Partie 2 – Evolution des organismes vivants et histoire de la Terre

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
Compétences
Introduction et rappels – Partie II
Mo.1
Notion des groupes emboîtés, de fossiles. Reconstitution des paysages
anciens grâce aux roches sédimentaires.
Correction :
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
Problème
Comment expliquer qu'il y ait des caractères transmis par les parents et d'autres
non ?
Compétences
Mo.1
Notion de roches sédimentaires en temps que archives géologiques
(apparition, disparition, développement d'êtres vivants).
I.1 – Co.1 – Co.4
Correction : 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
Problème
Comment a évolué la vie à la surface de la Terre ?
Compétences
Notion de lien de parentés entre groupes et espèces.
Origine commune des êtres vivants (ainsi que l'Homme) : universalité
Mo.1 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
Correction :
I.1 – Matrice des caractères :
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
I.2 – Groupes emboîtés :
X
X
X
X
X
X
X
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
Problème
Comment de nouveaux caractères peuvent-ils « apparaître » et être conservés
au cours de l'évolution des espèces ?
Compétences
Mo.1 Notion de mutation et de sélection naturelle (histoire des sciences).
I.1 – I.3 – Ré.10 – Ra.2 – Ra.6
Correction :
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
Problème
Comment expliquer l'évolution des espèces lors d'une crise biologique ?
Compétences
Mo.1
Notion de crise biologique (causes et conséquences) en lien avec
l'évolution des espèces.
I.1 – Ra.6 – Co.1 – Mo.1
Correction :
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
Problème
Comment s'est passé l'histoire de la Terre et comment est construite l'échelle
des temps géologiques ?
Compétences
Mo.1
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
Correction : 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