Il y a entre 280 et 200 millions d’années, un groupe d’animaux qui sont à l’origine des mammifères, y compris nous les humains, a vécu : les thérapsides. On les a décrits pour la première fois il y a plus de 150 ans. Les fossiles ont été trouvés en Afrique du Sud, et depuis, beaucoup d’autres ont été découverts.
James Kitching, qui était un des meilleurs chercheurs de fossiles en Afrique du Sud au XXe siècle, a trouvé plusieurs milliers de crânes et de squelettes de thérapsides dans les roches du Karoo. C'est une région semi-aride dans le pays. Il a aussi trouvé des œufs de dinosaures fossilisés. Cependant, ni lui ni aucun autre scientifique après lui n’ont trouvé d’œufs de thérapsides.
Pourtant, ces œufs devaient exister, car certains mammifères actuels, comme l’ornithorynque et les échidnés, pondent des œufs. Mais Kitching a commencé à se demander si les thérapsides pondaient vraiment des œufs. Il pensait peut-être qu’ils donnaient naissance à des petits vivants, comme la plupart des mammifères aujourd’hui.
Mes collègues et moi étudions les animaux disparus et les endroits où ils vivaient il y a des millions d'années. Nous venons de publier un nouvel article. Dedans, nous décrivons pour la première fois un œuf fossile qui contient un embryon d'un ancêtre des mammifères, âgé de 250 millions d'années. Cela prouve enfin que les thérapsides pondaient des œufs. Cette découverte nous aide à mieux comprendre comment les thérapsides se reproduisaient et comment ils survivaient.
Un mystère qui dure depuis 20 ans
L'œuf fossile et l'embryon que nous avons décrits ont été trouvés près d'Oviston, dans la province du Cap-Oriental en Afrique du Sud. C'est John Nyaphuli, un paléontologue de Bloemfontein, qui les a découverts en 2008. Ils sont maintenant conservés au Musée national de Bloemfontein. On savait que cet animal avait vécu il y a entre 252 et 250 millions d'années. Il s'appelait Lystrosaurus. Les adultes étaient de la taille d'un cochon, avaient la peau nue, un bec comme celui d'une tortue et deux défenses qui sortaient vers le bas. Mais quand on l'a trouvé, personne ne savait si c'était bien un œuf.
Il a fallu 20 ans pour prouver que c'était un œuf parce que la coquille n'a pas été conservée. On voit seulement un embryon recroquevillé. S'il y avait une coquille, elle était probablement molle, faite de protéines. En effet, seuls les dinosaures les plus évolués et les oiseaux pondent des œufs à coquille dure. De plus, trouver des squelettes complets recroquevillés n'est pas rare dans le Karoo, même chez les adultes. Alors, comment prouver que ce jeune spécimen a été fossilisé à l'intérieur d'un œuf ?
La réponse est venue d'une étude utilisant une technologie de pointe : l'Installation européenne de rayonnement synchrotron à Grenoble, en France. Là-bas, nous avons utilisé des rayons X très puissants pour prendre des images de l'intérieur des os de l'embryon. Grâce à cela, le fossile nous a révélé tous ses secrets, y compris son stade de développement embryonnaire.
Nous avons découvert que les mâchoires inférieures de son bec n'étaient pas complètement soudées. Cette caractéristique se voit seulement chez les embryons de tortues et d'oiseaux modernes, bien avant qu'ils ne sortent de l'œuf. Cela leur permet d'avoir un bec assez solide pour se nourrir à la naissance. Cela signifie que notre embryon de Lystrosaurus, recroquevillé, est mort dans son œuf, dans sa coquille molle qui a disparu aujourd'hui. C'était la preuve que les paléontologues attendaient !
Grâce à l'examen de sa mâchoire inférieure par synchrotron, nous avons enfin pu montrer que cet embryon était bien celui d'un bébé Lystrosaurus dans son œuf non éclos.
Un survivant célèbre
Le Lystrosaurus était un thérapside qui mangeait des plantes. Il est connu pour avoir survécu à la « crise Permien-Trias». C'était une catastrophe biologique il y a 252 millions d’années. À cette période, 90 % de tous les êtres vivants sur Terre ont disparu. La vie a failli s'arrêter, ce qui en fait le deuxième événement le plus important dans l'histoire de la vie sur Terre, après l'apparition de la vie elle-même.
La façon dont le Lystrosaurus a survécu à cet événement reste un mystère. Cependant, l'œuf nous donne quelques indices. Il montre que cet animal pondait des œufs assez gros. Les gros œufs sont produits par des espèces dont l'embryon se nourrit du jaune (le vitellus) à l'intérieur de l'œuf. Les animaux qui pondent de petits œufs, comme les monotrèmes (ornithorynque et échidné), nourrissent leurs petits après la naissance avec du lait. La grande taille de son œuf suggère donc que le Lystrosaurus n'allaitait pas ses petits.
Concernant sa stratégie de survie, cela indique deux choses importantes. D'abord, l'œuf était moins susceptible de se dessécher. Plus un œuf est gros, plus sa surface est petite par rapport à son volume. Ainsi, les œufs de Lystrosaurus perdaient moins d'eau à travers leur coquille molle que ceux d'autres espèces de la même époque. Dans l'environnement sec qui existait pendant et juste après l'extinction, c'était un grand avantage. De plus, les œufs à coquille dure n'apparaîtront que bien plus tard, environ 50 millions d'années après.
Ensuite, un gros œuf signifie que le Lystrosaurus était probablement précoce. Cela veut dire que les bébés naissaient à un stade de développement assez avancé. Les nouveau-nés de Lystrosaurus étaient assez grands pour se nourrir seuls, échapper aux prédateurs et ils atteignaient la maturité plus rapidement. Ils pouvaient ainsi se reproduire tôt.
Une croissance rapide, une reproduction précoce et une grande capacité à se multiplier étaient les clés de la survie du Lystrosaurus.
L'identification de cet œuf fossile nous aide donc à mieux comprendre l'origine de la reproduction et de la lactation chez les mammifères. Elle nous aide aussi à mieux comprendre la stratégie de survie du Lystrosaurus face à la plus grande catastrophe biologique que notre planète ait jamais connue. Enfin, elle nous aide à mieux saisir comment les espèces actuelles pourraient faire face à la sixième extinction de masse qui se déroule actuellement.
Julien Benoit reçoit un financement de la plateforme « African Origins » du DSTI-NRF et du Centre d’excellence GENUS en paléosciences.
Jennifer Botha ne travaille pas pour, ne conseille pas, ne possède pas d'actions et ne reçoit pas de financement d'une entreprise ou d'une organisation qui pourrait bénéficier de cet article. Elle n'a pas non plus déclaré d'affiliation pertinente en dehors de son poste universitaire.
Vincent Fernandez travaille pour le synchrotron de l'ESRF et a bénéficié de temps d'accès à la machine pour cette expérience.