Beaucoup de gens supposent que les chevaux sont arrivés pour la première fois en Amérique quand les explorateurs espagnols les ont amenés ici il y a environ 500 ans. En fait, des recherches récentes ont confirmé une origine européenne des chevaux associés aux humains du sud-ouest américain et des grandes plaines.
Mais ce n’étaient pas les premiers chevaux en Amérique du Nord. La famille des équidés, qui comprend des variétés domestiquées de chevaux et d’ânes de même que des zèbres et leurs proches, est en réalité originaire des Amériques. Les archives fossiles révèlent l’origine des chevaux ici il y a plus de 50 millions d’années, de même que leur extinction dans toutes les Amériques au cours de la dernière période glaciaire, il y a environ 10 000 ans.
Phylogénie, répartition géographique, régime alimentaire et taille corporelle de la famille des équidés au cours des 55 derniers millions d’années. Extrait de « Chevaux fossiles – preuves de l’évolution ». Science. MacFadden, 2005. Réimprimé avec la permission de l’AAAS.
Nous sommes des paléontologues qui concentrons nos recherches sur différents types de fossiles, notamment des chevaux anciens. Nos travaux les plus récents ont utilisé des statistiques informatiques pour analyser les lacunes dans les archives fossiles afin d’en déduire davantage sur les espèces de chevaux qui vivaient réellement et ne vivaient pas dans un habitat ancien en Floride.
Les chevaux ont évolué à mesure que les écosystèmes changeaient
Les gens collectionnent des chevaux fossiles partout en Amérique du Nord depuis des siècles. Car les fossiles de chevaux sont abondants et répandus sur tout le continent, les scientifiques soulignent souvent la longue durée de vie de la famille des chevaux comme preuve d’un changement évolutif de manière durable.
Les paléontologues comme nous, qui étudient les mammifères disparus, ne trouvent quasiment jamais de squelettes complets. Au lieu de cela, nous nous concentrons sur les dents fossiles durables, qui nous aident à comprendre les régimes alimentaires anciens, et sur les membres fossiles, qui aident à clarifier la façon dont ces animaux se déplaçaient.
Les chevaux mangent des machines. Aujourd’hui, dans la nature, ils se nourrissent principalement d’herbes qui ne fournissent pas beaucoup de nutrition et doivent donc en consommer de grandes quantités pour survivre. Les grandes dents des chevaux modernes et de leurs ancêtres sont principalement adaptées au pâturage des herbes graveleuses. Ils ont remplacé les dents plus petites des chevaux plus primitifs adaptés au broutage de la végétation feuillue et molle.
Nous savons ce que les chevaux mangeaient il y a des millions d’années en étudiant les rayures microscopiques distinctives, les piqûres et autres motifs d’usure sur leurs dents, créés quand les chevaux anciens mâchaient des aliments végétaux. Et les analyses du carbone conservé dans les dents fossiles montrent que les espèces de chevaux coexistantes mangeaient des plantes différentes ; certains broutaient les feuilles des buissons et des arbres, certains broutaient les herbes et d’autres encore se nourrissaient de manière mixte.
Le changement de forme des dents suit le changement des types de végétation dominants en Amérique du Nord, des forêts tropicales qui ont par la suite cédé la place à la grande expansion des prairies ouvertes. À mesure que le climat et la flore ont changé au fil des millions d’années, les chevaux sont passés du statut de brouteurs principalement forestiers à celui de brouteurs en grande partie en rase campagne. Leurs dents et leurs habitudes alimentaires se sont adaptées à l’environnement.
Une autre adaptation est visible sur les pieds des chevaux. Les chevaux modernes ont un orteil saboté à chaque pied. De nombreux chevaux fossiles disparus – les ancêtres des chevaux d’aujourd’hui – avaient trois orteils par pied. Le seul orteil de chaque pied allongé est idéal pour une course rapide et soutenue afin d’échapper aux prédateurs et pour les migrations saisonnières sur de longues distances. Les pieds à trois doigts, plus anciens, assuraient la stabilité sur un sol instable ou humide. L’adaptation de trois orteils à un était certainement une réponse à l’évolution des habitats.
Mais même si l’environnement changeait, une espèce distincte n’en remplaçait pas complètement une autre du jour au lendemain. Les archives fossiles d’Amérique du Nord documentent des périodes il y a des millions d’années où plusieurs espèces de chevaux coexistaient dans les paysages anciens. Les espèces étaient de tailles différentes et avaient des dents équipées pour grignoter différentes plantes, elles n’étaient donc pas en compétition directe pour les mêmes aliments. Différents habitats au sein de ces écosystèmes anciens abritaient certainement certaines espèces plus adaptées aux forêts et d’autres plus adaptées aux prairies.
Comprendre les archives fossiles de Floride
Les paléontologues collectent des fossiles de chevaux en Floride depuis plus de 125 ans. Le Musée d’histoire naturelle de Floride de l’Université de Floride, où nous travaillons, possède plus de 70 000 spécimens fossiles de chevaux provenant de plus d’un millier d’endroits à travers l’État.
L’un de nos sites fossilifères les plus prolifiques, Montbrook, donne un aperçu d’un ancien lit de ruisseau vieux de 5,8 millions d’années. Il a préservé plus de 30 mammifères disparus, dont des rhinocéros, des éléphants et des carnivores, de même que des centaines d’os et de dents de chevaux fossiles.
Alors que six espèces de chevaux soient connues ailleurs en Floride, nous n’en avons trouvé jusqu’à présent que quatre à Montbrook. Ce plus petit nombre d’espèces de chevaux nous a laissé perplexes, nous avons donc décidé d’enquêter. Les deux espèces de chevaux « disparues » ne vivaient-elles vraiment pas à Montbrook, ou les scientifiques n’ont-ils tout simplement pas encore découvert leurs restes fossiles ?
Chacune des six espèces de chevaux fossiles (AF) trouvées en Floride possède des dents différentes. Barre d’échelle = 1 centimètre. Killingsworth & MacFadden, Paléobiologie, 2024, CC BY-NC-SA
Nous avons conçu un modèle théorique qui compare Montbrook, avec seulement quatre espèces de chevaux, à d’autres sites fossilifères de Floride qui contiennent les six. En utilisant une technique statistique que les scientifiques appellent « bootstrapping », notre ordinateur a essentiellement simulé la collecte continue de fossiles au fil du temps. Nous avons généré 1 000 événements théoriques de collecte de fossiles sur la base du décompte des espèces fossiles des sites où les six sont présents, afin de prédire la probabilité de collecter les espèces actuellement manquantes à Montbrook.
Les résultats de notre simulation montrent que les deux espèces de chevaux manquantes à Montbrook étaient absentes pour différentes raisons. L’un des chevaux est susceptible d’être réellement absent ; l’autre pourrait encore être découvert grâce à des fouilles plus approfondies.
Des fouilles sont en cours sur le site fossilifère de Montbrook en Floride. Musée de Floride/Jeff Gage
Sonder les « lacunes » dans les archives fossiles
Savoir qu’une espèce est absente est tout aussi important que savoir quand elle est présente sur un site fossile. Les absences peuvent être des indicateurs de facteurs écologiques et biologiques sous-jacents modifiant la dynamique des populations. Couplé à d’autres types d’analyses, les chercheurs peuvent appliquer ce type de modélisation prédictive à de nombreuses espèces fossiles et paysages anciens.
Depuis que Charles Darwin a proposé sa théorie de l’évolution, les scientifiques savent que les archives fossiles sont incomplètes, ce qui entraîne des lacunes dans notre connaissance du passé ancien et des changements évolutifs. Les paléontologues ont du mal à expliquer ces lacunes, notamment en ce qui concerne les espèces présentes ou non sur des sites fossilifères particuliers.
Les lacunes peuvent résulter de certains matériaux, tels que les dents et les coquilles, qui sont souvent plus durables que les os poreux et se fossilisent mieux que d’autres. De même, les différentes conditions chimiques au cours de la fossilisation, et même le temps passé à collecter des fossiles sur un site particulier, peuvent contribuer au manque de connaissances.
Heureusement, les dents fossiles des chevaux se conservent assez bien et sont couramment trouvées. À mesure que de nouvelles découvertes seront faites, comme celles de nos fouilles en cours en Floride, elles contribueront à clarifier et à combler les lacunes dans les archives fossiles.
Bruce J. MacFadden reçoit un financement de la National Science Foundation des États-Unis.
Stephanie Killingsworth ne travaille, ne consulte, ne détient d’actions ni ne reçoit de financement d’une entreprise ou d’une organisation qui bénéficierait de ce post, et n’a divulgué aucune affiliation pertinente au-delà de sa nomination universitaire.