Une crotte fossilisée découverte en 2016 dans la formation de Hell Creek, dans le Montana, révèle des plumes d’oiseau vieilles de 66 millions d’années dotées d’une structure dix millions d’années plus moderne que tout ce que les paléontologues connaissaient jusqu’alors.
Une découverte fortuite dans le Montana
Tout a commencé par un coup d’œil distrait sur un caillou. Alors qu’il cherchait des fossiles de poissons dans la formation de Hell Creek, le co-auteur David DeMar est tombé sur un nodule brun-rouge, gros comme la moitié d’une balle de golf. Le site de Hell Creek est archi-connu des paléontologues pour ses fossiles de dinosaures et de poissons, mais aucune plume n’y avait jamais été découverte auparavant au cours de plus d’un siècle de prospection.
De retour au laboratoire, l’équipe a soumis le coprolithe — un excrément pétrifié — à un scanner CT. Cette technique empile des milliers de radiographies pour reconstituer l’intérieur d’un objet en trois dimensions. Le coprolithe renfermait plusieurs plumes, de minuscules écailles de poisson provenant d’un poisson-lézard et des os de patte d’un hespérornithiforme, un oiseau plongeur aujourd’hui disparu. Les chercheurs en ont déduit que le prédateur à l’origine de ce dépôt était un Tyrannosaurus rex ou un Nanotyrannus.
Un plumage à la croisée des chemins évolutifs
Ce qui rend ces plumes particulièrement précieuses, c’est leur structure interne. Deux d’entre elles présentent des caractéristiques que les scientifiques ne pensaient observer que chez les oiseaux vivants et leurs ancêtres immédiats. Cela inclut un rachis de plume carré au centre spongieux.
Aucune autre plume mésozoïque ne possède cette combinaison. Le précédent enregistrement le plus ancien de ce centre spongieux provenait de l’Éocène précoce du Danemark, soit environ dix millions d’années plus jeune que ce nouvel enregistrement de plume de la formation de Hell Creek. Cette structure typiquement moderne apparaît donc dix millions d’années plus tôt que ce que la science documentait jusqu’à présent.
L’anatomie des plumes et l’évolution des théropodes
Les phanères, c’est-à-dire les productions kératinisées de la peau comme les poils, les ongles, les écailles et les plumes, sont apparus dans un groupe de théropodes bipèdes et carnivores. La croissance cellulaire de ces appendices suit une chorégraphie précise au sein d’un follicule nourri par le derme.
La structure de base se compose d’un tube central, le rachis, sur lequel se fixent des branches nommées barbes, qui se ramifient elles aussi en barbules. Les pennes, ou plumes de contour, possèdent de solides barbes reliées par des paires de barbules munies de crochets pour former des voilures aérodynamiques. À l’inverse, les plumules possèdent un rachis rudimentaire et des barbes désordonnées qui assurent des propriétés isolantes et douillettes, comme l’explique le registre fossile fourni par les découvertes en Chine et l’analyse de leur développement.
Les hespérornithiformes face à la crise de la fin du Crétacé
Les hespérornithiformes identifiés dans le coprolithe occupaient une niche écologique bien particulière. Il s’agissait d’oiseaux aquatiques, écologiquement proches des plongeons actuels, incapables de voler pour la plupart mais dotés de pattes spécialisées pour chasser le poisson sous l’eau.
Sur le plan phylogénétique, ce groupe se positionne à l’écart des néornithes et des énantiornithes, constituant de proches cousins des oiseaux modernes qui ont traversé la catastrophe de la fin du Crétacé.