Une plume pennacée (à ailettes) piégée dans l’ambre birman il y a environ 99 millions d’années, pendant l’âge Cénomanien du Crétacé, est le plus long exemple tridimensionnel préservé de ce type jamais décrit.
« Les plumes, les principales structures tégumentaires des dinosaures et des oiseaux non aviaires, sont très diverses en termes de morphologie et de fonction, leur forme limitant fortement les performances fonctionnelles », ont déclaré le professeur Shuo Wang et ses collègues de l’Université normale de Chine orientale.
« L’émergence des plumes pennacées est largement considérée comme une innovation évolutive clé associée à l’origine des rémiges et/ou des rectrices au cours de la transition théropode-oiseau et est donc communément considérée comme un indicateur morphologique de la capacité de vol. »
« Cependant, la façon dont les premières plumes ont donné naissance à des structures modernes de plumes pennacées avec des performances aérodynamiques optimisées reste floue. »
« Les grandes plumes pennacées sont connues principalement des théropodes pennaraptorans, alors que des taxons plus basaux tels que Yutyrannus et Sinosauropteryx ne préservent que des téguments filamenteux sans différenciation des rachis et des aubes, ce qui correspond à l’absence de fonction aérodynamique », ont-ils ajouté.
« La plupart des grandes plumes fossiles sont préservées sous forme de compressions carbonisées, dans lesquelles les détails structurels fins tels que les crochets des barbules et l’ultrastructure kératinique sont rarement conservés. »
« En conséquence, les performances aérodynamiques ont été largement déduites de la morphologie globale des plumes, avec une évaluation directe limitée de la manière dont l’architecture détaillée des plumes influence la fonction aérodynamique. »
Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont analysé un morceau d’ambre du Crétacé du Myanmar contenant une plume pennacée.
Catalogué sous le numéro ECNU A0033, le spécimen a été donné en 2016 par un collectionneur amateur anonyme au Musée de biologie de l’Université normale de Chine orientale.
« La partie préservée de la plume incluse s’étend sur environ 105 mm, la largeur maximale des aubes symétriques atteignant environ 40 mm », ont indiqué les scientifiques.
« Sur la base de ses proportions globales, on estime que le segment proximal manquant représente environ un quart de sa longueur d’origine, ce qui suggère que la plume complète dépassait probablement 140 mm. »
La plume possède deux aubes à peu près symétriques, constituées de branches densément compactées appelées barbes.
Son apparence générale ressemble à celle des plumes modernes liées au vol. Mais un examen plus approfondi a révélé des différences importantes.
Les minuscules structures qui relient normalement les barbes voisines, appelées barbules, manquent de crochets, laissant les aubes sans l’agencement imbriqué qui aide les plumes modernes à maintenir une surface continue.
La tige centrale de la plume, ou rachis, est également restée structurellement incomplète. Plutôt que de former une structure creuse entièrement fermée, elle avait une face inférieure ouverte et ne présentait pas la différenciation des tissus internes caractéristique des plumes modernes.
Des simulations informatiques ont suggéré que cette construction ouverte rendait la plume nettement plus flexible sous le flux d’air qu’un modèle doté d’une tige cylindrique solide.
La combinaison de caractéristiques suggère que les différents composants des plumes pennacées n’ont pas évolué d’un seul coup.
Au lieu de cela, l’allongement des plumes et le développement d’aubes organisées peuvent avoir précédé l’apparition de barbules imbriquées et de tissus entièrement différenciés qui ont amélioré la résistance mécanique et les performances aérodynamiques.
Cette découverte remet en question l’hypothèse selon laquelle une plume élaborée et symétrique indique nécessairement une adaptation au vol.
Le spécimen avait déjà acquis une grande partie de l’architecture externe associée aux rémiges modernes, mais sa construction interne et ses structures de ramification suggèrent que ses capacités aérodynamiques étaient limitées.
« ECNU A0033 fournit des preuves fossiles directes que l’évolution des plumes pennacées s’est déroulée par étapes et de manière modulaire », ont déclaré les auteurs.
« Sa morphologie montre que les principaux composants de la construction des plumes pennacées ne sont pas apparus simultanément : un allongement substantiel et une aube symétrique bien développée étaient déjà établis, tandis que la fermeture des aubes imbriquées, l’organisation corticale-médullaire et le raffinement mécanique complet de la rachie restaient incomplets. »
« Ce motif découplé indique que les plumes pourraient atteindre une apparence générale superficiellement avancée avant l’établissement de la différenciation tissulaire requise pour une fonction aérodynamique efficace. »
Le professeur Wang et ses co-auteurs ont également examiné les mélanosomes du spécimen, les structures pigmentaires préservées dans les plumes fossiles.
« La pigmentation sombre de l’ECNU A0033 est cohérente avec les rapports précédents sur la coloration des plumes chez les théropodes non aviaires et les lève-tôt, ce qui suggère que les teintes sombres ou atténuées étaient répandues parmi les dinosaures à plumes, y compris les lève-tôt », ont-ils déclaré.
Les chercheurs n’ont pas pu identifier l’animal qui portait la plume car elle n’était pas conservée aux côtés des restes squelettiques diagnostiques.
« Le type de plumes de l’ECNU A0033 correspond le mieux aux théropodes pennaraptorans non aviaires », ont-ils déclaré.
