Dinosaures: le premier modèle 3D de sauropode embryonnaire révèle de nouvelles caractéristiques faciales

Dinosaures: le premier modèle 3D de sauropode embryonnaire révèle de nouvelles caractéristiques faciales

Dans les badlands érodés du nord de la Patagonie argentine, les couches sédimentées des dépôts du Crétacé supérieur d'Auca Mahuevo offrent une vue unique sur le plus grand site de nidification d'oeufs de dinosaures sauropodes fossilisés. Le lieu d'éclosion intact des grands herbivores à long cou qui parcouraient cette terre exceptionnellement préservée il y a 80 millions d'années a été découvert en 1997 et, depuis lors, a révélé de nombreux secrets sur les habitudes de reproduction des sauropodes et leur développement anatomique. Ce «sanctuaire» d'œufs de dinosaures dans les marécages latéraux des grands ruisseaux et rivières où les dinosaures déposaient cérémonieusement leurs œufs serait, plus tard, doucement recouvert d'eau, ce qui provoquait les inondations de nappes boueuses enterrer les œufs et les nids. Les fossiles préservés contiennent certains des restes les plus intéressants jamais trouvés, des minuscules os embryonnaires aux plaques de peau fossilisée délicate, et même un crâne et les dents de l'une des créatures.

Sédiment remplissant l'œuf avec le crâne embryonnaire in situ. (Image reproduite avec l'aimable autorisation de Martin Kundrat et de la revue Current Biology)

Vingt-trois ans après cette découverte révolutionnaire, les chercheurs rapportent les premières images 3D de l'embryon préservé d'un sauropode. Une nouvelle étude scientifique publiée dans la revue Current Biology le 27 août 2020 a décrit le premier crâne de sauropode embryonnaire quasi intact analysé à partir d'observations de première main de modèles virtuels 3D à haute résolution. Les nouvelles découvertes, dirigées par Martin Kundrat du Paleo BioImaging Lab de l'Université Pavol Jozef Šafárik, en République slovaque, ajoutent à la compréhension du développement des dinosaures sauropodes, un groupe caractérisé par de longs cous et queues et de petites têtes, et suggèrent que ils peuvent avoir eu des traits du visage spécialisés en tant que nouveau-nés qui ont changé à mesure qu'ils grandissaient à l'âge adulte.

«Le spécimen étudié dans notre article représente le premier crâne embryonnaire préservé en 3D d'un sauropode sauropodomorphe», a déclaré Kundrat, qui est également professeur agrégé en biologie évolutive et du développement à l'Université Pavol Jozef Šafárik. «La caractéristique la plus frappante est l'apparence de la tête, ce qui implique que les nouveau-nés de dinosaures géants peuvent différer dans le lieu et la façon dont ils vivaient dans leurs premiers stades de vie. Mais comme il diffère par l'anatomie faciale et la taille des embryons de sauropodes d'Auca Mahuevo, nous ne pouvons pas exclure qu'il puisse représenter un nouveau dinosaure titanosaurien.

Martin Kundrat à l'installation européenne de rayonnement synchrotron (ESRF) à Grenoble. (Image gracieuseté de Martin Kundrat)

Les scientifiques ont reconnu un crâne bien exposé à l'intérieur d'un œuf fragmenté, conservé en trois dimensions avec la plupart des os pratiquement intacts et articulés. Bien que le crâne soit visiblement exposé sur son côté gauche, la morphologie 3D et la structure interne de tous les os préservés sont devenues accessibles aux chercheurs grâce à des répliques virtuelles réalisées à l'aide d'outils de numérisation et d'imagerie à l'ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) de Grenoble.

Dans l'étude, l'équipe de Kundrat a utilisé une technologie d'imagerie appelée microtomographie synchrotron pour étudier la structure interne des os, des dents et des tissus mous du dinosaure embryonnaire. Les scans ont permis à Kundrat et au co-auteur Daniel Snitting, de l'Université suédoise d'Uppsala, de trouver des détails cachés, y compris de minuscules dents conservées profondément dans de minuscules alvéoles de la mâchoire. Ils ont également découvert de nombreux détails anatomiques jusque-là inconnus dans les os crâniens, y compris des composants de casse-cerveaux embryonnaires qui ont conservé leur forme d'origine et ce qui semble être les restes de muscles temporaux.

Le fragment externe de l'œuf d'origine. (Image reproduite avec l'aimable autorisation de Martin Kundrat et de la revue Current Biology)

Selon les chercheurs, l'embryologie des sauropodomorphes reste l'un des domaines les moins explorés de l'histoire de la vie des dinosaures. Mais ces nouveaux modèles 3D ont permis aux enquêteurs de reconstruire l'apparence la plus plausible du crâne chez les sauropodes titanosauriens avant l'éclosion, avec des détails utiles pour des comparaisons taxonomiques ou développementales entre dinosaures apparentés.

Le crâne embryonnaire conservé à l'intérieur de l'œuf fossile fragmenté a été scanné à l'aide de la ligne de lumière ID 19 de l'ESRF, une ligne de lumière d'imagerie longue (145 m) polyvalente. Les balayages ont été collectés par microtomographie synchrotron à contraste de phase de propagation en utilisant un faisceau rose avec deux énergies différentes. Une fois les données scannées du spécimen complètes, les chercheurs se sont tournés vers Mimics, un logiciel d'ingénierie médicale basé sur l'image 3D de Materialise, l'un des principaux fournisseurs de logiciels de fabrication additive en Belgique, pour la segmentation et le rendu 3D du crâne.

À gauche: reconstruction numérique des os crâniens et reconstruction du crâne en vue antérieure montrant le toit du crâne incomplet. À droite: reconstruction de l'aspect de la tête par Vladimir Rimbala et corne prémaxillaire du crâne embryonnaire. (Image reproduite avec l'aimable autorisation de Martin Kundrat et de la revue Current Biology)

Enfin, les scientifiques ont reconstruit la structure interne et le système vasculaire du prémaxillaire (une paire de petits os crâniens à l'extrémité de la mâchoire supérieure) grâce au fournisseur de logiciels allemand VGStudio Max 2.2 de Volume Graphics, l'une des plates-formes logicielles les plus avancées pour l'industrie Analyse et visualisation des données CT.

Une fois que les chercheurs ont eu les modèles 3D, ils ont pu analyser les détails de l'ossification crânienne prénatale du sauropode. Kundrat et les co-auteurs de l'étude suggèrent «une apparence de tête alternative pour les bébés de ces géants de Patagonie», avec une tête et un visage spécialisés qui se sont transformés au fur et à mesure que les jeunes dinosaures grandissaient et devenaient des adultes. En fait, les résultats visuellement éclairants suggèrent que les bébés sauropodes peuvent avoir éclos de l'œuf à l'aide d'une proéminence épidermique épaissie plutôt que d'utiliser une «dent d'œuf» osseuse. L'équipe a également découvert des preuves que les nouveau-nés titanosauriens ont émergé avec un visage temporaire à une corne, des ouvertures rétractées sur le nez et une vision binoculaire précoce.

A gauche: la région craniofaciale en vue ventrale montrant les alvéoles prémaxillaires et maxillaires et la projection prémaxillaire rostrale formant la base du processus en forme de corne. Au milieu: le crâne en vue antéro-ventrale. Droite: premières dents prémaxillaires mésiales rendues en 3D. (Image reproduite avec l'aimable autorisation de Martin Kundrat et de la revue Current Biology)

«Notre étude a révélé plusieurs nouveaux aspects de la vie embryonnaire des plus grands dinosaures herbivores qui vivaient sur notre planète. Un visage à cornes et une vision binoculaire sont des caractéristiques très différentes de ce à quoi nous nous attendions chez les dinosaures titanosaures », a ajouté Kundrat. «Les œufs de dinosaures sont pour moi comme des capsules temporelles qui apportent un message de l'Antiquité. C'était le cas de notre spécimen qui raconte une histoire sur les géants de Patagonie avant leur éclosion.

Le travail devrait éclairer la compréhension des dinosaures et comment ils vivaient. Cette reconstruction nouvellement dévoilée a permis aux experts de recréer des aspects anatomiques basés sur des caractéristiques crâniennes intactes jamais vues auparavant, révélant des caractères biologiques et géochimiques qui distinguent le nouveau spécimen des embryons de titanosauriens d'Auca Mahuevo précédemment décrits.

Rendu 3D du prémaxillaire opaque et semi-transparent en vues médiale et latérale. (Image reproduite avec l'aimable autorisation de Martin Kundrat et de la revue Current Biology)

Bien que le fragment d'œuf ait été à l'origine exporté illégalement d'Argentine et porté à l'attention des chercheurs seulement plus tard, lorsque le co-auteur de l'étude, Terry Manning, un technicien paléo en Arizona, a réalisé la préservation unique et l'importance scientifique du spécimen, il est maintenant hébergé dans le Museo «Carmen Funes» municipale sur la Plaza Huincul, à quelques kilomètres du site fossile d'Auca Mahuevo en Argentine, sous la direction du paléontologue Rodolfo Coria, qui est également co-auteur de l'étude.

Pendant des décennies, la découverte extraordinaire du terrain de nidification des dinosaures sauropodes du Crétacé supérieur a fasciné les chercheurs du monde entier. Les dizaines d'œufs intacts ont ouvert une fenêtre pour comprendre la vie des sauropodes géants, et en particulier leurs habitudes de reproduction et leur début de vie. Désormais, la technologie d'imagerie et de numérisation 3D peut aider à découvrir de nouveaux traits et l'anatomie de ces dinosaures, avec des détails jamais vus auparavant.

Une perspective agrandie du crâne embryonnaire de Titanosaurian avec une reconstruction du crâne. (Image reproduite avec l'aimable autorisation de Martin Kundrat et de la revue Current Biology)

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