Des algues au menu des dinosaures côtiers ?

Depuis une vingtaine d'années, les chercheurs qui étudient la chimie des fossiles butent sur une anomalie : l'émail des dents de nombreux dinosaures contient plus de carbone « lourd » que ne le permettrait un régime fait de plantes terrestres. Une équipe américaine, dont fait partie Lindsay Zanno, propose dans Frontiers in Ecology and Evolution une explication venue du large : sur les côtes du Crétacé, la mer aurait enrichi la chaîne alimentaire. Parmi les animaux analysés figure le Deinonychus.

Une énigme chimique dans l'émail

Le carbone existe sous deux formes stables, le carbone 12 et le carbone 13, plus lourd. Leur proportion dans les tissus reflète l'alimentation, et l'émail des dents la conserve pendant des millions d'années. On la compare à la valeur attendue pour un herbivore nourri de plantes terrestres, corrigée du décalage entre la nourriture et la dent.

Problème : chez beaucoup de dinosaures, l'émail est trop riche en carbone 13. Pour combler l'écart, plusieurs études ont proposé que la physiologie des dinosaures produise un décalage plus grand que chez les mammifères : environ 16 ‰ pour les sauropodes, 18 ‰ pour les hadrosaures, contre 12 à 14 ‰ chez les mammifères herbivores actuels. Mais des travaux récents ont montré que l'anomalie touche aussi les crocodiliens, les tortues et les poissons des mêmes gisements : une particularité propre aux dinosaures ne peut donc pas tout expliquer.

Côte contre intérieur des terres

Clayton Forster, de l'université de l'Arkansas, et ses collègues ont testé une autre piste. Les algues marines et les plantes marines ont une photosynthèse un peu différente de celle des plantes terrestres ordinaires, et leur carbone est plus riche en carbone 13. Un animal qui en mange, ou qui mange des animaux qui en ont mangé, doit donc porter cette signature. Les écologues connaissent bien ce phénomène actuel : sur les rivages, la mer « subventionne » la terre par les algues et les carcasses échouées.

Pour le vérifier, l'équipe a choisi six formations nord-américaines d'âge comparable, à une période où l'atmosphère était relativement stable. Cinq se sont déposées au bord d'une mer : sur les rives de la Voie maritime intérieure de l'Ouest, ce bras de mer qui coupait alors l'Amérique du Nord, ou du golfe du Mexique. La sixième, la formation de Cloverly, au Wyoming et au Montana, correspond à des terres éloignées de la mer. C'est celle qui a livré les célèbres fossiles de Deinonychus et de Tenontosaurus.

Le résultat est net. En moyenne, les fossiles des cinq gisements côtiers sont plus riches en carbone 13 que ceux de Cloverly ; pour ces comparaisons statistiques, l'équipe a regroupé l'émail, la dentine et l'os, et l'écart est très significatif pour chacun des cinq gisements. Dans certains cas, l'émail des animaux côtiers dépasse de plus de 5,5 ‰ la valeur attendue. Chez les dinosaures herbivores, la moyenne de l'émail passe d'environ −10,3 ‰ à Cloverly à −8,3 ‰ dans la formation d'Antlers (Oklahoma et Texas) et à −3,6 ‰ dans celle de Woodbine (Texas).

La mer dans la chaîne alimentaire

Pour les auteurs, la cause la plus simple de cet écart est un apport de matière marine. Au Crétacé, des tempêtes plus fortes qu'aujourd'hui et des océans très productifs devaient rejeter beaucoup de matière marine sur les côtes. On a même retrouvé des ammonites piégées dans de l'ambre, preuve que la mer atteignait les arbres du rivage.

Les herbivores ont pu brouter des algues échouées, comme certains cerfs ou moutons côtiers aujourd'hui, ou avaler des invertébrés nourris de débris marins ; les carnivores, manger des proies elles-mêmes enrichies. On sait d'ailleurs que le menu des « végétariens » du Crétacé n'était pas toujours strictement végétal : en 2017, des fragments de crustacés ont été identifiés dans des excréments fossiles de grands dinosaures herbivores de l'Utah.

Le Tenontosaurus sert justement de témoin. S'il vivait sur la même côte que les autres sans porter la signature marine, cela soutient l'idée que celle-ci tient à ce que chacun mangeait plutôt qu'à un effet du milieu, qui aurait touché tout le monde. C'est l'argument des auteurs contre une cause purement environnementale, mais il repose sur deux échantillons seulement.

La conséquence la plus importante est d'ordre méthodologique. Si l'on retire l'effet de la mer, les herbivores de Cloverly donnent un décalage de 13 à 14 ‰ entre leur nourriture et leur émail, soit la même valeur que chez les mammifères et les oiseaux actuels. Les décalages de 16 et 18 ‰ attribués à une physiologie propre aux dinosaures seraient alors un artefact, dû à des dents prélevées dans des milieux côtiers. Les reconstitutions de l'alimentation de ces animaux par les isotopes devront, selon l'étude, en tenir compte.

Les limites de l'étude

Les fossiles s'altèrent chimiquement pendant leur enfouissement. Les auteurs l'ont contrôlé par deux méthodes. Les comparaisons statistiques entre gisements portent sur tous les tissus (émail, dentine et os), mais pour interpréter l'alimentation, ils ne retiennent ensuite que l'émail, le mieux conservé. Le gisement canadien de Dunvegan, qui n'a livré que des os, n'entre donc que dans les premières.

Les effectifs sont parfois faibles. L'étude ne compte que deux échantillons de Tenontosaurus dans la formation d'Antlers et quatre de Deinonychus à Cloverly, et les auteurs reconnaissent eux-mêmes que le cas du Tenontosaurus demande davantage d'échantillons. Les gisements diffèrent en outre par leur latitude, leur âge exact et leur conservation. Enfin, toutes les explications concurrentes ne sont pas écartées. Les auteurs jugent l'atmosphère et les micro-milieux insuffisants, mais ils laissent ouverte la piste des plantes d'eau douce, dont le carbone peut lui aussi être riche en carbone 13 : pour les hadrosaures, ils évoquent un apport marin « et/ou » une préférence pour ces plantes. L'étude montre surtout qu'un apport marin suffit à expliquer l'écart là où la mer était proche, et que cet écart est nettement plus faible loin des côtes, même si une écaille de lépisosté (un poisson) trouvée à Cloverly porte elle aussi la trace d'un apport marin.

C'est donc une hypothèse solide plutôt qu'une démonstration, avec un atout : un seul mécanisme, bien connu dans la nature actuelle, explique une anomalie qui touche des animaux très différents.

On imagine volontiers les dinosaures dans des forêts de fougères et de conifères. Cette étude rappelle que certains vivaient au bord de la mer, et que pour ces faunes côtières, la mer, par ses tempêtes, ses algues et ses carcasses échouées, faisait sans doute partie du garde-manger.