paleobiosphere

PALEOBIOSPHERE.
1. Formation de la terre
15 Ga Big bang : formation de l’univers
4,55 Ga formation du système solaire.
[Datation météorites+ lunes+ autres planètes à l’U/Pb+ autres techniques dates homogènes de
4,55Ga]
Y de condensationY d’accrétion Y de différentiation (formation planète)
2. Le Précambrien
 l’I de tps entre la formation de la Terre et la base du cambrien à -542 Ma
Etude des vieilles roches disponibles
Représente 4GA soit 8/9 de l’histoire de la Terre.  système de divisions en gd EONS
PHANEROZOIQUE
0,542 Ga
PROTEOZOIQUE
2,5Ga
PRECAMBRIEN
ARCHEEN
4,5 Ga
3 divisions :
Néo
Méso
Paléo
Les grandes divisions sont définies par des grands ensembles lithologiques (méthode
lithostructurale / géochronologie absolue radiochronologie U/Pb mesure dans les zircons)
3. La Terre au Précambrien.
3.1 Les premières atmosphères.
[92% H --------7% He]
 ATM proche de celle de l’univers (faible masse atomique, t faible gravité)
[H2------He------CH4------NH3-----H20]
 Mise en place d’une autre ATM, proche de celle dans les autres grosses planètes.
[Gdes quantités de CO2-----H20]
ds les émissions volcaniques (diamant précambrien : émissions gazeuses)
[H20-----H2-----CO2-------N2------CH4]
Précambrien :
pas de structure oxydée  abs de O2
 pas de Photosynthèse ni de carbonate ( pas de stock de CO2)
Archéen :
[H20 sous forme de vapeur----CO2---- N2----CH4----NH3]
Mais absence de 02& 03
 ATM réductrice
Les recherches actuelles pensent que L’H20 sous forme de vapeur a été apporté par les
météorites puis l’H20 s’est condensée par refroidissement
4,3 Ga : premières traces d’étendues d’eau
3,9 Ga : premières étendues d’eau
Vue la jeunesse de la Terre [radiations élevées+météorites]
 Énergie, R* et Temp très chaude.
3.2 La Tectonique.
A l’archéen :
 Accrétion verticale pour formation de la croûte : Komatiites (péridotites)
Puis accrétion périphérique : mise en place de la tectonique des plaques subduction à 3,2
Ga.
Roches précambriennes : boucliers précambriens.
Cratons : Australie, Amérique du sud, Groenland,
Canada
3.3 Les climats.
-
ATM chaude
Réductrice
rayonnements solaires non filtrés.

archives sédimentaires : TILLITES –dépôts glaciaires--+ Données isotopiques+
modèles
 GLACIATION HURONIENNE A 2,4 Ga
 GLACIATION
A 0,94-0,6 Ga SNOWBALL EARTH (recouverte de
glace)Causes ? 1 facteur clé la Rodinia (1er super continent se disloque ( 0,9) et les courants
océaniques sont modifiés (-> transport de chaleur)
 utilisation des isotopes stables de 02 + Si
Température océanique 70°c vers 3,5 Ga 20°c vers 0,8 Ga
3.4 Oxygénation de la Terre.
*Entre 3,8 et 1,8 Ga : minerais de fer rubanés dans
l’océan : MFR//BIF sous forme réduite.
*Sur les boucliers alternance de silice& de Fe sous forme
oxydée.
*Uranites&Pyrites formes réduites (U02 & Fe2S)
Fe+ U communs ds les dépôts jusqu'à 2-2,5 Ga.
En mm tps dépôts sédimentaires continentaux rouges :
Grès avec fer sous formée oxydée
Vers 2,5-2,4 Ga l’état d’oxygénation a changé radicalement ( avt t faible pas perceptible)
D’où provient l’O2 ?

oxydation photochimique sous action des UV (absence d’ozone peuvent réagir avec le
Fe+ H2O : hydroxyde de FE)
MFR : eau pure+UV (ms s’arrêtent à une certaine profondeur)

photosynthèse mise en place rapidement à 2,5 Ga sur ms peut-être mm avt.

Oxydation enzymatique anoxigénique : bactéries photosynthétiques ss production de
O2 parce qu’elles utilisent l’oxydation de l’élément.
Organismes dégradent et laissent des composés  biomarqueurs typiques, 1 type de vie
caroténoïdes : bactéries pourpre et verte.
Les eucaryotes ne jouaient pas de rôle important.
L’état d’O2 était intermédiaire entre archéen et now
Les 1ers MO ont joué un rôle important ds cycle biogéochimique & l’atm
Interactions entre géosphère et biosphère---marqueur et acteur
4. La vie au Précambrien.
4.1 Def de la vie.
1 € de critères : molécules organiques dans une structure individuelle capable de se
reproduire, métabolisme (interaction ac les ml), hérédité, présence systématique de
macromolécules.
3 gd domaines :
4.2 Origine des les 1ères molécules organiques.
4.2.1 Soupe primitive ou prébiotique
Vie apparue dans les océans.
Dans les années 20-- Oparine& Maldane dans cet océan, avec composés primitifs (CO2 ;
CH4 ;NH3) sont mis en solution& soumis à une source d’énergie.
Cette soupe chaude : premières molécules organiques qui s’organisent entre elles : organismes
vivants.
4.2.2 Expérience de Muller (1953)
Système expérimental très simple eau+ NH3+CH4+H + source énergétique (décharge
électrique) sous vide  condensation dans un tube vaporisationaccumulation au bout
d’une semaine : glycine, alanine, acide glutamique, acide aspartique.
Démonstration de l’exp. D’ Oparine & Aldane :
molécule du vivant (ribose, adénine, désoxyribose) si on
ajout P  synthèse de ttes les molécules du vivant.
4.2.3 Les sources hydrothermales profondes.
Eau des fumeurs noirs, dorsale.
Communauté vivante
 Indep de la lumière (2000-2500m) énergie : oxydation de l’H2S (chimioautotrophes)
par la bactérie.
 Synthèse de composés organiques (AA, N,…)
 Modèle pour apparition de la vie
Attention now O2 dans l’eau pas le cas à l’archéen.
Bcp de ces composés ne sont pas stables aux pressions auxquels ils se forment.
4.2.4 Panspermie (vie ou molécules).
Les 1ères molécules organiques d’origine extraterrestre (météorites)
Les comètes et nuages interstellaires contiennent les produits de base (glycine) & complexes.
A l’heure actuelle la Terre reçoit 500T de C organique qui viennent de l’espace. A l’archéen
ce phénomène était beaucoup plus intense  hypothèse sérieuse pour alimenter les océans.
4.3 Macromolécules du vivant
Pour assemblage, hypothèses :
- argiles : les phylosillicates en feuillets qui offre de gdes surfaces d’adsorption, une
structure répétitive +catalyseur pour phénomène de polymérisation (AA  chaîne
polypep. AN chaîne nucléotidique.)
Pb de la poule/œuf. : ARN et protéine.
Fin des années 70  ARN enzymatique : RIBOZYME Arn a activité E = catalyseurs
ARN précède l’ADN
 monde à ARN monde à ADN (plus stable)
LUCA dernier anc commun universel :
Code génétique
Génome à ADN ac un système d’entretiens des gènes
ARN+ E
Etre vivant complexe fonctionnel qui est le résultat d’une évolution : évolution moléculaire
avec une membrane (pb invention+ macromolécules qui s’y insert).
OPARIN :
Protéine eau chaude& salée  structure de 2à 5000um de diamètre  coacervats.
FOX :
Protémoides 2 um microsphères
Protobiontes (pré-être vivant) mb se met en place de façon spontanée (attention protéique
mis pas lipidique !
4.4 Début de la vie.
4.4.1 Méthodes d’investigation.
Registre fossiles + phylogénie moléculaire
1) Registre fossiles.
Exceptionnel limite absolu les + vieilles roches sed : 3,85 Ga au Groenland.
AKILA
USUA ( 3,80 Ga)
7&8
- Critères morphologiques
Petites structures :




Cocoïdes : structures + ou – ovales isolées ou
regroupées.
Sphéroïdes paroi nette port assez net (5-60um)
Formes étoilées
Stomatolites
2) Biogéochimique.
Isotopes stables du C, O, Strontium, S
Isotopes C13/C12 (photosynthèse)
3) Phylogénie moléculaire
 Relation de parenté à partir de matériel génétique
Origine vie : arbre à 3 branches. indep des données
géologique complète le registre fossiles.
Branches en gras : base de la arbre près du nœud de
base. Ces organismes sont hyperthermophiles. L’O2 est un poison.
Lecture écologique en concordance ac les modèles (océan à 70°c , pas de O2 avt 2,5 Ga)
4.4.2 Gisement Archéen
Exceptionnels :
AKILA
ISUA
Metaquartzites disposées en ml profond.
ISUA :
Structures ovoïdes 1er fossiles ? à débattre signature isotopique ne va pas dans ce sens
inclusion abiotique.
WARRAWOONA (Australie) -3,46 Ga :
Env Stromatolites : delta C13/C12 fractionnement isotopique assez fort majoritairement du
C12 : matière organique, organismes photosynthétiques (cyanobactéries ?).  Premières
traces de vie.
Attention ph de sédimentation ?
PILBARA : -3,43 Ga
T gd affleurement de stomatolites d’origine bio avec différentes morphologies comme celles
actuelles.
Absence de processus sédimentaire qui formerait de si gde variation.
A 3,4 Ga  structures vivantes : cyanobactéries. Différents groupes de capable de former ces
structures.
Piégeage sédimentaire : bio/géol.
 « Pseudofossiles » : structure abiotique peuvent former certaines formes.
TRANSVAAL (Afrique du Sud ) -2,52 Ga
 + Anciens microfossiles incontestables tant morphologiquement que biogéochimiquement.
4.5 Photosynthèse.
3,5 Ga (Australie)
Point de calibration age minimal (8) groupe photosynthétique branches+ bases les plus
anciennes.
La photosynthèse ne produit pas forcement du O2  oxydation des produits réduits (Fe)
les cyanobactéries seules à produire du O2.
Photosynthèse oxygénique  2,7 Ga (traçage isotopique/reconnaissance cyanobactéries)
précède la grande oxydation.
 2 gdes conséquences :
 Modification de l’ATM
Affranchit ces organismes des sources hydrothermales profondes & produits réduits dont ils
avaient précédemment besoin.  Possibilité de conquête, augmente le territoire occupé par
ces êtres vivants.
Ces cyanobactéries sont le 1er grand groupe de p° Ir de l’histoire de la vie.
4.6 Les 1ères différenciation protérozoïques.
Gisement fossiles
GUNFLIT ( Canada) -2Ga
« stomatolites » dans dépôts silicifiés variété d’être vivant
15aine de formes différentes : différents morphotypes  très abondant : premier exemple de
différentiation de la vie
Cette 1ere différentiation est le fait uniquement de bactéries « monde bactérien »
4.7 Les premiers eucaryotes
4.7.1 Registres fossiles.
1 seul critère : la taille
En général les bactéries ont une taille 10um au
max
Eucaryotes supérieurs à 10um à 60um
On date ces 1ères eucaryotes à 1,8 Ga
Les 1ères représentants : ACRITARCHES (en
étoiles) origines incertaines.
= [Kystes de résistance avec une paroi
organique (plusieurs groupe) env kystes de
dinoflagellés]
1,6 à 1,4 Ga algues unicellulaires :
« eucaryotes vrais » algues rouges, protistes,
vertes…
1,7Ga invention de la sexualité  spores en tétrade stade méiose brassage génome,
mutations…
4.7.2 Théorie endosymbiotique.
C pro-eucaryotes
Mito + chloro point commun ac les bactéries.
Lynn Margulis
Eucaryotes association symbiotique de plusieurs C procaryotes  fusion des différents
symbiontes C de plus grandes tailles. Pas un seul phénomène mais plusieurs..
Une partie du génome procaryote dans celui de la c hote.
Eucaryotes primitifs avaient forcement une mitochondrie cad un métabolisme aérobie.
 Eucaryotes privés de mitochondries
Mm niveau de dérivation que celles ac une mitochondrie
Pertes chez certaines 2nd  réalisent alors une symbiose (amibe actuel ac une symbonte)
 Eucaryotes aérobies  existant dans 1 monde ac teneur en 02 suffisante.
4.8 Apparitions des 1ers métazoaires.
Eucaryotes pluricellulaires hétérotrophes : « animaux »
C organisées en tissus, organes, à fonction particulières avt 600 millions d’années.
4.8.1 Doushanto ---- Chine -600 Ma
Fossile Lagerstäten
[Procaryotes, acritarches, algues uni/multicellulaires et animaux.]
[E montrant des stades de divisions.]
T rare site de phosphorites dépôts phosphatés, colophane qui ont préservé la structure.
Pas trouver ailleurs
11 janv : certaines bactéries sulfatées ressemblent à ces E , divisions qui imitent celles des E
Capacité de plus à fr précipiter le sulfate.
Algues+ champignons : relation symbiotique ac photoautotrophie avt apparition des plantes
vasculaires.
4.8.2 Edicara ---- Australie -560 Ma
En 1er décrit en Australie puis dans l’ensemble du monde
Faune cosmopolite, organismes à corps mous
Environnement marin peu profond
Très gde diversité env 100N d’espèces.
[Eoporpita, Mawsonites, Tribachdium]
Difficile d’interprétation, abs de squelette, env corporelle très mince
Ces animaux n’avaient pas de système de circulation, respiration directe avec le ml ambiant.
Gde disparité de morphologie : niches écologiques variées.
Eq actuels ? Aucun pr l’instant
Essai évolutif qui aurait pas d’eq actuel  VENDOZOA (« Vendien » = Edicarien)
Disparaissent à la base du Précambrien 1 ou 2 survivants.
Fin de cette faune
1er écosystème complexe du protérozoïque ( pas de forme prédateur ni fouisseur)
Eucaryotes différenciés
En // de ces organismes ont trouve 2 exceptions :
Cloudina& Sinotubulités (Namibie & Chine) premières coquilles de carbonate de Ca.
biomineralisation existe à la fin du précambrien.
4.8.3 Diversification&environnement.
1 épisode de diversification
Ces animaux n’avaient pas de système différencié.
Respiration direct en contact ac le ml taux d’oxygène très élevé qui leur permettaient de
vivre.
Il y a à la fin du protérozoïque de gd v de sédiments de carbone organique.
er
Oxygénation à 2,4Ga – 2ème phase au protérozoïque sup 1-0,6 Ga niveau actuel de 18% au
cambrien à 21% actuel