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Prépa. CAPES
Géologie
Leçon de Contre-Option
2007
Les données géologiques sur l’origine de la vie
INTRODUCTION
La biodiversité recensée à l’heure actuelle compte près de 2 millions d’espèces
(illustrations de cette biodiversité, micro-organismes inclus). Quelle est l’origine de cette
grande diversité ?
Cette question touche directement l’émotivité de l’Homme et a toujours fait partie de ses
préoccupations métaphysiques. De l'Antiquité jusqu’au milieu du XIXème siècle, il était
généralement admis que les êtres vivants pouvaient apparaître par génération spontanée et que
les différentes espèces étaient immuables. Mais Pasteur montra dans les années 1860 que les
organismes ne peuvent pas apparaître spontanément. De plus, à la même époque, Darwin
suggéra que tous ces êtres vivants partagent un ancêtre commun et qu’ils résultent du
processus d’évolution (définir). Bien que Pasteur et Darwin aient fait considérablement
avancer le débat, de nombreuses questions demeurent:
Problématique : Quand, comment et dans quelles conditions sont apparus les premiers êtres
vivants?
En particulier, quelles sont les données géologiques, c’est-à-dire les
informations issues de l’étude de la planète Terre, qui documentent l’origine
de la vie?
(Rmq : Dans ce type de leçon, il paraît très important de bien distinguer et de définir les
termes « donnée » (observation concrète, fait) et «hypothèse »)
Nous nous intéresserons ici aux données géologiques documentant l’origine de la vie.
Annonce du plan
I. DEFINITION ET PROPRIETES DES ETRES VIVANTS
I. 1. Qu’est-ce que la vie ?
Voir Lethiers (1998, Chap. 2); Brahic et al. (2006, Chap.13), Lecointre et Le
Guyader (2001, Chap. 1).
I. 2. Les trois domaines du Vivant et LUCA
Présenter l’arbre du vivant (Lecointre et Le Guyader (2001, Chap. 1) et LUCA
(Last Universal Common Ancestor) = le portrait robot de l’ancêtre commun issu
des données biologiques. Cela nous donne une idée de ce que l’on peut s’attendre à
trouver dans les roches.
I. 3. Quelques propriétés remarquables des êtres vivants
Donner les critères qui permettent d’identifier un être vivant (critères
morphologiques) ou au moins son activité (critères métaboliques): fermentation,
respiration et surtout photosynthèse. L’idée est d’introduire les critères qui seront
utiles en géologie et le type d’organismes qu’on peut s’attendre à trouver.
1
II. LES TRACES DES PREMIERS ETRES VIVANTS DANS LES ARCHIVES
GEOLOGIQUES
 définir la notion étendue de fossile : restes d’organismes ou traces d’activité
d’un être vivant (montrer des spécimens)
II. 1. Où chercher les premières formes de vie ?
* Identification des plus vieilles roches sédimentaires susceptibles de contenir les
fossiles (Montrer une carte géologiques mondiale avec les grands boucliers
précambriens et les cratons (ex : Elmi et Babin, p.25))
II. 2. Comment dater les premières formes de vie ?
Principe de la géochronologie absolue (isotopes radioactifs) la géologie est la
seule à pouvoir donner les dates absolues du calendrier de la Terre et de la Vie.
L’analyse des météorites, de la Lune, etc.. donne un âge de 4.6 Ga pour la
formation de la Terre la Vie à une origine postérieure à cette date. Définir
l’Archéen.
II. 3. Les isotopes stables du Carbone, témoins de l’origine de la Vie
Présentation des sites d’Akilia et d’Isua (Groenland, -3.8 Ga) (les montrer sur la
carte utilisée dans la partie I et apporter éventuellement un spécimen de
métaquartzite): pas de fossile reconnaissable mais molécules organiques complexes
préservées (kérogènes). Sachant que les molécules issues de la photosynthèse sont
enrichies en 12C par rapport aux carbonates minéraux, on comprend l’intérêt de
l’analyse du rapport Carbone (13C/12C) (rappeler le principe) pour les roches d’Isua
et d’Akilia signature d’origine biologique !
II. 4. Les stromatolites
Définition des stromatolites (échantillons) et présentation des sites de Warawoona
(Australie, -3.4 Ga) et de Fig Tree (Afrique du Sud, -3.3 Ga) : présence attestée de
stromatolites et peut-être aussi de divers microfossiles, sources de nombreux débats
(Lethiers (1998, Chap. 2); Brahic et al. (2006, Chap.13).
 Bilan soulignant les limites de ces données géologiques (métamorphismes, problèmes
d’interprétation, etc...).
III. LE VISAGE DE LA TERRE QUAND LA VIE APPARUT
 Les données géologiques permettent d’illustrer la naissance de la vie, mais aussi
de préciser les conditions régnant sur Terre lorsque la vie naquit.
III.1. Les premières atmosphères
Atmosphère primitive disparue et seconde atmosphère mise en place par le
dégazage du manteau qui était en train de se différencier. Observations :
• L’atmosphère des grosses planètes du systèmes solaires est composée de H2,
He, CH4, NH3 et H2O
• H2O vapeur et CO2 sont très abondants dans les émissions volcaniques
actuelles
• Pas de carbonates ni de photosynthèse pour stocker le CO2 à l’Archéen. Notion
très importante de « puits de carbone ».
• Inclusions gazeuses dans des diamants du Précambrien ancien : H2O, H2,
CO2, N2, et CH4 (cf. Brahic et al. 2006, p.639).
 Ces données donnent une bonne idée de la composition de l’atmosphère à
l’Archéen : H2O vapeur et CO2, N2, CH4, H2S et NH3,
III. 2. La présence d’eau liquide
Indispensables à la vie, mise en place tôt. Reconnue par des zircons issus de
granites, dont la formation nécessite de l’eau liquide (Voir par exemple Dossier la
Recherche nov. 2006+ Brahic et al. 2006.). Les dépôts sédimentaires des sites
2
mentionnées précédemment sont marins peu profonds  la Vie est apparue dans
l’eau.
III. 3. Rayonnement, température, et état d’oxydation
• Absence de structure oxydée dans l’Archéen absence d’O2 (et donc aussi
d’ozone) rayonnement UV fort. L’atmosphère était donc réductrice.
Attention, on est souvent plus dans le domaine des modèles que des données ici.
CONCLUSION:
Bilan sur la nature (fossiles, molécules fossiles,..), l’intérêt et les limites des données
géologiques: La Vie est ancienne, marine, et complexe dès son apparition. Ces documents
géologiques sont exceptionnels car très âgés et illustrant les premières formes de vie sur
Terre, mais ils sont souvent difficiles d’interprétation. Les données géologiques peuvent être
complétées par des données biologiques dans l’investigation sur origine de la Vie.  Tableau
récapitulatif montrant l’importance des données géologiques :
Nature de données
Age minimum de l’origine de la vie
Morphologie des premiers êtres vivants
Métabolisme des premiers êtres vivants
Type d’environnement où naquit la vie
Géologie Biologie
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x
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x
x
Cependant, les événements ayant conduit à l'émergence de la vie n'ont laissé aucune
trace géologique ni biologique. Pour tenter de les reconstituer, il faut élaborer des scénarios
plausibles (hypothèses) qui sont ensuite testés expérimentalement. Les données géologiques
servent alors de base à ces investigations expérimentales et à ces hypothèses (ex : Miller,
Oparine et Haldane, etc…).
Modèles ou hypothèses utilisant des données
Expérience de Miller (1953)
Hypothèse de la soupe primitive (Oparine & Haldane ~1920)
Hypothèse de l’origine extra-terrestre des molécules organiques
Hypothèse de la synthèse des macromolécules par les argiles (CairnsSmith ~1980)
Hypothèse d’un protométabolisme à la surface des cristaux de Pyrite
(Wächtershauser 1989)
Hypothèse des sources hydrothermales
Géologie Biologie
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(x)
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x
Enfin, les données géologiques permettront aussi de suivre les grandes étapes de
l’évolution de cette vie (MFS, fossiles phanérozoïques, etc.) et permettent de reconstruire
l’histoire de la biodiversité depuis son origine jusqu’à aujourd’hui. Cette évolution montre
aussi les liens très étroits entre l’évolution de la Vie et celle de la Terre, notamment par les
cycles biogéochimiques unissant ces deux grands ensembles.
QUESTIONS SUR LA LEÇON :
 Sur quels critères les grandes divisions chronologiques du Précambrien ont-elles été
établies ? et comment est définie fin du Précambrien = base du Cambrien ?
 Que sont les Minerais de Fer rubanés ? Que savez-vous sur leur formation ?
 Qu’est ce que la théorie endosymbiotique ?
 Que sont les tillites ? En connaît-on dans le Précambrien ?
 Que sont les archées ? En connaît-on à l’état fossile ?
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 Les phylogénies moléculaires peuvent-elles contribuer à l’étude des premières formes
de vie ? comment ?
Sélection Références de la Liste officielle :
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BABIN C Principes de Paléontologie, 451p Colin 1991
BRAHIC et coll. Sciences de la Terre et de l’Univers, Vuibert, 2006.
ELMI S & BABIN C Histoire de la Terre, 173p Colin 1994
GARGAUD & coll. L’environnement de la Terre primitive PUF de Bordeaux 2001
LECOINTRE G & LE GUYADER H Classification Phylogénétique du vivant Belin
2001
LETHIERS F Evolution de la biosphère et événements géologiques, 321p Gordon and
Breach Sc. Pub. 1998
POMEROL C & BABIN C Précambrien. Ere Paléozoïque, 429p Doin.
FORTERRE, P. in : Dossier Pour La Science « L'évolution » Janvier 1997, p.88.
KNOLL, A. De la Vie primitive aux êtres macroscopiques. Dossier Pour la Science
« la valse des espèces » Juillet 2000
Collectif La Recherche, dossier « l’Histoire de la Terre », Novembre 2006.
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