|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
L'univers dans tous ses états
|
La vie sous la glace | |||||||||||||||||||||||||
La frontière entre l'inanimé et le vivant | |||||||||||||||||||||||||
| La vie est un processus chimique dont les organismes vivants sont issus. La matière du vivant est présente sur Terre et certainement ailleurs dans l'univers depuis des milliards d'années. Dans les météorites organiques, les matériaux les plus anciens, les scientifiques y trouvent les bases de la vie qui ont alimenté la soupe primitive sur Terre, il y a 4 milliards d'années. La vie a commencé en se protégeant à l'intérieur de membranes cellulaires, la vie sur Terre est donc cellulaire. Un mélange de composés organiques aussi simple que ceux contenus dans une météorite carbonée peut former des membranes cellulaires et cela a contribué à la formation des premières cellules sur la Terre primitive. Les scientifiques entrevoient les premières étapes de la création des premières cellules vivantes, mais les très vieilles molécules organiques et membranes cellulaires ne dévoilent presque rien du mystérieux passage de la matière, à la vie. Ce qui est certain, c'est que nous sommes fait de matière mais en même temps, nous nous en distinguons. Ce qui nous distingue de la matière c'est que nous sommes vivants et non inertes. | On dit qu'un organisme est vivant s'il peut se nourrir, évoluer et se reproduire afin de traverser le temps. Puisque la vie est chimique et trouve son origine dans la matière inerte, pourquoi ne trouve-t-on pas la frontière précise entre le vivant et l'inanimé ? Un virus par exemple, n'est qu'un assemblage d'atomes inertes, il est inanimé et pourtant il agit comme un organisme vivant se reproduisant et mutant, lorsqu'il infecte une cellule. L'inanimé et le vivant se ressemble étrangement dans le cristal qui croît et se multiplie tout en étant inerte. Les archéas sont des cellules 10 fois plus petites que les bactéries et la séquence de leur ADN, montre qu'elles sont plus proches du premier organisme vivant que les bactéries. On en trouve sur terre qui vivent dans les conditions les plus extrêmes, ce qui démontre leurs capacités phénoménales à s'adapter. C'est pourquoi les chercheurs essaient de supprimer le maximum d'informations enregistrées dans leur ADN pour ne garder qu'un organisme vivant « minimal » et ainsi atteindre cette frontière entre l'inanimé et le vivant. |
| |||||||||||||||||||||||
Le règne du vivant | |||||||||||||||||||||||||
| Les champignons, les animaux, les plantes sont regroupés sur une même branche de l'arbre de la vie, la branche des cellules à noyaux ou eucaryotes. Les bactéries incarnent la vie dans ce qu'elle a de plus simple et pourtant elle peuvent croître et se multiplier à très grande vitesse. Les bactéries forment la seconde branche de l'arbre, celle des cellules sans noyau ou eubactéries. Les archéobactéries ou archeas ou archées représentent une autre branche distincte de l'arbre. Les scientifiques classent le monde du vivant en trois branches cependant le code génétique que l'on retrouve partout sur Terre est unique. Il n'existe donc qu'une seule forme de vie sur Terre et nous n'avons pas d'autre exemple de vie basée sur une autre chimie ou sur un autre code génétique. Sommes-nous seuls dans l'Univers, c'est une vaste question mais il est difficile aujourd'hui de croire que la vie n'existe que sur Terre, partout où il y a de l'eau liquide, il y a une possibilité de vie même sous la croûte glacée de certaines planètes ou satellites de planètes. La vie se développe dans des endroits où même l'énergie du soleil ne pénètre pas, nous le constatons sur notre planète. Les plus vieux fossiles bactériens sont très anciens, ils datent de 3,5 milliards d'années, ce sont les plus vieilles traces de vie terrestre. Les plus vieilles roches terrestres datent de 3,9 milliards d'années et les informations qu'elles contiennent nous montrent des traces de vie. Si la signature de la vie est présente dans les roches les plus anciennes c'est que la vie est apparue très tôt avec cette complexité. On pourrait penser qu'elle émerge facilement sur les planètes car la vie est intimement liée aux planètes. | La vie sur Terre s'est orientée dans une direction au fil des évolutions environnementales, des contraintes génétiques et des mutations accidentelles, laissant en chemin certaines espèces pour en favoriser d'autres. Les espèces bien adaptées à leur environnement continuent leur route et se reproduisent. L'arbre évolutif nous montre l'extrême diversité de la vie qui s'est organisée à partir de la branche cellulaire et pourtant les 3 à 30 millions d'espèces estimées actuellement, ne représentent qu'à peine 1% de toutes les espèces ayant vécu sur Terre. Les bactéries se spécialisent et évoluent avec une très grande vitesse pour s'adapter et la vie pourrait repartir à zéro, à partir de ces simples cellules. La contingence empêchera l'arbre de la vie d'évoluer de la même manière et il ne retrouvera jamais la même voie évolutive si tout devait recommencer à zéro. Pour comprendre la vie, il nous faut trouver une autre forme de vie à laquelle nous comparer car nous sommes prisonniers de notre arbre de vie et nous ne pouvons en percevoir d'autres. Cela nous empêche d'imaginer une autre forme de vie sur une planète différente de la Terre. Notre voie lactée contient 100 milliards d'étoiles, au delà, des milliards de galaxies contiennent aussi 100 milliards d'étoiles et toutes ces étoiles peuvent avoir autour d'elles des planètes qui transportent la vie, sous une autre forme vraisemblablement. Il doit exister une infinité de mondes dans l'Univers et ces autres mondes sont probablement habités par la vie, mais comment la reconnaître ? L'Univers est porteur de vie et quelque chose nous relie à la matière, un lien cosmique que nous ne pouvons pour l'instant imaginer. |
| |||||||||||||||||||||||
Les très longues périodes de temps sur Terre | |||||||||||||||||||||||||
| L'Hadéen qui a duré d'environ - 4,5 à - 3,9 milliards d'années, est la division la plus ancienne des temps géologiques du Précambrien. Cette époque est celle de la création de notre planète. L'Archéen est la deuxième époque géologique du précambrien. Elle s'étend d'environ - 3,9 à 1,9 milliards d'années. Cette époque voit l'apparition des océans avec des pluies s'étalant sur plusieurs centaines de millions d'années et l'apparition des premiers organismes unicellulaires, les procaryotes. | Le Protérozoïque, est la troisième époque géologique du précambrien. Elle s'étend d'environ - 1,9 à 0,5 milliards d'années. Cet éon porte l'apparition d'organismes pluricellulaires. Le Phanérozoïque est un éon couvrant les derniers 542 millions d'années. Il débute dans la période géologique du Cambrien, avec l'apparition des petits animaux à coquille, puis a vu l'explosion du développement d'une vie animale très variée, jusqu'à nos jours. |
| |||||||||||||||||||||||
Les époques de glaciation intense | |||||||||||||||||||||||||
| La Terre a subi de longues et intenses périodes de glaciation durant son histoire, parmi ces périodes, deux d'entre elles sont particulièrement importantes dans l'évolution de la vie sur Terre. Sur tous les continents, notre planète a gardé les traces de ses glaciations passées où la glace semble avoir couvert à certaines époques, presque toute la planète. La première grande glaciation importante dans l'évolution de la vie est celle du Rhyacien qui se situe entre -2 300 et -2 050 millions d'années. La deuxième grande glaciation importante dans l'évolution de la vie est celle du Cryogénien qui se situe entre -850 à -630 millions d'années. Il y a 2,2 milliards d'années, la Terre s'est entièrement recouverte de glace et la température moyenne atteignait -50°C en surface. Les océans étaient gelés jusqu'à une profondeur de 1 000 mètres. Il y a 750 millions d'années, un autre épisode de glaciation intense s'est reproduit, ces 2 épisodes ont permis à la vie de faire de grands bonds en avant dans l'évolution qui devait un jour donner naissance aux organismes que nous connaissons aujourd'hui. Dans central Park à New York, on trouve des blocs erratiques Un bloc erratique est, en géologie et en géomorphologie, un fragment de roche de taille relativement importante et qui a été déplacé par un glacier parfois sur de grandes distances. Lors de la fonte du glacier, le bloc erratique est abandonné sur place. différentes des roches environnantes, comme s'ils avaient été transportés sur de grandes distances. Ce sont les glaciers de la dernière grande glaciation qui ont arrachés et déplacés avec eux, des pans entiers de montagnes. Ces erratiques prouvent que cet endroit était occupé par des glaciers. Les scientifiques ont recherché des sites identiques parsemés d'erratiques | et ils en ont trouvés partout sur les continents, mais à cause de la dérive des continents, il n'était pas aisé de définir jusqu'à quelle latitude ces glaciers descendaient. C'est grâce aux laves qui gardent leurs propriétés magnétiques que les chercheurs ont pu reconstituer la couverture de glace sur la Terre. Des coulées de lave vieilles de 2,2 milliards d'années, ont été trouvées en Afrique du sud, les tests d'échantillons ont situé cette lave à une latitude proche de l'équateur, ce qui veut dire que l'ensemble de la planète était glacée. Il en est de même pour la période glaciaire qui a eu lieu, entre -850 à -630 millions d'années. Ces 2 épisodes de grande glaciation sont incomparables avec la dernière glaciation qui a eu lieu il y a 20 000 ans, beaucoup plus catastrophiques, ils ont affecté fortement le déroulement de l'évolution, car la fonte des glaces qui a suivi, a précipité la planète dans un réchauffement intense, favorisant l'émergence de nouvelles formes d'organismes vivants. Les grandes glaciations ont donc recouvert la planète de 1 000 mètres de glace qui descendait jusqu'à l'équateur de l'époque et les océans étaient gelés jusqu'à 1 000 mètres de profondeur, cette théorie est connue sous le nom de Terre boule de neige (snowball Earth). nota : Le méthane, qui est un gaz à effet de serre beaucoup plus puissant que le dioxyde de carbone, a pu jouer un rôle important dans le réchauffement de la Terre après la période de glaciation intense qui a eu lieu il y a 2,2 milliards d'années. |
| |||||||||||||||||||||||
La Terre « boule de neige » | |||||||||||||||||||||||||
| Il y a environ 750 millions d'années, la Terre aurait traversé les temps anciens sous la forme d'une boule de glace cosmique, comme actuellement les lunes de Saturne, Thétys ou Rhéa. Sur tous les continents, notre planète a gardé les traces de ses glaciations passées où la glace semble avoir couvert presque toute la planète. Cette théorie est connue sous le nom de glaciation boule de neige (snowball Earth). Les causes de cet événement climatique majeur sont mal connues, c'est pourtant après cet évènement que les organismes pluricellulaires ont fait leur apparition, sur la Terre. Deux équipes du CNRS et du CEA ont réussi à modéliser à l'échelle du million d'années, l'évolution du cycle du carbone, du climat et de la position des continents, expliquant quantitativement cette glaciation. C'est en 1992 et 1998 que des scientifiques émettent l'hypothèse que la Terre aurait connu à la fin du Protérozoïque un épisode glaciaire intense. Les glaciers continentaux et les glaces océaniques auraient atteint l'équateur comme l'indiquent des dépôts glaciaires caractéristiques retrouvés sur tous les continents. L'hypothèse retenue par ces spécialistes, est une diminution de la concentration en CO2 de l'atmosphère. Quelle a été la cause de cette diminution du CO2 ? Les auteurs de cette publication montrent que la dislocation du super continent Rodinia a pu, à elle seule, provoqué un tel refroidissement de la planète. Il y a 800 millions d’années, à l'ère du néo-Protérozoïque, les petits continents issus du super continent la Rodinia, rassemblés près de l'équateur entre les latitudes 60° nord et 60° sud, se fracturent. C'est sous l'effet d'une activité volcanique gigantesque que les blocs vont se disperser et peu à peu dessiner les continents que nous connaissons. Des bras de mer et des océans vont apparaître créant des sources humides sur les côtes, tandis que l'activité volcanique continue son œuvre, recouvrant la surface des continents de magma basaltique. Quand les surfaces basaltiques s'érodent sous l'effet de l'humidité, elles consomment 8 fois plus de carbone qu'une même surface granitique. C'est cette consommation de carbone qui provoque la chute du CO2 atmosphérique, qui se dépose peu à peu, sous la forme de carbonates sédimentaires, au fond des océans. Le seuil critique atteint, ce cycle va déclencher un refroidissement brutal. | La planète va perdre environ 50°C en moyenne et s'enveloppera d'un manteau de glace de plus d’un kilomètre d'épaisseur. La glaciation du néo-Protérozoïque serait donc la conséquence naturelle du fractionnement de la Rodinia aux moyennes et basses latitudes. Cette glaciation fait disparaître un grand nombre de micro-organismes marins, mais la vie tenace, s'abrite à proximité des sources chaudes océaniques. Pendant des millions d’années, l'activité volcanique crée de plus en plus de niches continentales qui vont permettre une explosion de la diversité des macro-organismes. Tout en continuant de libérer du dioxyde de carbone dans l'atmosphère, les volcans vont faire s'élever la température jusqu'à faire fondre toute la glace. Un monde chaud et humide riche en macro-organismes, remplace petit à petit, le monde gelé de cette époque lointaine. De nouvelles formes de vie apparaissent. Sur ces nouveaux continents parsemés sur la surface de la planète, l'isolement génétique prolongé va enrichir la sélection des espèces et peupler la terre d'une multitude d'organismes aussi originaux les uns que les autres. C'est l'explosion de la vie du précambrien.
|
| |||||||||||||||||||||||
Comment la Terre s'est-elle réchauffée ? | |||||||||||||||||||||||||
| Il y a environ 750 millions d'années, la Terre tournait autour du Soleil, sous la forme d'une boule de glace cosmique. Sur tous les continents, notre planète a gardé les traces de ses glaciations passées où à certaines époques, la glace semble avoir couvert presque toute la planète. Cette théorie est connue sous le nom de glaciation boule de neige (snowball Earth). Un des scénarii probables de son réchauffement, est celui de l'effet de serre qui aurait permis à la planète de sortir de son état léthargique. Tout en continuant de libérer du dioxyde de carbone dans l'atmosphère, les volcans vont faire s'élever la température jusqu'à faire fondre toute la glace. Malgré les glaciers qui descendaient jusqu'à l'équateur, l'activité volcanique a continué d'émettre du dioxyde de carbone (CO2) dans l'atmosphère, les éruptions volcaniques perçant les calottes glaciaires. Lorsque la concentration de dioxyde de carbone a été suffisant, l'effet de serre amorça la débâcle, libérant ainsi la Terre de son étau de glace. Les scientifiques pensent que c'est cet effet de serre qui a fait remonter la température de la Terre au dessus de 0°Celsius. Le dioxyde de carbone (CO2) atmosphérique a ainsi longtemps maintenu une température élevée sur la Terre, ce qui a permis à de nombreux microbes de se développer. Les premières traces de vie bactérienne sur Terre sont datées de 3,5 milliards d'année, à partir des fameuses stromatolithes, empilements fossiles de cyanobactéries. On observe encore en Australie, de telles constructions de bactéries, toujours vivantes. | nota : les cyanobactéries qui produisent de l'oxygène en abondance, entraînent la précipitation du méthane dans les profondeurs des océans. En présence de l'oxygène, le méthane précipite. Comment les microbes ont pu survivre à plusieurs périodes glaciaires de dizaines de millions d'années ? Sous la glace il y a des points chauds le long des failles géologiques, d'où remonte la chaleur des profondeurs de la Terre. C'est dans ses sources chaudes que se sont abritées les cyanobactéries ainsi que des quantités d'autres bactéries qui profitaient des nutriments produits par les cyanobactéries. Après ce dernier grand épisode glaciaire, la vie fait un gigantesque bond évolutif, une multitude de formes de vie macroscopique apparaissent, en Namibie, en Lybie, en Russie, en Australie, partout des centaines d'organismes fossiles de quelques dizaines de centimètres ont été découvert, c'est ce que l'on appelle la faune d'Ediacara. Cette faune trouvée dans le sud de l'Australie, montre les fossiles des premiers animaux connus de taille visible, animaux aujourd'hui disparus.
|
| |||||||||||||||||||||||
La faune d'Édiacara | |||||||||||||||||||||||||
| La faune d'Édiacara est constituée des plus anciens animaux connus de taille visible. Elle date du précambrien, plus précisément de l'Édiacarien, la dernière période géologique de l'ère protérozoïque (voir le tableau des éons, ci-dessous). Elle doit son nom aux collines Édiacara, situées à 650 km au nord d'Adélaïde en Australie. C'est dans ces collines que l'on a découvert les premiers fossiles d'organismes marins complexes. Ils sont apparus à la fin du précambrien, il y a environ 565 millions d'années. Mais ces organismes archaïques n'ont pas survécu à l'explosion cambrienne, qui vit apparaître de nouvelles espèces plus proches de celles que nous connaissons. Les fossiles retrouvés nous montrent une centaine d'espèces d'organismes complexes à corps mou. Les fossiles de ses animaux sont plutôt des empreintes de leur forme laissées dans les sédiments. Ces sédiments ont été conservés grâce à l’action des tapis microbiens qui rigidifient la surface des sédiments, constituant ainsi une sorte de moule. Malgré le grand nombre d'archives de fossiles que les scientifiques possèdent, nous n'arrivons pas, à cause des plages de temps géologiques, à voir de façon progressive, l'évolution d'une espèce. Chacune des espèces nous apparaît plutôt subitement. Les formes transitoires appartiennent encore à l'imagination humaine qui y trouve des ressemblances entre espèces. |
|
| |||||||||||||||||||||||
L'oxygène a boosté l'évolution de la vie | |||||||||||||||||||||||||
| Il y a 3,5 milliards d'années, les seuls organismes sur Terre sont les bactéries. Pourquoi les organismes ont changé de taille après la deuxième grande glaciation ? Avant l'apparition du vivant, l'oxygène était quasiment absent de l'atmosphère. Il y a 2 milliards d'années, au début de la période appelée protérozoïque par les géologues, il devient un gaz dominant. L'oxygène, indispensable au cycle de la vie, est apparût après la première grande glaciation, il n'était présent qu'à hauteur de 1% et après la deuxième grande glaciation, il y a 600 millions d'années, les scientifiques pensent qu'il constitué 20% de l'atmosphère, pratiquement, comme aujourd'hui. Comment est-il apparût ? Les volcans contiennent du dioxyde de carbone qui se dissout dans les océans mais à l'époque glaciaire il s'accumulait dans l'atmosphère faisant passer lentement, par effet de serre, la température moyenne de -50°C à +50°C. La fonte des glaces est alors extrêmement rapide et ce réchauffement a été déterminant dans l'histoire de la vie. L'effet de serre continuant, une autre grande catastrophe dévasta la Terre après ces épisodes de grande glaciation. De monstrueuses tempêtes dévastent les côtes et l'océan bouillonnant fait remonter les riches nutriments des profondeurs. Lorsque les rayons solaires reviennent et éclairent la surface, les cyanobactéries qui avaient résisté, entre en action et envahissent les océans. Elles réalisent la photosynthèse oxygénique et peuvent donc transformer l'énergie lumineuse en énergie chimique utilisable par la cellule en fixant le dioxyde de carbone (CO2) et en libérant du dioxygène (O2). Un monde riche en oxygène allait naître, générant des ensembles vivants de plus grande taille. C'est grâce à l'oxygène qui produit une grande énergie que les | microorganismes sont passés de l'état micro à l'état macro. Nos cellules sont de type eucaryotique, comme ces cellules du fond des âges. Le collagène (protéine de consistance fibreuse), est une substance synthétisée par les cellules, qui a d'extraordinaires propriétés, il est apparût il y a 600 millions d'années avec l'oxygène. Comme le collagène a besoin de beaucoup d'oxygène, pour structurer les organismes, ce n'est qu'à partir du second épisode de grande glaciation que la vie a pu poursuivre son évolution vers des organismes de plus en plus grands. Les cellules avec du collagène se multiplient rapidement et s'unissent les unes aux autres avec de la vitamine C pour former les tissus. C'est grâce aux collagène que les organismes ont pu construire d'autres organismes encore plus complexes, en assemblant de multitudes cellules entre elles.
|
| |||||||||||||||||||||||
Résumé | |||||||||||||||||||||||||
| Lors des périodes de glaciation, la vie biochimique reste à l'abri dans les oasis des dorsales géologiques, pour reprendre sa course en avant vers la complexité dès que les conditions chimiques redeviennent favorables à leur évolution. Une question qui reste évidemment en suspend, dans la théorie de l’évolution, c'est celle de l’apparition de la première cellule vivante sur Terre. Les premières formes de vie que l'on découvre, sont des bactéries capables de résister à des conditions extrêmes. Nous constatons que ces procaryotes existent depuis des milliards d’années. Mais elles représentent une biochimie moléculaire et protéinique déjà très complexe et nous apparaissent ainsi dans les fossiles. Nous constatons que la vie évolue dans le temps en prenant un chemin défini par une infinité de paramètres, ce qui la rend indéfinissable et imprévisible. | On imagine mal comment une telle complexité ait pu apparaître à partir de constituants minéraux inertes. Le paléontologue, Mark Czarnecki se fait également l’écho de cette problématique : « Le plus grand obstacle à la démonstration de la théorie de l’évolution a toujours été les traces fossiles… Ces traces n’ont jamais révélé les formes transitoires supposées par Darwin. Les espèces apparaissent subitement et disparaissent de la même manière».
|
| |||||||||||||||||||||||
Sujets connexes |
| ||||||||||||||||||||||||
 La vie sous la glace | Vision égocentrique | ||||||||||||||||||||||||
| la frontière entre l'inanimé et le vivant | |||||||||||||||||||||||||
Les microorganismes méthanogènes sont dans la branche des Archéobactéries et sont productrices de méthane. Ce gaz a joué un grand rôle dans l'évolution.
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
L'univers dans tous ses états
|
|
| Astronomie - 11 janvier 2009 |
