Paléontologie : les dinosaures polaires révèlent d'anciens secrets

C'était le milieu de l'hiver sous un ciel sombre d'Alaska. D'un côté, s'étendait l'étendue plate de la rivière Colville. De l'autre, une falaise vertigineuse de roche gelée gris étain, adossée à des centaines de kilomètres de toundra désolée.

Armée d'un piolet et de crampons, secouée par des vents arctiques glacials et des températures avoisinant les -28°C, Pat Druckenmiller était à la recherche de quelque chose de spécial.

Nous sommes en 2021 et le simple fait d'atteindre la falaise a été une expédition extrême. Dans ce coin reculé du nord de l'Alaska, il n'y a pas de routes. Le paléontologue et ses collègues de l'université de l'Alaska se sont donc rendus sur le site en scooter des neiges, puis ont installé un camp à proximité.

Il faisait si froid que chaque tente était équipée de son propre poêle à bois. Au cours des semaines suivantes, l'équipe devra constamment lutter contre les engelures - "nous l'avons échappé belle", déclare M. Druckenmiller -, les chutes de pierres et les ours polaires affamés. Mais cela en valait la peine.

En plissant les yeux à travers des lunettes de ski dans la lumière sombre, Druckenmiller a finalement trouvé ce qu'il cherchait. Enfouie dans les strates de la falaise, à environ 15 mètres au-dessus de la rivière, se trouvait une seule couche d'argile et de sable, d'une épaisseur d'environ 10 cm.

Il y a environ 73 millions d'années, lorsque les sédiments ont été déposés, le monde était plus chaud qu'aujourd'hui, mais la région devait être encore plus au nord. Alors qu'aujourd'hui cette partie de l'Alaska bénéficie de quelques heures de crépuscule chaque jour en hiver, elle était alors plongée dans l'obscurité totale pendant quatre mois de l'année, d'octobre à février. La température descendait régulièrement en dessous de -10°C (14°F), avec des chutes de neige occasionnelles.

Et pourtant, cachés dans cette couche de limon, se trouvent les derniers vestiges d'une époque étrange de l'histoire - des os et des dents minuscules, d'à peine quelques millimètres de diamètre, qui appartenaient à la progéniture de géants. C'est ici que des milliers de dinosaures ont fait leur nid, et les fœtus non éclos qui n'ont pas survécu s'y trouvent encore aujourd'hui.

"C'est probablement la couche d'ossements de dinosaures la plus intéressante de tout l'État de l'Alaska", déclare Druckenmiller. "Ils vivaient pratiquement au pôle Nord".

Bien que nous ayons tendance à considérer les dinosaures comme des créatures tropicales - des reptiles monstrueux et dentés qui patrouillaient dans les forêts et les marécages du monde lorsque la planète était chaude et humide, les scientifiques se rendent de plus en plus compte que ce n'est pas tout à fait exact. Il y a eu des dinosaures dans des endroits plus froids aussi, et il devient clair qu'ils étaient loin d'être des visiteurs occasionnels et de bon aloi.

De l'Australie à la Russie, les scientifiques ont mis au jour des dizaines de dinosaures qui auraient vécu dans des conditions extrêmes - fermant leurs yeux de faucon sous des cieux remplis d'aurores boréales dansantes chaque nuit, et cherchant parfois leur nourriture parmi des couvertures de neige argentée immaculée. Ces dinosaures ne se contentaient pas de s'accrocher aux limites de leur zone d'habitation : dans des endroits comme l'Alaska, ils prospéraient.

Les implications de ces découvertes vont bien au-delà des scènes étranges qu'elles évoquent - des tyrannosaures secouant la neige de leurs (éventuelles) plumes, ou se pelotonnant pour attendre une tempête de neige. Avec chaque nouvelle découverte, les dinosaures polaires révèlent des informations fascinantes sur la physiologie et le comportement de ce groupe. Et à mesure que les scientifiques en apprennent davantage sur eux, ils contribuent à répondre à l'une des questions les plus épineuses de la paléontologie : les dinosaures avaient-ils le sang chaud ou froid ?

Une découverte surprise

En 1961, Robert Liscomb cartographiait les rives de la rivière Colville pour la compagnie pétrolière Shell, lorsqu'il a fait une découverte inattendue : une poignée d'ossements, dépassant des strates de la falaise. Il suppose qu'ils doivent provenir de mammifères, mais les emporte tout de même avec lui et les range dans un placard. La même année, il est tragiquement tué dans un éboulement.

Pendant deux décennies, les ossements sont tombés dans l'oubli, enfermés en toute sécurité dans les archives de l'entreprise. Entre-temps, des fossiles de dinosaures ont commencé à être découverts dans d'autres endroits du nord, notamment des empreintes de pas sur l'île norvégienne de Svalbard.

Puis un jour, en 1984, une découverte passionnante a eu lieu : des scientifiques avaient découvert des empreintes de peau et de pieds de dinosaures sur le même versant nord de la rivière Colville où Liscomb avait trouvé les siens. Dans cette optique, les vieux ossements ont été rapidement sortis de leur tiroir - et il s'est avéré qu'ils appartenaient depuis toujours à des dinosaures. Cela a déclenché un vif débat parmi les paléontologues. Il ne pouvait pas y avoir d'animaux à sang froid si loin au nord ? Des hypothèses vieilles de plusieurs siècles ont été remises en question, et les choses se sont envenimées.

Mais très vite, il est apparu que les ossements de la rivière Colville n'étaient pas un hasard - les affleurements le long de ses rives regorgeaient de fossiles de dinosaures, plus que dans n'importe quel autre endroit de la planète situé en Arctique ou en Antarctique. "Et surtout, c'est de loin le site de dinosaures le plus polaire", déclare M. Druckenmiller.

Au fur et à mesure que les découvertes s'accumulent, les preuves finissent par être accablantes. Même à l'époque, on trouvait d'abondants fossiles d'Edmontosaurus, un herbivore ressemblant à une vache, et d'un parent non identifié du Triceratops, ainsi qu'une seule dent du prédateur Alectrosaurus, un tyrannosaure de la taille d'un morse.

Il y a bien eu des dinosaures polaires, mais on ne sait toujours pas comment ils ont survécu. Heureusement, il y avait une explication facile : ils ne vivaient là que lorsqu'il faisait chaud - ils migraient. Tout comme leurs cousins éloignés, les sternes arctiques actuelles, les animaux pouvaient visiter les pôles pendant l'été, puis se retirer vers des climats plus chauds pendant l'hiver. Certains experts ont suggéré qu'ils voyageaient jusqu'à 3 200 km (1 988 miles).

Cette théorie a ensuite rencontré un problème

Par une fraîche journée d'été de la fin du Crétacé, un méga troupeau d'hadrosaures a traversé une plaine d'inondation boueuse de l'Arctique. Il faisait environ 10-12°C (50-54°F), et ces herbivores ressemblant à des vaches - équipés de becs édentés pour broyer la végétation et de queues massives et charnues - venaient de survivre à un hiver rigoureux au cours duquel les températures sont descendues jusqu'au point de congélation. Il y avait des milliers d'individus de tous âges - juvéniles, adolescents et adultes.

Leur promenade dans la boue n'a peut-être duré que quelques minutes, mais les traces qu'ils ont laissées ont rapidement été recouvertes par d'autres sédiments et préservées pendant les millénaires suivants, jusqu'à leur découverte par des scientifiques en 2014. Les empreintes étaient si bien conservées qu'il était même possible de distinguer les écailles des pieds des dinosaures.

Les fossiles se trouvaient dans une réserve naturelle de l'Alaska, à des centaines de kilomètres plus au sud que les ossements de Colville, mais toujours dans l'Arctique. La présence de traces de jeunes dinosaures laisse penser qu'ils sont probablement restés dans la région toute l'année après tout - les plus petits n'auraient pas été capables de faire face à une longue migration.

Cependant, tout le monde n'était pas convaincu. C'est alors qu'intervient Druckenmiller et sa bande de roche minutieusement localisée.

Une tâche délicate

Alors que certains paléontologues déterraient des os de cuisse de la taille d'un dauphin dans les Badlands d'Amérique du Sud brûlés par le soleil, l'approche de Druckenmiller était nécessairement différente.

Lorsque l'équipe a commencé à travailler sur le site de la rivière Coleville, en Alaska, elle s'y rendait en été, alors qu'aujourd'hui il fait environ 1-10C (34-50F). Ils ont rapidement découvert que c'était loin d'être idéal. Entre juin et août, l'Alaska grouille de moustiques - des nuages géants qui s'abattent sur les humains sans méfiance comme des blizzards de neige noire. Ils sont si nombreux qu'on les appelle, pour rire, l'oiseau de l'Alaska. Mais c'était le dernier de leurs soucis.

Les falaises sur lesquelles ils travaillaient étaient principalement composées de roches boueuses vaguement collées par le permafrost. "Et il y a juste assez de réchauffement en été pour qu'une partie de la glace fonde et que ces falaises s'effondrent de façon catastrophique. Si vous vous trouvez sous l'une d'elles, la partie est terminée", explique M. Druckenmiller.

Les scientifiques ont décidé d'y aller en hiver, ce qui présentait ses propres problèmes. Ils ne travaillaient qu'à 32 km de l'océan Arctique. Il faisait tout simplement trop froid pour rester allongé sur le ventre toute la journée et extraire les os des bébés dinosaures. Au lieu de cela, peu après que l'équipe ait trouvé la couche rocheuse tant attendue, le silence du paysage vide a été rapidement rompu par le bruit des tronçonneuses et des marteaux-piqueurs.

L'équipe a d'abord taillé quelques marches dans la falaise pour pouvoir la traverser, puis s'est mise au travail pour découper des blocs entiers de sédiments prometteurs, plutôt que des os spécifiques. Ces blocs ont été chargés sur des traîneaux et des motoneiges, puis ramenés au laboratoire après avoir parcouru des centaines de kilomètres dans la toundra gelée.

Une fois ces échantillons massifs arrivés en sécurité à l'Université de l'Alaska, ils ont été lavés pour éliminer l'argile. "Et puis ce qui reste est essentiellement comme une fraction de sable - nous examinons chaque grain de sable au microscope pour trouver des petits os et des dents", explique Druckenmiller. "C'est un processus très lent, qui prend beaucoup de temps. C'est un peu comme chercher de l'or, mais pour les dinosaures." Au cours d'une décennie, il estime que son équipe a examiné des millions de particules de sable à la recherche de ces minuscules fossiles.

Ce que l'équipe a trouvé est extraordinaire. "Nous n'avions pas seulement un ou deux types de bébés dinosaures, nous avons en fait des preuves pour sept groupes différents de dinosaures, y compris des mangeurs de plantes et des mangeurs de viande, des espèces de petite taille et des espèces de grande taille", explique Druckenmiller.

Il est important de noter que le fait que les dinosaures faisaient leur nid signifie qu'ils ne migraient certainement pas lorsque le temps se refroidissait. Certaines espèces communes de dinosaures, telles que les hadrosaures à bec de canard, avaient besoin de six mois pour incuber leurs œufs, de sorte que si les mères commençaient à les couver au printemps, l'hiver serait presque terminé au moment de l'éclosion.

Pour nicher dans l'Arctique tout en évitant l'hiver et ses mois d'obscurité, ces bébés auraient dû migrer immédiatement sur des milliers de kilomètres. Il n'y avait tout simplement pas assez de temps. "Cela défie toute logique. Nous sommes pratiquement sûrs que ces dinosaures vivaient toute l'année", déclare M. Druckenmiller.

Alors, à quoi ressemblait la vie de ces dinosaures polaires ? Et comment ont-ils réussi à survivre ?

Un mystère glacé

C'était au début du mois de mars, au Crétacé supérieur, dans la forêt arctique ouverte qui allait devenir le site de la rivière Colville. Les branches dénudées des conifères et des anciens ginkgos commençaient tout juste à bourgeonner, projetant une ombre diffuse sur un sous-bois de fougères et de prêles. Des troupeaux d'hadrosaures broutaient distraitement le feuillage, tandis que des Pachyrhinosaurus mâles, parents trapus des tricératops, paradaient avec leurs extravagantes collerettes dans l'espoir d'attirer une compagne, s'ébrouant peut-être de temps en temps avec leur long nez bulbeux.

De temps en temps, le calme relatif est ponctué d'une poursuite et d'un cri : un Nanuqsaurus affamé, ou "lézard ours polaire", a réussi à attraper dans ses mâchoires un Thescelosaurus écailleux et becqueux. Le sang coulant sur le doux manteau de plumes blanches comme la neige dont il est parfois affublé, il aurait pu ressembler à son homonyme moderne.

À proximité se trouvaient un certain nombre de nids - peut-être des pouponnières communales, si les dinosaures étaient comme leurs parents du sud - où les résidents locaux couvaient leurs œufs. Les saurornitholestines, proches des vélociraptors, s'installaient sur leurs couvées et utilisaient peut-être leurs dents spécialisées pour lisser leurs plumes.

Au fil des décennies ou des centaines d'années, certains des dinosaures morts dans la région ont fini par être emportés dans une rivière ou un lac voisin. "Mais les sédiments ont été évacués de manière à concentrer les os et les dents dans ces petits dépôts distincts", explique M. Druckenmiller.

Un certain nombre de dinosaures identifiés dans le limon des sites situés le long de la rivière Colville n'ont été trouvés nulle part ailleurs, comme Ugrunaaluk kuukpikensis, "ancien brouteur" en langue locale inupiat - une sorte d'hadrosaure. Bien sûr, cela ne signifie pas qu'ils ne le seront pas un jour, et cela ne prouve pas nécessairement non plus qu'ils avaient des adaptations spéciales au froid. Mais c'est prometteur.

Druckenmiller pense qu'il est probable que les dinosaures de l'Alaska avaient au moins quelques caractéristiques distinctives, comme des comportements qui ont évolué pour les aider à faire face aux conditions arctiques. "Il y a des raisons de croire que certaines des plus petites espèces, en particulier les mangeurs de plantes, étaient peut-être assez petites pour se creuser un terrier et hiberner pendant l'hiver", dit-il.

Ces indices provisoires proviennent des anneaux de croissance dans les coupes transversales des os, comme celles des troncs d'arbres - des marques qui montrent comment le schéma de croissance de l'animal variait d'une année à l'autre. Si la croissance s'arrête, par exemple pendant l'hibernation, l'écart laisse un anneau. Selon M. Druckenmiller, ces bandes distinctives ont été trouvées chez plusieurs dinosaures des pentes de la rivière Colville, dont certains ont peut-être hiberné. Cela vient s'ajouter aux autres preuves que les dinosaures pouvaient avoir au moins certaines des adaptations nécessaires, comme le creusement de tunnels.

En 2007, le squelette fossilisé d'un Oryctodromeus - un dinosaure de la taille d'un berger allemand - a été retrouvé avec deux de ses petits dans un petit trou douillet du sud-ouest du Montana. Tous ces animaux avaient été ensevelis et restaient là sans être dérangés pendant environ 100 millions d'années. Ils font partie du genre Thescelosaurus, dont des membres ont également été trouvés sur le site de la rivière Colville.

"Et le fait que nous ayons des parents proches en Alaska suggère qu'il se pourrait que ces espèces se terrent également, mais pour hiberner", déclare Druckenmiller. Malheureusement, il serait extrêmement difficile de le prouver, à moins de trouver un autre terrier dans l'Arctique.

Une autre possibilité est que les dinosaures aient fait face au froid comme de nombreux mammifères modernes, en accumulant une couche de graisse corporelle. Druckenmiller donne l'exemple des élans et des caribous, qui prennent du poids chaque été, puis survivent en combinant leurs réserves de graisse et un fourrage de mauvaise qualité en hiver, lorsque la nourriture est rare - une stratégie qui a pour avantage de les garder au chaud. "...ils y parviennent en s'affamant lentement", explique-t-il. "Il n'y a aucune raison pour que les dinosaures n'aient pas pu faire cela".

Mais il y a une adaptation qui est plus claire : la façon dont les dinosaures ont régulé leur température corporelle.

Depuis leur découverte, les scientifiques débattent de la question de savoir si les dinosaures avaient le sang chaud ou froid. Au XIXe siècle, il était largement admis qu'il s'agissait essentiellement de reptiles ectothermes massifs - ils ne pouvaient pas générer leur propre chaleur corporelle et devaient prendre des bains de soleil comme les animaux modernes. Lorsque les sculptures emblématiques de dinosaures du Crystal Palace ont été dévoilées à Londres en 1854, elles ressemblaient à des lézards trapus et écailleux.

Mais au fur et à mesure que les experts en apprenaient davantage sur la vie des dinosaures - et commençaient à réaliser que les oiseaux modernes étaient essentiellement des dinosaures à bec et à plumes - beaucoup ont commencé à se demander si cela était exact. Ils ont fini par s'accorder sur le fait que les dinosaures maintenaient probablement des températures se situant entre celles des reptiles et celles des oiseaux, mais jusqu'à récemment, les preuves tangibles faisaient encore défaut.

Les dinosaures arctiques changent tout cela. "L'une des choses que nous supposons dans toute cette histoire, c'est que ces dinosaures avaient presque certainement le sang chaud, dans une certaine mesure", dit Druckenmiller. "Il est certain que ces dinosaures avaient un certain degré d'endothermie - ils produisaient leur propre chaleur interne. Et c'est en quelque sorte une condition préalable pour vivre dans un environnement froid."

Il est frappant de constater qu'aucun reste fossilisé de reptile n'a jamais été trouvé dans les gisements fossilifères de l'Alaska - seulement des oiseaux, des mammifères et des dinosaures. "Maintenant, si vous travaillez dans le Montana, et que vous cherchez des dinosaures, en cours de route, vous allez trouver des crocodiliens, des tortues, des lézards... nous n'avons jamais trouvé un débris de l'un de ces groupes à sang froid", dit Druckenmiller.

Tous les dinosaures n'avaient pas nécessairement le sang chaud, bien sûr. Il est prouvé que la température de leur corps pouvait varier de 17°C (31°F) selon les groupes, de 29°C à 46°C (115-84°F). À titre de comparaison, la plupart des mammifères se situent dans une fourchette de 36 à 40 °C (97-104 °F), tandis que les oiseaux sont nettement plus chauds, avec une fourchette de 41 à 43 °C (105-109 °F).

Mais les implications sont néanmoins énormes. Les animaux endothermiques partagent généralement certaines caractéristiques, comme un taux de croissance plus rapide et un besoin de nourriture plus important. Mais surtout, on pense que c'est ce qui a permis à certains groupes de survivre au refroidissement global historiquement accusé d'avoir provoqué l'extinction des dinosaures. Si les mammifères et les oiseaux pouvaient le supporter, pourquoi pas les dinosaures de l'Arctique ?

Alors que les preuves de l'existence des dinosaures d'Alaska commençaient à s'accumuler dans les années 1980, les scientifiques se rendaient déjà compte qu'il leur faudrait peut-être une autre explication. Aujourd'hui, on pense que la véritable raison de l'extinction de la plupart d'entre eux est leur taille, ce qui signifie qu'ils avaient simplement besoin de plus de nourriture que celle qui était disponible. L'exception était les dinosaures "maniraptoriens", ou "mains saisissantes". Les plus petits membres à plumes de ce groupe - ceux qui pesaient environ un kilogramme - ont pu s'accrocher et s'adapter. Nous connaissons maintenant cette lignée sous le nom d'oiseaux.

Avec chaque nouvelle découverte, ces dinosaures presque polaires révèlent des indices de la diversité et de la résilience de leurs proches sur la planète, et montrent qu'ils étaient bien plus que des lézards géants.

*Zaria Gorvett est journaliste senior pour BBC Future et tweete @ZariaGorvett.