Comment faire une aile ? Comment faire une plume?
Le principal objectif d'un chercheur évolutionniste est de comprendre les grandes transitions de la vie sur terre. Par exemple, de nombreux chercheurs étudient le passage de la vie aquatique à la vie terrestre, c'est-à-dire la sortie des eaux. D'autres se focalisent sur le passage à la bipédie, sujet particulièrement important pour nous, l'espèce humaine. D'autres enfin, s'intéressent à la conquête du ciel.
Comment la première aile est-elle apparue ? Pour le cas des oiseaux, comment la plume est-elle apparue ?
Ces questions ont maintenant leur réponse, suite aux découvertes des paléontologues et des généticiens. Les processus évolutifs qui ont permis l'apparition de l'aile et de la plume présentent les mêmes caractéristiques que toutes les autres transformations évolutives : la nature ne crée pas à partir de rien, elle "bricole" à partir d'éléments anatomiques déjà existant.
Quand la nature bricole
Le "bricolage de l'évolution", voici une formule couramment utilisée pour vulgariser en science de l'évolution.
En l'occurrence elle est particulièrement pertinente. L'aile est apparue plusieurs fois chez les animaux durant la longue histoire de la vie sur terre. Elle est apparue chez les reptiles volants. Ces contemporains des dinosaures ont dominé le ciel du Mésozoïque, étalant leurs ailes membraneuses dont l'envergure pouvait atteindre 12 mètres ! Elle est apparue chez les mammifères, avec le cas bien connu des chauves-souris. Elle est également apparue avec les oiseaux.
La nature ne les a cependant pas bricolés de la même façon. Chez les chauves souris, les doigts sont très allongés, surtout au niveau des métacarpes, et supportent l'aile membraneuse. Seul le premier doigt demeure réduit, sa griffe permettant la fixation au support. C'est donc une sorte de main immense aux doigts fins qui soutient l'aile pendant le vol. Chez, les oiseaux, le bras et les doigts partiellement fusionnés servent d'armature à l'aile. Ici pas d'aile membraneuse, ce sont les plumes qui assurent le vol. Chez les oiseaux actuels, on ne distingue pratiquement plus la forme de la main tant cette dernière est transformée.
De l'écaille à la plume
Mais l'apparition de l'aile n'est pas le seul élément ayant permis le vol des oiseaux. L'élément clé c'est plutôt la plume. Il faut savoir que l'aile et la plume ne sont pas apparus en même temps. Cela peut paraître curieux, mais la plume est arrivée en premier.
Au fur et à mesure des découvertes paléontologiques, on s'est aperçu que la plume est présente pour la première chez des animaux sans ailes : les dinosaures. Cela va peut-être surprendre mais les oiseaux sont les descendants directs d'un petit groupe de dinosaures. D'ailleurs, dans la classification zoologique actuelle, les oiseaux appartiennent tout simplement au groupe des dinosaures.
Les dinosaures sont toujours parmi nous ! Cette notion est maintenant couramment diffusée auprès du grand public et même le célèbre film "Jurassic Park" y fait allusion. Les paléontologues ont mis à jour des fossiles de petits dinosaures extraordinaires Ces animaux présentaient une particularité des plus étonnantes : leurs écailles étaient transformées en plume. Pourtant, ils ne semblaient pas adaptés au vol. Certains chercheurs pensent que la plume n'est pas apparue avec la capacité au vol, mais bien avant. Elle devait servir à réguler la température de ces animaux et ce n'est que des millions d'années plus tard qu'elles allaient permettre à ces petits dinosaures de devenir des oiseaux capables de voler.
Il existe plusieurs théories décrivant les détails de la transformation, on discute notamment l'ordre d'apparition du rachis, des barbes et des barbules mais ce débat est trop technique pour l'entamer ici. Il suffit, pour une première approche, de se rappeler que l'écaille a donné la plume.
Des dinosaures à plumes
L'intégration des oiseaux au sein des dinosaures est démontrée de façon spectaculaire par la découverte récente de petits dinosaures couverts de plumes. Les plus anciens fossiles de dinosaures à plumes sont âgés de 225 millions d'années. Ces dinosaures n'avaient pas d'ailes (les membres n'étaient pas transformés) mais montraient des plumes bien différenciées, notamment sur les membres antérieurs et la queue. Beaucoup plus étonnant, Microraptor gui, un petit dinosaure de 75 centimètres décrit en 2003, avait également des plumes sur les membres postérieurs. Certains scientifiques pensent qu'il était arboricole et qu'il pouvait planer en étalant ses quatre membres.
D'autres pensent qu'ils étaient terrestres et que le plumage servait à réguler la température. Pour l'instant, les débats n'ont pas permis de trouver une réponse sûre.
Il n'y a plus qu'à voler
Une fois que la plume était présente, la nature a façonné une multitude d'animaux utilisant cette nouvelle structure pour voler. On connaît ainsi de nombreuses formes fossiles présentant une anatomie intermédiaire.
Certains, comme le célèbre archéoptéryx, possèdent des ailes et des plumes mais leurs membres antérieurs ne sont pas encore complètement transformés, des doigts griffus émergeant de l'aile.
L’archéoptéryx, le plus ancien oiseau connu
Cet oiseau primitif vivait voici 150 millions d'années, parmi les dinosaures. Il montre une morphologie intermédiaire entre le reptile et l'oiseau et permet de comprendre les étapes de la formation d'une aile à partir d'un membre antérieur à 5 doigts. Chez l'archéoptéryx, les doigts étaient encore différenciés, au contraire des oiseaux actuels, et permettaient peut-être à l'animal de se fixer sur les arbres. L'animal présente de nombreux caractères reptiliens, telle sa longue queue, et ne possède pas de bec corné mais montre un museau allongé et denté. En revanche, il est doté de plumes, très bien fossilisés chez l'un des 7 spécimens connus.
L'archéoptéryx n'est pas l'ancêtre des oiseaux actuels mais leur cousin primitif. Son anatomie de transition est une des façons les plus simples de montrer les réalités de l'évolution, et notamment celle des oiseaux.
Archéoptéryx était un oiseau mais il n'est pas l'ancêtre des oiseaux, comme cela est souvent présenté mais un cousin primitif car il n'a pas eu de descendance directe.
En revanche, on a découvert de nombreux oiseaux fossiles, d'époque légèrement postérieure à Archéoptéryx, dont la morphologie est pratiquement identique à celle des oiseaux actuels.
Une histoire longue de 225 millions d'années
Revenons pour conclure à ce bricolage de l'évolution. Les ailes sont une transformation des membres antérieurs et les plumes sont une transformation des écailles. Pour simplifier, on peut dire que la nature a bricolé les ailes à partir des membres antérieurs, les plumes à partir des écailles, et les oiseaux à partir d'un groupe de petits dinosaures. Pour comprendre totalement ce processus, il faut bien sûr y ajouter la notion de temps. L'évolution n'est compréhensible qu'à son échelle de temps, des millions et des millions d'années de transformations qui se sont accumulées pour donner la diversité biologique que l'on connaît actuellement. Pour être précis, 225 millions d'années se sont écoulées depuis l'apparition de la première plume. Nous pouvons remercier le hasard des mutations de nous avoir donné le premier animal à plume. Cela a changé notre ciel, et notre nourriture !
Article réalisé par Arnaud Filleul et Jean-Pierre Fleury.