Des chercheurs ont reconstitué les chants d’insectes fossilisés vieux de 165 millions d’années découverts en Chine. L’analyse révèle qu’une espèce communiquait déjà en ultrasons au Jurassique moyen, remettant en cause l’idée selon laquelle les chauves-souris auraient poussé les insectes vers ces hautes fréquences.
Les paysages sonores des forêts du Jurassique restent largement méconnus, les organes vocaux des vertébrés et des grands animaux se conservant rarement dans les archives fossiles. Pour contourner cet obstacle, une équipe internationale menée par Jun-Jie Gu de la Sichuan Agricultural University s’est tournée vers les insectes. Les structures de stridulation de ces spécimens se composent de cuticule sclérifiée, une matière chitineuse et durable qui préserve les indices acoustiques bien après la mort de l’animal, comme l’explique la recherche publiée dans les Proceedings of the National Academy of Sciences.
L’analyse des fossiles d’Inner Mongolia et la physique de la stridulation
L’étude s’est concentrée sur 20 spécimens d’insectes ensifères fossilisés découverts dans la formation de Jiulongshan, en Mongolie intérieure, en Chine. Ces fossiles représentent sept espèces de la famille des Prophalangopsidae et deux espèces de la famille éteinte des Haglidae, datant d’environ 165 millions d’années au Jurassique moyen. Lorsque les ailes d’un grillon ou d’une tétigonie se referment lors d’un mouvement latéral, les dents d’une structure appelée « file » génèrent des vibrations qui se transmettent à une cellule résonnante.
Dr. Jun-Jie Gu et ses collègues ont indiqué que, par exemple, les structures de stridulation (file, plectre) pouvaient être observées et mesurées dans les ailes antérieures fossilisées de grillons mâles et d’espèces apparentées, et ont ajouté que ces fossiles intégraient une empreinte des signaux acoustiques qu’ils généraient, offrant ainsi une fenêtre unique sur les paysages sonores du passé.
L’espacement des dents de la file et la géométrie de la cellule déterminent la fréquence dominante du chant. En mesurant ces structures fossilisées, les chercheurs peuvent calculer le pas des sons émis des millions d’années plus tôt.
La méthode de reconstitution par lasers et intelligence artificielle
Impossible de faire résonner directement une aile fossilisée. Pour surmonter cette limite, les chercheurs ont mis en place une chaîne de vérification méthodologique en quatre étapes combinant les techniques de pointe. D’abord, ils ont dirigé des faisceaux laser sur les ailes de près de 150 espèces d’insectes vivants pour mesurer les vibrations de surface sans contact, en exploitant le principe de la vélocimétrie laser Doppler. Ensuite, l’équipe a extrait la géométrie 2D des ailes fossiles et appliqué des modèles d’analyse par éléments finis pour simuler la manière dont les spécimens anciens vibraient.
Une phylogénie moléculaire construite à partir de 147 espèces actuelles a fourni une route statistique indépendante pour prédire la fréquence des chants en fonction de la morphologie alaire. Enfin, des modèles d’apprentissage automatique entraînés sur des insectes vivants ont permis d’obtenir une troisième estimation indépendante.
Une diversité de sons et la découverte des ultrasons du Jurassique
Les résultats montrent un paysage sonore étonnamment varié pour cette époque. La majorité des neuf espèces étudiées émettaient des sons purs et harmoniques autour de 5 kHz, comparables à ceux de certains grillons actuels. Fernando Montealegre-Zapata, biologiste sensoriel à l’University of Lincoln et co-auteur de l’étude, souligne la nature musicale de ces tonalités : You hear a cricket singing, but try to localize it. You really can’t.
Cependant, une espèce en particulier, baptisée Sigmaboilus peregrinus, chantait à des fréquences supérieures à 20 kHz, entrant dans le domaine des ultrasons hors de portée de l’oreille humaine. Cette découverte modifie la chronologie admise en acoustique évolutive.
Les auteurs de l’étude ont montré que la communication par ultrasons avait probablement été adoptée par les ancêtres des tétigonies au cours du Jurassique moyen, il y a quelque 165 millions d’années, ce qui constitue le plus ancien témoignage connu de communication par ultrasons chez les animaux.
Implications pour l’histoire évolutive face aux prédateurs
Jusqu’à présent, la théorie dominante attribuait l’apparition de la communication ultrasonore chez les insectes à la pression de prédation exercée par les chauves-souris. Or, ces chiroptères n’ont fait leur apparition que 55 millions d’années plus tard. La mise en évidence d’ultrasons dès le Jurassique moyen démontre que les chauves-souris ont évolué dans un environnement sonore où les insectes exploitaient déjà ces hautes fréquences.
Les chercheurs suggèrent que d’autres pressions sélectives ont façonné cette diversification acoustique ancienne. Parmi ces facteurs figurent la nécessité d’échapper aux premiers mammifères et aux ancêtres non mammaliens capables de percevoir ces signaux, ainsi que le partage acoustique de l’espace dans des environnements forestiers denses et concurrentiels.