Fiche de révision : Histoire de la Terre et de la vie

📋 Plan du Cours

1. Les premières conceptions de l’âge terrestre
2. Les chronologies religieuses et bibliques
3. La géologie mesure les temps longs
4. Débats scientifiques sur l’âge terrestre
5. Radioactivité et datation de la Terre
6. Les plus anciennes traces de vie
7. Les systèmes fondamentaux du vivant
8. Métabolismes et origine du vivant
9. Matériel génétique et monde à ARN
10. Membranes primitives et cellulaires
11. LUCA et les stades du vivant
12. Origines possibles de la chimie prébiotique
13. Échelle des temps géologiques
14. Hadéen et formation de la Terre
15. Archéen et premières transformations biologiques

📖 1. Les premières conceptions de l’âge terrestre

📝 Points essentiels

📌 Aristote considère la Terre éternelle, car les modifications de sa surface se compensent en moyenne et préservent son identité.

• Les stoïciens conçoivent le monde comme une succession de créations et de destructions reproduisant les mêmes êtres et les mêmes événements.

💡 Astuce mémo

Aristote maintient un monde éternel ; les stoïciens le font renaître cycliquement.

📖 2. Les chronologies religieuses et bibliques

★ À maîtriser

• Dans les thèses judéo-chrétiennes, l’histoire du globe est calquée sur la révélation de Dieu aux hommes et ses événements successifs servent à établir une chronologie.

Compléments

• Dès le Ier siècle après Jésus-Christ, Flavius Josèphe, puis Théophile d’Antioche et Eusèbe, calculent l’âge de la Terre à partir des âges et générations de l’Ancien Testament.

• Ces calculs bibliques situent la création 5500 ans avant la naissance du Christ.

📖 3. La géologie mesure les temps longs

★ À maîtriser

• Du XVIe au XVIIIe siècle, plus de 200 calculs différents estiment l’âge de la Terre entre 3483 et 6984 ans depuis la Création.

• James Ussher date la création à la nuit précédant le 23 octobre 4004 avant Jésus-Christ, dans le calcul le plus célèbre de cette période.

• Edmond Halley propose en 1715 d’utiliser l’augmentation régulière de la salinité océanique due aux sels apportés par les rivières comme chronomètre géologique, sans parvenir à calculer l’âge de la Terre.

Compléments

• Les chronologies courtes attribuent au Déluge un rôle majeur dans la structuration de la Terre et interprètent la formation des montagnes, l’empilement des couches et le creusement des vallées comme des phénomènes rapides.

• Buffon estime en 1778 que la Terre a au minimum 25 000 ans, à partir de l’observation de l’accumulation des sédiments.

• Buffon teste l’hypothèse d’une Terre initialement en fusion qui se consolide en refroidissant au moyen d’expériences sur des globes de métal, de verre et de pierre.

• Les expériences de refroidissement de Buffon estiment à 2905 ans le temps de consolidation jusqu’au centre, à 33911 ans le temps avant de pouvoir toucher la surface et à 74047 ans l’acquisition de la température actuelle.

📖 4. Débats scientifiques sur l’âge terrestre

★ À maîtriser

• Darwin estime l’âge de la Terre à 300 millions d’années à partir de l’érosion de la croûte terrestre, une durée compatible avec sa thèse sur l’origine des espèces.

• En 1862, William Thomson, dit Lord Kelvin, estime par thermodynamique que la Terre n’a pas plus de 100 millions d’années, en reprenant les hypothèses de Buffon et les lois de diffusion thermique de Fourier.

Compléments

• Trente-cinq ans plus tard, de nouveaux calculs de Kelvin ramènent l’âge estimé de la Terre à 20 ou 40 millions d’années.

💡 Astuce mémo

Darwin étire le temps ; Kelvin le raccourcit par le refroidissement.

📖 5. Radioactivité et datation de la Terre

★ À maîtriser

• Au début du XXe siècle, Rutherford établit que les dégradations radioactives produisent aussi de la chaleur, ce qui invalide le modèle de refroidissement de Kelvin. - Ernest Rutherford

• Dans les années 1950, Patterson estime l’âge de la Terre à 4,55 milliards d’années en étudiant les isotopes du plomb de la météorite Canyon Diablo, car les roches terrestres anciennes sont rares. - Clair Cameron Patterson

Compléments

• En 1904, Rutherford utilise la datation par l’hélium et fait évoluer l’estimation d’un échantillon de 40 à 140 puis à 500 millions d’années.

• En 1905, Lord Rayleigh obtient par la même méthode une estimation dépassant un milliard d’années.

• La demi-vie de l’uranium utilisée dans les travaux de Clair Cameron Patterson est de 4,51 milliards d’années.

💡 Astuce mémo

La chaleur radioactive invalide le modèle thermique de Kelvin → les datations atteignent les milliards d’années.

📖 6. Les plus anciennes traces de vie

★ À maîtriser

• Les roches anciennes sont rares parce que les mouvements tectoniques peuvent les métamorphiser, ce qui limite l’étude de la biosphère antérieure à 3,8 milliards d’années.

• À Barberton, en Afrique du Sud, des tapis microbiens photosynthétiques sont datés de 3,33 milliards d’années.

• Le Pilbara oriental en Australie livre des colonies microbiennes lithotrophes, les plus anciennes traces de vie mentionnées, datées de 3,5 milliards d’années.

• Les zircons, minéraux très résistants, livrent des biosignatures de matière carbonée d’origine biologique et des signatures isotopiques datées de 4,1 milliards d’années, malgré l’absence d’archives rocheuses antérieures à 4 milliards d’années.

Compléments

• Les gneiss d’Acasta au Canada, la croûte brésilienne vieille de 3,5 milliards d’années et les roches métamorphiques indiennes du même âge ne montrent pas de traces de vie.

• Au Groenland, les roches d’Isua sont datées de 3,8 milliards d’années mais leur métamorphisme empêche d’y trouver des microfossiles.

• La géochimie des zircons hadéens suggère une planète potentiellement habitable et la possibilité d’une biosphère à cette époque.

💡 Astuce mémo

Les microfossiles attestent une vie observée ; les zircons révèlent des biosignatures plus anciennes.

📖 7. Les systèmes fondamentaux du vivant

🔑 Notions clés & Définitions

• Métabolisme : Ensemble des réactions chimiques qui fournissent à l’organisme ses constituants et son énergie.

📝 Points essentiels

• La vie requiert trois systèmes essentiels :

  • le métabolisme
  • le matériel génétique
  • une membrane

• Le matériel génétique porte les plans de l’organisme et lui permet de se reproduire et d’évoluer.

• La membrane isole l’organisme de l’environnement extérieur et définit le soi par opposition au non-soi.

💡 Astuce mémo

Une cellule : métabolisme actif, génome porteur de plans, membrane qui délimite son intérieur.

📖 8. Métabolismes et origine du vivant

★ À maîtriser

• Le métabolisme remplit trois fonctions :

  • produire de l’énergie
  • fabriquer les constituants de la matière organique
  • recycler les constituants de la matière organique

• L’organisme animal, dont l’être humain, est chimio-organo-hétérotrophe : il tire son énergie et ses constituants de la matière organique.

Compléments

📌 L’hétérotrophie est une hypothèse sur les premiers organismes qui auraient tiré énergie et constituants de matière organique formée dans l’atmosphère, les sources hydrothermales ou apportée par des météorites.

• L’autotrophie est une autre hypothèse sur les premiers organismes, qui auraient pu utiliser la matière minérale pour se constituer.

💡 Astuce mémo

Hétérotrophie : matière organique ; autotrophie : matière minérale.

📖 9. Matériel génétique et monde à ARN

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide nucléique : Un acide nucléique, tel que l’ADN ou l’ARN, constitue le code génétique.

★ À maîtriser

• Dans la cellule, l’ADN est le support de l’information, l’ARN en assure le transfert et les protéines réalisent les réactions chimiques.

• L’hypothèse du « monde à ARN », proposée par Walter Gilbert en 1986 après la découverte des ribozymes, suppose que l’ARN a précédé l’ADN et pouvait porter l’information génétique et catalyser l’activité chimique.

Compléments

• La théorie du « monde à ARN » est limitée par l’échec de la reproduction en laboratoire d’ARN en grande quantité dans les conditions de la Terre primitive.

💡 Astuce mémo

ADN : support de l’information ; ARN : transfert, avec l’hypothèse d’un ARN primitif aussi catalyseur.

📖 10. Membranes primitives et cellulaires

★ À maîtriser

• Les membranes actuelles sont principalement constituées de phospholipides amphiphiles, dotés d’une partie hydrophile et d’une partie hydrophobe, organisés en bicouche stable.

• Les membranes confinent métabolisme et matériel génétique tout en permettant des échanges avec l’extérieur nécessaires à la survie cellulaire.

Compléments

• Les phospholipides peuvent s’auto-assembler spontanément en sphères microscopiques.

• L’autoassemblage de membranes primitives était probablement courant si des molécules amphiphiles étaient présentes parmi les composés organiques de la Terre primitive.

📖 11. LUCA et les stades du vivant

🔑 Notions clés & Définitions

• LUCA : LUCA, acronyme de Last Universal Common Ancestor, est le dernier ancêtre commun universel de toutes les formes de vie terrestre, aujourd’hui disparu et qui n’était pas la première forme de vie.

★ À maîtriser

• La biologie moléculaire distingue trois domaines du vivant :

  • les Archées
  • les Bactéries
  • les Eucaryotes

• L’histoire évolutive du vivant comprend trois stades :

  • monde pré-cellulaire
  • monde post-cellulaire et pré-LUCA
  • monde post-LUCA jusqu’à aujourd’hui

Compléments

• Le monde pré-cellulaire comprend les premières formes de vie non cellulaire.

• Le stade post-cellulaire et pré-LUCA regroupe les descendants de la première cellule et prend fin avec l’apparition de LUCA.

💡 Astuce mémo

Pré-cellulaire → pré-LUCA → post-LUCA.

📖 12. Origines possibles de la chimie prébiotique

★ À maîtriser

• L’expérience de Miller et Urey, réalisée en 1953, produit des acides aminés en soumettant à la chaleur et à des décharges électriques un mélange gazeux reproduisant l’atmosphère primitive.

• Les sources hydrothermales des fonds océaniques émettent de l’eau très chaude chargée en minéraux, dont la pyrite poreuse peut protéger les réactions chimiques de la dissolution dans l’océan.

Compléments

• Le concept de soupe prébiotique reste utilisé malgré les révisions de la composition de l’atmosphère primitive, qui n’aurait probablement pas été l’unique source des briques du vivant.

• Les météorites contiennent des acides aminés, analysés pour la première fois en 1969 sur une météorite tombée en Australie.

• Le formamide et l’urée sont présents dans la matière organique des nuages interstellaires.

📖 13. Échelle des temps géologiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Précambrien : Superéon qui regroupe les quatre premiers milliards d’années de l’histoire de la Terre.
• Éon : Plus grande division de l’échelle des temps géologiques.
• Ère : Une ère est une subdivision d’un éon définie à partir d’arguments paléontologiques et géodynamiques, et une période subdivise une ère.

★ À maîtriser

• Les quatre éons terrestres sont :
  • l’Hadéen (−4,5 à −4 milliards d’années)
  • l’Archéen (−4 à −2,5 milliards d’années)
  • le Protérozoïque (−2,5 à −0,541 milliards d’années)
  • le Phanérozoïque (depuis 541 millions d’années jusqu’à aujourd’hui)

Compléments

• L’Archéen comprend les ères :

  • Éoarchéen
  • Paléoarchéen
  • Mésoarchéen
  • Néoarchéen

• Le Protérozoïque comprend les ères Paléoprotérozoïque, Mésoprotérozoïque et Néoprotérozoïque, tandis que le Phanérozoïque comprend les ères Paléozoïque, Mésozoïque et Cénozoïque.

💡 Astuce mémo

Hadéen → Archéen → Protérozoïque → Phanérozoïque.

📖 14. Hadéen et formation de la Terre

★ À maîtriser

• La Lune se forme il y a 4,5 milliards d’années après l’impact du planétoïde Théia.

• Une proto-croûte continentale se forme il y a 4,4 milliards d’années, avec le début de la tectonique et le refroidissement de la planète.

• À la fin de l’Hadéen, vers 4 milliards d’années, les conditions nécessaires à l’émergence de la vie sont réunies sur Terre.

Compléments

• À l’Hadéen, le noyau terrestre de fer est entouré d’un manteau de silicate, et les mouvements du noyau engendrent le champ magnétique.

• Les océans se forment par condensation de l’eau libérée du manteau et par les dégazages liés à l’intense activité volcanique.

• Vers 4,2 milliards d’années, la température de la surface terrestre diminue progressivement.

• Vers 4,1 milliards d’années, la Terre subit un intense bombardement de météorites, dont les cratères sont visibles sur la Lune.

💡 Astuce mémo

Lune → proto-croûte → océans → bombardement tardif.

📖 15. Archéen et premières transformations biologiques

📝 Points essentiels

• L’atmosphère archéenne est hostile à la vie telle qu’elle est définie dans le cours, car elle est dépourvue d’ozone et de dioxygène.

• Les premières briques de la vie apparaissent probablement au fond des océans entre 3,8 et 3,5 milliards d’années.

• Les stromatolithes, constructions biogéniques lamellaires formées par des cyanobactéries, datent de 3,5 milliards d’années et témoignent d’une activité photosynthétique produisant du dioxygène.

• La Grande Oxydation se déroule entre 2,4 et 2,1 milliards d’années avant le présent, sous l’action des cyanobactéries qui rejettent de l’oxygène dans l’atmosphère.

• Le rejet d’oxygène par les cyanobactéries éradiquerait la plupart des archées méthanogènes de l’océan primitif, réduisant brutalement le dégagement de méthane et l’effet de serre.

• Entre 2,1 et 1,6 milliards d’années, apparaissent des eucaryotes, cellules dotées d’un noyau et probablement issues d’archées ou de bactéries.

• L’endosymbiose conduit à la formation des mitochondries par incorporation d’une bactérie et des chloroplastes par incorporation d’une cyanobactérie dans une cellule primitive.

• Vers 575 millions d’années, la faune de l’Édiacarien connaît une explosion de biodiversité après la glaciation du Cryogénien ; ses organismes pluricellulaires macroscopiques, à croissances unipolaire, bipolaire ou radiaire, ont tous disparu sans descendance connue.

• Les grands embranchements animaux apparus comprennent :

  • arthropodes
  • mollusques
  • vers
  • éponges
  • échinodermes
  • chordés

• Au Cambrien, l’écosystème marin se complexifie avec l’apparition des intestins, des mâchoires, des yeux et d’un squelette interne minéralisé, ainsi que la mise en place de la chaîne alimentaire.

• À l’Ordovicien, la vie animale se propage dans la colonne d’eau et les milieux humides continentaux sont colonisés par des plantes de moins d’un centimètre, dépourvues de racines, de feuilles et de sève.

• Au Silurien, des plantes vasculaires apparaissent dans les milieux humides continentaux vers 435 millions d’années et les insectes vers 425 millions d’années.

• Au Dévonien, apparaissent les premiers tétrapodes munis de pattes et de doigts, encore inféodés au milieu aquatique.

• Au Carbonifère, le développement de la graine et de l’ovule contenus dans un tégument rompt la dépendance des plantes au milieu aqueux.

• L’œuf amniotique apparaît vers 340 millions d’années ; sa membrane protège l’embryon de la dessiccation et lui fournit un environnement aqueux, rompant la dépendance des animaux au milieu aquatique.

• Les reptiles diversifiés comprennent notamment :

  • les crocodiles
  • les tortues
  • les dinosaures

💡 Astuce mémo

Méthane des archées → effet de serre renforcé → réchauffement.