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, sous toutes ses formes, produit un effet sur les roches et donc sur les paysages. Ce processus conduit à la formation de roches sédimentaires. C'est au sein de ces roches sédimentaires que les fossiles se forment.
L'action de l'eau sur les paysages
L'eau a une influence sur les paysages : elle altère la roche. L'altération de ces roches produit des sédiments. L'eau provoque également l'érosion qui altère la roche.
Les roches subissent une altération de la part de différents éléments dont l'eau fait partie.
Altération
L'altération correspond à une modification de la roche sous l'action d'agents naturels.
L'altération de la roche entraîne la formation de débris. Une fois ces débris formés, ils sont transportés par l'eau : c'est ce que l'on appelle « 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 le sous-sol. Ces roches sont très variées et réagissent de différentes manières sous l'action de l'eau et du gel, qui les altèrent et forment le paysage.
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Sous l'effet de l'eau, le granite se fracture petit à petit. Les grains arrachés forment l'arène granitique qui se dépose au pied des blocs de granite et donne du sable. C'est l'eau qui creuse les vallées en montagne.
La formation des roches sédimentaires
Les sédiments formés par l'altération des roches sont transportés puis se déposent. Ils forment alors des roches sédimentaires.
Sédiments
Les sédiments sont les débris formés par l'altération des roches.
Roche sédimentaire
Une roche sédimentaire est une roche formée par des sédiments.
Suite à leur transport, les sédiments se déposent au fond de l'eau. Puis, à force de se déposer, leur propre poids entraîne leur compaction. Avec la compaction, le départ de l'eau va entraîner la formation d'un ciment entre les sédiments. 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).
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Sur cette image, on peut observer l'organisation en strates des roches sédimentaires au niveau des falaises d'Étretat en France.
La fossilisation
Des organismes peuvent être piégés dans les sédiments au moment de leur dépôt. On peut alors les retrouver sous forme fossile. La fossilisation est le processus à l'origine des fossiles.
Fossile
Un fossile est un reste d'une espèce fossile. Le fossile peut être une empreinte ou un reste d'être vivant fossilisé.
Un fossile peut se former seulement si, après sa mort, le corps d'un organisme est piégé dans les sédiments. Il est alors protégé de la dégradation et enfermé dans la roche sédimentaire.
Fossilisation
La fossilisation désigne le processus de formation des fossiles. Cela se traduit par la transformation de la matière organique en matière minérale.
L'étude des fossiles
On peut étudier les fossiles grâce à des méthodes comme la datation et l'actualisme. L'étude des fossiles que l'on retrouve dans les roches permet de retracer différents évènements du passé comme l'apparition de la vie, l'évolution de la biodiversité au cours de l'histoire de la Terre et la chronologie du peuplement de la planète.
Les principes de datation et d'actualisme
C'est grâce aux méthodes de datation et au principe d'actualisme que l'on peut retracer l'histoire de la Terre.
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. Ainsi, on peut recueillir des éléments permettant de reconstituer le paysage ancien dans lequel les individus vivaient avant d'être fossilisés.
Actualisme
L'actualisme est un principe selon lequel les phénomènes qui se sont déroulés dans le passé s'exercent encore de nos jours.
L'apparition de la vie
L'étude des plus anciens fossiles permet de dater l'apparition de la vie sur Terre.
Les premières traces de vie trouvées remontent à -3,8 milliards d'années. Il s'agit de stromatolithes fossilisés.
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Aujourd'hui, ces stromatolithes sont fabriqués par des bactéries qui utilisent 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.
L'évolution de la biodiversité au cours du temps
Les fossiles présents dans les différentes strates permettent de retracer l'évolution de la biodiversité au cours du temps. On peut voir quelles espèces ont disparu au cours des crises biologiques ou des périodes d'extinction.
Certains fossiles montrent que des espèces se sont éteintes alors que d'autres ont émergé et se sont diversifiées ou, au contraire, se sont raréfiées au cours du temps. Puisque des changements se sont produits au niveau des espèces, le vivant, depuis le début de la vie, a donc évolué.
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 espèces 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).
Le graphique représente l'exemple de l'évolution de deux groupes d'espèces :
- Le groupe 1 apparaît un peu après -400 millions d'années et va subir une crise biologique vers -250 millions d'années. Les survivants de cette crise prospèrent ensuite, ce qui donne une importante diversification des espèces du groupe. Enfin, ce groupe s'éteint progressivement.
- Le groupe 2, apparu plus tard, prospère sans s'éteindre ni connaître de crise biologique.
On compte cinq extinctions majeures dans l'histoire de la Terre :
- en -450 millions d'années ;
- en -370 millions d'années ;
- en -250 millions d'années ;
- en -200 millions d'années ;
- en - 65 millions d'années.
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'être humain.
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'être humain 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.
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.
La chronologie du peuplement de la Terre
On a divisé l'histoire de la Terre en différentes ères géologiques. Elles sont délimitées par des événements géologiques ou biologiques majeurs.
Les différentes crises biologiques ont marqué l'histoire de la vie et de la Terre et ce sont ces événements qui sont utilisés pour découper les temps géologiques en ères.
Ère
En géologie, une ère est une division du temps. 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 tandis que d'autres se raréfient puis s'éteignent.
La parenté entre les êtres vivants
Des critères spécifiques permettent d'établir des liens de parenté entre les êtres vivants et de les classer de différentes manières. On établit les liens entre les êtres vivants à partir de leur ressemblance puis on les retranscrit dans des groupes emboîtés et des arbres phylogénétiques.
Des attributs communs
On établit un lien entre les êtres vivants à partir de leur ressemblance, et non de leur différence. On appelle « attributs communs » les caractères physiques communs à des êtres vivants.
Attribut
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 partagent des attributs, plus elles sont proches et plus elles sont apparentées.
Dans le tableau suivant on peut observer des similarités entre les différents animaux étudiés :
Les différentes manières de classer les êtres vivants
On peut retranscrire les liens de parenté entre les êtres vivants selon deux schémas différents : les groupes emboîtés et les arbres phylogénétiques.
Dans les groupes emboîtés, les attributs vont définir des boîtes dans lesquelles on classe les espèces, de telle sorte qu'elles aient tous leurs attributs.
On utilise les données présentées dans le tableau précédent pour créer les boîtes où classer les espèces citées.
Tous les animaux présentés possédant les attributs « yeux » et « bouche », ils sont dans la même boîte noire.
La souris grise, l'être humain, le squelette de proconsul, le pigeon domestique et l'ibis possèdent un squelette interne, contrairement à l'épeire et à la mouche domestique qui possèdent toutes 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 les attributs « poils » et « mamelles » et sont donc dans la même boîte.
Les animaux sont toujours classés en fonction des attributs qu'ils possèdent, jamais selon ceux 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 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.
Un arbre phylogénétique se lit de gauche à droite.
Il est possible ensuite de retirer les boîtes afin d'obtenir un arbre phylogénétique :
