Il y a entre 280 et 200 millions d'années vivait un groupe d'animaux à l'origine des mammifères, humains inclus : les thérapsides. Ils ont été décrits pour la première fois il y a plus de 150 ans à partir de fossiles découverts en Afrique du Sud, et de nombreux autres spécimens ont été mis au jour depuis lors.

James Kitching, l'un des chasseurs de fossiles sud-africains les plus talentueux du XXe siècle, a mis au jour plusieurs milliers de crânes et squelettes de thérapsides dans les roches du Karoo (une région semi-aride de l'intérieur du pays), ainsi que des oeufs de dinosaures fossilisés. Néanmoins, ni lui ni aucun paléontologue après lui n'ont jamais trouvé d'oeufs de thérapsides.

Ils devaient pourtant exister, car certains mammifères (l'ornithorynque et les échidnés) pondent bien des oeufs. Mais Kitching a commencé à douter que les thérapsides en aient jamais pondu : peut-être, supposait-il, étaient-ils déjà vivipares (donnant naissance à des petits vivants), comme la plupart de leurs descendants mammifères.

Suivez-nous sur WhatsApp | LinkedIn pour les derniers titres

Mes collègues et moi même, qui étudions les animaux disparus et les environnements dans lesquels ils vivaient il y a des millions d'années, venons de publier un nouvel article dans lequel nous décrivons, pour la première fois, l'oeuf fossile contenant un embryon d'un ancêtre des mammifères vieux de 250 millions d'années. Il prouve enfin que les thérapsides étaient bel et bien ovipares. Cette découverte apporte un éclairage nouveau sur les stratégies de reproduction et de survie des thérapsides.

Un mystère vieux de 20 ans

L'oeuf fossile et l'embryon que nous avons décrits ont été découverts près d'Oviston, dans la province du Cap-Oriental, en Afrique du Sud, par John Nyaphuli, un paléontologue de Bloemfontein, en 2008. Il est conservé dans les collections du Musée national de Bloemfontein. Nous savions qu'il appartenait à une espèce qui a vécu il y a entre 252 et 250 millions d'années, appelée Lystrosaurus, dont les adultes étaient de la taille d'un cochon, avaient la peau nue, un bec semblable à celui d'une tortue et deux défenses saillantes pointant vers le bas. Mais à sa decouverte, personne ne savait si il s'agissait réellement d'un oeuf.

La raison pour laquelle il a fallu 20 ans pour prouver qu'il en était bien un est que la coquille n'est pas préservée. Seul un embryon recroquevillé est visible. S'il y avait une coquille, elle devait probablement être molle (faite de protéines) car seuls les dinosaures les plus évolués et les oiseaux pondent des oeufs à coquille dure. De plus, les squelettes complets recroquevillé ne sont pas rares dans le Karoo, y compris chez des specimens adultes. Alors, comment prouver que ce jeune spécimen a été fossilisé à l'intérieur d'un oeuf ?

La réponse à cette question est venue d'une étude basée sur la technologie de pointe de l'Installation européenne de rayonnement synchrotron à Grenoble, en France. Là-bas, nous avons utilisé une puissante source de rayons X pour obtenir des images de l'intérieur des os de l'embryon. Grâce à ce traitement, le fossile a révélé tous ses secrets, notamment son stade de développement embryonnaire.

Nous avons découvert que les mâchoires inférieures de son bec n'étaient pas complètement soudées. Cette caractéristique développementale n'est observée que chez les embryons de tortues et d'oiseaux modernes, longtemps avant l'éclosion (leur permettant, à la naissance, d'avoir un bec soit suffisamment robuste pour se nourrir). Cela signifie que notre embryon de Lystrosaurus recroquevillé était mort in ovo (dans l'oeuf), blotti dans sa coquille molle et aujourd'hui disparue. C'était la preuve que les paléontologues attendaient !

Grâce à l'examen synchrotron de sa mâchoire inférieure, nous avons enfin pu démontrer que cet embryon était bien celui d'un bébé Lystrosaurus dans son oeuf non éclos.

Un célèbre survivant

Le Lystrosaurus est un thérapside herbivore (mangeur de plantes) célèbre pour avoir survécu à la « crise Permien-Trias», une crise biologique survenue il y a 252 millions d'années durant laquelle 90 % de tous les êtres vivants sur Terre ont péri. La vie a failli disparaître, ce qui en fait le deuxième événement le plus important de l'histoire de la vie sur Terre après l'origine de la vie elle-même.

La manière dont le Lystrosaurus a survécu à cet événement reste un mystère intrigant, mais l'oeuf fournit quelques indices. Il montre d'abord que l'animal pondait des oeufs relativement volumineux. Les oeufs de grande taille sont produits par des espèces dont l'embryon se nourrit de vitellus (le jaune) à l'intérieur de l'oeuf, alors que celles pondant de petits oeufs, comme les monotrèmes (l'ornithorynque et l'échidné), nourrissent leurs petits après la naissance avec du lait. La grande taille de son oeuf implique que le Lystrosaurus n'allaitait donc pas ses petits.

En ce qui concerne sa stratégie de survie, cela indique deux choses supplémentaires. Premièrement, cela signifie que l'oeuf était moins sujet à la dessiccation (assèchement). Plus l'oeuf est gros, plus sa surface est petite (toutes proportions gardées), de sorte que les oeufs de Lystrosaurus perdaient moins d'eau à travers leur coquille molle que ceux d'autres espèces de la même époque. Compte tenu de l'environnement sec qui régnait pendant et immédiatement après l'extinction, cela constituait un avantage majeur, d'autant plus que les oeufs à coquille dure n'évolueront pas avant au moins 50 millions d'années.

Deuxièmement, un gros oeuf implique que le Lystrosaurus était probablement précoce, ce qui signifie que les bébés naissaient à un stade avancé de leur développement. Les nouveau-nés de Lystrosaurus étaient assez grands pour se nourrir seuls, fuir les prédateurs et atteignaient la maturité plus rapidement, ce qui leur permettait de se reproduire tôt.

Une croissance rapide, une reproduction précoce et une grande prolifération étaient les secrets de la survie du Lystrosaurus.

L'identification de cet oeuf fossile nous aide ainsi à mieux comprendre l'origine de la biologie reproductive et de la lactation chez les mammifères, ainsi que la stratégie de survie du Lystrosaurus face à la crise biologique la plus dévastatrice que notre planète ait connue. Elle nous aide aussi à mieux saisir comment les espèces modernes pourraient faire face à la sixième extinction de masse des espèces qui se déroule actuellement.

Julien Benoit, Associate professor in Vertebrate Palaeontology, University of the Witwatersrand

Jennifer Botha, Professor, University of the Witwatersrand

Vincent Fernandez, Research associate, Evolutionary Studies Institute, University of the Witwatersrand