Troisième 2015-2016
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Troisième 2015-2016

L'histoire de la Terre et l'évolution des espèces

Depuis la formation de la Terre il y a environ 3,5 milliards d'années et l'émergence de la vie il y a environ 3 milliards d'années, d'importants changements ont marqué l'histoire du vivant.
L'étude des roches sédimentaires et des fossiles permet de reconstituer les paysages et les peuplements anciens.
L'histoire de la vie est marquée par le renouvellement continu des espèces, caractérisant le processus de l'évolution du vivant. Cette évolution elle-même est due en partie à l'histoire de la Terre qui a subi des événements géologiques importants. Ces événements ont entraîné des modifications de l'environnement, qui ont beaucoup affecté les conditions de la vie sur Terre.

I

Les grands traits de l'histoire de la vie

A

Les fossiles

Fossile

Un fossile est le reste (ou le simple moulage) d'un animal ou d'un végétal du passé, conservé dans une roche sédimentaire.

Les roches sédimentaires marines sont particulièrement riches en fossiles et il peut arriver d'en trouver dans une roche sur une plage.

L'étude des fossiles contenus dans les strates sédimentaires, qui se sont accumulées au cours du temps, permet de retracer la succession des êtres vivants ayant peuplé la Terre. Cela permet de forger l'idée d'une évolution des formes vivantes.

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Squelette fossile de Stenopterygius crassicostatus. Cette espèce, aujourd'hui éteinte, est un reptile marin qui vivait au temps des dinosaures.

Wikimedia

B

Le renouvellement des espèces

1

Apparitions et disparitions d'espèces

L'étude des fossiles permet d'avoir une représentation des formes vivantes présentes à une époque donnée ainsi que de reconstituer leurs milieux de vie.
La découverte d'espèces aujourd'hui disparues montre qu'au cours des temps géologiques, des organismes vivants sont apparus, se sont développés, ont régressé et ont pu disparaître.

Extinction

On parle d'extinction pour signifier la disparition de l'ensemble des espèces d'un groupe. On dit alors qu'une espèce ou qu'un groupe est éteint(e) lorsqu'il a totalement disparu.

Le groupe des trilobites, très diversifiés dans les mers du Cambrien (environ −500 millions d'années ou Ma) est absent au Crétacé (environ −100 Ma). Ils se sont éteints. En revanche, les vertébrés qui n'existaient pas au Cambrien sont apparus dans les mers au Crétacé.

On peut donc dire que l'histoire de la Terre est marquée par un renouvellement progressif et permanent des espèces et des groupes d'êtres vivants. Les grands groupes d'êtres vivants présents aujourd'hui (comme les mammifères) n'ont pas toujours existé et d'autres groupes, parfois dominants, ont aujourd'hui totalement disparu.

2

Les grandes crises de la biodiversité

Au cours des temps géologiques, il existe également des périodes de modifications "brutales" de la biodiversité qu'on appelle crises biologiques. Ces événements ont marqué le peuplement de la Terre : à des extinctions de masse se succèdent des périodes de diversification.

Crise biologique

On appelle crise biologique une période assez courte durant laquelle, à l'échelle du globe, un grand nombre d'espèces animales et végétales disparaissent simultanément. (On parle aussi d'extinction massive)
Une crise biologique est en général due à des catastrophes naturelles à grande échelle.
Ces crises d'extinction de masse sont presque toujours suivies par une période de diversification et de développement rapide d'autres groupes ayant survécu.

La crise Crétacé-Tertiaire survenue autour de −65 Ma a conduit à la disparition de plus de 30% des espèces marines, ainsi qu'à celle de la plupart des dinosaures. Les mammifères se sont particulièrement développés par la suite.

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Crises biologiques et périodes de diversification

Sur le schéma, on donne l'exemple de l'évolution de deux groupes d'espèces. Le groupe 1 apparaît un peu après −400 Ma et va subir une crise biologique vers −250 Ma. Les survivants de cette crise prospèrent ensuite, ce qui donne une importante diversification des espèces du groupe. Enfin, ce groupe va progressivement s'éteindre alors que le groupe 2, apparu plus tard, prospère à son tour.

II

L'évolution et la parenté entre les espèces

A

Liens de parenté et origine commune

1

Les liens de parenté

Les fossiles présentent souvent des ressemblances morphologiques avec les espèces actuelles. On peut donc penser qu'il y a une continuité entre les espèces au fil des temps géologiques. On dit alors que ces espèces sont apparentées.
L'étude des ressemblances moléculaires et génétiques, comme le nombre et la constitution des chromosomes, donne également des indications pour comprendre la parenté des êtres vivants.

On établit les liens de parenté entre des espèces en fonction des caractères nouveaux qu'elles partagent. Deux espèces qui partagent un caractère nouveau l'ont hérité d'un ancêtre commun. Les liens de parenté sont souvent représentés sous forme d'arbre de parenté.

2

Une origine commune à tous les êtres vivants

Les scientifiques ont pu montrer que la vie est apparue sur Terre il y a environ 3,5 milliards d'années sous la forme d'organismes unicellulaires.
La similitude des plans d'organisation, la structure cellulaire commune à tous les êtres vivants et l'universalité de la molécule d'ADN ne peuvent résulter du simple hasard.
La cellule, unité du vivant, et l'universalité de l'ADN, support de l'information génétique, indiquent sans ambiguïté une origine primordiale commune à tous les êtres vivants.

B

L'évolution des organismes

1

La notion d'évolution

Évolution

La théorie de l'évolution explique le fait que les espèces dérivent les unes des autres par modifications successives au cours du temps.

Les oiseaux et certains dinosaures présentent certaines caractéristiques communes, comme la présence de plumes. Par ailleurs, certains fossiles, comme l'Archéoptéryx, montrent que des caractères nouveaux sont apparus successivement, conduisant par stades successifs aux oiseaux actuels.

Un arbre de parenté permet de situer l'apparition des caractères nouveaux au cours du temps et le maintien des caractères ancestraux que possède un groupe depuis le début de son histoire. L'arbre traduit l'évolution des espèces.

Ancêtre commun

Un ancêtre commun entre deux espèces données indique l'espèce la plus récente de laquelle descendent ces deux espèces.

On appelle LUCA l'ancêtre commun à tous les êtres vivants sur Terre.

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Les mécanismes de l'évolution

Mutation

Une mutation est une modification de l'information génétique dans un gène d'une cellule. C'est donc une modification de l'ADN. C'est l'une des causes principales de l'évolution des espèces et l'un des principaux mécanismes de l'évolution moléculaire.

Les mutations génétiques sont des événements peu fréquents à l'échelle de temps de la vie d'un individu. Toutefois, pour un grand nombre d'individus et de temps géologiques, la probabilité de mutation devient beaucoup plus importante. Les espèces ne mutent d'ailleurs pas toutes à la même vitesse.

Les gènes touchés et les conséquences d'une mutation peuvent varier. La plupart des mutations sont invisibles. Toutefois, des mutations, même ponctuelles, peuvent modifier le plan d'organisation d'un organisme.
Un caractère nouveau peut ainsi apparaître dans une population par modification spontanée du programme génétique. Ces modifications peuvent alors se transmettre d'un individu à l'autre grâce à la reproduction sexuée.

Ces caractères nouveaux, qui apparaissent de façon aléatoire peuvent permettre à ces individus d'être mieux adaptés (meilleur accès à la nourriture, meilleure survie, meilleure reproduction). Ils sont alors sélectionnés et sont maintenus au cours du temps. Cela correspond au mécanisme de la sélection naturelle. Ce mécanisme de mutation et de sélection est à la base de l'évolution.

Sélection naturelle

La sélection naturelle est le fait que l'environnement influe sur l'évolution des espèces et des populations en sélectionnant les individus les plus adaptés à leur milieu.
Le milieu environnant sélectionne les individus qui présentent des caractères leur apportant un avantage par rapport aux autres : ils vivent plus longtemps, ou peuvent davantage se reproduire.
L'évolution des espèces au sein des groupes se réalise sur des millions d'années.

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Le processus de l'évolution
3

La place de l'Homme dans le processus de l'évolution

L'Homme moderne, ou espèce humaine (Homo sapiens), s'inscrit, comme les autres espèces actuelles, dans le processus d'évolution. Il partage avec d'autres espèces un certain nombre de caractères (squelette interne, pouce opposable...) et se distingue par des caractères nouveaux acquis qui lui sont propres (bipédie permanente, développement cérébral).
C'est un primate classé dans le groupe des grands singes. C'est avec le chimpanzé actuel que la parenté est la plus étroite.
Il est difficile de dater précisément l'origine de l'Homme, mais l'ancêtre commun aux chimpanzés, gorilles et orangs-outangs actuels aurait vécu il y a environ 20 millions d'années. L'espèce humaine est donc relativement récente.

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Arbre de parenté des grands singes actuels
III

Les transformations de la Terre et l'évolution de la vie

A

Les événements géologiques et la transformation de la Terre

1

Les conditions de l'apparition de la vie sur Terre

La Terre s'est formée il y a plus de 4,5 milliards d'années. Elle présentait alors une température très élevée, une atmosphère sans dioxygène et l'absence d'eau à l'état liquide.
En moins d'un milliard d'années, la Terre se refroidit, les continents et les océans se forment. Ces modifications de l'environnement permettent l'apparition des premières cellules dans l'eau il y a environ 3,5 milliards d'années.
L'apparition de la vie, notamment des cyanobactéries, a permis à son tour l'apparition du dioxygène dans les océans puis dans l'atmosphère. Les conditions de vie changent et permettent la diversification de la vie. Il faut donc comprendre que la vie sur Terre est capable de modifier de manière importante la chimie de la planète (par exemple la présence de dioxygène). La vie est donc à ce titre une force géologique (c'est-à-dire qui agit à l'échelle de la Terre).

Cyanobactérie

Les cyanobactéries sont des organismes unicellulaires possédant de la chlorophylle capable de transformer le dioxyde de carbone (CO2) contenu dans l'atmosphère en dioxygène (O2).

Les cyanobactéries ont participé à ce qu l'on appelle la grande oxydation : elles ont changé l'atmosphère de la Terre en fabriquant du dioxygène qui n'en contenait pas auparavant. Cela a conduit à une crise biologique majeure qui a vu émerger les êtres vivants qui utilisent le dioxygène.

2

L'histoire géologique de la Terre

Depuis la formation de la Terre, la position des continents a été modifiée. C'est la conséquence du mouvement des plaques lithosphériques. Le mouvement des plaques lithosphériques entraîne souvent du volcanisme et des séismes, en particulier aux endroits où les plaques se heurtent ou rompent.

Plaque lithosphérique

Une plaque lithosphérique est un morceau de la lithosphère (composée de roches), c'est-à-dire de la partie superficielle de la Terre.

L'Afrique et l'Amérique du Sud actuelles formaient auparavant un seul continent. Depuis, ce continent s'est séparé en deux progressivement (mouvement de l'ordre de quelques centimètres par an) et l'océan Atlantique s'est formé.

Volcanisme

Le volcanisme signifie activité volcanique, c'est-à-dire un phénomène d'arrivée de magma en surface, le magma en fusion étant habituellement sous la lithosphère. Ces remontées de lave forment les volcans.

Certains volcans sont dits éteints : on considère qu'ils n'ont plus d'activité volcanique.

Séisme

Un séisme est un tremblement de terre. Il peut être provoqué par des mouvements de rapprochement, de frottement ou d'écartement des plaques lithosphériques rocheuses.

Les zones du globe où plusieurs plaques lithosphériques se touchent sont particulièrement propices aux séismes et au volcanisme.

Des phénomènes planétaires peuvent également survenir et bouleverser les conditions de vie sur Terre, notamment lorsque des météorites s'écrasent à la surface de la Terre.

Météorite

Une météorite est un morceau de roche d'origine extraplanétaire (qui provient de l'espace), de taille très variable, qui atteint la surface d'une planète.

Nous avons des traces au Mexique de l'impact d'une météorite de 10 km de diamètre aux alentours de −65 Ma.

B

Les conséquences sur l'évolution des espèces

1

Les événements majeurs à l'échelle de la Terre

Certaines espèces vivaient sur un continent unique. Les différentes populations constituant ces espèces pouvaient se reproduire entre elles : elles échangeaient donc des gènes. Si un nouvel allèle apparaissait, il pouvait être transmis à l'ensemble de l'espèce. L'évolution de l'espèce était uniforme.
Mais si ce continent se divise au cours du temps, comme ce fut le cas de l'Afrique et de l'Amérique, la séparation des continents va isoler les populations d'une même espèce. La reproduction et les échanges de gènes associés ont alors lieu sur chaque continent de manière séparée.
Les individus présents en Amérique du Sud ont alors évolué indépendamment de ceux présents en Afrique. On dit que les espèces se sont individualisées : il n'y a plus une mais deux espèces.

Lorsqu'un volcan entre en éruption, il envoie dans l'air de grandes quantités de cendres et de gaz. Cendres et gaz influencent le passage de certaines radiations solaires vers la Terre et en bloquent certaines. Cela provoque un changement de conditions climatiques.

Les météorites de taille importante ont différentes conséquences sur les conditions de vie des espèces : elles provoquent des nuages de poussière qui, comme les cendres et gaz volcaniques, modifient le climat. La formation de cratères au point d'impact est un grand bouleversement du milieu de vie des espèces. Une météorite entrée en collision avec la Terre il y a 65 millions d'années serait la cause principale d'extinction des dinosaures.
Par ailleurs, les changements climatiques provoqués soit par des changements d'orientation de la Terre par rapport au Soleil, soit, comme c'est le cas actuellement, par l'activité humaine, ont de fortes conséquences sur les conditions de vie des espèces.

Ces changements sont favorables à certains êtres vivants, qui se développent, tandis que d'autres peuvent en mourir. Les caractères les mieux adaptés aux nouvelles conditions de vie des espèces peuvent aussi être favorisés par rapport aux anciens : il y a donc évolution des espèces en réponse à ces changements.
Ainsi, le peuplement de la Terre évolue en fonction de ces événements géologiques.

2

Le découpage des temps géologiques

Il existe une interaction entre les conditions de vie qui découlent des transformations de la Terre et l'évolution des êtres vivants qui peuvent également agir comme des forces géologiques.
Les événements qui marquent l'histoire de la vie et de la Terre sont utilisés pour découper les temps géologiques en ères et en périodes de durée variable.

On représente ainsi l'échelle des temps géologiques sous la forme d'une frise chronologique (ou ligne du temps) qui est une représentation linéaire d'événements positionnés sur la flèche du temps. Une frise chronologique associe des événements à leurs positions dans le temps le long d'une échelle graduée.

Ere

Une ère est une division du temps en géologie. Les ères sont délimitées par des événements géologiques et/ou biologiques majeurs.

L'ère secondaire débute il y a 250 Ma et se termine il y a 65 Ma avec, par exemple, l'extinction des ammonites.

Période

Une période correspond à une sous-division d'une ère.

L'ère secondaire est découpée en trois périodes : le Trias, le Jurassique et le Crétacé.

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