Depuis la formation de la Terre, 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'étude des caractères communs des espèces permet de retrouver les liens de parenté entre les êtres vivants.
La formation des fossiles
L'eau (de mer par exemple) a un effet sur les roches. En particulier, elle conduit à la formation de roches sédimentaires. Les fossiles se forment au sein de ces roches sédimentaires.
L'action de l'eau sur les paysages
L'eau joue un rôle sur la formation des paysages : elle altère la roche.
Altération
L'altération correspond à une modification de la roche sous l'action d'un agent naturel comme l'eau.
L'altération de la roche entraîne la formation de débris. Une fois ces débris formés, ils seront transportés par l'eau. C'est l'érosion.
Érosion
L'érosion correspond à l'ensemble des phénomènes qui altèrent les roches et qui transportent les débris formés, modifiant ainsi le relief.
Le modelé des paysages dépend des caractéristiques des roches qui constituent leur sous-sol. Celles-ci sont très variées et réagissent de différentes manières face à l'eau et au gel qui vont les altérer et former le paysage.
Le granite se fracture et s'érode en boule petit à petit avec l'eau. Les grains arrachés forment de l'arène granitique, qui se dépose au pied des blocs de granite et donnera du sable. C'est d'ailleurs l'eau qui creuse les vallées en montagne.
Arène granitique (au premier plan) et granite altéré (au second plan)
Pinpin via Wikimedia Commons
La formation des roches sédimentaires
Roche sédimentaire
Une roche sédimentaire est une roche formée de sédiments.
Au cours du temps, les sédiments se déposent au fond de l'eau. Puis à force de se déposer, leur propre poids va entraîner leur compaction et leur cimentation. Les sédiments sont alors soudés et il y a formation d'une roche sédimentaire. Les roches sédimentaires sont organisées en strates (couches de sédiments dans la roche sédimentaire).
La formation des roches sédimentaires
Les roches sédimentaires des falaises d'Étretat sont organisées en strates.
Les falaises d'Étretat, en France
Peco~commonswiki via Wikimedia Commons
La fossilisation
Fossile
Un fossile est une trace ou un reste d'organisme ayant vécu dans le passé retrouvé dans les roches sédimentaires.
Fossiles de poisson, d'ammonite, de tronc et de cône
Un fossile peut se former si, après sa mort, son corps est piégé dans les sédiments. Il sera alors protégé de la dégradation et sera renfermé dans la roche sédimentaire.
Fossilisation
La fossilisation désigne le processus de formation des fossiles.
L'étude des fossiles
Les principes d'actualisme et de datation
En connaissant la date de formation de la roche sédimentaire, on peut déduire l'âge d'un fossile. Inversement, un fossile dont on connaît l'âge peut permettre de déterminer l'âge d'une roche.
Si l'on trouve des êtres vivants actuels ressemblant aux fossiles que l'on a trouvés dans une roche sédimentaire, on peut appliquer le principe d'actualisme et ainsi recueillir des éléments permettant de reconstituer le paysage ancien dans lequel les individus fossilisés vivaient.
Principe d'actualisme
Le principe d'actualisme consiste à utiliser les observations géologiques et biologiques actuelles pour reconstituer les événements passés. On considère que les faits se sont déroulés suivant les mêmes lois par le passé que de nos jours.
L'apparition de la vie
Les premières traces de vie trouvées remontent à -3,8 milliards d'années. Il s'agit de stromatolithes fossilisés.
Stromatolithes actuels observés en Australie
YolanC via Wikimedia Commons
Aujourd'hui, ces stromatolithes sont fabriqués par des bactéries qui font de la photosynthèse, comme les plantes vertes. Selon le principe d'actualisme, si des stromatolithes fossilisés datant de 3,5 milliards d'années sont trouvés, c'est qu'il existait déjà des bactéries équivalentes à cette époque, et donc de la vie. On en conclut que la vie est apparue sur Terre il y a au moins 3,8 milliards d'années.
La biodiversité au cours du temps
Certains fossiles montrent que des espèces se sont éteintes, alors que d'autres ont émergé, se sont diversifiées ou encore raréfiées au cours du temps. Il y a eu des changements au niveau des espèces, et donc une évolution du vivant depuis le début de la vie.
Si l'on compare la biodiversité marine du Cambrien (il y a 500 millions d'années) avec celle d'aujourd'hui, on constate de nombreux changements :
- Certaines espèces ont totalement disparu : anomalocaris et opabinia par exemple.
- D'autres ont disparu, mais des espèces similaires du même groupe existent encore aujourd'hui : les espèces d'annélides, les arthropodes, les méduses, les algues et les éponges.
L'évolution des espèces vivantes à la surface de la Terre ne se fait pas de manière linéaire au cours du temps. Des extinctions majeures sur les continents et les océans (à l'échelle de la Terre) ont touché certaines espèces. Ces extinctions majeures sont appelées des crises biologiques.
Crise biologique
Une crise biologique désigne une extinction massive d'espèces en milieu marin et continental à l'échelle du globe et sur une période de temps courte (de l'ordre du million d'années).
Sur le graphique suivant, on a 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.
- Le groupe 2, apparu plus tard, prospère sans s'éteindre ni connaître de crise biologique.
Crises biologiques et périodes de diversification
On compte cinq extinctions majeures dans l'histoire de la Terre :
- En -450 Ma
- En -370 Ma
- En -250 Ma
- En -200 Ma
- En - 65 Ma
Chacune de ces extinctions majeures a été suivie d'une diversification importante des espèces. On parle aujourd'hui de la 6e crise biologique, due au grand nombre d'extinctions causées par l'Homme.
Les crises biologiques peuvent être dues :
- À des événements géologiques comme des éruptions volcaniques majeures et la chute de météorites
- À des causes biologiques avec l'émergence de nouvelles espèces qui nuisent à celles déjà présentes
Des éruptions volcaniques et la chute de météorites ont entraîné l'extinction de l'ensemble des espèces de dinosaures il y a 65 millions d'années.
L'émergence de l'Homo sapiens, il y a environ 150 000 ans seulement, est à l'origine d'une crise biologique. En 150 000 ans, l'Homme a considérablement modifié son milieu de vie. Il a entraîné la raréfaction de nombreux groupes (tels que les grands mammifères) par l'extinction de nombreuses espèces.
La chronologie du peuplement de la Terre
Ces événements qui marquent l'histoire de la vie et de la Terre sont utilisés pour découper les temps géologiques en ères.
Ère
Une ère est une division du temps en géologie. Les ères sont délimitées par des événements géologiques et/ou biologiques majeurs.
On représente l'échelle des temps géologiques sous la forme d'une frise chronologique (ou ligne du temps). Il s'agit d'une représentation 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.
Ainsi, au cours des temps géologiques, des groupes entiers de plusieurs espèces émergent, se diversifient et d'autres se raréfient puis s'éteignent.
La parenté entre les êtres vivants
Des attributs communs
Attributs
Un attribut est un caractère physique observable et utilisé comme élément de classification.
Pour classer les espèces connues aujourd'hui, les scientifiques regardent le nombre d'attributs communs aux espèces. Plus deux espèces ont d'attributs communs, plus elles sont proches et plus elles sont apparentées.
Tableau présentant les attributs des animaux étudiés
Les différentes manières de classer les êtres vivants
Les groupes emboîtés
Les attributs vont définir des boîtes dans lesquelles on classe les espèces, de telle sorte qu'elles aient tous leurs attributs.
Tous les animaux présentés possèdent l'attribut "yeux et bouches", ils sont donc dans la même boîte noire. La souris grise, l'Homme, le squelette de proconsul, le pigeon domestique et l'ibis possèdent un squelette interne, contrairement à l'épeire et la mouche domestique qui possèdent tous deux un squelette externe. Ainsi, ils sont dans des boîtes séparées. Enfin, l'Homme, la souris et le squelette de proconsul possèdent tous les trois l'attribut "poils et mamelles" et sont donc dans la même boîte.
Les animaux sont toujours classés en fonction des attributs qu'ils possèdent, jamais selon ce qu'ils n'ont pas. On traite les fossiles de la même manière.
Identifier les attributs communs entre les êtres vivants permet d'établir leurs liens de parenté. Si deux êtres vivants partagent un même caractère, ils possèdent alors un ancêtre commun qui a transmis ce caractère à ses descendants. Plus il y a de caractères communs entre deux êtres vivants et plus leur parenté est étroite.
Les arbres phylogénétiques
Les liens de parenté se représentent sous la forme d'un arbre phylogénétique. Celui-ci se construit à l'aide des boîtes précédemment formées.
Arbre phylogénétique
Un arbre phylogénétique est un schéma en forme d'arbre qui montre les liens de parenté entre les êtres vivants.
Arbre phylogénétique des animaux avec les groupes emboîtés
Un arbre phylogénétique se lit de gauche à droite.
Il est possible ensuite de retirer les boîtes d'un arbre phylogénétique.
