TRIbologie DENTaire et contrôles alimentaires : une combinaison innovante pour caractériser l’évolution des communautés de mammifères herbivores – TRIDENT

Les développements récent des profilomètres surfaciques, des outils analytiques couplés à un protocole d'alimentation contrôlée sur 180 brebis a permis l'élaboration d'un outil inédit. Il permet de alors de caractériser l'alimentation des mammifères herbivores actuels et fossiles. Ainsi la consommation par une antilope fossile de graminées abrasives peut être quantifiée. Appliquée à une population entière, cette approche fournit alors un indicateur des conditions environnementales passées.

Quand paléontologues, agronomes, et tribologues collaborent. Le projet TRIDENT a généré un jeu de données inédites alliant alimentation précise et textures des usures dentaires sur des brebis; données fournissant alors un modèle pour explorer l'écologie des mammifères actuels ou fossiles.

Le bison d'Europe: une espèce refuge? L’analyse de la micro-usure dentaire du bison d'Europe de Bialowieza, Pologne, révèle que son alimentation dominé par de la végétation ligneuse est contrainte par les politiques de conservation; les bisons tendant plutôt naturellement à exploiter les graminées dans les zones non boisées.

Des antilopes pour comprendre notre Histoire. L’analyse de la micro-usure dentaire des antilopes fossiles de l'Omo en Ethiopie nous permet de quantifier le couvert arboré et son évolution entre 3 et 2 millions d'années. Couplées à d'autres proxy environnementaux, ces données visent à décrire le contexte environnemental dans lequel le genre Homo a émergé en Afrique.

Explorer des espèces cryptiques de mammifères. Aussi surprenant que cela puisse paraître, chaque année les biologistes découvrent de nouvelles espèces, y compris des mammifères de grande taille. L’écologie de ces espèces mais également d’espèces connues qui sont discrètes ou difficiles à étudier reste largement inconnue. Ainsi, les modèles du projet TRIDENT peuvent ainsi être appliqués aux restes dentaires d’espèces (disponibles dans les collections muséographiques) comme le bison d’Europe, l’okapi, ou encore le céphalophe de Walter, nouvelle espèce récemment décrite au Bénin.

Un outil pour explorer notre passé. L’application aux fossiles est évidente pour évaluer le régime alimentaire d’espèces aujourd’hui éteintes. Outre l’application aux antilopes ayant occupé les mêmes habitats que les ancêtres de l’Homme, pour décrire le contexte environnemental de l’évolution humaine, nous allons directement appliquer ces approches et modèles aux primates fossiles dont les homininés.

A mi-parcours (18 mois), le projet TRIDENT a généré 3 publications et 4 communications de congrès. Une étudiante en thèse depuis octobre 2014 ainsi que des étudiants en Master en paléontologie contribuent aussi au développement du projet TRIDENT.

Parmi nos productions scientifiques, l’application sur les bisons d’Europe et les cervidés de la forêt de Bialowieza en Pologne a reçu un écho important dans la communauté des écologues et biologistes de la conservation. Dans cet article, nous attestons que le bison d’Europe a une alimentation très pauvre en graminées et riches en feuillages arborés lorsqu’il occupe le milieu forestier, mais confirmons que dès que les populations ont la possibilité de se disperser hors du massif forestier, les bisons consomment de la végétation plus riche en graminées. De tels résultats ont des implications directes sur les politiques de conservation des bisons en Europe de l’Est.

TRIDENT est un projet interdisciplinaire alliant les compétences de l’agronomie (Ferme du Mourier), la tribologie (Institut Pprime) et la paléontologie (iPHEP). TRIDENT vise à étudier l’écologie des mammifères herbivores via l’analyse de leur alimentation. Le projet développera des modèles de reconstructions alimentaires grâce aux nouveaux essors des analyses 3D des textures de micro-usures dentaires (3D-DMTA) appliquées à un grand jeu de données issu d'ambitieux protocole d’alimentation contrôlée sur des moutons domestiques.

Les tests d’alimentation contrôlée seront menés au Mourier sur 6 mois avec 120 brebis nourries avec différentes quantités connues de graminées, d’herbes non-graminées et de fruits. Les micro-usures obtenues par des prises de moulages dentaires in vivo seront analysées en collaboration avec Pprime sur un Profilomètre de surface 3D sans contact à double technologie, un outil clé pour réaliser des analyses tribologiques de dernier cri. En résultera un grand jeu unique de données doubles combinant alimentation et textures 3D des micro-usures.
Avec ces données, TRIDENT explorera pour la première fois les effets de paramètres sur les textures : composition alimentaire exacte, propriétés physicochimiques des aliments, renouvellements de micro-usures, et mode d’échantillonnage (aléatoire, biaisé) pour simuler la mortalité saisonnière en milieu naturel. En résultera une compréhension sans précédent des facteurs contrôlant la formation des micro-usures. Émergera alors des modèles visant à définir exactement l’alimentation d’espèces actuelles et éteintes.

TRIDENT emploiera cet outil pour étudier la diversité et la variabilité spatio-temporelle des niches écologiques sur 3 cas d’études choisis pour la qualité unique des données et leur adéquation avec la recherche menée à l’iPHEP.
La 1ère application de la 3D-DMTA prenant en compte les modèles visera à décrire le partage des niches entre les ruminants sympatriques de la forêt de Bialowieza (Pologne). Cette étude basée sur une communauté quasi-idéale sera un exemple comparatif parfait pour les analyses des paléocommunautés, et de plus aura des implications sur les politiques de conservation du bison européen, emblème de Bialowieza.
La 2nde application visera à évaluer la variation spatiale de l’alimentation et donc de la plasticité écologique d’un ruminant, une configuration d’étude particulièrement importante dans les reconstitutions paléoécologiques. Le cas étudié sera les petits céphalophes (Philantomba sp.) répartis selon un gradient écologique dans la forêt équatoriale africaine. Ces petites antilopes se nourrissent principalement de fruits, une ressource affectée par la dégradation d’origine anthropique des habitats.
La 3ème application se focalisera sur un cas fossile. Nous considérerons les réduncinés du Plio-Pléistocène de la vallée de l’Omo en Ethiopie. Nous étudierons les effets sur l’alimentation d’un changement environnemental enregistré avec une exceptionnelle précision dans les sédiments datés de 2 Ma. Ces analyses permettront une meilleure compréhension de l’évolution des paléocommunautés africaines d’herbivores.

Enfin, TRIDENT vise à promouvoir la 3D-DMTA à un large public au-delà de la seule recherche fondamentale. @-TRIDENT permettra cela et garantira une plus grande longévité post-projet. @-TRIDENT sera une interface web d’échange à partir de laquelle les outils et logiciels développés incluant des tutoriels, les données du protocole d’alimentation contrôlée ainsi que les applications seront accessibles pour les étudiants et chercheurs de domaines variés (écologie, conservation, tribologie…) travaillant à la fois dans le cadre fondamental ou appliqué, académique ou privé de la recherche.

Pour conclure, TRIDENT a pour ambition d’élaborer, d’appliquer et partager des modèles pour le développement de la 3D DMTA. Rassemblant agronomistes, tribologistes et paléontologues permettra de dépasser les limites rencontrées au cours du projet TRIDENT.