1- Les changements dans la biodiversité d’un groupe (exemple: les ammonites).
Au cours du temps, des organismes vivants sont apparus, d’autres se sont éteints: l’histoire de la vie a été marquée par le renouvellement des espèces au seins des groupes. Chaque groupe à sa propre histoire. Exemple avec le groupe des ammonites.
Le tableau ci-dessous indique le nombre de genre d’ammonites au cours du temps. En traçant la courbe correspondante, on obtient le graphique suivant:
De l’analyse de la courbe, on remarque que :
- le groupe a connu 2 crises dans son histoire (-250 Ma et -65 Ma, ce qui marque sa disparition).
- l’apogée des ammonites est le moment où le groupe est le plus diversifié (vers -130 Ma).
- la durée de vie de ce groupe de mollusques marins s’étale sur près de 335 millions d’années (entre la période du Dévonien = ère primaire et la fin du Crétacé = ère secondaire).
2- Les crises biologiques à l’échelle du Globe.
Une crise implique une extinction de masse qui n’affecte pas seulement les espèces mais des familles entières. Elle doit se dérouler rapidement à l’échelle des temps géologiques (même un million d’années est une période relativement courte pour un géologue) et doit être ressentie à une échelle globale. Les 5 grandes crises se sont produites sur un temps long, à l’instar de la disparition des dinosaures dont le déclin s’est produit sur plus de 5 millions d’années. Et à chaque fois, des formes de vie ont subsisté.
Ci- dessous, quelques exemples de groupes disparus..
Les ptérosaures sont un ordre fossile d’archosaures volants. Ils ont existé pendant presque toute la durée du Mésozoïque: du Trias supérieur, il y a 230 Ma, jusqu’à la fin du Crétacé, il y a 66 Ma.
Ci-contre – squelette de ptérodactyle, découvert en Bavière, datant du Jurassique supérieur.
Découverte majeure de Mary Anning en 1821 du premier squelette d’un plésiosaure ( Plesiosaurus dolichodeirus), encore considéré de nos jours comme le spécimen type de cette espèce.
Ci-contre – Muséum d’Histoire Naturelle de Londres, squelette de plésiosaure.
Le mosasaure est un genre fossile de grand reptile marin ayant vécu durant le Crétacé supérieur, il y a entre 82 et 66 Ma. Les premiers fossiles de mosasaure sont des crânes découverts dans une carrière située près de Maastricht, aux Pays-Bas, à la fin du XVIIIe siècle.
Ci-contre – Muséum d’Histoire Naturelle de Marseille, squelette de mosasaure.
Les ichthyosaures sont apparus il y a 250 millions d’années, légèrement avant les dinosaures (230 Ma) : ils ont vécu pendant une grande partie de l’ère Mésozoïque, ont été particulièrement abondants pendant la période Jurassique et ont disparu il y a 90 Ma, soit 25 Ma avant l’extinction massive de la majorité des dinosaures
Ci-contre – Fossile d’un ichthyosaure : Stenopterygius crassicostatus, découvert dans le Toarcien (Jurassique inférieur) du sud de l’Allemagne et exposé au Musée de Wiesbaden en Allemagne.
3- Extinctions et diversification dans le groupe de vertébrés.
À partir du nombre de familles avant et après une crise, on peut calculer le taux de variation qui affecte chaque famille à l’aide d’une formule simple: le taux de variation entre deux instants.
On peut remarquer en comparant les taux de variation au passage secondaire / tertiaire que :
- les dinosaures et autres reptiles volants (ptérosaures) disparaissent définitivement.
- d’autres groupes ne subissent pas la crise (variation de 0% pour les amphibiens).
- les autres vertébrés subissant la crise de façon plus ou moins grande (75% de disparition pour les oiseaux mais 6% pour les lézards et serpents).
On assiste, après cette extinction de masse, à une diversification d’autres groupes comme les oiseaux et les mammifères. On peut alors calculer le coefficient multiplicateur qui unit le nombre de familles avant et après la crise.
Évolution comparée de l’ancien groupe des reptiles (bleu et orange), du groupe des oiseaux et de celui des mammifères (vert). La largeur de chaque diagramme correspond à la variation du nombre de famille.
Dans le tableau ci-dessous, on placé le nombre de familles d’oiseaux et de mammifères à la fin du secondaire et actuellement. On peut alors constater, en calculant le coefficient multiplicateur, que les différentes familles se diversifient grandement entre ces deux époques. On parle alors d’explosion évolutive.
BILAN 1:
Au cours de l’histoire de la vie, des espèces sont apparues, se sont diversifiées et ont pu disparaître (voir graphique Ammonites). Les transformations du monde vivant ont aussi été marquées par des crises biologiques d’ampleurs mondiales. Au cours de celles-ci, des espèces ou des groupes entiers ont disparu(voir tableau: 100% de disparition des Ptérosaures et des Dinosaures non aviens). Ces transformations ont été utilisées pour diviser les temps géologiques en ères et périodes de durées variables. Après ces crises, des formes de vie ont subsisté et se sont diversifiées (groupe des Oiseaux et des Mammifères).
4- Les débuts de l’histoire de la Terre.
La Terre primitive, sans continents ni océans.
Notre planète, formée en même temps que le Soleil et les autres planètes du système solaire il y a 4,5 milliards d’années, a subi le bombardement continu d’astéroïdes de dimension allant de 30 km à quelques mètres de diamètres. Ce phénomène a duré près de 500 millions d’années, mais avec une intensité rapidement décroissante. L’histoire primitive de la Terre était caractérisée par un abondant volcanisme et par l’absence de continents.
Une atmosphère primitive sans dioxygène.
Au début de l’histoire de la Terre, le bombardement météoritique est très important et l’activité volcanique intense. Ces deux activités ont pour effet d’émettre des gaz. L’atmosphère terrestre s’installe peu à peu. 90% des gaz de l’atmosphère ont été émis pendant le premier million d’années de l’histoire de la Terre. Ce dégazage rapide a libéré d’énorme quantité de vapeur d’eau dans l’atmosphère. A cette période, la température à la surface était trop élevée pour permettre l’existence d’eau liquide. On peut avoir une idée de cette atmosphère en étudiant les gaz émis actuellement par certains volcans.
5- Les premiers moments de la vie sur Terre.
Les premières formes de vie.
Les premières traces de vie connues datent de -3,8 milliards d’années. Il s’agit de micro-organismes, les cyanobactéries, associés à des constructions calcaires appelées stromatolites, semblables à celles que l’ont trouve actuellement en Australie.
La photo ci-dessous représente une coupe verticale d’un stromatolite fossile (20 cm de haut) découvert en Australie dans les terrains datés de -3,8 milliards d’années. Les lamines sont bien visibles. Chaque couche représente une étape de croissance du stromatolite.
Les stromatolites demeurent un sujet de recherche très important en paléontologie. Ils sont à la fois les dépositaires des premières traces de vie sur Terre et à la fois les premières manifestations de cette vie. Ils sont susceptibles de nous renseigner sur l’histoire de ces organismes de la biosphère les plus abondants et les mieux adaptés à leur milieu, les bactéries.
Ils sont construits de carbonate de calcium (CaCO3=calcaire) par l’action des bactéries et se sont agglomérés en formations calcaires. Ces formations stromatolitiques ont constitué un volume impressionnant de calcaires à certaines époques du précambrien et, en ce sens, ont constitué un drain très important de CO2 (gaz carbonique) en stockant celui-ci dans le CaCO3, modifiant ainsi l’atmosphère terrestre en la débarrassant progressivement de ce gaz.
Bactéries fossiles et actuelles.
a- Bactéries fossiles observées au microscope, dans des roches datées à -3,6 milliards d’années. Les bactéries fossiles présentent un alignement de cellules. La taille d’une cellule est d’environ 2 micromètres.
b- Bactéries actuelles associées en filament.
c- Cyanobactéries actuelles (type Nostoc) observées au microscope (X400).
“Quel que soit le critère auquel on se réfère, les bactéries sont et ont toujours été la forme de vie dominante sur Terre. Les bactéries ont en effet une supériorité numérique écrasante et présentent une diversité inouïe; elles vivent dans des habitats extrêmement variés: depuis les flaques les plus froides à la surface des glaciers jusqu’aux cheminées océaniques d’où surgit une eau à 250°C. ” L’éventail du vivant, Stephen Jay Gould, paléontologue.
Une origine commune du vivant.
Dans le tableau suivant, on compare les caractéristiques de quelques organismes vivants avec un minéral, le quartz. Il ressort de cette comparaison que: l’ensemble du vivant partage des attributs communs comme la présence d’une membrane plasmique, une division cellulaire (la mitose), un support universel de l’information génétique(l’ADN) ainsi que la présence d’une duplication de cet ADN avant la division cellulaire.
Les organismes qui possèdent un vrai noyau sont qualifiés d’eucaryotes, les autres étant des bactéries (l’ADN étant libre dans le cytoplasme).
“Il ne me paraît pas incroyable que, tant les animaux que les plantes, aient pu se développer en partant de formes inférieures et intermédiaires; et si nous admettons cela, nous devons admettre aussi que tous les êtres organisés qui ont vécu sur la Terre peuvent provenir d’une seule forme primordiale.” L’origine des espèces, Charles Darwin, 1859.
Un buisson plutôt qu’un arbre.
L’ancêtre commun hypothétique de toutes les espèces vivantes et fossiles a été nommé LUCA (Last Universal Common Ancestor). À partir de cet ancêtre partent les branches d’un buisson n’ayant pas de direction privilégiée. Au bout des branches, en périphérie, se trouvent les espèces actuelles. En 2011, on estime qu’il existe 8,7 millions d’espèces vivantes connues et décrites. Les archées sont des bactéries vivant dans des conditions extrêmes.
“Les humains ne sont pas le résultat final d’un progrès évolutif prédictible mais plutôt une minuscule brindille sur l’énorme buisson arborescent de la vie qui ne repousserait sûrement pas si la graine de cet arbre était mise en terre une seconde fois.” Stephen Jay Gould, paléontologue.
Une illustration du buisson du vivant.
BILAN 2: Il y a 4,5 milliards d’années, la planète Terre se formait. Il a fallut attendre environ 1 milliard d’années pour que les conditions sur la planète deviennent favorables à l’apparition, sans doute dans un océan primitif, des premières formes de vie. Les plus vieux fossiles datent d’il y a 3,5 milliards d’années et ressemblent à des constructions, les stromatolites, réalisées par des cyanobactéries actuelles. L’ancêtre commun hypothétique de toutes les espèces actuelles (et fossiles) a été nommé L.U.C.A (Last Universal Common Ancestor). À partir de L.U.C.A, des caractères nouveaux se sont accumulés chez des ancêtres communs au cours de l’évolution et permettent d’expliquer la grande diversité des espèces actuelles, représentées sur un buisson.
