structures ont laissé des poches de témoins où ils ont envahi les os. Les naturalistes ont reconnu les empreintes il y a plus d'un siècle, mais les paléontologues modernes commencent tout juste à comprendre leur signification. Comme chez les oiseaux, les poumons des sauropodes étaient probablement reliés à une série de sacs aériens, auxquels étaient rattachés un réseau de poches plus petites, appelées diverticules, qui infiltraient les os du cou, de la poitrine et de l'abdomen des dinosaures. D'un point de vue structurel, ce réseau de structures remplies d'air a diminué la densité du squelette des sauropodes et a permis à ces dinosaures d'avoir une construction relativement légère pour leur taille. Plutôt que d'avoir des os extra-puissants, comme cela avait été suggéré auparavant, les squelettes des sauropodes ont été allégés par un trait commun aux oiseaux, et le réseau de sacs aériens présentait probablement d'autres avantages.
Chez les oiseaux, les sacs aériens font partie d'un dispositif respiratoire à écoulement continu qui est beaucoup plus efficace pour extraire l'oxygène que le système respiratoire des mammifères. Nous ne savons pas encore si les sauropodes respiraient de la même manière que les oiseaux - le degré de modification de leurs squelettes par les sacs aériens variait d'une espèce à l'autre - mais il est probable que les sacs aériens des dinosaures géants étaient mieux équipés pour fournir de l'oxygène à leurs animaux. corps que l'alternative vue chez les mammifères géants. Les oiseaux ont un taux métabolique élevé qui nécessite beaucoup d’oxygène pour un vol soutenu; de même, la taille et la vie active des sauropodes auraient nécessité beaucoup d'oxygène, et le système de sac gonflable leur aurait procuré des avantages respiratoires essentiels.
Tous les dinosaures sauropodes n'étaient pas des géants. Certaines espèces, comme Magyarosaurus des couches de la Roumanie, étaient de petits descendants d’espèces beaucoup plus grandes. Ils ont diminué de taille en raison de leur isolement sur les îles, bien que la raison exacte de l'évolution de ces nains soit discutée par les scientifiques. Néanmoins, les sauropodes pesant plus de 40 tonnes ont évolué indépendamment en au moins quatre lignées pendant la longue durée de vie de ce groupe de dinosaures, le tout grâce à une série de caractéristiques qui ont rendu possible la grande taille du corps.
Les paléontologues étudient toujours les pressions évolutives qui ont rendu avantageuses de telles formes. Leur taille leur permettait de se protéger des prédateurs, sans doute, et leur long cou leur permettait d’avoir accès à de la nourriture que de plus petites créatures observaient avidement mais qu’elles ne pouvaient pas atteindre. Les autres avantages que la taille d'un géant aurait pu offrir restent encore flous. Néanmoins, les sauropodes étaient des créatures étonnantes qui n'auraient pu exister que grâce à une confluence particulière d'événements. C'étaient des formes fantastiques qui ne ressemblaient à rien de ce qui était auparavant ou a évolué depuis.