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Utiliser Artec Space Spider pour découvrir la véritable trajectoire évolutive du thylacine éteint

Défi : Lorsque deux chercheurs ont entrepris un ambitieux projet consacré au thylacine aujourd’hui éteint, afin d’effectuer leurs analyses avec précision, ils avaient besoin d’un moyen simple et non destructif de numériser en 3D submillimétrique les crânes de centaines d’animaux issus de dizaines d’espèces différentes.

Solution : Artec Space Spider, Artec Studio, Geomagic Studio

Résultats : En utilisant le léger Artec Space Spider, les chercheurs ont visité des collections de musée aux quatre coins du monde et, avec très peu de contact et aucun risque d’endommagement, ont scanné un total de 223 crânes de 57 espèces faunivores en une poignée de minutes par spécimen. Les chercheurs ont ainsi pu mener leur étude innovante, qui illustre nettement l’évolution unique du thylacine.

Thylacines mâle et femelle au Zoo national, Washington, D.C., par E.J.K. Baker, c. 1904. Image relevant du domaine public. Colorisée par D.S. Rovinsky.

Bien qu’il soit surnommé le « loup » de Tasmanie en raison de ses similarités physiques frappantes avec le loup, le thylacine n’en était pas du tout un. Pourtant, les ressemblances sont si fortes que presque tout le monde, aussi bien les scientifiques que le public, supposait naturellement qu’il avait évolué le long d’une trajectoire très proche de celle du loup.

Toutefois, une équipe de biologistes de l’évolution pensait différemment, et elle a parcouru le globe dans sa quête visant à révéler la vérité évolutive sur cette créature mystérieuse.

Dotés de leur scanner Artec 3D, le Dr Douglass Rovinsky et le Dr Justin W. Adams, chercheurs à l’Université Monash, ont visité des musées et des collections universitaires à travers le monde, numérisant les centaines de spécimens de différentes espèces nécessaires pour l’étude la plus exhaustive du genre jamais menée – une étude qui vérifierait si le thylacine avait réellement évolué en convergence avec le loup.

Évolution convergente

En biologie, l’évolution convergente désigne simplement le processus lors duquel des organismes sans ancêtre récent en commun développent indépendamment des traits similaires après avoir dû s’adapter à des environnements ou à des conditions écologiques similaires.

Autrement dit, si deux espèces différentes sont convergentes, elles peuvent sembler génétiquement apparentées, alors qu’en réalité elles ne le sont pas.

Exemples d’espèces convergentes :

Tortues et escargots : tous deux ont développé des carapaces robustes pour se protéger des prédateurs. Or, si les tortues sont des reptiles (à l’instar des lézards et des serpents), les escargots, eux, sont des mollusques (comme les tarets, les palourdes, et les pieuvres).

Calamars et cacatoès : si l’un nage alors que l’autre vole, ils ont tous les deux développé des becs durs pour déchirer leur proie – qu’il s’agisse d’un calamar se repaissant d’un crabe, ou d’un cacatoès mâchant une cacahuète ou un insecte lent.

Dans le cas du thylacine, pendant plus d’un siècle, la plupart des chercheurs ont simplement supposé par commodité que sa forme générale de « canidé » signifiait qu’il était écologiquement similaire au loup – en particulier parce qu’il ne ressemblait pas aux autres groupes de marsupiaux en train d’être découverts et décrits.

De nombreuses études sont parties de ce postulat, sans que la grande majorité des universitaires ne remettent jamais en question l’interprétation selon laquelle les thylacines étaient, au fond, de simples loups dotés de poches.

De la masse corporelle à la convergence

Face à cette hypothèse largement répandue au sujet d’une créature remarquable éteinte depuis près d’un siècle, Douglass Rovinsky et Justin W. Adams ont entrepris de développer méthodiquement une compréhension précise et bien plus complète du thylacine et de son mode de vie aujourd’hui disparu.

« Malheureusement, à l’époque où le thylacine était encore parmi nous, personne n’a jamais enregistré des données élémentaires d’histoire naturelle sur cet animal, y compris des informations sur sa masse corporelle, son régime alimentaire, ses stratégies de prédation, ses habitudes locomotrices, et ses préférences en matière d’habitat, explique Justin W. Adams. Sans ces détails, il est impossible de commencer à comprendre quel genre de créature le thylacine était réellement. »

Le chercheur Douglass S. Rovinsky en train de scanner un crâne de thylacine avec Space Spider et le logiciel Artec Studio.

Se basant sur leur précédente étude ayant établi que la masse corporelle moyenne du thylacine était sensiblement différente à celle supposée ou utilisée dans diverses recherches, Rovinsky et Adams ont, dans leurs derniers travaux en date, étudié et analysé en profondeur les similarités entre le thylacine et d’autres espèces sous trois aspects distincts : la forme du crâne, le régime alimentaire, et la taille relative des proies.

Prenant chaque élément en compte, la présente étude démontre clairement qu’il n’y a aucune raison de considérer la forme du crâne du thylacine comme convergente avec celle des loups et que, par conséquent, le thylacine n’aurait pas pu manifester un comportement ou une écologie alimentaire similaire.

Au lieu de quoi Rovinsky et Adams ont déterminé que le thylacine présentait une convergence avec une grande variété de canidés, y compris les chacals africains (Lupulella adusta, Lupulella mesomelas) et certains renards sud-américains, notamment le renard d'Aszara (Lycalopex gymnocercus) et le loup à crinière (Chrysocyon brachyurus).

Le scan 3D pour l’acquisition de données crâniennes

Superpositions de crânes : La forme moyenne du crâne du loup gris (bleu), du thylacine (rose), et du groupe de canidés significativement convergent (vert), superposée dans le logiciel Artec Studio de façon à rendre visibles les différences dans la forme. La forme du groupe convergent est la forme moyenne du crâne de quatre espèces différentes de canidés : le loup à crinière, les chacals à chabraque et à flancs rayés, et le renard d'Aszara.

Afin de mesurer et étudier avec précision les formes crâniennes de cette espèce rare récemment éteinte, dont la plupart des spécimens sont conservés dans des collections à l’accès limité et contrôlé, une méthode non destructive d’acquisition submillimétrique des données était nécessaire.

« Lorsqu’on nous donne l’accès à un certain spécimen dans un musée, la dernière chose que le conservateur veut, c’est de se soucier d’éraflures ou d’autres dégâts dus à des pieds à coulisse ou à des instruments de mesure manuelle, sans parler d’une manipulation excessive pour le repositionnement, commente Rovinsky. Et il serait inconcevable de placer des marqueurs ou des cibles sur ces spécimens. »

Artec Space Spider

Voilà pourquoi leur choix de scanner 3D pour ce projet était d’autant plus crucial. Se fiant à leur Artec Space Spider, un scanner 3D couleur portable et léger qui acquiert jusqu’à un million de points de données par seconde, avec une précision de 0,05 mm (soit le diamètre d’un poil humain), Rovinsky et Adams ont numérisé les crânes des spécimens en quelques minutes à peine.

« Le thylacine, à l’instar de n’importe quelle autre espèce éteinte, et toute créature vivante ne sont pas des entités à deux dimensions (2D) », déclare Adams, comparant l’utilisation de Space Spider et le recours traditionnel à des pieds à coulisse et à des règles en paléontologie.

Et de poursuivre : « Ainsi, si nous tentons de décrire la forme d’un organisme à l’aide de mesures 2D, nous ne serons jamais à même de capturer les façons subtiles dont la forme biologique varie et s’adapte à certaines fonctions. C’est la raison pour laquelle notre scanner Space Spider était de la plus grande importante pour cette étude. »

Au total, les crânes de 223 animaux issus de 57 espèces faunivores ont été scannés, y compris des thylacines, hyènes, civettes, mangoustes, dasyures, fossas, chiens, ratons laveurs, et autres.

Arbre phylogénétique : Les crânes représentatifs des 57 espèces utilisées dans l’étude, rangés par phylogénie (parenté évolutive) et coloriés par famille (par ex. : les félins en vert, les canidés en bleu clair, etc.)

Cette grande variété d’espèces a été incluse dans le processus afin de garantir que l’ensemble de données et l’analyse complète seraient bien équilibrés.

D’un point de vue évolutif, il était impératif d’inclure des marsupiaux carnivores autres que le thylacine, tels les dasyryus, ainsi qu’une sélection d’autres petits carnivores, en particulier les belettes, les civettes et les mangoustes.

Les scans ont ensuite été transformés en modèles 3D dans le logiciel Artec Studio et exportés dans d’autres logiciels, notamment Geomagic Studio, pour des analyses quantitatives de la forme 3D des crânes des espèces sélectionnées.

Du scan aux analyses des jeux de données

Capture d’écran du logiciel Geomagic Studio montrant la réorientation du maillage et l’alignement avant l’analyse de morphométrie géométrique 3D.

Après le scan, les analyses de morphométrie (forme) géométrique 3D ultérieures ont nécessité de placer numériquement 381 repères anatomiques sur la surface de chaque crâne en 3D. 

Ces repères ont servi à identifier et à capturer précisément les caractéristiques de la forme distincte du crâne et, combinés à des analyses quantitatives, ont permis aux chercheurs de résoudre de nombreuses questions liées à sa forme.

Modèle de repères créés sur le crâne de forme approximativement moyenne du dhole (Cuon alpinus), vu de côté (a), d’en haut (b), et du bas (c). Les demi-repères de courbe et de surface permettent la collecte de données sur des zones autrement « sans caractéristiques » du crâne.

Conclusions et nouvelles révélations

Les résultats des analyses et des tests de convergence complètent de précédentes questions sur l’écologie alimentaire des thylacines posées par des chercheurs qui avaient auparavant examiné la force de morsure de l’espèce.

Le thylacine n’était tout simplement pas capable de s’attaquer à des animaux plus gros que lui. Pour ce faire, un animal a besoin d’une mâchoire robuste, ce dont le thylacine était dépourvu.

La force de morsure respectable nécessaire pour déchirer un grand mammifère, comme les loups sont connus pour le faire, n’aurait tout bonnement pas été possible compte tenu de la structure crânienne plus délicate du thylacine.

Par ailleurs, les données apportent un soutien considérable à une telle convergence entre le thylacine et les chacals africains ainsi que les renards sud-américains, et étayent moins une convergence avec les coyotes et les renards roux.

Toutefois, comme le soulignent Rovinsky et Adams dans leur étude, le thylacine pourrait présenter une convergence avec les canidés adaptés à la consommation de petites proies – mais ils n’y sont pas identiques pour autant.

Les résultats de cette recherche, associés à ceux d’études antérieures sur l’anatomie de l’espèce, continuent de mettre en exergue le fait que le thylacine était un animal véritablement unique dans sa propre catégorie unique.

Représentation artistique du thylacine par Damir Martin

Le thylacine était une créature dont l’histoire distincte remontait à l’époque de l’Oligocène, il y a plus de 23 millions d’années, et n’était ni un « loup marsupial », ni un « tigre marsupial », ni encore un « chacal marsupial ».

Pour reprendre les mots de Rovinsky, « après avoir intentionnellement effacé cette créature de la planète, le moins que l’on puisse faire c’est de lui témoigner le respect qu’elle mérite enfin ».

Aller de l’avant en explorant le passé

Une étude complémentaire est déjà prévue. Celle-ci se concentrera sur l’examen de la mâchoire inférieure (mandibule) du thylacine, afin de montrer un lien encore plus étroit avec le comportement alimentaire.

Des études supplémentaires incluent des projets visant à examiner les coudes et pattes du thylacine, afin de voir à quel point nous pouvons commencer à comprendre les mouvements et méthodes de capture de l’animal.

« Il reste encore de nombres pièces à placer pour compléter le puzzle qu’est le thylacine, ajoute Rovinsky. J’espère que de futurs chercheurs exploreront d’autres aspects de convergence relatifs aux caractéristiques physiques du thylacine, car cela nous aidera à affiner davantage notre compréhension de cet animal disparu. »

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