Beaucoup d’entre nous connaissent la théorie conventionnelle de la mort des dinosaures il y a 66 millions d’années : dans la collision ardente de la Terre avec une météorite, et un hiver mondial qui a suivi alors que la poussière et les débris étouffaient l’atmosphère. Mais il y a eu une extinction précédente, bien plus mystérieuse et moins discutée : celle d’il y a 202 millions d’années, qui a tué les grands reptiles qui régnaient jusque-là sur la planète, et a apparemment ouvert la voie aux dinosaures pour prendre le relais. Qu’est-ce qui a causé la soi-disant extinction du Trias-Jurassique, et pourquoi les dinosaures ont-ils prospéré alors que d’autres créatures sont mortes ?
Nous savons que le monde était généralement chaud et torride pendant la période du Trias, qui a précédé l’extinction, et pendant le Jurassique suivant, qui a lancé l’ère des dinosaures. Cependant, une nouvelle étude renverse l’idée des dinosaures épris de chaleur : elle présente la première preuve physique que les espèces de dinosaures du Trias – alors un groupe mineur largement relégué aux régions polaires – y ont régulièrement enduré des conditions de gel. Les indicateurs révélateurs : des empreintes de dinosaures ainsi que d’étranges fragments de roche qui n’auraient pu être déposés que par la glace. Les auteurs de l’étude disent que pendant l’extinction, les coups de froid qui se produisaient déjà aux pôles se sont propagés à des latitudes plus basses, tuant les reptiles à sang froid. Les dinosaures, déjà adaptés, ont survécu au goulot d’étranglement évolutif et se sont répandus. Le reste est de l’histoire ancienne.
« Les dinosaures étaient là pendant le Trias sous le radar tout le temps », a déclaré Paul Olsen, géologue à l’observatoire de la Terre Lamont-Doherty de l’Université de Columbia et auteur principal de l’étude. « La clé de leur domination éventuelle était très simple. C’étaient fondamentalement des animaux adaptés au froid. Quand il faisait froid partout, ils étaient prêts, et les autres animaux ne l’étaient pas. »
L’étude, basée sur des fouilles récentes dans le désert reculé du bassin de Junggar, dans le nord-ouest de la Chine, vient d’être publiée dans la revue Avancées scientifiques.
On pense que les dinosaures sont apparus pour la première fois pendant la période du Trias dans les latitudes tempérées du sud il y a environ 231 millions d’années, lorsque la plupart des terres de la planète ont été réunies en un continent géant que les géologues appellent Pangée. Ils ont atteint l’extrême nord il y a environ 214 millions d’années. Jusqu’à l’extinction massive à 202 millions d’années, les régions tropicales et subtropicales les plus vastes entre les deux étaient dominées par des reptiles, y compris des parents de crocodiles et d’autres créatures redoutables.
Pendant le Trias et pendant la majeure partie du Jurassique, les concentrations atmosphériques de dioxyde de carbone variaient à 2 000 parties par million ou plus, soit cinq fois les niveaux actuels, de sorte que les températures devaient être intenses. Il n’y a alors aucune preuve de calottes glaciaires polaires et des fouilles ont montré que des forêts de feuillus poussaient dans les régions polaires. Cependant, certains modèles climatiques suggèrent que les hautes latitudes étaient parfois fraîches ; même avec tout ce CO2, ils auraient reçu peu de lumière solaire une grande partie de l’année et les températures diminueraient au moins de façon saisonnière. Mais jusqu’à présent, personne n’a produit de preuves physiques qu’ils ont gelé.
À la fin du Trias, une brève période géologique d’environ un million d’années a vu l’extinction de plus des trois quarts de toutes les espèces terrestres et marines de la planète, y compris les créatures à coquille, les coraux et tous les reptiles de taille. Certains animaux vivant dans des terriers, comme les tortues, s’en sont sortis, tout comme quelques premiers mammifères. On ne sait pas exactement ce qui s’est passé, mais de nombreux scientifiques l’associent à une série d’éruptions volcaniques massives qui auraient pu durer des centaines d’années d’affilée. À cette époque, la Pangée a commencé à se séparer, ouvrant ce qui est maintenant l’océan Atlantique et séparant ce qui est maintenant les Amériques de l’Europe, de l’Afrique et de l’Asie. Entre autres choses, les éruptions auraient fait monter en flèche le dioxyde de carbone atmosphérique au-delà de ses niveaux déjà élevés, provoquant des pics de température mortels sur terre et rendant les eaux océaniques trop acides pour que de nombreuses créatures survivent.
Les auteurs de la nouvelle étude citent un troisième facteur : pendant les phases les plus féroces des éruptions, ils auraient craché des aérosols de soufre qui ont dévié tellement de lumière solaire qu’ils ont provoqué des hivers volcaniques mondiaux répétés qui ont dépassé les niveaux élevés de gaz à effet de serre. Ces hivers auraient duré une décennie ou plus; même les tropiques peuvent avoir connu des conditions de gel soutenues. Cela a tué des reptiles non isolés, mais les dinosaures isolés et adaptés au froid ont pu s’accrocher, disent les scientifiques.
La preuve des chercheurs : des formations de grès et de siltite à grain fin laissées par les sédiments dans les anciens fonds peu profonds des lacs du bassin de Junggar. Les sédiments se sont formés il y a 206 millions d’années à la fin du Trias, jusqu’à l’extinction massive et au-delà. À cette époque, avant que les masses continentales ne se réorganisent, le bassin se trouvait à environ 71 degrés nord, bien au-dessus du cercle polaire arctique. Les empreintes trouvées par les auteurs et d’autres montrent que des dinosaures étaient présents le long des côtes. Pendant ce temps, dans les lacs eux-mêmes, les chercheurs ont trouvé d’abondants cailloux jusqu’à environ 1,5 cm de diamètre dans les sédiments normalement fins. Loin de tout rivage apparent, les cailloux n’avaient rien à y faire. Seule explication plausible à leur présence : il s’agissait de débris glaciaires (IRD).
En bref, l’IRD est créé lorsque la glace se forme contre une masse continentale côtière et incorpore des morceaux de roche sous-jacente. À un moment donné, la glace se détache et dérive dans le plan d’eau adjacent. Lorsqu’il fond, les roches tombent au fond, se mélangeant aux sédiments fins normaux. Les géologues ont largement étudié l’ancienne IRD dans les océans, où elle est délivrée par les icebergs glaciaires, mais rarement dans les lits des lacs ; la découverte du bassin de Junggar s’ajoute au peu d’enregistrements. Les auteurs disent que les cailloux ont probablement été ramassés pendant l’hiver, lorsque les eaux du lac ont gelé le long des rives caillouteuses. Lorsque le temps chaud est revenu, des morceaux de cette glace ont flotté avec des échantillons de cailloux en remorque, puis les ont lâchés.
« Cela montre que ces zones gelaient régulièrement et que les dinosaures s’en sortaient très bien », a déclaré le co-auteur de l’étude, Dennis Kent, géologue à Lamont-Doherty.
Comment ont-ils fait ? Depuis les années 1990, des preuves s’accumulent selon lesquelles de nombreux dinosaures non aviaires, y compris les tyrannosaures, avaient des plumes primitives. Si ce n’était pas pour le vol, certains revêtements auraient pu être utilisés à des fins d’accouplement, mais les chercheurs disent que leur objectif principal était l’isolation. Il existe également de bonnes preuves que, contrairement aux reptiles à sang froid, de nombreux dinosaures possédaient des systèmes à sang chaud et à métabolisme élevé. Les deux qualités auraient aidé les dinosaures dans des conditions froides.
« Des épisodes hivernaux sévères lors d’éruptions volcaniques peuvent avoir apporté des températures glaciales aux tropiques, où de nombreuses extinctions de grands vertébrés nus et sans plumes semblent s’être produites », a déclaré Kent. « Alors que nos amis à fines plumes se sont acclimatés à des températures plus froides sous des latitudes plus élevées. »
Les découvertes défient l’imagerie conventionnelle des dinosaures, mais certains spécialistes éminents se disent convaincus. « Il existe un stéréotype selon lequel les dinosaures ont toujours vécu dans des jungles tropicales luxuriantes, mais cette nouvelle recherche montre que les latitudes plus élevées auraient été glaciales et même couvertes de glace pendant certaines parties de l’année », a déclaré Stephen Brusatte, professeur de paléontologie et d’évolution à l’Université d’Edimbourg. « Il se trouve que les dinosaures vivant à des latitudes élevées avaient déjà des manteaux d’hiver [while] beaucoup de leurs concurrents du Trias se sont éteints. »
Randall Irmis, conservateur de la paléontologie au Musée d’histoire naturelle de l’Utah et spécialiste des premiers dinosaures, est d’accord. « C’est la première preuve détaillée des hautes paléolatitudes, la première preuve des 10 derniers millions d’années de la période triasique et la première preuve de conditions véritablement glaciales », a-t-il déclaré. « Les gens ont l’habitude de penser que c’était une période où le globe entier était chaud et humide, mais ce n’était tout simplement pas le cas. »
Olsen dit que la prochaine étape pour mieux comprendre cette période est que davantage de chercheurs recherchent des fossiles dans d’anciennes zones polaires comme le bassin de Junggar. « Les archives fossiles sont très mauvaises et personne ne prospecte », a-t-il déclaré. « Ces roches sont grises et noires, et il est beaucoup plus difficile de prospecter [for fossils] dans ces strates. La plupart des paléontologues sont attirés par le Jurassique supérieur, où l’on sait qu’il existe de nombreux grands squelettes. Le paléoarctique est fondamentalement ignoré. »
L’étude a été co-écrite par Jingeng Sha et Yanan Fang de l’Institut de géologie et de paléontologie de Nanjing ; Clara Chang et Sean Kinney de l’Observatoire de la Terre Lamont-Doherty ; Jessica Whiteside de l’Université de Southampton ; Hans-Dieter Sues de la Smithsonian Institution ; Morgan Schaller de l’Institut polytechnique de Rensselaer ; et Vivi Vajda du Musée suédois d’histoire naturelle.
Paul Olsen et al, La glace arctique et la montée écologique des dinosaures, Avancées scientifiques (2022). DOI : 10.1126/sciadv.abo6342. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abo6342