Science : Comment nos ancêtres ont-ils survécu à l'astéroïde de l'apocalypse ?

Dans l'obscurité, les cendres et la chaleur très intense, un minuscule animal à fourrure se fraye un chemin dans le paysage infernal laissé par la pire journée de l'histoire de la Terre pour les êtres vivants. Il fouille dans les décombres, attrape un insecte pour le manger, et se réfugie dans son abri. Tout autour de lui, il y a des cadavres et des dinosaures agonisants, qui ont terrorisé les mammifères pendant des générations.

Ce sont les premières semaines et les premiers mois qui ont suivi la collision d'un astéroïde de 10 km de large avec la côte de l'actuel Mexique. La puissance a été estimée à plus d'un milliard de bombes nucléaires.

La collision a ainsi mis fin de façon spectaculaire à l'ère du Crétacé . À l'aube du Paléocène... l'ère qui suivit...... les forêts étaient en feu, des tsunamis secouaient les côtes et de grandes quantités de roches réduites en vapeur de cendres et de poussières s'élevaient à des kilomètres dans l'atmosphère.

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Mais ce monde n'était pas dépourvu de vie. Parmi les survivants se trouvait le plus ancien primate connu, Purgatorius, qui ressemblait à un croisement entre une musaraigne et un petit écureuil. Son nombre aurait sûrement diminué au milieu de cette catastrophe mondiale, mais l'espèce a survécu.

Telle était la vie des premiers mammifères peu de temps après que l'astéroïde ait frappé et éteint les trois quarts des espèces vivantes de la Terre. Seule la" Grande Mort", il y a 252 millions d'années, a été plus meurtrière (bien que moins soudaine), tuant 95 % de la vie dans les océans et 70 % de celle sur terre.

L'astéroïde qui a mis fin au Crétacé a emporté avec lui des dinosaures célèbres comme le tyrannosaure et le tricératops, ainsi que des créatures moins connues mais étranges comme Anzu, ou le "poulet de l'enfer". Il y avait des dinosaures à bec de canard, des dinosaures à long cou, des dinosaures avec une armure sur tout le corps - et, très vite, ils sont tous morts.

Dans l'ombre de ces rois et reines du Crétacé supérieur, les mammifères comme Purgatorius étaient petits et débraillés, et beaucoup d'entre eux occupaient des niches écologiques comme celles des rongeurs d'aujourd'hui.

Comment ce groupe hétéroclite de créatures apparemment vulnérables - dont nos ancêtres - a-t-il pu survivre à l'apocalypse ?

C'est une question que Steve Brusatte, auteur de The Rise and Reign of the Mammals, et ses collègues de l'université d'Édimbourg s'efforcent d'élucider.

Steve Brusatte insiste sur le fait que le jour où l'astéroïde a frappé est une très mauvaise journée pour tous les êtres vivants, y compris les mammifères, les oiseaux (les dinosaures aviaires) et les reptiles. "Ce n'était pas un astéroïde normal, c'était le plus gros astéroïde qui ait frappé la Terre depuis au moins un demi-milliard d'années", explique Brusatte. "Les mammifères ont presque suivi le chemin des dinosaures."

Il y avait beaucoup à perdre. Déjà au Crétacé supérieur, il existait une diversité étonnamment riche de mammifères, explique Sarah Shelley, chercheuse postdoctorale en paléontologie des mammifères à Édimbourg. "Beaucoup d'entre eux étaient des petites choses insectivores qui se trouvaient dans les arbres ou qui creusaient des terriers", explique Shelley.

Mais tous n'étaient pas insectivores. Il y avait les mystérieux multituberculés, appelés ainsi à cause des nodules particuliers sur leurs dents. "Ils ont ces dents en bloc et l'avant était une dent en forme de lame. Ça ressemble presque à une scie", dit Shelley. "Ils mangent des fruits, des noix et des graines".

Il y avait aussi des carnivores - l'un des plus grands de l'époque était Didelphodon, un parent marsupial pesant environ 5 kg, soit la taille d'un chat domestique. "D'après l'anatomie de son crâne et de ses dents, il avait une morsure très puissante, ce qui en fait un carnivore, peut-être même un croqueur d'os", explique Shelley.

Une grande partie de cette diversité a été perdue lorsque l'astéroïde a frappé - environ neuf espèces de mammifères sur dix ont disparu, selon Brusatte, ce qui a offert une opportunité sans précédent aux survivants.

"Imaginez que vous êtes l'un de nos tout petits ancêtres, de la taille d'une souris - une petite chose docile qui se cache dans l'ombre - et que vous endurez ce moment de l'histoire de la Terre", explique Brusatte. "Vous sortez de l'autre côté, et tout d'un coup, les T. rex ont disparu, les dinosaures à long cou aussi, et le monde est ouvert."

Cette extinction massive a ouvert la voie à une grande profusion de diversification qui a finalement donné naissance aux baleines bleues, aux guépards, aux loirs, aux ornithorynques et, bien sûr, à nous

Suite à cette collision un problème a subsisté: les forêts du monde entier ont été détruites par des incendies et le ciel était plein de cendres qui ont étouffé la lumière du soleil et empêcher la photosynthèse des plantes.

Les écosystèmes se sont s'effondrés "comme des châteaux de cartes", selon les termes de Brusatte. La surface de la Terre allait devenir plus chaude qu'un four dans un tourbillon vicieux d'impulsions thermiques, suivi d'un hiver nucléaire au cours duquel les températures moyennes auraient chuté de 20 °C (36 °F) pendant plus de 30 ans. La plupart des prédateurs les plus dangereux des mammifères avaient disparu, et le monde lui-même était devenu inimaginablement hostile à la vie.

Alors, qu'ont fait les mammifères ?

Ils sont restés petits.

La taille modeste des mammifères - auparavant limitée par la concurrence et la prédation des dinosaures - est devenue un atout pour la "faune des catastrophes", comme on appelle les survivants des astéroïdes.

"Ces mammifères étaient probablement des choses qui ressemblaient et agissaient un peu comme une souris ou un rat", explique Brusatte. "Normalement, ils seraient plutôt anonymes, mais maintenant, dans ce brave nouveau monde, ils proliféraient parce qu'ils étaient si bien adaptés à ces conditions vraiment cauchemardesques juste après l'impact."

Le fait d'être petit peut avoir aidé les animaux à reconstituer leur nombre. Chez les animaux modernes, "plus l'animal est gros, plus le temps de gestation est long", explique Ornella Bertrand, chercheuse postdoctorale en paléontologie des mammifères à l'université d'Édimbourg. Par exemple, l'éléphant d'Afrique a une gestation de 22 mois, alors que celle d'une souris dure environ 20 jours. Face à l'apocalypse, la souris a plus de chances de maintenir sa population.

Outre la gestation, un corps plus grand prend généralement plus de temps pour atteindre la maturité sexuelle - une autre raison pour laquelle les dinosaures n'ont pas survécu, surtout les plus grands. "Il leur fallait un certain temps pour devenir adultes. Pour quelque chose comme T. rex, il fallait environ 20 ans", explique Brusatte. "Ce n'est pas qu'ils ne grandissaient pas vite, c'est juste que beaucoup d'entre eux étaient si grands que cela leur a pris beaucoup de temps pour passer de l'éclosion à l'âge adulte."

Sous terre

Un autre indice sur la façon dont les mammifères ont survécu aux conséquences de l'astéroïde provient des formes corporelles "très bizarres" observées au Paléocène et au-delà. Shelley a analysé des os de cheville (petits os denses et résistants qui se conservent bien) pour voir dans quelle mesure les premiers mammifères du Paléocène étaient similaires entre eux, et aux mammifères vivants aujourd'hui.

"Nous avons constaté que les mammifères du Paléocène sont étranges. Ils sont différents des mammifères modernes", explique Shelley. "Et ce qui les unit, c'est le fait qu'ils ont ces morphologies vraiment trapues et robustes".

Ces mammifères sont dotés de gros muscles et d'os généralement solides. Parmi les animaux vivants, ce sont eux qui présentent le plus de similitudes avec les espèces qui vivent au sol et se terrent, explique Shelley. "L'hypothèse qui en découle est que les animaux qui ont survécu à l'extinction ont survécu de préférence parce qu'ils étaient capables de creuser pour se cacher sous terre, de survivre à la période d'impact immédiat, aux incendies et à l'hiver nucléaire, et de se terrer un peu."

Parce que les survivants étaient - il n'y a pas d'autre façon de le dire - hench, leurs descendants ont également hérité de leur forme corporelle robuste. "Vous pouvez le voir pour cette période de 10 millions d'années au cours du Paléocène", explique Shelley. "Même si vous êtes un animal qui vit dans les arbres, ils sont toujours très corpulents".

Si les mammifères ont effectivement adopté la vie sous terre, soit en s'enfouissant eux-mêmes, soit en utilisant les abris souterrains des autres.

Bertrand soupçonne que cela pourrait se refléter également dans leur agilité - ou leur manque d'agilité. "Nous savons que la forêt s'est effondrée et que tous les animaux vivant dans les arbres n'avaient plus d'habitat", explique-t-elle. "Et donc, l'une des hypothèses serait qu'il y avait moins d'animaux capables d'adopter un comportement très agile".

Bertrand prévoit d'étudier les os de l'oreille interne des mammifères de cette époque pour voir s'ils confortent l'idée d'un virage souterrain après l'astéroïde. L'oreille interne est cruciale pour l'équilibre, donc si un animal est adapté pour faire des mouvements agiles et bien réglés, cela se reflète parfois dans la structure de ces os délicats. Cependant, s'il s'agissait d'un fouilleur robuste, une telle agilité n'aurait pas été nécessaire. "Cela pourrait nous donner plus d'indices", dit-elle. Cela dit, elle souligne les inconvénients qu'il y a à trop se fier aux os pour déduire comment un animal se déplaçait, ce qui l'a frappée en regardant les récents Jeux du Commonwealth.

"Je regardais les gymnastes faire des choses folles et je me disais, c'est drôle, nous avons le même squelette et je ne peux rien faire de tout cela", s'amuse Mme Bertrand. "Je me suis dit que c'était vraiment intéressant parce que peut-être que le fait d'avoir cette capacité peut vous aider à survivre, mais d'après les os, vous ne le sauriez pas".

Manger n'importe quoi

L'astéroïde a détruit la plupart des plantes vivantes, premier maillon de nombreuses chaînes alimentaires sur terre. Les mammifères généralistes, capables d'ouvrir leur palais à tout ce qui passe, s'en sont mieux sortis que ceux qui avaient un régime alimentaire plus particulier.

"Les animaux qui ont survécu à l'extinction l'ont fait en n'étant pas trop spécialisés", explique Shelley. Par exemple, le Didelphodon (un marsupial carnivore de la taille d'un chat) s'est attaqué à des animaux qui étaient peu nombreux après l'extinction. "Il s'est trop spécialisé et a perdu sa niche", explique Shelley. "Alors que si vous êtes un petit animal, vous pouvez adapter votre régime alimentaire et votre mode de vie plus rapidement. C'est un bon moyen de survivre à l'extinction."

En plus de ceux qui pouvaient se généraliser, il y avait quelques spécialisations qui auraient bien réussi, dit Brusatte. En particulier, les mangeurs de graines ont eu de la chance. "Les graines constituaient une banque alimentaire à la disposition de tout animal qui avait déjà la capacité de les manger", explique-t-il. "Si vous étiez un T. rex, vous n'aviez pas de chance, l'évolution ne vous avait pas donné la capacité de manger des graines. Mais pour les oiseaux dotés d'un bec et certains mammifères qui étaient spécialisés dans la consommation de graines, quel bon coup du destin est-ce là ?"

En plus de soutenir la faune de la catastrophe, les graines ont aidé à rétablir les forêts et d'autres types de végétation lorsque l'hiver nucléaire s'est estompé. "Ces graines ont survécu dans le sol, puis, lorsque la lumière du soleil est revenue, elles ont commencé à pousser", explique Brusatte.

Ne pas trop réfléchir

Au fil du Paléocène, les écosystèmes se sont rétablis et les mammifères ont commencé à occuper les niches laissées vides par les dinosaures non aviaires. "Les mammifères ont commencé à se diversifier immédiatement après l'extinction des dinosaures, et ils sont devenus très diversifiés dans tous les sens du terme", explique Bertrand.

D'abord, les corps ont rapidement grossi. Mais l'équipe d'Édimbourg a découvert que, pendant un certain temps, la taille du cerveau des mammifères n'a pas suivi.

En fait, au début du Paléocène, les mammifères ayant un gros cerveau par rapport à leur taille corporelle ont pu être désavantagés. "La question est de savoir pourquoi on ferait pousser un gros cerveau ?" demande Bertrand. "Un gros cerveau est en fait coûteux à entretenir. Si vous avez un gros cerveau, vous devez le nourrir pour pouvoir l'entretenir - si vous ne pouvez pas le faire parce qu'il n'y a pas assez de nourriture, vous allez mourir."

Au lieu de cela, l'adaptation favorable a été de devenir grand et musclé. L'herbivore Ectoconus (membre de la famille des Periptychidae, qui pourrait être apparentée aux mammifères à sabots vivants, les ongulés) a atteint environ 100 kg (220 lb) quelques centaines de milliers d'années après l'extinction. En temps géologique, c'est un clin d'œil. "C'est vraiment fou qu'ils aient atteint cette taille aussi rapidement et qu'ils se soient spécialisés aussi vite", dit Shelley. "Et vous voyez, une fois que vous avez des herbivores plus grands, il y a des carnivores plus grands, et ils commencent à apparaître assez rapidement."

Il y a beaucoup d'autres mammifères mystérieux qui ont gonflé en taille rapidement aussi. "Des choses comme les taeniodontes - ils sont devenus grands très rapidement, vraiment grands", dit Shelley. Il n'existe pas de squelette complet des taeniodontes, mais le crâne fait à peu près la taille d'une grosse courge musquée, et ils semblent être l'une de ces espèces devenues trapues et adaptées pour creuser. "Il y a de minuscules espaces pour ces petits yeux de fouine, des dents massives à l'avant, qui ressemblent un peu à celles des rongeurs, mais c'est à peu près tout", explique Shelley. "Ils sont vraiment énigmatiques."

Cette ménagerie rapide de la vie mammalienne qui a succédé à la faune de la catastrophe a été trop longtemps négligée, dit Shelley. "On les a qualifiés d'archaïques et de primitifs et on les a généralisés - alors qu'en fait non, ils sont juste différents", dit-elle. "Leurs ancêtres ont survécu à la deuxième plus grande extinction de masse de l'histoire de la vie. Ce n'étaient pas des abrutis généralisés qui traversaient la vie sans rien faire. Ils survivaient, s'épanouissaient et le faisaient très bien."

À bien des égards, ces mammifères ont comblé les vides écologiques laissés par les magnifiques dinosaures hyper-spécialisés, si bien adaptés au Crétacé supérieur, mais si mal équipés pour faire face à un monde frappé par les astéroïdes.

"Il est stupéfiant de penser qu'un groupe comme celui des dinosaures, qui a existé pendant des dizaines de millions d'années, a accompli des choses aussi sublimes que de devenir des géants de la taille d'un avion, des mangeurs de viande de la taille d'un bus et toutes ces choses, et que tout s'est écroulé en un instant lorsque la Terre a changé si rapidement", explique Brusatte. "Ils étaient tout simplement si mal adaptés à cette nouvelle réalité qu'ils n'ont pas pu s'adapter".

L'arbitraire de l'événement est quelque chose qui semble résonner avec l'équipe d'Édimbourg.

"Nous sommes ici principalement par hasard", déclare Bertrand. "L'astéroïde aurait pu manquer la Terre, il aurait pu tomber dans une autre région de la planète, dans l'océan, et cela aurait fait une différence en termes d'espèces sélectionnées. Tout cela, quand j'y pense - c'est fou".

Brusatte est d'accord. "Il aurait pu passer en trombe, il aurait pu simplement ébouriffer les couches supérieures de l'atmosphère, il aurait pu se désintégrer en se rapprochant de la Terre. Il aurait pu faire n'importe quoi, mais par pure chance, il s'est dirigé droit vers la Terre."

Pour les mammifères vivants aujourd'hui, c'est peut-être une bonne chose qu'il l'ait fait.

* Martha Henriques est rédactrice en chef de BBC Future Planet et tweete @Martha_Rosamund.