L'origine de la vie sur Terre. La crise crétacé-tertiaire. Fiches de Cours de SVT / Biologie destinée aux élèves de Lycée.
L'Homme s'est longtemps demandé comment la vie était apparue sur Terre. Ainsi, les religions cherchent à donner une réponse à cette question fondamentale. La vie a-t-elle été créée par un dieu ? La science, à son tour, a voulu apporter des éclaircissements. Diverses hypothèses ont été émises dans le passé. La vie est-elle venue de l'extérieur ? De l'Univers ? Ou bien s'est-elle constituée sur Terre ?
Nous avons vu quelles étaient les conditions physiques, chimiques et climatiques des débuts de la Terre, au moment où la vie est supposée être apparue sur notre planète.
Partant des hypothèses concernant les composants de l'atmosphère primitive, les chimistes Urey et Miller ont réalisé, en laboratoire en 1953, l'une des expériences les plus fondamentales pour la connaissance de l'histoire de la vie. Ils ont placé dans une enceinte vapeur d'eau, hydrogène, méthane, acide cyanhydrique et ammoniac et foudroyé le mélange à des décharges électriques.
Au bout d'un certain temps, l'analyse du mélange ainsi traité a montré la présence de molécules de sucres et d'acides aminés sont apparues, synthétisées par le mélange. Or, les sucres et les acides aminés sont des molécules organiques donc la clef de la vie. Urey et Miller ont montré qu'avec vapeur d'eau, hydrogène, méthane, acide cyanhydrique, ammoniac et des décharges électriques, il était possible de recréer les premiers éléments nécessaires à l'apparition de la vie.
Que savons-nous de l'atmosphère primitive ? Elle était composée de gaz parmi lesquels vapeur d'eau, hydrogène, méthane, acide cyanhydrique et ammoniac. Elle était très perturbée car soumise à l'intense rayonnement solaire et des températures élevées donc des orages ont foudroyé sans répit l'atmosphère et la surface des océans pendant des milliers d'années. Il est dès lors tout à fait plausible que la vie soit apparue sur Terre de cette manière, dans l'océan primitif dont les caractéristiques étaient celles de l'expérience de 1953.
D'autres molécules pré-biologiques ont également été détectées lors d'expériences plus poussées. Urey et Miller ont prouvé que la vie pouvait naître dans la soupe océanique primitive. Dès lors, la recherche pour la " recréation artificielle " des premiers êtres vivants s'est accélérée. La synthèse de l'ATP a été réalisée dès 1963. Dans les années 1960, les biologistes ont pu montrer qu'il était possible de recréer des organismes qui s'apparentent aux premiers coccoïdes connus au Précambrien.
Ainsi, on a pu montrer que la vie est née dans un univers totalement différent de celui dans lequel nous vivons puisque les premières molécules de la vie sont apparues dans une atmosphère réductrice et sous les rayons ultraviolets. D'ailleurs, l'oxygène, loin d'être le centre de la vie, était alors le principal poison de ces organismes primitifs (car c'est une molécule très réactive lorsqu'elle est en excès).
Les premières structures vivantes semblent être des cellules vivantes très simples proches des cyanobactéries se développant dans les océans peu profonds. Elles sont capables d'autorégulation et de reproduction ce qui confirme leur caractère d'êtres vivants. Les premiers êtres vivants vivent du métabolisme anaérobie (fermentation). Aujourd'hui, nous connaissons une forme de vie qui remonte à 3, 8 milliards d'années : ce sont les stromatolites de Hamelin Pool, Shark Bay en Australie.
Il faut ensuite un milliard d'années pour que les premiers organismes deviennent capables d'utiliser l'énergie solaire et en réalisent la photosynthèse. La photosynthèse produit l'oxygène qui enrichi l'atmosphère en dioxygène et qui crée, à haute altitude, une couche de trioxygène appelé ozone. La couche d'ozone protège désormais la surface de la Terre des rayons solaires mortels pour les êtres vivants. L'atmosphère est devenue oxydante et il faut une très longue transformation de la vie pour que les êtres vivants puissent sortir de l'eau et résister à cette atmosphère hostile au départ.
Cependant, grâce à la photosynthèse qui a dégagé de l'oxygène, la vie est devenue aérobie avec la respiration. Et la respiration dégage nettement plus d'énergie que la fermentation, autorisant la vie a prendre des formes plus imposantes. La première grande adaptation, la plus importante sans doute, s'est donc passée là.
Aujourd'hui, l'atmosphère est constituée d'azote pour 78 %, d'oxygène pour 21 % et de dioxyde de carbone 0, 0345 % principalement.
Les premiers être vivants vertébrés apparaissent au Paléozoïque (550 à 240 millions d'années) tandis que tous les invertébrés existent déjà. Les amphibiens sont les premiers à s'affranchir de l'océan et à s'aventurer dans l'atmosphère oxydante. Ils donnent naissance aux reptiles. Le Mésozoïque (240 à 65 millions d'années) ou ère secondaire voit l'amorce de l'ouverture du continent originel unique (la Pangée) avec création des océans Atlantique et Indien par la tectonique des plaques. Le niveau des mers était bien plus élevé et des régions comme l'Europe étaient sous les eaux - chaudes soit dit en passant. La faune était très diverse, et dominée par les grands reptiles (reptiles marins, reptiles volants et dinosaures) et par des formes marines aujourd'hui disparues, telles que les ammonites (qui étaient des mollusques). Les mammifères, les petits reptiles (tortues, lézards, serpents, crocodiles) et les premiers oiseaux restaient de petite taille, car ils ne pouvaient pas s'imposer face à ces monstres.
À la limite du Crétacé (fin du Mésozoïque ou Secondaire) et du début du Tertiaire a eu lieu un gigantesque remaniement dans les êtres vivants dont nous nous sommes longtemps demandé la cause.
La crise Crétacé - Tertiaire est l'un des événements les plus connus des temps géologiques. C'est aussi l'un des plus important de par l'ampleur de ses conséquences. Le terme " Crétacé - Tertiaire " est impropre car Crétacé est un étage tandis que Tertiaire est une ère. Le Crétacé est le dernier étage de l'ère Secondaire ou Mésozoïque. Le premier étage de l'ère Tertiaire ou Cénozoïque s'appelle le Paléocène. Le terme exacte devrait donc être " crise Secondaire - Tertiaire " ou " crise Crétacé - Paléocène ". Cependant, nous utilisons fréquemment le terme " crise Crétacé - Tertiaire " pour monter que cette crise se produit à la fin de l'étage Crétacé et qu'elle débouche directement sur la fin du Secondaire et le passage au Tertiaire.
Le terme " crise " signifie événement brutal et de courte durée entraînant un changement. La crise Crétacé - Tertiaire est effectivement, d'après ce que nous en savons, un événement très brutal puisqu'elle a pu causer la disparition d'animaux qui semblaient solides, les dinosaures. C'est aussi un événement de courte durée à l'échelle des temps géologiques. Elle se produit il y a 65 millions d'années.
En étudiant les couches stratigraphiques datant de 65 millions d'années, les géologues se sont rendus compte d'une chute importante de la quantité de carbonate de calcium (formant le calcaire) dans les sédiments. En lieu et place se trouve une couche d'argile contenant le fameux pic d'iridium du Crétacé - Tertiaire, c'est-à-dire une présence en quantité non négligeable, anormale et unique de l'élément iridium par ailleurs rare sur Terre.
Dans le monde vivant, les conséquences de la crise se font immédiatement sentir. En l'espace de quelques millions d'années, les ammonites et bélemnites marins ont totalement disparu (nous ne retrouvons plus leurs cadavres dans les strates sédimentaires ultérieures). Sur Terre, les dinosaures s'éteignent tandis que nombre de reptiles reculent ou réintègrent les océans. C'est la fin des animaux géants qui régnait sur les continents. Les mammifères, qui sont présents sur Terre depuis longtemps, vont pouvoir se développer.
Au Crétacé, les mammifères étaient de petite taille. Ils restaient dans l'ombre des dinosaures qui étaient très diversifiés et occupaient toutes les niches écologiques.
Au début du Tertiaire, le climat est chaud et humide sur une grande partie de la Terre ; des forêts tropicales s'étendent à des latitudes élevées. Cette forêt va abriter la diversification des mammifères au début du Paléocène ; elle accueille les premiers primates (famille des singes actuels). La diversification et l'expansion des mammifères va mener aux Anthropoïdes et aux Hominidés.
Les chercheurs géologues ont constaté, nous l'avons vu, dans les couches qui correspondent à cette époque - et cela tout autour de la Terre - une très forte et anormale présence d'iridium. Or l'iridium est rare sur Terre. Et comment se fait-il que cette couche soit répartie ainsi sur toute la surface de la Terre ?
Aujourd'hui, on pense qu'une gigantesque catastrophe d'origine extra-terrestre est survenue il y a 65 millions d'années. Une météorite ou une comète pourrait avoir heurté la Terre et s'y être écrasée. Ce phénomène n'est pas courant car habituellement, les grosses planètes du Système solaire (comme Jupiter) servent de boucliers à la Terre contre les comètes. De plus, les objets entrant dans l'atmosphère terrestre sont chauffés par le frottement sur la couche gazeuse non vide et, bien souvent, explosent avant d'atteindre le sol.
Cependant il peut théoriquement arriver qu'un corps suffisamment gros parviennent à entrer dans l'atmosphère et à s'écraser sur Terre avant d'exploser. De plus, notre étude porte évidemment sur un corps aux dimensions très importantes pour avoir de telles conséquences. Il est donc possible qu'une météorite ou une comète ayant un noyau de dix kilomètres de large ait croisé la trajectoire de la Terre et s'y soit écrasée provoquant l'éjection d'un nuage de poussières dans l'atmosphère faisant écran au rayonnement solaire.
La température de la surface, non réchauffée par le Soleil, aurait alors connu une chute brutale durant une longue période (courte au niveau géologique), expliquant ainsi la disparition de 80 % des espèces vivantes en particulier les ammonites et les dinosaures et le recul des grands reptiles.
Une autre hypothèse formulée met en cause un volcanisme intense en Inde : on connaît un amoncellement de coulées basaltiques (les Trapps de la région du Dekkan) datant d'environ 65 millions d'années. Ces coulées auraient représenté un volume de plus de deux millions de kilomètres cubes !
Le rejet des cendres volcaniques dans l'atmosphère pourrait avoir les mêmes conséquences qu'un impact météoritique. De plus certaines particules émises par des volcans actuels (comme le Piton de la Fournaise, à la Réunion) sont très riches en iridium.
Il est donc très difficile de trancher entre les deux hypothèses, même si l'hypothèse météoritique a la faveur du public…
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