Histoire de la Terre - History of Earth

L'histoire de la Terre avec des périodes d'éons à l'échelle

L' histoire de la Terre concerne le développement de la planète Terre depuis sa formation jusqu'à nos jours. Presque toutes les branches des sciences naturelles ont contribué à la compréhension des principaux événements du passé de la Terre, caractérisés par des changements géologiques et une évolution biologique constants .

L' échelle des temps géologiques (GTS), telle que définie par la convention internationale, représente les grandes périodes de temps depuis le début de la Terre jusqu'à nos jours, et ses divisions relatent certains événements définitifs de l'histoire de la Terre. (Dans le graphique, Ma signifie "il y a un million d'années".) La Terre s'est formée il y a environ 4,54 milliards d'années, soit environ un tiers de l' âge de l'univers , par accrétion de la nébuleuse solaire . Le dégazage volcanique a probablement créé l' atmosphère primordiale puis l'océan, mais l'atmosphère primitive ne contenait presque pas d' oxygène . Une grande partie de la Terre a fondu en raison de collisions fréquentes avec d'autres corps qui ont conduit à un volcanisme extrême. Alors que la Terre était à ses débuts ( Terre primitive ), une collision à impact géant avec un corps de la taille d'une planète nommé Theia aurait formé la Lune. Au fil du temps, la Terre s'est refroidie, provoquant la formation d'une croûte solide , et laissant de l'eau liquide à la surface.

L' éon Hadéen représente le temps avant un enregistrement fiable (fossile) de la vie; il a commencé avec la formation de la planète et s'est terminé il y a 4,0 milliards d'années. Les éons archéens et protérozoïques suivants ont produit les débuts de la vie sur Terre et sa première évolution . L'éon suivant est le Phanérozoïque , divisé en trois ères : le Paléozoïque , une ère d'arthropodes, de poissons et de la première vie sur terre ; le Mésozoïque , qui a duré l'ascension, le règne et l'extinction climatique des dinosaures non aviaires ; et le Cénozoïque , qui a vu l'essor des mammifères. Les humains reconnaissables ont émergé il y a au plus 2 millions d'années, une période extrêmement petite à l'échelle géologique.

La première preuve incontestable de la vie sur Terre il y a dates au moins de 3,5 milliards d' années, au cours de la Éoarchéen ère, après une croûte géologique a commencé à se solidifier après la fusion précédemment Hadean Eon . Il existe des fossiles de tapis microbiens tels que des stromatolites trouvés dans du grès vieux de 3,48 milliards d'années découvert en Australie occidentale . Une autre preuve physique précoce d'une substance biogénique est le graphite dans des roches métasédimentaires vieilles de 3,7 milliards d'années découvertes dans le sud-ouest du Groenland ainsi que des "restes de vie biotique " trouvés dans des roches vieilles de 4,1 milliards d'années en Australie occidentale. Selon l'un des chercheurs, « si la vie est apparue relativement rapidement sur Terre… alors elle pourrait être courante dans l' univers ».

Les organismes photosynthétiques sont apparus il y a entre 3,2 et 2,4 milliards d'années et ont commencé à enrichir l'atmosphère en oxygène. La vie est restée principalement petite et microscopique jusqu'à il y a environ 580 millions d'années , lorsque la vie multicellulaire complexe est apparue, s'est développée au fil du temps et a culminé dans l' explosion cambrienne il y a environ 541 millions d'années. Cette diversification soudaine des formes de vie a produit la plupart des principaux phylums connus aujourd'hui et a divisé l'éon protérozoïque de la période cambrienne de l'ère paléozoïque. On estime que 99 pour cent de toutes les espèces ayant jamais vécu sur Terre, soit plus de cinq milliards, ont disparu . Les estimations du nombre d' espèces actuelles de la Terre vont de 10 millions à 14 millions, dont environ 1,2 million sont documentées, mais plus de 86 pour cent n'ont pas été décrites. Cependant, il a été récemment affirmé que 1 000 milliards d'espèces vivent actuellement sur Terre, avec seulement un millième d'un pour cent décrites.

La croûte terrestre a constamment changé depuis sa formation, tout comme la vie depuis sa première apparition. Les espèces continuent d' évoluer , prenant de nouvelles formes, se divisant en espèces filles ou s'éteignant face à des environnements physiques en constante évolution. Le processus de la tectonique des plaques continue de façonner les continents et les océans de la Terre et la vie qu'ils abritent.

éons

En géochronologie , le temps est généralement mesuré en mya (il y a des millions d'années), chaque unité représentant la période d'environ 1 000 000 d'années dans le passé. L'histoire de la Terre est divisée en quatre grands éons , commençant 4 540 millions d'années avec la formation de la planète. Chaque éon a vu les changements les plus importants dans la composition, le climat et la vie de la Terre. Chaque éon est subséquemment divisé en ères , qui à leur tour sont divisées en périodes , elles-mêmes divisées en époques .

Éon Temps (mya) La description
Hadéen 4 540-4 000 La Terre est formée de débris autour du disque protoplanétaire solaire . Il n'y a pas de vie. Les températures sont extrêmement chaudes, avec une activité volcanique fréquente et des environnements aux allures infernales (d'où le nom de l'éon, qui vient d' Hadès ). L'atmosphère est nébulaire. Océans ou étendues d'eau liquide possibles au début. La Lune s'est formée à cette époque, probablement en raison de la collision d' une protoplanète avec la Terre .
Archéen 4 000-2 500 La vie procaryote , la première forme de vie, émerge au tout début de cet éon, dans un processus connu sous le nom d' abiogenèse . Les continents d' Ur , de Vaalbara et de Kenorland ont peut-être existé à cette époque. L'atmosphère est composée de gaz volcaniques et de gaz à effet de serre.
Protérozoïque 2 500 à 541 Le nom de cet éon signifie "début de la vie". Des eucaryotes , une forme de vie plus complexe, émergent, y compris certaines formes d' organismes multicellulaires . Les bactéries commencent à produire de l'oxygène, façonnant la troisième et le courant des atmosphères terrestres. Des plantes, des animaux plus tardifs et peut-être des formes plus anciennes de champignons se forment à cette époque. Les phases précoces et tardives de cet éon ont peut-être subi des périodes de « Terre boule de neige », au cours desquelles toute la planète a subi des températures inférieures à zéro. Les premiers continents de Columbia , Rodinia et Pannotia , dans cet ordre, peuvent avoir existé dans cet éon.
Phanérozoïque 541–présent La vie complexe , y compris les vertébrés , commence à dominer l'océan terrestre dans un processus connu sous le nom d' explosion cambrienne . La Pangée se forme et se dissout plus tard dans la Laurasie et le Gondwana , qui à leur tour se dissolvent dans les continents actuels. Peu à peu, la vie s'étend à la terre et des formes familières de plantes, d'animaux et de champignons commencent à apparaître, y compris les annélides, les insectes et les reptiles, d'où le nom de l'éon, qui signifie "vie visible". Plusieurs extinctions massives se produisent, parmi lesquelles des oiseaux, des descendants de dinosaures non aviaires, et plus récemment des mammifères émergent. Les animaux modernes, y compris les humains, évoluent aux phases les plus récentes de cet éon.

Echelle de temps géologique

L'histoire de la Terre peut être organisée chronologiquement selon l' échelle des temps géologiques , qui est divisée en intervalles basés sur l' analyse stratigraphique . Les cinq chronologies suivantes montrent l'échelle de temps géologique. Le premier montre tout le temps depuis la formation de la Terre jusqu'à nos jours, mais cela laisse peu de place à l'éon le plus récent. Par conséquent, la deuxième chronologie montre une vue élargie de l'éon le plus récent. De la même manière, l'ère la plus récente est étendue dans la troisième chronologie, la période la plus récente est étendue dans la quatrième chronologie et l'époque la plus récente est étendue dans la cinquième chronologie.

Siderian Rhyacian Orosirian Statherian Calymmian Ectasian Stenian Tonian Cryogenian Ediacaran Eoarchean Paleoarchean Mesoarchean Neoarchean Paleoproterozoic Mesoproterozoic Neoproterozoic Paleozoic Mesozoic Cenozoic Hadean Archean Proterozoic Phanerozoic Precambrian
Cambrian Ordovician Silurian Devonian Carboniferous Permian Triassic Jurassic Cretaceous Paleogene Neogene Quaternary Paleozoic Mesozoic Cenozoic Phanerozoic
Paleocene Eocene Oligocene Miocene Pliocene Pleistocene Holocene Paleogene Neogene Quaternary Cenozoic
Gelasian Calabrian (stage) Chibanian Pleistocene Pleistocene Holocene Quaternary
Greenlandian Northgrippian Meghalayan Holocene
Des millions d'années (1er, 2e, 3e et 4e)
Des milliers d'années (5e)

Formation du système solaire

Le rendu d'un artiste d'un disque protoplanétaire

Le modèle standard pour la formation du système solaire (y compris la Terre ) est l' hypothèse de la nébuleuse solaire . Dans ce modèle, le système solaire s'est formé à partir d'un grand nuage en rotation de poussière et de gaz interstellaires appelé nébuleuse solaire . Il était composé d' hydrogène et d' hélium créés peu après le Big Bang 13,8  Ga (il y a des milliards d'années) et d' éléments plus lourds éjectés par les supernovae . Vers 4,5  Ga , la nébuleuse a commencé une contraction qui pourrait avoir été déclenchée par l' onde de choc d'une supernova voisine . Une onde de choc aurait également fait tourner la nébuleuse. Lorsque le nuage a commencé à accélérer, son moment angulaire , sa gravité et son inertie l'ont aplati en un disque protoplanétaire perpendiculaire à son axe de rotation. De petites perturbations dues aux collisions et au moment angulaire d'autres gros débris ont créé le moyen par lequel des protoplanètes de la taille d'un kilomètre ont commencé à se former, en orbite autour du centre nébulaire.

Le centre de la nébuleuse, n'ayant pas beaucoup de moment cinétique, s'effondre rapidement, la compression le chauffant jusqu'à ce que la fusion nucléaire de l'hydrogène en hélium commence. Après plus de contraction, une étoile T Tauri s'est enflammée et a évolué vers le Soleil . Pendant ce temps, dans la partie externe de la nébuleuse, la gravité a provoqué la condensation de la matière autour des perturbations de densité et des particules de poussière, et le reste du disque protoplanétaire a commencé à se séparer en anneaux. Dans un processus connu sous le nom d' accrétion galopante , des fragments de poussière et de débris de plus en plus gros se sont regroupés pour former des planètes. La Terre s'est formée de cette manière il y a environ 4,54 milliards d'années (avec une incertitude de 1%) et a été en grande partie achevée en 10 à 20 millions d'années. Le vent solaire de l'étoile T Tauri nouvellement formée a éliminé la majeure partie de la matière du disque qui ne s'était pas encore condensée en corps plus gros. Le même processus devrait produire des disques d'accrétion autour de pratiquement toutes les étoiles nouvellement formées dans l'univers, dont certaines produisent des planètes .

Le proto-Terre a augmenté de accrétion jusqu'à ce que son intérieur était assez chaud pour faire fondre le lourd, sidérophiles métaux . Ayant des densités plus élevées que les silicates, ces métaux ont coulé. Cette soi-disant catastrophe de fer a entraîné la séparation d'un manteau primitif et d'un noyau (métallique) seulement 10 millions d'années après le début de la formation de la Terre , produisant la structure en couches de la Terre et mettant en place la formation du champ magnétique terrestre . JA Jacobs a été le premier à suggérer que le noyau interne de la Terre - un centre solide distinct du noyau externe liquide - gèle et se développe hors du noyau externe liquide en raison du refroidissement progressif de l'intérieur de la Terre (environ 100 degrés Celsius par milliard d'années).

Eons Hadéens et Archéens

Conception d'artiste de Hadean Eon Earth, quand il faisait beaucoup plus chaud et inhospitalier à toutes les formes de vie.

Le premier éon de l'histoire de la Terre, l' Hadéen , commence avec la formation de la Terre et est suivi par l' éon archéen à 3,8 Ga. Les roches les plus anciennes trouvées sur Terre datent d'environ 4,0 Ga, et les plus anciens cristaux de zircon détritique dans les roches à environ 4,4 Ga , peu après la formation de la croûte terrestre et de la Terre elle-même. L' hypothèse d'impact géant pour la formation de la Lune indique que peu de temps après la formation d'une croûte initiale, la proto-Terre a été touchée par une protoplanète plus petite, qui a éjecté une partie du manteau et de la croûte dans l'espace et a créé la Lune.

À partir des dénombrements de cratères sur d'autres corps célestes, il est déduit qu'une période d'impacts de météorites intenses, appelée Late Heavy Bombardment , a commencé vers 4,1 Ga, et s'est terminée vers 3,8 Ga, à la fin de l'Hadéen. De plus, le volcanisme était sévère en raison du grand flux de chaleur et du gradient géothermique . Néanmoins, des cristaux de zircon détritique datés de 4,4 Ga montrent des preuves d'avoir subi un contact avec de l'eau liquide, suggérant que la Terre avait déjà des océans ou des mers à cette époque.

Au début de l'Archéen, la Terre s'était considérablement refroidie. Les formes de vie actuelles n'auraient pas pu survivre à la surface de la Terre, car l'atmosphère archéenne manquait d' oxygène et n'avait donc pas de couche d'ozone pour bloquer la lumière ultraviolette. Néanmoins, on pense que la vie primordiale a commencé à évoluer au début de l'Archéen, avec des fossiles candidats datés d'environ 3,5 Ga. Certains scientifiques spéculent même que la vie aurait pu commencer au début de l'Hadéen, dès 4,4 Ga, survivant à la fin Période de bombardement intense dans les cheminées hydrothermales sous la surface de la Terre.

Formation de la Lune

Vue d'artiste de l'énorme collision qui a probablement formé la Lune

Le seul satellite naturel de la Terre , la Lune, est plus grand par rapport à sa planète que tout autre satellite du système solaire. Au cours du programme Apollo , des roches de la surface de la Lune ont été amenées sur Terre. La datation radiométrique de ces roches montre que la Lune a 4,53 ± 0,01 milliard d'années, formée au moins 30 millions d'années après le Système solaire. De nouvelles preuves suggèrent que la Lune s'est formée encore plus tard, 4,48 ± 0,02 Ga, soit 70 à 110 millions d'années après le début du système solaire.

Les théories de la formation de la Lune doivent expliquer sa formation tardive ainsi que les faits suivants. Premièrement, la Lune a une faible densité (3,3 fois celle de l'eau, contre 5,5 pour la Terre) et un petit noyau métallique. Deuxièmement, il n'y a pratiquement pas d'eau ou d'autres substances volatiles sur la Lune. Troisièmement, la Terre et la Lune ont la même signature isotopique de l' oxygène (abondance relative des isotopes de l'oxygène). Parmi les théories proposées pour expliquer ces phénomènes, l'une est largement acceptée : l' hypothèse de l'impact géant propose que la Lune soit née après qu'un corps de la taille de Mars (parfois nommé Theia ) a frappé la proto-Terre d'un coup d'œil.

La collision a libéré environ 100 millions de fois plus d'énergie que l' impact plus récent de Chicxulub qui aurait causé l'extinction des dinosaures non aviaires. Il suffisait de vaporiser une partie des couches externes de la Terre et de faire fondre les deux corps. Une partie de la matière du manteau a été éjectée en orbite autour de la Terre. L'hypothèse de l'impact géant prédit que la Lune était appauvrie en matière métallique, expliquant sa composition anormale. Les éjectas en orbite autour de la Terre auraient pu se condenser en un seul corps en quelques semaines. Sous l'influence de sa propre gravité, la matière éjectée est devenue un corps plus sphérique : la Lune.

Premiers continents

Carte avec couleur et texture
Carte géologique de l'Amérique du Nord, codée par couleur selon l'âge. Du plus récent au plus ancien, l'âge est indiqué en jaune, vert, bleu et rouge. Les rouges et les roses indiquent la roche de l' Archéen .

La convection du manteau , le processus qui entraîne la tectonique des plaques, est le résultat du flux de chaleur de l'intérieur de la Terre vers la surface de la Terre. Elle implique la création de plaques tectoniques rigides au niveau des dorsales médio-océaniques . Ces plaques sont détruites par subduction dans le manteau au niveau des zones de subduction . Au début de l'Archéen (environ 3,0 Ga), le manteau était beaucoup plus chaud qu'aujourd'hui, probablement autour de 1 600 °C (2 910 °F), donc la convection dans le manteau était plus rapide. Bien qu'un processus similaire à la tectonique des plaques actuelle se soit produit, cela aurait également été plus rapide. Il est probable qu'à l'Hadéen et à l'Archéen, les zones de subduction étaient plus fréquentes, et donc les plaques tectoniques étaient plus petites.

La croûte initiale, formée lorsque la surface de la Terre s'est solidifiée pour la première fois, a totalement disparu d'une combinaison de cette rapide tectonique des plaques Hadéenne et des impacts intenses du dernier bombardement lourd. Cependant, on pense qu'il était de composition basaltique , comme la croûte océanique d'aujourd'hui , car peu de différenciation crustale avait encore eu lieu. Les premiers gros morceaux de croûte continentale , qui est un produit de différenciation d'éléments plus légers lors de la fusion partielle dans la croûte inférieure, sont apparus à la fin de l'Hadéen, vers 4,0 Ga. Ce qui reste de ces premiers petits continents sont appelés cratons . Ces morceaux de croûte de la fin de l'Hadéen et du début de l'Archéen forment les noyaux autour desquels les continents d'aujourd'hui se sont développés.

Les roches les plus anciennes sur Terre se trouvent dans le craton nord-américain du Canada . Ce sont des tonalites d'environ 4,0 Ga. Elles montrent des traces de métamorphisme par haute température, mais aussi des grains sédimentaires qui ont été arrondis par l'érosion lors du transport par l'eau, montrant que les rivières et les mers existaient alors. Les cratons se composent principalement de deux types de terranes alternés . Les premières sont ce qu'on appelle les ceintures de roches vertes , constituées de roches sédimentaires métamorphisées à faible teneur. Ces « pierres vertes » sont similaires aux sédiments que l'on trouve aujourd'hui dans les fosses océaniques , au-dessus des zones de subduction. Pour cette raison, les roches vertes sont parfois considérées comme des preuves de subduction au cours de l'Archéen. Le deuxième type est un complexe de roches magmatiques felsiques . Ces roches sont principalement de la tonalite, de la trondhjémite ou de la granodiorite , des types de roches de composition similaire au granit (d'où le nom de terranes TTG). Les complexes TTG sont considérés comme les reliques de la première croûte continentale, formées par fusion partielle dans le basalte.

Océans et atmosphère

Graphique montrant la plage de pression partielle estimée de l'oxygène atmosphérique à travers le temps géologique

La Terre est souvent décrite comme ayant eu trois atmosphères. La première atmosphère, capturée à partir de la nébuleuse solaire, était composée d'éléments lumineux ( atmophiles ) de la nébuleuse solaire, principalement de l'hydrogène et de l'hélium. Une combinaison du vent solaire et de la chaleur de la Terre aurait chassé cette atmosphère, de sorte que l'atmosphère est maintenant appauvrie de ces éléments par rapport aux abondances cosmiques. Après l'impact qui a créé la Lune, la Terre en fusion a libéré des gaz volatils ; et plus tard, d'autres gaz ont été libérés par les volcans , complétant une deuxième atmosphère riche en gaz à effet de serre mais pauvre en oxygène. Enfin, la troisième atmosphère, riche en oxygène, a émergé lorsque les bactéries ont commencé à produire de l'oxygène d' environ 2,8 Ga.

Dans les premiers modèles de formation de l'atmosphère et de l'océan, la seconde atmosphère était formée par le dégazage de substances volatiles de l'intérieur de la Terre. Maintenant, il est considéré comme probable que de nombreux produits volatils ont été libérés lors de l'accrétion par un processus connu sous le nom de dégazage par impact dans lequel les corps entrants se vaporisent lors de l'impact. L'océan et l'atmosphère auraient donc commencé à se former au même moment que la Terre. La nouvelle atmosphère contenait probablement de la vapeur d'eau , du dioxyde de carbone, de l'azote et de plus petites quantités d'autres gaz.

Les planétésimaux à une distance de 1  unité astronomique (UA), la distance de la Terre au Soleil, n'ont probablement pas apporté d'eau à la Terre car la nébuleuse solaire était trop chaude pour que la glace se forme et l'hydratation des roches par la vapeur d'eau ont pris trop de temps. L'eau doit avoir été fournie par des météorites de la ceinture d'astéroïdes externe et quelques gros embryons planétaires au-delà de 2,5 UA. Les comètes peuvent également avoir contribué. Bien que la plupart des comètes soient aujourd'hui sur des orbites plus éloignées du Soleil que Neptune , les simulations informatiques montrent qu'elles étaient à l'origine beaucoup plus courantes dans les parties internes du système solaire.

Au fur et à mesure que la Terre se refroidissait, des nuages ​​se sont formés. La pluie a créé les océans. Des preuves récentes suggèrent que les océans ont peut-être commencé à se former dès 4,4 Ga. Au début de l'éon archéen, ils couvraient déjà une grande partie de la Terre. Cette formation précoce a été difficile à expliquer en raison d'un problème connu sous le nom de paradoxe du jeune Soleil faible . Les étoiles sont connues pour devenir plus brillantes en vieillissant, et au moment de sa formation, le Soleil n'aurait émis que 70 % de sa puissance actuelle. Ainsi, le Soleil est devenu 30% plus brillant au cours des 4,5 derniers milliards d'années. De nombreux modèles indiquent que la Terre aurait été recouverte de glace. Une solution probable est qu'il y avait suffisamment de dioxyde de carbone et de méthane pour produire un effet de serre . Le dioxyde de carbone aurait été produit par les volcans et le méthane par les premiers microbes. Un autre gaz à effet de serre, l' ammoniac , aurait été éjecté par les volcans mais rapidement détruit par les rayons ultraviolets.

Origine de la vie

L'une des raisons de l'intérêt pour l'atmosphère et l'océan primitifs est qu'ils forment les conditions dans lesquelles la vie est apparue pour la première fois. Il existe de nombreux modèles, mais peu de consensus, sur la façon dont la vie a émergé de produits chimiques non vivants ; les systèmes chimiques créés en laboratoire sont bien en deçà de la complexité minimale pour un organisme vivant.

La première étape de l'émergence de la vie a peut-être été des réactions chimiques qui ont produit bon nombre des composés organiques les plus simples , y compris les bases nucléiques et les acides aminés , qui sont les éléments constitutifs de la vie. Une expérience menée en 1953 par Stanley Miller et Harold Urey a montré que de telles molécules pouvaient se former dans une atmosphère d'eau, de méthane, d'ammoniac et d'hydrogène à l'aide d'étincelles pour imiter l'effet de la foudre . Bien que la composition atmosphérique soit probablement différente de celle utilisée par Miller et Urey, des expériences ultérieures avec des compositions plus réalistes ont également réussi à synthétiser des molécules organiques. Des simulations informatiques montrent que des molécules organiques extraterrestres auraient pu se former dans le disque protoplanétaire avant la formation de la Terre.

Une complexité supplémentaire aurait pu être atteinte à partir d'au moins trois points de départ possibles : l' auto-réplication , la capacité d'un organisme à produire une progéniture qui lui ressemble ; métabolisme , sa capacité à se nourrir et à se réparer ; et les membranes cellulaires externes , qui permettent aux aliments d'entrer et aux déchets de sortir, mais excluent les substances indésirables.

La réplication d'abord : le monde de l'ARN

Même les membres les plus simples des trois domaines modernes de la vie utilisent l' ADN pour enregistrer leurs « recettes » et un ensemble complexe de molécules d' ARN et de protéines pour « lire » ces instructions et les utiliser pour la croissance, l'entretien et l'auto-réplication.

La découverte qu'une sorte de molécule d'ARN appelée ribozyme peut catalyser à la fois sa propre réplication et la construction de protéines a conduit à l'hypothèse que les formes de vie antérieures étaient entièrement basées sur l'ARN. Ils auraient pu former un monde d'ARN dans lequel il y avait des individus mais aucune espèce , car les mutations et les transferts de gènes horizontaux auraient signifié que la progéniture de chaque génération était très susceptible d'avoir des génomes différents de ceux avec lesquels leurs parents ont commencé. L'ARN aurait ensuite été remplacé par l'ADN, qui est plus stable et peut donc construire des génomes plus longs, élargissant ainsi la gamme de capacités qu'un seul organisme peut avoir. Les ribozymes restent les principaux composants des ribosomes , les « usines à protéines » des cellules modernes.

Bien que de courtes molécules d'ARN auto-répliquant aient été produites artificiellement en laboratoire, des doutes ont été émis quant à la possibilité d'une synthèse naturelle non biologique de l'ARN. Les premiers ribozymes peuvent avoir été formés d' acides nucléiques plus simples tels que PNA , TNA ou GNA , qui auraient été remplacés plus tard par l'ARN. D'autres réplicateurs de pré-ARN ont été mis en place, notamment des cristaux et même des systèmes quantiques.

En 2003, il a été proposé que les précipités de sulfure métallique poreux aideraient à la synthèse d'ARN à environ 100 °C (212 °F) et à des pressions au fond de l'océan près des sources hydrothermales . Dans cette hypothèse, les proto-cellules seraient confinées dans les pores du substrat métallique jusqu'au développement ultérieur des membranes lipidiques.

Le métabolisme d'abord : le monde fer-soufre

Le réplicateur dans pratiquement toutes les formes de vie connues est l'acide désoxyribonucléique . L'ADN est beaucoup plus complexe que le réplicateur d'origine et ses systèmes de réplication sont très élaborés.

Une autre hypothèse de longue date est que la première vie était composée de molécules de protéines. Les acides aminés, les éléments constitutifs des protéines , sont facilement synthétisés dans des conditions prébiotiques plausibles, tout comme les petits peptides ( polymères d'acides aminés) qui font de bons catalyseurs. Une série d'expériences commencées en 1997 a montré que des acides aminés et des peptides pouvaient se former en présence de monoxyde de carbone et de sulfure d'hydrogène avec du sulfure de fer et du sulfure de nickel comme catalyseurs. La plupart des étapes de leur assemblage nécessitaient des températures d'environ 100 °C (212 °F) et des pressions modérées, bien qu'une étape nécessitait 250 °C (482 °F) et une pression équivalente à celle trouvée sous 7 kilomètres (4,3 mi) de Roche. Par conséquent, une synthèse auto-entretenue de protéines aurait pu se produire à proximité de sources hydrothermales.

Une difficulté avec le scénario du métabolisme d'abord est de trouver un moyen pour les organismes d'évoluer. Sans la capacité de se répliquer en tant qu'individus, les agrégats de molécules auraient des « génomes de composition » (comptes d'espèces moléculaires dans l'agrégat) comme cible de la sélection naturelle. Cependant, un modèle récent montre qu'un tel système est incapable d'évoluer en réponse à la sélection naturelle.

Les membranes avant tout : le monde lipidique

Il a été suggéré que les "bulles" à double paroi de lipides comme celles qui forment les membranes externes des cellules peuvent avoir été une première étape essentielle. Des expériences qui ont simulé les conditions de la Terre primitive ont rapporté la formation de lipides, et ceux-ci peuvent spontanément former des liposomes , des "bulles" à double paroi, puis se reproduire. Bien qu'ils ne soient pas intrinsèquement porteurs d'informations comme le sont les acides nucléiques, ils seraient soumis à la sélection naturelle pour la longévité et la reproduction. Les acides nucléiques tels que l'ARN pourraient alors s'être formés plus facilement à l'intérieur des liposomes qu'ils ne l'auraient fait à l'extérieur.

La théorie de l'argile

Certaines argiles , notamment la montmorillonite , ont des propriétés qui en font des accélérateurs plausibles pour l'émergence d'un monde à ARN : elles croissent par auto-réplication de leur schéma cristallin, sont soumises à un analogue de la sélection naturelle (comme l'"espèce" d'argile qui croît le plus vite dans un environnement particulier devient rapidement dominant) et peut catalyser la formation de molécules d'ARN. Bien que cette idée ne soit pas devenue le consensus scientifique, elle a toujours des partisans actifs.

Coupe transversale d'un liposome

Des recherches menées en 2003 ont indiqué que la montmorillonite pouvait également accélérer la conversion des acides gras en « bulles » et que les bulles pouvaient encapsuler l'ARN attaché à l'argile. Les bulles peuvent alors se développer en absorbant des lipides supplémentaires et en se divisant. La formation des premières cellules peut avoir été facilitée par des processus similaires.

Une hypothèse similaire présente des argiles riches en fer qui s'auto-répliquent comme les progéniteurs de nucléotides , de lipides et d'acides aminés.

Dernier ancêtre commun universel

On pense que de cette multiplicité de protocellules, une seule lignée a survécu. Les preuves phylogénétiques actuelles suggèrent que le dernier ancêtre universel (LUA) a vécu au début de l' ère archéenne , peut-être 3,5 Ga ou plus tôt. Cette cellule LUA est l'ancêtre de toute vie sur Terre aujourd'hui. C'était probablement un procaryote , possédant une membrane cellulaire et probablement des ribosomes, mais dépourvu de noyau ou d' organites liés à la membrane tels que les mitochondries ou les chloroplastes . Comme les cellules modernes, il utilisait l'ADN comme code génétique, l'ARN pour le transfert d'informations et la synthèse des protéines , et des enzymes pour catalyser les réactions . Certains scientifiques pensent qu'au lieu qu'un seul organisme soit le dernier ancêtre commun universel, il existait des populations d'organismes échangeant des gènes par transfert latéral de gènes .

Eon protérozoïque

L'éon protérozoïque a duré de 2,5 Ga à 542 Ma (millions d'années). Au cours de cette période, les cratons sont devenus des continents aux tailles modernes. Le passage à une atmosphère riche en oxygène a été une évolution cruciale. La vie s'est développée des procaryotes aux eucaryotes et aux formes multicellulaires. Le Protérozoïque a vu quelques périodes glaciaires sévères appelées Terres boules de neige . Après la dernière boule de neige terrestre vers 600 Ma, l'évolution de la vie sur Terre s'est accélérée. Vers 580 Ma, le biote édiacarien a formé le prélude de l' explosion cambrienne .

Révolution de l'oxygène

Stromatolites lithifiés sur les rives du lac Thetis , Australie occidentale . Les stromatolites archéens sont les premières traces fossiles directes de vie sur Terre.
Une formation de fer rubanée du groupe Moodies 3,15 Ga , ceinture de roches vertes de Barberton , Afrique du Sud . Les couches rouges représentent les moments où l'oxygène était disponible; des couches grises se sont formées dans des circonstances anoxiques.

Les premières cellules ont absorbé l'énergie et la nourriture du milieu environnant. Ils ont utilisé la fermentation , la décomposition de composés plus complexes en composés moins complexes avec moins d'énergie, et ont utilisé l'énergie ainsi libérée pour croître et se reproduire. La fermentation ne peut avoir lieu que dans un environnement anaérobie (sans oxygène). L'évolution de la photosynthèse a permis aux cellules de tirer de l'énergie du Soleil.

La plupart de la vie qui couvre la surface de la Terre dépend directement ou indirectement de la photosynthèse. La forme la plus courante, la photosynthèse oxygénée, transforme le dioxyde de carbone, l'eau et la lumière du soleil en nourriture. Il capte l'énergie de la lumière du soleil dans des molécules riches en énergie telles que l'ATP, qui fournissent ensuite l'énergie nécessaire pour fabriquer des sucres. Pour fournir les électrons dans le circuit, l'hydrogène est extrait de l'eau, laissant l'oxygène comme un déchet. Certains organismes, y compris les bactéries violettes et les bactéries vertes sulfureuses , utilisent une forme anoxygénique de photosynthèse qui utilise des alternatives à l'hydrogène extrait de l'eau comme donneurs d'électrons ; des exemples sont le sulfure d'hydrogène, le soufre et le fer. De tels organismes extrêmophiles sont limités à des environnements autrement inhospitaliers tels que les sources chaudes et les sources hydrothermales.

La forme anoxygénique la plus simple est apparue vers 3,8 Ga, peu de temps après l'apparition de la vie. Le moment de la photosynthèse oxygénée est plus controversé; il était certes apparu d'environ 2,4 Ga, mais certains chercheurs l'ont reculé jusqu'à 3,2 Ga. Ce dernier "a probablement augmenté la productivité globale d'au moins deux ou trois ordres de grandeur". Parmi les plus anciens vestiges de formes de vie productrices d'oxygène se trouvent les stromatolites fossiles .

Au début, l'oxygène libéré était lié au calcaire , au fer et à d'autres minéraux. Le fer oxydé apparaît sous forme de couches rouges dans des strates géologiques appelées formations de fer rubané qui se sont formées en abondance durant la période sidérienne (entre 2500 Ma et 2300 Ma). Lorsque la plupart des minéraux exposés et réactifs ont été oxydés, l'oxygène a finalement commencé à s'accumuler dans l'atmosphère. Bien que chaque cellule ne produise qu'une infime quantité d'oxygène, le métabolisme combiné de nombreuses cellules sur une longue période a transformé l'atmosphère terrestre dans son état actuel. C'était la troisième atmosphère de la Terre.

Une partie de l'oxygène a été stimulée par le rayonnement ultraviolet solaire pour former de l' ozone , qui s'est accumulé dans une couche près de la partie supérieure de l'atmosphère. La couche d'ozone a absorbé, et absorbe encore, une quantité importante du rayonnement ultraviolet qui avait autrefois traversé l'atmosphère. Il a permis aux cellules de coloniser la surface de l'océan et finalement la terre : sans la couche d'ozone, le rayonnement ultraviolet bombardant la terre et la mer aurait provoqué des niveaux de mutation insoutenables dans les cellules exposées.

La photosynthèse a eu un autre impact majeur. L'oxygène était toxique; une grande partie de la vie sur Terre s'est probablement éteinte lorsque ses niveaux ont augmenté dans ce qu'on appelle la catastrophe de l' oxygène . Des formes résistantes ont survécu et prospéré, et certaines ont développé la capacité d'utiliser l'oxygène pour augmenter leur métabolisme et obtenir plus d'énergie à partir du même aliment.

Boule de neige Terre

L' évolution naturelle du Soleil l'a rendu progressivement plus lumineux au cours des éons archéens et protérozoïques ; la luminosité du Soleil augmente de 6 % tous les milliards d'années. En conséquence, la Terre a commencé à recevoir plus de chaleur du Soleil au cours de l'éon protérozoïque. Cependant, la Terre ne s'est pas réchauffée. Au lieu de cela, les archives géologiques suggèrent qu'il s'est considérablement refroidi au début du Protérozoïque. Les dépôts glaciaires trouvés en Afrique du Sud remontent à 2,2 Ga, date à laquelle, sur la base de preuves paléomagnétiques , ils doivent avoir été localisés près de l'équateur. Ainsi, cette glaciation, connue sous le nom de glaciation huronienne , peut avoir été globale. Certains scientifiques suggèrent que cela était si grave que la Terre a été gelée des pôles à l'équateur, une hypothèse appelée Snowball Earth.

L'ère glaciaire huronienne pourrait avoir été causée par l' augmentation de la concentration d'oxygène dans l'atmosphère, qui a causé la diminution du méthane (CH 4 ) dans l'atmosphère. Le méthane est un puissant gaz à effet de serre, mais avec l'oxygène, il réagit pour former du CO 2 , un gaz à effet de serre moins efficace. Lorsque l'oxygène libre est devenu disponible dans l'atmosphère, la concentration de méthane aurait pu diminuer de façon spectaculaire, suffisamment pour contrer l'effet du flux de chaleur croissant du Soleil.

Cependant, le terme Snowball Earth est plus couramment utilisé pour décrire les périodes glaciaires extrêmes ultérieures de la période cryogénienne . Il y a eu quatre périodes, chacune d'une durée d'environ 10 millions d'années, entre 750 et 580 millions d'années, où la terre aurait été recouverte de glace en dehors des plus hautes montagnes, et les températures moyennes étaient d'environ -50 °C (-58 °C F). La boule de neige peut avoir été en partie due à l'emplacement du supercontinent Rodinia à cheval sur l' équateur . Le dioxyde de carbone se combine avec la pluie pour altérer les roches pour former de l'acide carbonique, qui est ensuite emporté dans la mer, extrayant ainsi le gaz à effet de serre de l'atmosphère. Lorsque les continents sont proches des pôles, l'avancée de la glace recouvre les roches, ralentissant la réduction du dioxyde de carbone, mais au Cryogénien, l'altération de Rodinia a pu se poursuivre sans contrôle jusqu'à ce que la glace avance vers les tropiques. Le processus a peut-être finalement été inversé par l'émission de dioxyde de carbone des volcans ou la déstabilisation des hydrates de gaz méthane . Selon la théorie alternative de Slushball Earth , même au plus fort des périodes glaciaires, il y avait encore de l'eau libre à l'équateur.

Émergence des eucaryotes

Chloroplastes dans les cellules d'une mousse

La taxonomie moderne classe la vie en trois domaines. L'époque de leur origine est incertaine. Le domaine des bactéries s'est probablement d'abord séparé des autres formes de vie (parfois appelées Neomura ), mais cette supposition est controversée. Peu de temps après, en 2 Ga, les Neomura se sont divisés en Archaea et Eukarya . Les cellules eucaryotes (Eukarya) sont plus grandes et plus complexes que les cellules procaryotes (Bacteria et Archaea), et l'origine de cette complexité commence seulement à être connue. Les premiers fossiles possédant des caractéristiques typiques des champignons datent de l' ère paléoprotérozoïque , il y a environ 2,4 ; ces organismes benthiques multicellulaires avaient des structures filamenteuses capables de s'anastomose .

À cette époque, la première proto-mitochondrie a été formée. Une cellule bactérienne apparentée à la Rickettsia d'aujourd'hui , qui avait évolué pour métaboliser l'oxygène , est entrée dans une cellule procaryote plus grande, qui n'avait pas cette capacité. Peut-être que la grande cellule a tenté de digérer la plus petite mais a échoué (peut-être en raison de l'évolution des défenses des proies). La cellule la plus petite a peut-être essayé de parasiter la plus grande. Dans tous les cas, la plus petite cellule a survécu à l'intérieur de la plus grande cellule. En utilisant de l'oxygène, il métabolisait les déchets de la plus grande cellule et en tirait plus d'énergie. Une partie de cet excès d'énergie était restituée à l'hôte. La plus petite cellule s'est répliquée à l'intérieur de la plus grande. Bientôt, une symbiose stable s'est développée entre la grande cellule et les petites cellules à l'intérieur. Au fil du temps, la cellule hôte a acquis certains gènes des plus petites cellules, et les deux types sont devenus dépendants l'un de l'autre : la plus grande cellule ne pouvait pas survivre sans l'énergie produite par les plus petites, et celles-ci, à leur tour, ne pouvaient pas survivre sans le matières premières fournies par la plus grande cellule. La cellule entière est maintenant considérée comme un seul organisme et les cellules plus petites sont classées comme des organites appelées mitochondries.

Un événement similaire s'est produit avec des cyanobactéries photosynthétiques entrant dans de grandes cellules hétérotrophes et devenant des chloroplastes. Probablement à cause de ces changements, une lignée de cellules capables de photosynthèse s'est séparée des autres eucaryotes il y a plus d'un milliard d'années. Il y a probablement eu plusieurs événements d'inclusion de ce type. Outre la théorie endosymbiotique bien établie de l'origine cellulaire des mitochondries et des chloroplastes, il existe des théories selon lesquelles les cellules ont conduit aux peroxysomes , les spirochètes ont conduit aux cils et aux flagelles , et qu'un virus à ADN a peut-être conduit au noyau cellulaire, bien qu'aucun d'entre eux ne soit largement répandu. accepté.

Archéens, bactéries et eucaryotes ont continué à se diversifier et à devenir plus complexes et mieux adaptés à leur environnement. Chaque domaine s'est divisé à plusieurs reprises en plusieurs lignées, bien que l'on sache peu de choses sur l'histoire des archées et des bactéries. Vers 1,1 Ga, le supercontinent Rodinia s'assemblait. Les lignées végétales , animales et fongiques s'étaient scindées, bien qu'elles existaient encore en tant que cellules solitaires. Certains d'entre eux vivaient dans des colonies, et peu à peu une division du travail a commencé à se mettre en place ; par exemple, les cellules de la périphérie pourraient avoir commencé à assumer des rôles différents de ceux de l'intérieur. Bien que la division entre une colonie avec des cellules spécialisées et un organisme multicellulaire ne soit pas toujours claire, il y a environ 1 milliard d'années, les premières plantes multicellulaires ont émergé, probablement des algues vertes . Il est possible que vers 900 Ma une véritable multicellularité ait également évolué chez les animaux.

Au début, cela ressemblait probablement aux éponges d'aujourd'hui , qui ont des cellules totipotentes qui permettent à un organisme perturbé de se réassembler. Au fur et à mesure que la division du travail était achevée dans toutes les lignées d'organismes multicellulaires, les cellules sont devenues plus spécialisées et plus dépendantes les unes des autres ; les cellules isolées mourraient.

Supercontinents au Protérozoïque

Une reconstruction de Pannotia (550 Ma).

Les reconstructions du mouvement des plaques tectoniques au cours des 250 derniers millions d'années (ère cénozoïque et mésozoïque) peuvent être effectuées de manière fiable en utilisant l'ajustement des marges continentales, des anomalies magnétiques du fond océanique et des pôles paléomagnétiques. Aucune croûte océanique ne date plus loin que cela, les reconstructions antérieures sont donc plus difficiles. Les pôles paléomagnétiques sont complétés par des preuves géologiques telles que les ceintures orogéniques , qui marquent les bords des plaques anciennes, et les distributions passées de la flore et de la faune. Plus on remonte dans le temps, plus les données sont rares et difficiles à interpréter et plus les reconstructions sont incertaines.

Tout au long de l'histoire de la Terre, il y a eu des moments où les continents sont entrés en collision et ont formé un supercontinent, qui s'est ensuite divisé en de nouveaux continents. Vers 1000 à 830 Ma, la plupart des masses continentales étaient réunies dans le supercontinent Rodinia. Rodinia a peut-être été précédé par les continents du Protérozoïque inférieur et moyen appelés Nuna et Columbia.

Après l'éclatement de Rodinia vers 800 Ma, les continents pourraient avoir formé un autre supercontinent éphémère vers 550 Ma. Le supercontinent hypothétique est parfois appelé Pannotia ou Vendia . La preuve en est une phase de collision continentale connue sous le nom d'orogenèse panafricaine , qui a rejoint les masses continentales de l'Afrique actuelle, de l'Amérique du Sud, de l'Antarctique et de l'Australie. L'existence de Pannotia dépend du moment de la rupture entre le Gondwana (qui comprenait la majeure partie de la masse continentale maintenant dans l'hémisphère sud, ainsi que la péninsule arabique et le sous-continent indien ) et Laurentia (à peu près équivalent à l'Amérique du Nord actuelle). Il est au moins certain qu'à la fin de l'éon protérozoïque, la majeure partie de la masse continentale était unie dans une position autour du pôle sud.

Climat et vie du Protérozoïque tardif

Un fossile vieux de 580 millions d'années de Spriggina floundensi , un animal de la période édiacarienne . De telles formes de vie pourraient avoir été les ancêtres des nombreuses nouvelles formes issues de l' explosion cambrienne .

La fin du Protérozoïque a vu au moins deux Terres boules de neige, si sévères que la surface des océans a peut-être été complètement gelée. Cela s'est produit vers 716,5 et 635 Ma, pendant la période cryogénienne . L'intensité et le mécanisme des deux glaciations sont encore à l'étude et plus difficiles à expliquer que la Terre Boule de Neige du début du Protérozoïque. La plupart des paléoclimatologues pensent que les épisodes froids étaient liés à la formation du supercontinent Rodinia. Parce que Rodinia était centrée sur l'équateur, les taux d' altération chimique ont augmenté et le dioxyde de carbone (CO 2 ) a été extrait de l'atmosphère. Le CO 2 étant un important gaz à effet de serre, les climats se sont refroidis à l'échelle mondiale. De la même manière, pendant les Terres Boule de Neige, la majeure partie de la surface continentale était recouverte de pergélisol , ce qui a à nouveau diminué l'altération chimique, entraînant la fin des glaciations. Une autre hypothèse est qu'une quantité suffisante de dioxyde de carbone s'est échappée par le dégazage volcanique pour que l'effet de serre résultant augmente les températures mondiales. L'augmentation de l'activité volcanique a résulté de l'éclatement de Rodinia à peu près au même moment.

La période cryogénienne a été suivie par la période édiacarienne , caractérisée par un développement rapide de nouvelles formes de vie multicellulaires. Il n'est pas clair s'il existe un lien entre la fin des périodes glaciaires sévères et l'augmentation de la diversité de la vie, mais cela ne semble pas être une coïncidence. Les nouvelles formes de vie, appelées Ediacara biota, étaient plus vastes et plus diversifiées que jamais. Bien que la taxonomie de la plupart des formes de vie édiacariennes ne soit pas claire, certaines étaient des ancêtres de groupes de la vie moderne. Des développements importants ont été à l'origine des cellules musculaires et neurales. Aucun des fossiles d'Édiacarien n'avait de parties dures du corps comme des squelettes. Celles-ci apparaissent pour la première fois après la limite entre les éons protérozoïque et phanérozoïque ou les périodes édiacarienne et cambrienne.

Eon phanérozoïque

Le Phanérozoïque est l'éon actuel sur Terre, qui a commencé il y a environ 542 millions d'années. Il se compose de trois ères : le Paléozoïque , le Mésozoïque et le Cénozoïque , et c'est l'époque où la vie multicellulaire s'est grandement diversifiée dans presque tous les organismes connus aujourd'hui.

L'ère paléozoïque ("ancienne vie") a été la première et la plus longue ère de l'éon phanérozoïque, d'une durée de 542 à 251 Ma. Au cours du Paléozoïque, de nombreux groupes de vie modernes ont vu le jour. La vie a colonisé la terre, d'abord les plantes, puis les animaux. Deux extinctions majeures ont eu lieu. Les continents formés à la rupture de Pannotia et de Rodinia à la fin du Protérozoïque se sont lentement rapprochés à nouveau, formant le supercontinent Pangée à la fin du Paléozoïque.

L'ère mésozoïque ("vie moyenne") a duré de 251 Ma à 66 Ma. Il est subdivisé en périodes du Trias , du Jurassique et du Crétacé . L'ère a commencé avec l' événement d'extinction du Permien-Trias , l' événement d'extinction le plus grave dans les archives fossiles; 95% des espèces sur Terre se sont éteintes. Cela s'est terminé avec l' extinction du Crétacé-Paléogène qui a anéanti les dinosaures .

L'ère cénozoïque ("nouvelle vie") a commencé à 66 Ma et est subdivisée en périodes paléogène , néogène et quaternaire. Ces trois périodes sont en outre divisées en sept subdivisions, avec le Paléogène composé du Paléocène , de l' Éocène et de l' Oligocène , le Néogène divisé en le Miocène , le Pliocène et le Quaternaire composé du Pléistocène et de l'Holocène. Les mammifères, les oiseaux, les amphibiens, les crocodiliens, les tortues et les lépidosaures ont survécu à l'extinction du Crétacé-Paléogène qui a tué les dinosaures non aviaires et de nombreuses autres formes de vie, et c'est l'époque au cours de laquelle ils se sont diversifiés dans leurs formes modernes.

Tectonique, paléogéographie et climat

La Pangée était un supercontinent qui a existé de 300 à 180 Ma environ. Les contours des continents modernes et d'autres masses continentales sont indiqués sur cette carte.

À la fin du Protérozoïque, le supercontinent Pannotia s'était séparé en les plus petits continents Laurentia, Baltica , Siberia et Gondwana. Pendant les périodes où les continents se séparent, davantage de croûte océanique est formée par l'activité volcanique. Parce que la jeune croûte volcanique est relativement plus chaude et moins dense que l'ancienne croûte océanique, les fonds océaniques s'élèvent pendant de telles périodes. Cela fait monter le niveau de la mer. Par conséquent, dans la première moitié du Paléozoïque, de vastes zones des continents étaient en dessous du niveau de la mer.

Les climats du Paléozoïque inférieur étaient plus chauds qu'aujourd'hui, mais la fin de l'Ordovicien a vu une courte période glaciaire au cours de laquelle les glaciers ont recouvert le pôle sud, où se trouvait l'immense continent Gondwana. Les traces de glaciation de cette période ne se trouvent que sur l'ancien Gondwana. Au cours de la période glaciaire de l'Ordovicien supérieur, quelques extinctions massives ont eu lieu, au cours desquelles de nombreux brachiopodes , trilobites, bryozoaires et coraux ont disparu. Ces espèces marines ne pourraient probablement pas faire face à la baisse de température de l'eau de mer.

Les continents Laurentia et Baltica sont entrés en collision entre 450 et 400 Ma, au cours de l' orogenèse calédonienne , pour former la Laurussia (également connue sous le nom d'Euramerica). Des traces de la ceinture montagneuse causée par cette collision peuvent être trouvées en Scandinavie , en Écosse et dans le nord des Appalaches . Au Dévonien (416-359 Ma) le Gondwana et la Sibérie commencèrent à se déplacer vers la Laurussia. La collision de la Sibérie avec la Laurussia a provoqué l' orogenèse ouralienne , la collision du Gondwana avec la Laurussia est appelée l' orogenèse varisque ou hercynienne en Europe ou l' orogenèse alleghenienne en Amérique du Nord. Cette dernière phase a eu lieu pendant la période carbonifère (359-299 Ma) et a abouti à la formation du dernier supercontinent, la Pangée.

En 180 Ma, la Pangée s'est divisée en Laurasie et Gondwana.

Explosion cambrienne

Les trilobites sont apparus pour la première fois pendant la période cambrienne et faisaient partie des groupes d'organismes paléozoïques les plus répandus et les plus diversifiés.

Le taux d'évolution de la vie enregistré par les fossiles s'est accéléré au cours de la période cambrienne (542-488 Ma). L'émergence soudaine de nombreuses nouvelles espèces, phylums et formes au cours de cette période est appelée l'explosion cambrienne. La fomentation biologique dans l'explosion cambrienne était sans précédent avant et depuis cette époque. Alors que les formes de vie édiacariennes semblent encore primitives et difficiles à intégrer dans un groupe moderne, à la fin du Cambrien, les phylums les plus modernes étaient déjà présents. Le développement de parties dures du corps telles que les coquilles, les squelettes ou les exosquelettes chez les animaux comme les mollusques , les échinodermes , les crinoïdes et les arthropodes (un groupe bien connu d'arthropodes du Paléozoïque inférieur sont les trilobites ) a rendu la préservation et la fossilisation de ces formes de vie plus faciles que ceux de leurs ancêtres protérozoïques. Pour cette raison, on en sait beaucoup plus sur la vie au Cambrien et après que sur celle des périodes plus anciennes. Certains de ces groupes cambriens semblent complexes mais sont apparemment assez différents de la vie moderne ; des exemples sont Anomalocaris et Haikouichthys . Plus récemment, cependant, ceux-ci semblent avoir trouvé une place dans la classification moderne.

Au cours du Cambrien, les premiers animaux vertébrés , parmi lesquels les premiers poissons , étaient apparus. Une créature qui aurait pu être l'ancêtre des poissons, ou qui lui était probablement étroitement liée, était Pikaia . Il avait une notocorde primitive , une structure qui aurait pu se développer plus tard en une colonne vertébrale . Les premiers poissons à mâchoires ( Gnathostomata ) sont apparus au cours de la période géologique suivante, l' Ordovicien . La colonisation de nouvelles niches a entraîné des tailles corporelles massives. De cette façon, des poissons de taille croissante ont évolué au début du Paléozoïque, comme le placoderme titanesque Dunkleosteus , qui pouvait atteindre 7 mètres de long.

La diversité des formes de vie n'a pas beaucoup augmenté en raison d'une série d'extinctions massives qui définissent des unités biostratigraphiques répandues appelées biomères . Après chaque impulsion d'extinction, les régions du plateau continental ont été repeuplées par des formes de vie similaires qui peuvent avoir évolué lentement ailleurs. À la fin du Cambrien, les trilobites avaient atteint leur plus grande diversité et dominaient presque tous les assemblages fossiles.

Colonisation des terres

Conception d'artiste de la flore du Dévonien

L'accumulation d'oxygène à partir de la photosynthèse a entraîné la formation d'une couche d'ozone qui a absorbé une grande partie du rayonnement ultraviolet du Soleil , ce qui signifie que les organismes unicellulaires qui ont atteint la terre étaient moins susceptibles de mourir, et les procaryotes ont commencé à se multiplier et à devenir mieux adaptés à la survie hors de l'eau. Les lignées procaryotes avaient probablement colonisé la terre dès 2,6 Ga avant même l'origine des eucaryotes. Pendant longtemps, la terre est restée dépourvue d'organismes multicellulaires. Le supercontinent Pannotia s'est formé vers 600 Ma, puis s'est séparé 50 millions d'années plus tard. Les poissons, les premiers vertébrés , ont évolué dans les océans vers 530 Ma. Un événement d'extinction majeur s'est produit vers la fin de la période cambrienne, qui a mis fin à 488 Ma.

Il y a plusieurs centaines de millions d'années, des plantes (ressemblant probablement à des algues ) et des champignons ont commencé à pousser au bord de l'eau, puis hors de celle-ci. Les plus anciens fossiles de champignons et de plantes terrestres datent de 480 à 460 Ma, bien que des preuves moléculaires suggèrent que les champignons peuvent avoir colonisé la terre dès 1 000 Ma et les plantes 700 Ma. Restant initialement près du bord de l'eau, des mutations et des variations ont entraîné une nouvelle colonisation de ce nouvel environnement. Le moment où les premiers animaux ont quitté les océans n'est pas connu avec précision : la plus ancienne preuve claire est celle d'arthropodes sur terre vers 450 Ma, peut-être en plein essor et devenant mieux adaptés en raison de la vaste source de nourriture fournie par les plantes terrestres. Il existe également des preuves non confirmées que des arthropodes peuvent être apparus sur terre dès 530 Ma.

Évolution des tétrapodes

Tiktaalik , un poisson avec des nageoires en forme de membre et un prédécesseur des tétrapodes. Reconstitution à partir de fossiles d'environ 375 millions d'années.

À la fin de la période ordovicienne, 443 Ma, des événements d'extinction supplémentaires se sont produits, peut-être en raison d'une période glaciaire concomitante. Vers 380 à 375 Ma, les premiers tétrapodes ont évolué à partir de poissons. Les nageoires ont évolué pour devenir des membres que les premiers tétrapodes utilisaient pour lever la tête hors de l'eau pour respirer de l'air. Cela leur permettrait de vivre dans des eaux pauvres en oxygène ou de poursuivre de petites proies dans des eaux peu profondes. Ils peuvent s'être aventurés plus tard sur terre pendant de brèves périodes. Finalement, certains d'entre eux se sont tellement bien adaptés à la vie terrestre qu'ils ont passé leur vie adulte sur terre, bien qu'ils aient éclos dans l'eau et soient revenus pour pondre leurs œufs. Ce fut l'origine des amphibiens . Vers 365 Ma, une autre période d'extinction s'est produite, peut-être à cause du refroidissement global . Les plantes ont développé des graines , ce qui a considérablement accéléré leur propagation sur terre, à cette époque (d'environ 360 Ma).

Environ 20 millions d'années plus tard (340 Ma), l' œuf amniotique a évolué, qui a pu être pondu sur terre, donnant un avantage de survie aux embryons de tétrapodes. Cela a entraîné la divergence des amniotes des amphibiens. 30 autres millions d'années (310 Ma) ont vu la divergence des synapsides (y compris les mammifères) des sauropsides (y compris les oiseaux et les reptiles). D'autres groupes d'organismes ont continué à évoluer et les lignées ont divergé - chez les poissons, les insectes, les bactéries, etc. - mais on en sait moins sur les détails.

Les dinosaures étaient les vertébrés terrestres dominants dans la majeure partie du Mésozoïque

Après une autre extinction, la plus grave de la période (251~250 Ma), vers 230 Ma, les dinosaures se sont séparés de leurs ancêtres reptiliens. L' extinction du Trias-Jurassique à 200 Ma a épargné de nombreux dinosaures et ils sont rapidement devenus dominants parmi les vertébrés. Bien que certaines lignées de mammifères aient commencé à se séparer au cours de cette période, les mammifères existants étaient probablement de petits animaux ressemblant à des musaraignes .

La frontière entre les dinosaures aviaires et non aviaires n'est pas claire, mais l' archéoptéryx , traditionnellement considéré comme l'un des premiers oiseaux, a vécu vers 150 Ma.

La première preuve de l' évolution des fleurs des angiospermes remonte au Crétacé, environ 20 millions d'années plus tard (132 Ma).

Extinction

La première des cinq grandes extinctions de masse a été l'extinction ordovicienne-silurienne . Sa cause possible était la glaciation intense du Gondwana, qui a finalement conduit à une terre boule de neige . 60% des invertébrés marins ont disparu et 25% de toutes les familles.

La deuxième extinction de masse fut l' extinction du Dévonien supérieur , probablement causée par l'évolution des arbres, qui aurait pu conduire à l'épuisement des gaz à effet de serre (comme le CO2) ou à l' eutrophisation de l'eau. 70% de toutes les espèces ont disparu.

La troisième extinction de masse était l' événement Permien-Trias, ou le Grand Dying , a probablement été causé par une combinaison de l' événement volcanique Siberian Traps , un impact d'astéroïde, la gazéification de l' hydrate de méthane , les fluctuations du niveau de la mer et un événement anoxique majeur . Le cratère proposé de Wilkes Land en Antarctique ou la structure Bedout au large de la côte nord-ouest de l'Australie peuvent indiquer un lien d'impact avec l'extinction du Permien-Trias. Mais il reste incertain si ces cratères ou d'autres cratères proposés aux limites du Permien-Trias sont soit de véritables cratères d'impact, soit même contemporains de l'événement d'extinction du Permien-Trias. Ce fut de loin l'extinction la plus meurtrière de tous les temps, avec environ 57% de toutes les familles et 83% de tous les genres tués.

La quatrième extinction de masse a été l'extinction du Trias-Jurassique au cours de laquelle presque tous les synapsides et archosaures se sont éteints, probablement en raison d'une nouvelle concurrence des dinosaures.

La cinquième et plus récente extinction de masse a été l' extinction KT . En 66 Ma, un astéroïde de 10 kilomètres (6,2 mi) a frappé la Terre juste au large de la péninsule du Yucatán - quelque part dans la pointe sud-ouest de la Laurasie - où se trouve aujourd'hui le cratère Chicxulub . Cela a éjecté de grandes quantités de particules et de vapeur dans l'air qui ont bloqué la lumière du soleil, inhibant la photosynthèse. 75% de toute la vie, y compris les dinosaures non aviaires, s'est éteinte, marquant la fin de la période du Crétacé et de l'ère mésozoïque.

Diversification des mammifères

Les premiers vrais mammifères ont évolué dans l'ombre des dinosaures et autres grands archosaures qui ont rempli le monde à la fin du Trias. Les premiers mammifères étaient très petits et probablement nocturnes pour échapper à la prédation. La diversification des mammifères n'a véritablement commencé qu'après l'extinction du Crétacé-Paléogène. Au début du Paléocène, la terre s'est remise de l'extinction et la diversité des mammifères a augmenté. Des créatures comme Ambulocetus se sont rendues dans les océans pour finalement évoluer en baleines, tandis que certaines créatures, comme les primates, se sont rendues dans les arbres. Tout cela a changé entre le milieu et la fin de l'Éocène lorsque le courant circum-antarctique s'est formé entre l'Antarctique et l'Australie, ce qui a perturbé les conditions météorologiques à l'échelle mondiale. La savane sans herbe a commencé à prédominer sur une grande partie du paysage, et des mammifères comme Andrewsarchus sont devenus le plus grand mammifère prédateur terrestre connu de tous les temps, et les premières baleines comme Basilosaurus ont pris le contrôle des mers.

L'évolution de l' herbe a apporté un changement remarquable au paysage de la Terre, et les nouveaux espaces ouverts créés ont poussé les mammifères à devenir de plus en plus gros. L'herbe a commencé à se développer au Miocène, et c'est au Miocène que de nombreux mammifères modernes sont apparus pour la première fois. Des ongulés géants comme Paraceratherium et Deinotherium ont évolué pour régner sur les prairies. L'évolution de l'herbe a également fait descendre les primates des arbres et a déclenché l'évolution humaine . Les premiers grands félins ont également évolué pendant cette période. La mer de Téthys a été fermée par la collision de l'Afrique et de l'Europe.

La formation du Panama a peut-être été l'événement géologique le plus important des 60 derniers millions d'années. Les courants de l'Atlantique et du Pacifique se sont coupés l'un de l'autre, ce qui a provoqué la formation du Gulf Stream , qui a réchauffé l'Europe. Le pont terrestre a permis aux créatures isolées d'Amérique du Sud de migrer vers l'Amérique du Nord, et vice versa. Diverses espèces ont migré vers le sud, entraînant la présence en Amérique du Sud de lamas , de l' ours à lunettes , des kinkajous et des jaguars .

Il y a trois millions d'années a vu le début de l'époque du Pléistocène, caractérisée par des changements climatiques dramatiques dus aux périodes glaciaires. Les périodes glaciaires ont conduit à l'évolution de l'homme moderne en Afrique saharienne et à son expansion. La mégafaune qui dominait se nourrissait de prairies qui, à présent, avaient envahi une grande partie du monde subtropical. Les grandes quantités d'eau contenues dans la glace ont permis à divers plans d'eau de rétrécir et parfois de disparaître, comme la mer du Nord et le détroit de Béring. Beaucoup pensent qu'une énorme migration a eu lieu le long de la Béringie, c'est pourquoi, aujourd'hui, il y a des chameaux (qui ont évolué et se sont éteints en Amérique du Nord), des chevaux (qui ont évolué et se sont éteints en Amérique du Nord) et des Amérindiens. La fin de la dernière période glaciaire a coïncidé avec l'expansion de l'homme, ainsi qu'une disparition massive de la mégafaune de la période glaciaire. Cette extinction est surnommée « la sixième extinction ».

Evolution humaine

Un petit singe africain vivant vers 6 Ma était le dernier animal dont les descendants incluraient à la fois les humains modernes et leurs plus proches parents, les chimpanzés . Seules deux branches de son arbre généalogique ont des descendants survivants. Très peu de temps après la scission, pour des raisons encore obscures, les singes d'une branche ont développé la capacité de marcher debout . La taille du cerveau a augmenté rapidement, et à 2 Ma, les premiers animaux classés dans le genre Homo étaient apparus. Bien sûr, la frontière entre les différentes espèces ou même les genres est quelque peu arbitraire car les organismes changent continuellement au fil des générations. À peu près à la même époque, l'autre branche s'est divisée en ancêtres du chimpanzé commun et en ancêtres du bonobo alors que l'évolution se poursuivait simultanément dans toutes les formes de vie.

La capacité de contrôler le feu a probablement commencé chez Homo erectus (ou Homo ergaster ), probablement il y a au moins 790 000 ans, mais peut-être dès 1,5 Ma. L'utilisation et la découverte du feu contrôlé peuvent même être antérieures à l' Homo erectus . Le feu a peut-être été utilisé par le premier hominidé du Paléolithique inférieur ( Oldowan ) Homo habilis ou de puissants australopithèques tels que Paranthropus .

Une reconstruction de l'histoire humaine basée sur des données fossiles.

Il est plus difficile d'établir l' origine du langage ; il n'est pas clair si Homo erectus pouvait parler ou si cette capacité n'avait pas commencé avant Homo sapiens . À mesure que la taille du cerveau augmentait, les bébés naissaient plus tôt, avant que leur tête ne devienne trop grosse pour traverser le bassin . En conséquence, ils présentaient plus de plasticité , et possédaient donc une capacité d'apprentissage accrue et nécessitaient une période de dépendance plus longue. Les compétences sociales sont devenues plus complexes, le langage est devenu plus sophistiqué et les outils sont devenus plus élaborés. Cela a contribué à la poursuite de la coopération et du développement intellectuel. On pense que les humains modernes ( Homo sapiens ) sont originaires d' Afrique il y a environ 200 000 ans ou plus tôt ; les fossiles les plus anciens remontent à environ 160 000 ans.

Les premiers humains à montrer des signes de spiritualité sont les Néandertaliens (généralement classés comme une espèce distincte sans descendants survivants) ; ils enterraient leurs morts, souvent sans aucun signe de nourriture ou d'outils. Cependant, des preuves de croyances plus sophistiquées, telles que les premières peintures rupestres de Cro-Magnon (probablement avec une signification magique ou religieuse) ne sont apparues qu'il y a 32 000 ans. Cro-Magnons a également laissé derrière lui des figurines de pierre comme la Vénus de Willendorf , probablement aussi signifiant la croyance religieuse. Il y a 11 000 ans, Homo sapiens avait atteint la pointe sud de l'Amérique du Sud , le dernier des continents inhabités (à l'exception de l'Antarctique, qui est resté inconnu jusqu'en 1820 après JC). L'utilisation des outils et la communication ont continué de s'améliorer et les relations interpersonnelles sont devenues plus complexes.

L'histoire humain

L'Homme de Vitruve de Léonard de Vinci incarne les avancées de l'art et de la science à la Renaissance.

Tout au long de plus de 90 % de son histoire, Homo sapiens a vécu en petits groupes en tant que chasseurs-cueilleurs nomades . Au fur et à mesure que le langage devenait plus complexe, la capacité de se souvenir et de communiquer des informations a donné lieu, selon une théorie proposée par Richard Dawkins , à un nouveau réplicateur : le mème . Les idées pouvaient être échangées rapidement et transmises de génération en génération. L'évolution culturelle a rapidement dépassé l'évolution biologique , et l' histoire proprement dite a commencé. Entre 8500 et 7000 avant JC , les humains du Croissant Fertile au Moyen-Orient ont commencé l'élevage systématique de plantes et d'animaux : l' agriculture . Cela s'est étendu aux régions voisines et s'est développé indépendamment ailleurs, jusqu'à ce que la plupart des Homo sapiens mènent une vie sédentaire dans des établissements permanents en tant qu'agriculteurs. Toutes les sociétés n'ont pas abandonné le nomadisme, en particulier celles des régions isolées du globe pauvres en espèces végétales domestiques , comme l' Australie . Cependant, parmi les civilisations qui ont adopté l'agriculture, la stabilité relative et la productivité accrue fournies par l'agriculture ont permis à la population de se développer.

L'agriculture a eu un impact majeur; les humains ont commencé à affecter l'environnement comme jamais auparavant. La nourriture excédentaire a permis l'émergence d'une classe sacerdotale ou dirigeante, suivie d'une division croissante du travail . Cela a conduit à la première civilisation de la Terre à Sumer au Moyen-Orient, entre 4000 et 3000 avant JC. D'autres civilisations sont rapidement apparues dans l'Égypte ancienne , dans la vallée de l' Indus et en Chine. L'invention de l' écriture a permis l'émergence de sociétés complexes : les archives et les bibliothèques ont servi de réservoir de connaissances et ont accru la transmission culturelle de l'information. Les humains n'avaient plus à passer tout leur temps à travailler pour survivre, permettant ainsi les premiers métiers spécialisés (artisans, marchands, prêtres, etc.). La curiosité et l'éducation ont conduit à la poursuite de la connaissance et de la sagesse, et diverses disciplines, y compris la science (sous une forme primitive), ont vu le jour. Cela a conduit à son tour à l'émergence de civilisations de plus en plus grandes et complexes, telles que les premiers empires, qui ont parfois commercé entre eux, ou se sont battus pour le territoire et les ressources.

Vers 500 avant JC, il y avait des civilisations avancées au Moyen-Orient, en Iran, en Inde, en Chine et en Grèce, parfois en expansion, parfois en déclin. En 221 avant notre ère, la Chine est devenue une entité politique unique qui se développerait pour répandre sa culture dans toute l' Asie orientale , et elle est restée la nation la plus peuplée du monde. Au cours de cette période, des textes hindous célèbres connus sous le nom de vedas ont vu le jour dans la civilisation de la vallée de l'Indus . Cette civilisation s'est développée dans la guerre , les arts , la science , les mathématiques et l' architecte . Les fondements de la civilisation occidentale ont été largement façonnés dans la Grèce antique , avec le premier gouvernement démocratique au monde et des avancées majeures en philosophie, science . La Rome antique en droit, gouvernement et ingénierie. L' Empire romain a été christianisé par l'empereur Constantin au début du IVe siècle et a décliné à la fin du Ve. À partir du 7ème siècle, la christianisation de l'Europe a commencé. En 610, l' islam est fondé et devient rapidement la religion dominante en Asie occidentale . La Maison de la Sagesse a été créée en abbasside de Bagdad , en Irak . Il est considéré comme un centre intellectuel majeur pendant l' âge d'or islamique , où les érudits musulmans de Bagdad et du Caire ont prospéré du IXe au XIIIe siècle jusqu'au sac mongol de Bagdad en 1258 après JC. En 1054 après JC, le Grand Schisme entre l' Église catholique romaine et l' Église orthodoxe orientale a conduit à des différences culturelles importantes entre l'Europe occidentale et orientale .

Au 14ème siècle, la Renaissance a commencé en Italie avec les progrès de la religion, de l'art et de la science. À cette époque, l'Église chrétienne en tant qu'entité politique a perdu une grande partie de son pouvoir. En 1492, Christophe Colomb atteint les Amériques, initiant de grands changements dans le nouveau monde . La civilisation européenne a commencé à changer à partir de 1500, menant aux révolutions scientifique et industrielle . Ce continent a commencé à exercer une domination politique et culturelle sur les sociétés humaines du monde entier, à une époque connue sous le nom d' ère coloniale (voir aussi Age of Discovery ). Au XVIIIe siècle, un mouvement culturel connu sous le nom de Siècle des Lumières a façonné davantage la mentalité de l'Europe et contribué à sa sécularisation . De 1914 à 1918 et de 1939 à 1945, les nations du monde entier ont été mêlées à des guerres mondiales . Créée à la suite de la Première Guerre mondiale , la Société des Nations a été une première étape dans la mise en place d'institutions internationales pour régler pacifiquement les différends. Après avoir échoué à empêcher la Seconde Guerre mondiale , le conflit le plus sanglant de l'humanité, il a été remplacé par les Nations Unies . Après la guerre, de nombreux nouveaux États se sont formés, déclarant ou obtenant leur indépendance dans une période de décolonisation . Les États-Unis capitalistes démocratiques et l' Union soviétique socialiste sont devenus les superpuissances dominantes du monde pendant un certain temps, et ils ont entretenu une rivalité idéologique souvent violente connue sous le nom de guerre froide jusqu'à la dissolution de cette dernière. En 1992, plusieurs nations européennes ont rejoint l' Union européenne . À mesure que les transports et les communications se sont améliorés, les économies et les affaires politiques des nations du monde entier sont devenues de plus en plus imbriquées. Cette mondialisation a souvent produit à la fois des conflits et de la coopération.

Événements récents

L'astronaute Bruce McCandless II à l' extérieur de la navette spatiale Challenger en 1984

Le changement s'est poursuivi à un rythme rapide du milieu des années 40 à aujourd'hui. Les développements technologiques comprennent les armes nucléaires , les ordinateurs , le génie génétique et la nanotechnologie . La mondialisation économique , stimulée par les progrès des technologies de communication et de transport, a influencé la vie quotidienne dans de nombreuses régions du monde. Les formes culturelles et institutionnelles telles que la démocratie , le capitalisme et l' environnementalisme ont accru leur influence. Les principales préoccupations et problèmes tels que la maladie , la guerre , la pauvreté , le radicalisme violent et, récemment, le changement climatique d' origine humaine ont augmenté à mesure que la population mondiale augmente.

En 1957, l'Union soviétique a lancé le premier satellite artificiel en orbite et, peu de temps après, Youri Gagarine est devenu le premier humain dans l'espace. Neil Armstrong , un Américain, a été le premier à poser le pied sur un autre objet astronomique, la Lune. Des sondes sans pilote ont été envoyées sur toutes les planètes connues du système solaire, certaines (comme les deux vaisseaux spatiaux Voyager ) ayant quitté le système solaire. Cinq agences spatiales, représentant plus de quinze pays, ont travaillé ensemble pour construire la Station spatiale internationale . À son bord, il y a eu une présence humaine continue dans l'espace depuis 2000. Le World Wide Web est devenu une partie de la vie quotidienne dans les années 1990, et depuis lors est devenu une source d'information indispensable dans le monde développé .

Voir également

Remarques

Les références

Lectures complémentaires

Liens externes