http://science.guillaumeponce.org/aaa--expose-histoire-vivant.html
Il sera ici question du vivant sur Terre pour compléter un précédent exposé sur les possibilités de vie extraterrestre.
L'exposé reposera sur les théories scientifiques « officielles » actuellement en vigueur. (Pas de prise en compte de possibles interventions extérieures).
Echelle de temps colossale → spéculations et imprécisions
Ceci dit, la plupart des périodes d'apparition annoncées ont été obtenues par analyse au carbone 14 sur de fossiles, elles sont donc généralement à prendre comme « au moins depuis la période annoncée ».
Larousse :
Caractère propre aux êtres possédant des structures complexes (macromolécules, cellules, organes, tissus), capables de résister aux diverses causes de changement, aptes à renouveler, par assimilation, leurs éléments constitutifs (atomes, petites molécules), à croître et à se reproduire.
ADN
Virus exclus, l'unité fondamentale de la vie est la cellule (archées, procaryote et eucaryote sont les 3 domaines cellulaires : plus de précisions dans quelques diapositives).
Larousse :
Ensemble des changements subis au cours des temps géologiques par les lignées animales et végétales, ayant eu pour résultat l'apparition de formes nouvelles.
Définition grand public un peu : la vie ne se limite pas aux animaux et végétaux ... comme nous allons le voir.
Wikipédia :
En biologie, l'évolution est la transformation des espèces vivantes qui se manifeste par des changements de leurs caractères génétiques et morphologiques au cours des générations.
[...]
L'évolution est causée, d'une part par la présence de variations parmi les traits héréditaires, tels que la couleur du plumage, d'une population d'individus lors des phases de reproductions avec l'apparition parfois de mutations, et d'autre part par divers mécanismes qui vont modifier la fréquence de certains traits héréditaires au sein de la population. Parmi ces mécanismes, la sélection naturelle désigne la différence de propagation entre les traits héréditaires causée par leur effet sur la survie et la reproduction des individus : si un certain trait héréditaire favorise les chances de survie ou la reproduction, il s'ensuit mécaniquement que la fréquence de ce trait augmente d'une génération à l'autre.
[...]
À l'échelle des temps géologiques, l'évolution conduit à des changements morphologiques, anatomiques, physiologiques et comportementaux des espèces.
Modifications de l'environnement → modification des formes de vie ...
... le tout sur une échelle de temps qui permet de « faire le tri » au fil des générations.
6 règnes :
Physiquement elles ressemblent aux procaryotes (bactéries) car elles n'ont pas de noyau. Mais certains de leurs caractères biochimiques, comme la constitution de leurs membranes, sont différentes. Elles présentent en outre des gènes et des voies métaboliques qui sont plus proches des eucaryotes.
Leur absence de noyau les a fait classer à une époque parmi les procaryotes, mais elles en sont en fait aussi fondamentalement différentes que les eucaryotes. Elles constituent donc un domaine (c'est à dire une forme de cellules) à part entière.
Toutes les archées sont unicellulaires.
Procaryotes unicellulaires (absence de noyau). Grande diversité de formes : sphériques (coques), allongées ou en bâtonnets (bacilles), des formes plus ou moins spiralées ...
On estime le nombre de bactérie dans le monde (à chaque instant) à 4 à 6 quintillions (1030). Rappel de repère astronomique pour une petite mise en perspective : la voie lactée ne comporte « que » 3 × 1011 étoiles.
On en trouve dans tous les milieux, y-compris à l'intérieur d'autres êtres vivants. Par exemple, chez l'humain, il a été calculé que 1012 bactéries colonisent la peau, 1010 bactéries colonisent la bouche et 1014 bactéries habitent dans l'intestin, ce qui fait qu'il y a dix fois plus de cellules bactériennes que de cellules humaines dans le corps humain.
Certaines formes nocives sont médiatisées pour provoquer des maladies mais d'autres sont bénéfiques et même nécessaires pour les formes de vie les plus évoluées (pas de bactéries ⇒ pas de digestion chez la plupart des animaux).
Groupe très hétérogène (fourre tout) pour regrouper tous les eucaryotes (cellules à noyau) qui n'entre pas dans les autres règnes du domaine.
Certains sont unicellulaires (le plus souvent) et d'autre multicellulaires (mais sans tissus spécialisés).
Certains sont autotrophes (ex : microalgues), d'autres sont hétérotrophes (ex : protozoaires se nourrissant de microalgues).
Exemples d'espèces : amibe, paramécie, euglène ...
De complexités très variables : depuis la colonie de cellules relativement amorphes que forment les éponges, jusqu'aux organisations très complexes des insectes ou des vertébrés.
-4,6 Ga : formation de la Terre.
-4,3 Ga : la température de la Terre a suffisamment baissé pour permettre l'existence de l'eau à l'état liquide.
Puis, la vie requérant des macromolécules complexes (polymères), il a fallu que les « briques de base » permettant de les fabriquer (monomères) soient présentes. 2 hypothèses :
Pour Oparine (1924) et Haldane (1929), une lente évolution chimique aurait précédé l'évolution biologique. De petites molécules organiques se seraient formées dans l'atmosphère primitive dépourvue d'oxygène puis dissoutes dans les jeunes océans, donnant naissance à la soupe primordiale. Ca ne fonctionne que partiellement en laboratoire (expérience de Miller) : on obtient des aldéhydes, des acides carboxyliques, des acides aminés mais de nombreuses molécules organiques indispensables n'ont pu être synthétisées.
Selon la théorie de la panspermie, les monomères auraient pu être apportés par des météorites. Actuellement les nuages interstellaires forment, grâce à la collision des atomes avec les particules du rayonnement cosmiques, plus de soixante molécules organiques. D'autre part les météorites possèdent fréquemment des molécules riches en carbone, dont plus de 70 acides aminés présents dans la biosphère.
Une version substantiellement plus étendue de la panspermie soutient que la vie elle-même aurait pu être apportée par des météorites ... mais chut.
Les polymères apparus, un ensemble fonctionnel devait isoler physiquement l'ensemble du milieu grâce à une membrane. Oparine et Fox ont montré que la formation d'une membrane faite de polymères épaissis se produit spontanément dans les solutions aqueuses riches en molécules organiques.
-3,85 Ga : premières traces de vie datée par géochimie isotopique (île d'Akilia, Groenland), dans les océans, seuls endroits à l'abri des UV solaires. La vie a donc été (jusqu'à aujourd'hui) présente de manière avérée pendant 82 % de l'histoire de la Terre.
-3,4 Ga : premières traces directes (fossiles) et indirecte (stromatolite) observables de la vie.
En fait on hypothètise l'apparition de LUCA à entre -4,1 Ga et -3,6 Ga. Avec l'hypothèse au plus tôt, la vie a été présente pendant 89 % de l'histoire de la Terre.
Et encore, LUCA ne doit pas être confondu avec le premier être vivant, c'est seulement le premier dont on descendrait tous, mais il y a pu y avoir des formes de vie antérieures sans descendance aujourd'hui.
La vie multicellulaire n'apparaît qu'il y a 1,2 Ga : la première forme datée est une algue rouge appelée Bangiomorpha pubescens. Donc 30 % de l'histoire de la vie a été uniquement unicellulaire.
Mais entre temps il ne s'est pas rien passé pour autant :
-3 Ga : apparition de la photosynthèse. Le formes primitives de photosynthèse ne libèrent pas d'oxygène mais l'évolution du procédé (mutations des pigments chlorophylliens) aboutie, avec les cyanobactéries, à une forme qui le fait a des échelles massives :
-2,8 Ga : les cyanobactéries sont probablement les premières formes de vie à sortir de l'eau. Néanmoins le milieu marin demeurera encore pour longtemps l'espace privilégié pour les nouvelles espèces.
-1,5 Ga : premiers eucaryotes. NB : les eucaryotes sont toujours aérobies, ils ne pouvaient donc pas apparaître avant la production d'un milieu oxydant par la photosynthèse.
-1 Ga : premières formes de vie multicellulaires détectées.
Les formes de vie procaryotes multicellulaires existent, mais sont peu communes. Il fallait attendre l'apparition des eucaryotes pour voir exploser cette forme (il faut de l'énergie pour créer des être aussi complexes, le rendement 18 fois supérieur de la respiration y est pour beacoup).
-900 Ma : premières traces indirectes d'animaux (ou animalia, ou métazoaires). Ils deviennent rapidement les organismes les plus différenciés de la biosphère car leur mobilité leur permet d'atteindre des milieux plus divers exerçant des pressions de sélection naturelle plus diverses.
A entre -542 Ma et -530 Ma, soit très peu de temps à l'échelle géologique, les animaux vont connaître l'apparition de tous les embranchements actuels. Premiers invertébrés.
Cette évènement évolutif est sans précédent et fait figure de singularité.
La diversification touche également les formes de vie végétales et bactériennes.
La tectonique des plaques continentales, entraînant la dérive des continents, sera ensuite le principal facteur de diversification :
Les continents changent de latitudes et d'altitudes, créant des milieu climatiques différentiés exerçant des pressions sélectives également variées.
-20 Ka : apparition de l'agriculture.
En importances relatives, les premiers grands bouleversements de milieu, et les plus fondamentaux, qui induiront les premières grandes évolutions sont produits par la vie elle-même : oxydation du milieu, apparition de la couche d'ozone.
Ensuite seulement viennent les évènements géologiques (tectonique des plaques isolant les milieux terrestres les uns des autres et diversifiant les climats).
Et, de temps en temps seulement, un cataclysme extérieur (météorites géantes ...).
On peut se demander si la vie n'est pas apparue successivement plusieurs fois, avec des apparitions et extinctions totales successives avant la lignée actuelle.
Mais on pense que ce n'est pas le cas car, avec la photosynthèse oxydante puis la respiration, la vie a irréversiblement détruit les conditions de sa propre apparition à l'état primordial.
D'ailleurs le fait que l'oxygène qui nous est vital soit un déchet toxique pour les formes de vie primordiales et qu'il soit evacué comme tel lors de la photosynthèse pourrait nous amener à reconsidérer notre notion d'organismes extrêmophiles. Vis à vis de la majorités des formes de vie qui peuplent la planète, ce sont nous les extrêmophiles.
Toutes les innovations de l'évolution ne sont pas unique sur l'échelle du temps. Ainsi la vie multicellularité serait apparue en au moins 25 occurences indépendantes les unes des autres.
La classification classique (domaine → règne → embranchement → classe → ordre → famille → genre → espèce) suppose une structure purement arborescente, mais il existe occasionnellement des possibilités d'hybridations inter-espèces qui viennent mettrent un peu de désordre.
Wikipédia :
ENS Lyon :