Partie 2 Evolution des organismes vivants et histoire de la Terre Problématique : Comment ont évolué la vie et l'histoire de la Terre au cours du temps? I Activité 0 Introduction et rappels Partie II Notion des groupes emboîtés, de fossiles. Reconstitution des paysages anciens grâce aux roches sédimentaires. 1 Un groupe emboîté est défini par caractère et contient tous les organismes qui le partagent. Ils servent à classer les êtres vivants entre eux suivants les caractères communs ou attributs. 2 Un fossile est le reste ou le simple moulage d'êtres vivants ayant été conservés et ayant vécu dans le passé. 3 Les fossiles sont contenus dans les roches sédimentaires. 4 Un sédiment est une particule (ou ensemble de particules) de matière (de taille très variable) déposée à la suite d'un transport. Une roche sédimentaire est le résultat de la transformation d'un sédiment en une roche plus ou moins cohérente. 5 Les roches sédimentaires ainsi que les fossiles qui les constituent, permettent de reconstituer les paysages anciens (en ayant transposé avec les phénomènes actuels). I Les roches sédimentaires : archives géologiques de la vie II Activité 1 Un affleurement en Chine Comment expliquer qu'il y ait des caractères transmis par les parents et d'autres non? Notion de roches sédimentaires en temps que archives géologiques (apparition, disparition, développement d'êtres vivants). I.1 Co.1 Co.4 L'affleurement nous montre une succession de fossiles différents et de roches de natures différentes. On constate que les fossiles ne sont pas identiques entre le haut et le bas de l'affleurement. De plus, la disposition des strates peut être daté. Ainsi, on peut dire que les fossiles et donc les êtres vivants ont évolué au cours du temps (des groupes ont disparu et d'autres ont apparus). Enfin, les alternances de sédiments nous indiquent que le milieu de vie à cette endroit à évoluer (entre un milieu marin et un milieu littoral). Représentation des milieux :
Bilan : L étude des fossiles présents dans les roches sédimentaires révèle que divers groupes d êtres vivants se sont succédés et renouvelés au cours de l histoire de la Terre. De même à l intérieur d un groupe, les espèces se renouvellent progressivement. Depuis plus de trois milliards d années, des groupes d organismes vivants sont apparus, se sont développés, ont régressé et ont pu disparaître. II Evolution des êtres vivants, lien de parenté et unité du vivant : II Activité 2 Sortie au MNHN Comment a évolué la vie à la surface de la Terre? Notion de lien de parentés entre groupes et espèces. Origine commune des êtres vivants (ainsi que l'homme) : universalité de l'information génétique et la cellule. Notion de caractères ancestraux et de caractères nouveaux et d'ancêtre commun. I.1 Ré.10 Ra.6 Att.4 Att.5 I.1 Matrice des caractères : I.2 Groupes emboîtés :
ADN, Cellule I.3 On peut trouver des caractères communs ou liens de parenté entre les animaux et également les végétaux. Par exemple, on a l'adn (les gènes) et la cellule qui est l'unité de base de tous les êtres vivants. On peut organiser les êtres vivants ainsi : Blé Lys Sapin Fougère Platane Mousse Carnotaurus Homme Coelacanthe Cynthiacetus Lumule Flétan Végétaux Tétras Animaux Êtres vivants II.1 Matrice des caractères : II.2 Groupes emboîtés : II.3 Arbre phylogénétique avec emboîtés (voir ci-après). Innovations évolutive (caractères apparus au cours de l'évolution)
II.4 Avec l'arbre phylogénique, on peut voir les degrés de parenté, c'est-à-dire les espèces les plus proches. Par exemple, on constate que le Tétras et le Carnotaurus sont très proche et possède un lien de parenté, c'est-à-dire un caractère commun (ici la mandibule percée d'une fenêtre). Pareil, le Cynthiacetus est très proche de l'homme car ils ont un lien de parenté (ici plusieurs types de dents). On constate qu'au cours du temps, plusieurs innovations évolutives apparaissent les une après les autres. Par exemple, le membre monobasal est plus récent dans l'évolution par rapport au squelette osseux. Ces innovations évolutives se retrouvent ainsi chez les ancêtres communs (le nœud des branches) des espèces. Donc chaque espèce descendent en fait d'un ancêtre commun qui possède certains caractères qu'il a transmis à ses descendants (exemple : l'ancêtre commun de Cynthiacetus et de l'homme avait plusieurs types de dents, des membres pairs monobasaux avec des doigts, un squelette osseux et une symétrie bilatérale. Il a transmis tous ses caractères à Cynthiacetus et l'homme). Enfin on peut voir que les espèces fossiles font partie de l'évolution et sont aussi issus d'ancêtre commun comme l'homme qui a évolué avec les autres espèces et possèdent même des ancêtres communs avec des liens de parenté plus ou moins éloignés avec les autres espèces. Par exemple, l'homme est très proche de Cynthiacetus mais est très éloigné de la limule. Ainsi il n'y a pas d'espèces plus ou moins évoluées que les autres. Bilan : Tous les êtres vivants sont constitués de cellules et tous possèdent de l ADN comme support de leur information génétique. Ces deux caractéristiques fondamentales indiquent une origine commune à tous les êtres vivants, Homme compris. L existence de ressemblances (appelées liens de parenté) entre des groupes apparus successivement suggère la parenté des espèces qui les constituent. Une espèce nouvelle présente une organisation commune mais aussi des caractères nouveaux par rapport à une espèce antérieure dont elle serait issue (on parle d'ancêtre commun) : on parle d'évolution des espèces. L'Homme, en tant qu espèce, est apparu sur la Terre en s inscrivant aussi dans le processus d évolution. III Les mécanismes de l'évolution : II Activité 3 Mutation et sélection naturelle Comment de nouveaux caractères peuvent-ils «apparaître» et être conservés au cours de l'évolution des espèces? Notion de mutation et de sélection naturelle (histoire des sciences). I.1 I.3 Ré.10 Ra.2 Ra.6 1 On peut supposer qu'il y a des modifications au niveau du support de l'information génétique. Ensuite on peut supposer que ces caractères apportent un avantage de survie pour les espèces. 2 Arguments : l'existence de fossiles permet de rendre compte d'une transformation (pour Lamarck) et d'une évolution des espèces. L'observation des espèces permettent de rendre compte d'un mécanisme appelé sélection naturelle. La sélection naturelle est un mécanisme qui est le fait que l'environnement (ou l'homme) influe sur l'évolution des espèces et des populations en sélectionnant les individus les plus adaptés. 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. Le mécanisme de l'évolution repose sur des événements liés au hasard sans intervention divine. 3 Une mutation est une modification de l'information génétique dans un gène. C'est donc une modification de l'adn. C'est l'une des causes principales de l'évolution des espèces. Un caractère nouveau peut ainsi apparaître dans une espèce.
4 Voir exemples de schémas ci-dessous : Bilan : Au sein d une espèce, il peut apparaître des caractères héréditaires nouveaux suite à des modifications de l information génétique qu'on appelle mutations. La sélection naturelle peut trier certains de ces caractères nouveaux et conduire à l apparition d une nouvelle espèce. La mutation et la sélection naturelle sont deux mécanismes qui permettent l'évolution des espèces. IV Les crises biologiques et l'évolution des espèces : II Activité 4 La crise biologique Crétacé-Paléogène Comment expliquer l'évolution des espèces lors d'une crise biologique? Notion de crise biologique (causes et conséquences) en lien avec l'évolution des espèces. I.1 Ra.6 Co.1 1 Pour commencer, on apprend qu'il est important d'utiliser le principe de l'actualisme pour comprendre les phénomènes géologiques passés : on essaye de transposer les phénomènes actuels à fin de comprendre les phénomènes passés. Par exemple, on peut commencer par l'éruption volcanique à Laki (1783 1784). Ce volcan islandais est entré en éruption en juin 1783 quasiment sans interruption pendant 1 an. Il produit énormément de matériaux (notamment poussières et gaz volcaniques). Cela a engendré une diminution du rayonnement solaire à la surface du sol et donc une diminution de température (-1 C) sans doute provoquant des inondations. En plus de cela, le nuage volcanique s'est retrouvé en France et donc à migrer dans l'atmosphère créant des problèmes de culture. On a un autre exemple de phénomène : la chute d'un météorite en Sibérie en 1908. Cette météorite a explosé à 5-10 km du sol et avait une puissance phénoménale jusqu'à créer d immenses incendies, des
nuages poussières migrant dans l'atmosphère modifiant la température à la surface de la Terre. On apprend que le soleil est très important pour les plantes : sans soleil pas de photosynthèse donc pas de production de matière organique par les plantes. Ainsi si les plantes ne peuvent pas produire de matière, elles meurent et comme elles sont à la base de la chaîne alimentaire, les autres espèces meurent. On remarque des traces d'un impact de météorite de 200 km de diamètre dans le golf du Mexique. Cet impact est survenu semble-t-il vers 66 Ma. De plus, on a découvert en Inde de grandes couches épaisses de roche volcanique dans le Deccan en Inde. On appelle cela des trapps. Ces trapps ont été fabriquées par des coulées de lave abondantes au moins 5 millions d'années (en 63 et 68 Ma). Lorsqu'on utilise le principe de l'actualisme, on constate que l'impact météoritique du golf du Mexique et la formation des trapps du Deccan ont du engendré des pertubations de température à la surface de la Terre et avec de grandes quantité de poussières dans l'atmosphère (modifiant la lumière du soleil) et cela à l'échelle globale. Or on sait que les plantes sont dépendantes de la lumière du soleil. Ainsi les plantes et toutes les chaînes alimentaires ont du être affectées créant ainsi une grande extinction biologique vers 65 Ma. C'est ce qu'on appelle la crise biologique du Crétacé-Paléogène. D'ailleurs, on remarque qu'il a eu une chute de la plupart des familles de Vertébrés voir même la disparition de certains groupes (Ptérosaures, Dinosaures anciens) permettant à certains groupes de se développer dans les niches écologiques (milieux de vie). 2 Lors d'une crise biologique, les conditions environnementales changent radicalement. Du fait de la sélection naturelle, seules les espèces adaptées à ce nouvel environnement survivent. Après la crise, les extinctions laissent des niches écologiques vacantes, les mutations aléatoires créent de nouveaux caractères. Donc au final de nouvelles espèces apparaissent parmi lesquelles la sélection naturelle ne «choisit» que les mieux adaptées aux niches écologiques vacantes. Les crises biologiques contribuent ainsi à l'évolution des espèces. Bilan : Le renouvellement des espèces peut se faire progressivement. Mais il arrive que l évolution s effectue par à-coups lors de grandes crises biologiques (action de la sélection naturelle). On observe alors des extinctions massives (celle des dinosaures anciens par exemple) suivies par des explosions évolutives (action des mutations) où l on observe une diversification rapide (celle des mammifères par exemple). Cette évolution des espèces au cours des temps géologiques se fait souvent sur des millions d années et n est pas perceptible à l échelle humaine. V L'histoire de la Terre et l'échelle des temps géologiques : II Activité 5 Un aperçu de l'histoire de la Terre Comment s'est passé l'histoire de la Terre et comment est construite l'échelle des temps géologiques? Un bref aperçu de l'histoire de la Terre et la notion de l'échelle des temps géologiques (avec sa construction). I.3 Co.4 Voir dernière page. Bilan : L apparition de la vie et son évolution progressive ponctuée de nombreuses crises coïncident avec des événements géologiques majeurs. L histoire de la vie et les transformations de la Terre sont donc très liées et peuvent être replacées sur une frise chronologique qu'on appelle l'échelle des temps géologiques. La succession des formes vivantes et les transformations géologiques sont utilisées pour subdiviser les temps géologiques en ères et en périodes de durée variable.
7 1 3 2 4,65 Ga 4,0 Ga 6 2,5 Ga Hadéen 0,54 Ga Archéen Protérozoïque Phanérozoïque Actuel Crise biologique majeure 419,2 Ma 541 Ma 298,9 Ma 66 Ma 201,2 Ma Paléozoïque Dévonien 443,4 Ma Carbonifère 358,9 Ma Permien Trias Jurassique Crétacé 145 Ma 252,2 Ma 13 2,6 Ma 16 14 11 10 8 Paléogène 12 9 4 5 Titre : Frise chronologique simplifiée de l'histoire de la vie et de la Terre Quaternair e 485,4 Ma Silurien Cénozoïque Néogène Ordovicien Cambrien Mésozoïque 23 Ma 15