Paléontologie - Paleontology

Un paléontologue au travail au John Day Fossil Beds National Monument

Paléontologie ( / ˌ p l i ɒ n t ɒ l ə i , ˌ p æ l i -, - ən - / ), également orthographié paléontologie ou la paléontologie , est l'étude scientifique de la vie qui existait avant, et parfois y compris, le début de l' époque Holocène (environ 11 700 ans avant le présent). Il comprend l'étude des fossiles pour classer les organismes et étudier leurs interactions entre eux et leurs environnements (leur paléoécologie ). Des observations paléontologiques ont été documentées dès le 5ème siècle avant notre ère. La science s'est établie au 18ème siècle à la suite des travaux de Georges Cuvier sur l'anatomie comparée , et s'est développée rapidement au 19ème siècle. Le terme lui-même provient du grec παλα ( 'palaios' , "vieux, ancien"), ὄν ( 'on' , ( gen. 'ontos' ), "être, créature"), et λόγος ( 'logos' , "discours, penser, étudier").

La paléontologie se situe à la frontière entre la biologie et la géologie, mais diffère de l' archéologie en ce qu'elle exclut l'étude des humains anatomiquement modernes . Il utilise maintenant des techniques tirées d'un large éventail de sciences, notamment la biochimie , les mathématiques et l'ingénierie. L'utilisation de toutes ces techniques a permis aux paléontologues de découvrir une grande partie de l' histoire de l' évolution de la vie , presque jusqu'à l'époque où la Terre est devenue capable de supporter la vie, il y a près de 4 milliards d'années. Au fur et à mesure que les connaissances ont augmenté, la paléontologie a développé des sous-divisions spécialisées, dont certaines se concentrent sur différents types d'organismes fossiles tandis que d'autres étudient l' écologie et l'histoire de l'environnement, comme les climats anciens .

Les fossiles corporels et les traces fossiles sont les principaux types de preuves de la vie ancienne, et les preuves géochimiques ont aidé à déchiffrer l'évolution de la vie avant qu'il n'y ait des organismes assez grands pour laisser des fossiles corporels. Estimer les dates de ces vestiges est essentiel mais difficile : parfois des couches rocheuses adjacentes permettent des datations radiométriques , qui fournissent des dates absolues précises à 0,5% près, mais le plus souvent les paléontologues doivent s'appuyer sur des datations relatives en résolvant les « puzzles » de la biostratigraphie. (disposition des couches rocheuses des plus jeunes aux plus anciennes). La classification des organismes anciens est également difficile, car beaucoup ne s'intègrent pas bien dans la taxonomie linnéenne classant les organismes vivants, et les paléontologues utilisent plus souvent la cladistique pour établir des "arbres généalogiques" évolutifs. Le dernier quart du 20e siècle a vu le développement de la phylogénétique moléculaire , qui étudie à quel point les organismes sont étroitement liés en mesurant la similitude de l' ADN dans leurs génomes . La phylogénétique moléculaire a également été utilisée pour estimer les dates auxquelles les espèces ont divergé, mais il existe une controverse sur la fiabilité de l' horloge moléculaire dont dépendent ces estimations.

Aperçu

La définition la plus simple de la « paléontologie » est « l'étude de la vie ancienne ». Le domaine recherche des informations sur plusieurs aspects des organismes passés : « leur identité et leur origine, leur environnement et leur évolution, et ce qu'ils peuvent nous dire sur le passé organique et inorganique de la Terre ».

Sciences historiques

La préparation des ossements fossilisés d' Europasaurus holgeri

William Whewell (1794-1866) a classé la paléontologie parmi les sciences historiques, avec l' archéologie , la géologie, l' astronomie , la cosmologie , la philologie et l'histoire elle-même : la paléontologie vise à décrire les phénomènes du passé et à reconstituer leurs causes. Il comporte donc trois éléments principaux : la description des phénomènes passés ; développer une théorie générale sur les causes de divers types de changement; et appliquer ces théories à des faits spécifiques. Lorsqu'ils tentent d'expliquer le passé, les paléontologues et autres scientifiques historiques construisent souvent un ensemble d'une ou plusieurs hypothèses sur les causes, puis recherchent un « fusil fumant », un élément de preuve qui s'accorde fortement avec une hypothèse plutôt qu'une autre. Parfois, les chercheurs découvrent une « arme fumante » par un heureux hasard au cours d'autres recherches. Par exemple, la découverte en 1980 par Luis et Walter Alvarez d' iridium , un métal principalement extraterrestre, dans la couche limite Crétacé - Tertiaire a fait de l' impact d'astéroïdes l'explication la plus favorisée de l' événement d'extinction Crétacé-Paléogène - bien que le débat continue sur la contribution du volcanisme.

Une approche complémentaire au développement des connaissances scientifiques, la science expérimentale , est souvent considérée comme fonctionnant en menant des expériences pour réfuter les hypothèses sur le fonctionnement et les causes des phénomènes naturels. Cette approche ne peut pas prouver une hypothèse, car certaines expériences ultérieures peuvent la réfuter, mais l'accumulation d'échecs à réfuter est souvent une preuve convaincante en faveur. Cependant, lorsqu'ils sont confrontés à des phénomènes totalement inattendus, tels que les premières preuves d'un rayonnement invisible , les scientifiques expérimentateurs utilisent souvent la même approche que les scientifiques historiques : construire un ensemble d'hypothèses sur les causes, puis chercher un "pistolet fumant".

Sciences connexes

La paléontologie se situe entre la biologie et la géologie puisqu'elle se concentre sur l'enregistrement de la vie passée, mais sa principale source de preuves sont les fossiles dans les roches. Pour des raisons historiques, la paléontologie fait partie du département de géologie de nombreuses universités : au XIXe et au début du XXe siècle, les départements de géologie ont trouvé des preuves fossiles importantes pour la datation des roches, tandis que les départements de biologie ont montré peu d'intérêt.

La paléontologie a également un certain chevauchement avec l' archéologie , qui travaille principalement avec des objets fabriqués par l'homme et avec des restes humains, tandis que les paléontologues s'intéressent aux caractéristiques et à l'évolution de l'homme en tant qu'espèce. Lorsqu'ils traitent des preuves sur les humains, les archéologues et les paléontologues peuvent travailler ensemble - par exemple, les paléontologues peuvent identifier des fossiles d'animaux ou de plantes autour d'un site archéologique , pour découvrir les personnes qui y vivaient et ce qu'elles mangeaient ; ou ils pourraient analyser le climat au moment de l'habitation.

De plus, la paléontologie emprunte souvent des techniques à d'autres sciences, notamment la biologie, l' ostéologie , l'écologie, la chimie , la physique et les mathématiques. Par exemple, les signatures géochimiques des roches peuvent aider à découvrir quand la vie est apparue pour la première fois sur Terre, et les analyses des rapports isotopiques du carbone peuvent aider à identifier les changements climatiques et même à expliquer les transitions majeures telles que l' extinction du Permien-Trias . Une discipline relativement récente, la phylogénétique moléculaire , compare l' ADN et l' ARN des organismes modernes pour reconstituer les « arbres généalogiques » de leurs ancêtres évolutifs. Elle a également été utilisée pour estimer les dates d'importants développements évolutifs, bien que cette approche soit controversée en raison des doutes sur la fiabilité de l'« horloge moléculaire ». Des techniques d'ingénierie ont été utilisées pour analyser comment les corps d'organismes anciens auraient pu fonctionner, par exemple la vitesse de course et la force de morsure du Tyrannosaurus , ou la mécanique de vol du Microraptor . Il est relativement commun pour étudier les détails internes des fossiles à l' aide de microtomographie à rayons X . La paléontologie, la biologie, l'archéologie et la paléoneurobiologie se combinent pour étudier les moulages endocrâniens (endocasts) d'espèces apparentées à l'homme afin de clarifier l'évolution du cerveau humain.

La paléontologie contribue même à l' astrobiologie , l'étude de la vie possible sur d'autres planètes , en développant des modèles sur la façon dont la vie a pu survenir et en fournissant des techniques pour détecter des preuves de vie.

Subdivisions

Au fur et à mesure que les connaissances ont augmenté, la paléontologie a développé des subdivisions spécialisées. La paléontologie des vertébrés se concentre sur les fossiles des premiers poissons aux ancêtres immédiats des mammifères modernes . La paléontologie des invertébrés traite des fossiles tels que les mollusques , les arthropodes , les annélides et les échinodermes . La paléobotanique étudie les plantes fossiles , les algues et les champignons. La palynologie , l'étude du pollen et des spores produits par les plantes terrestres et les protistes , chevauche la paléontologie et la botanique , car elle traite à la fois des organismes vivants et fossiles. La micropaléontologie traite des organismes fossiles microscopiques de toutes sortes.

Des analyses utilisant des techniques d'ingénierie montrent que le tyrannosaure avait une morsure dévastatrice, mais soulèvent des doutes sur sa capacité de course.

Au lieu de se concentrer sur des organismes individuels, la paléoécologie examine les interactions entre différents organismes anciens, tels que leurs chaînes alimentaires , et les interactions bidirectionnelles avec leurs environnements. Par exemple, le développement de la photosynthèse oxygénée par les bactéries a provoqué l' oxygénation de l'atmosphère et a énormément augmenté la productivité et la diversité des écosystèmes . Ensemble, ceux-ci ont conduit à l'évolution de cellules eucaryotes complexes , à partir desquelles tous les organismes multicellulaires sont construits.

La paléoclimatologie , bien que parfois traitée comme faisant partie de la paléoécologie, se concentre davantage sur l'histoire du climat de la Terre et les mécanismes qui l'ont modifié - qui ont parfois inclus des développements évolutifs , par exemple l'expansion rapide des plantes terrestres au Dévonien a retiré plus de dioxyde de carbone de l'atmosphère, réduisant l' effet de serre et contribuant ainsi à provoquer une ère glaciaire au Carbonifère .

La biostratigraphie , l'utilisation de fossiles pour déterminer l'ordre chronologique dans lequel les roches se sont formées, est utile à la fois aux paléontologues et aux géologues. La biogéographie étudie la distribution spatiale des organismes et est également liée à la géologie, ce qui explique comment la géographie de la Terre a changé au fil du temps.

Sources de preuves

Fossiles corporels

Ce spécimen de Marrella illustre à quel point les fossiles de la lagerstätte des schistes de Burgess sont clairs et détaillés.

Les fossiles de corps d'organismes sont généralement le type de preuve le plus informatif. Les types les plus courants sont le bois, les os et les coquillages. La fossilisation est un événement rare, et la plupart des fossiles sont détruits par l' érosion ou le métamorphisme avant de pouvoir être observés. Par conséquent, les archives fossiles sont très incomplètes, de plus en plus loin dans le temps. Malgré cela, il suffit souvent d'illustrer les schémas plus larges de l'histoire de la vie. Il existe également des biais dans les archives fossiles : différents environnements sont plus favorables à la préservation de différents types d'organismes ou de parties d'organismes. De plus, seules les parties d'organismes déjà minéralisées sont généralement conservées, comme les coquilles de mollusques. Comme la plupart des espèces animales ont un corps mou, elles se décomposent avant de pouvoir se fossiliser. En conséquence, bien qu'il existe plus de 30 phylums d'animaux vivants, les deux tiers n'ont jamais été trouvés sous forme de fossiles.

Parfois, des environnements inhabituels peuvent préserver les tissus mous. Ces lagerstätten permettent aux paléontologues d'examiner l'anatomie interne d'animaux qui, dans d'autres sédiments, ne sont représentés que par des coquilles, des épines, des griffes, etc. – s'ils sont conservés. Cependant, même les lagerstätten présentent une image incomplète de la vie à l'époque. La majorité des organismes vivant à l'époque ne sont probablement pas représentés car les lagerstätten sont limités à une gamme étroite d'environnements, par exemple où les organismes à corps mou peuvent être préservés très rapidement par des événements tels que des coulées de boue ; et les événements exceptionnels qui provoquent un enfouissement rapide rendent difficile l'étude des environnements normaux des animaux. La rareté des archives fossiles signifie que les organismes devraient exister bien avant et après leur découverte dans les archives fossiles - c'est ce qu'on appelle l'effet Signor-Lipps .

Traces de fossiles

Climactichnites --- Pistes cambriennes (10–12 cm de large) de gros animaux ressemblant à des limaces sur un platier cambriendans ce qui est maintenant le Wisconsin .

Les traces fossiles se composent principalement de traces et de terriers, mais comprennent également des coprolithes ( fèces fossiles ) et des marques laissées par l'alimentation. Les traces fossiles sont particulièrement importantes car elles représentent une source de données qui ne se limite pas aux animaux avec des parties dures facilement fossilisées, et elles reflètent les comportements des organismes. De plus, de nombreuses traces datent de beaucoup plus tôt que les fossiles corporels d'animaux qui auraient été capables de les fabriquer. Bien que l'attribution exacte des traces fossiles à leurs créateurs soit généralement impossible, les traces peuvent par exemple fournir les premières preuves physiques de l'apparition d'animaux modérément complexes (comparables aux vers de terre ).

Observations géochimiques

Les observations géochimiques peuvent aider à déduire le niveau global d'activité biologique à une certaine période, ou l'affinité de certains fossiles. Par exemple, les caractéristiques géochimiques des roches peuvent révéler quand la vie est apparue pour la première fois sur Terre et peuvent fournir la preuve de la présence de cellules eucaryotes , le type à partir duquel tous les organismes multicellulaires sont construits. Les analyses des rapports isotopiques du carbone peuvent aider à expliquer les transitions majeures telles que l' événement d'extinction du Permien-Trias .

Classer les organismes anciens

Niveaux dans la taxonomie linnéenne

Nommer des groupes d'organismes d'une manière claire et largement acceptée est important, car certains différends en paléontologie ont été basés uniquement sur des malentendus sur les noms. La taxonomie linnéenne est couramment utilisée pour classer les organismes vivants, mais se heurte à des difficultés lorsqu'il s'agit d'organismes nouvellement découverts qui sont très différents de ceux connus. Par exemple : il est difficile de décider à quel niveau placer un nouveau groupement de niveau supérieur, par exemple le genre ou la famille ou l' ordre ; ceci est important car les règles linnéennes pour nommer les groupes sont liées à leurs niveaux, et donc si un groupe est déplacé vers un niveau différent, il doit être renommé.

Tétrapodes

Amphibiens

Amniotes
Synapsides

Synapsides éteints

   

Mammifères

Reptiles

Reptiles éteints

Lézards et serpents

Archosaures


Archosaures éteints

Crocodiliens

Dinosaures ?
  


Dinosaures éteints


 ? 

Des oiseaux

Exemple simple de cladogramme
    Le sang chaud a évolué quelque part dans la
transition synapside-mammifère. ? Le sang chaud doit également avoir évolué à l'un de ces points - un exemple d' évolution convergente .
  

Les paléontologues utilisent généralement des approches basées sur la cladistique , une technique permettant d'élaborer l'"arbre généalogique" évolutif d'un ensemble d'organismes. Cela fonctionne selon la logique que, si les groupes B et C ont plus de similitudes entre eux que l'un ou l'autre n'en a avec le groupe A, alors B et C sont plus étroitement liés l'un à l'autre que l'un ou l'autre ne l'est avec A. Les caractères comparés peuvent être anatomiques , comme la présence d'une notocorde , ou moléculaire , en comparant des séquences d' ADN ou de protéines . Le résultat d'une analyse réussie est une hiérarchie de clades – des groupes qui partagent un ancêtre commun. Idéalement, "l'arbre généalogique" n'a que deux branches partant de chaque nœud ("jonction"), mais parfois il y a trop peu d'informations pour y parvenir et les paléontologues doivent se contenter de jonctions qui ont plusieurs branches. La technique cladistique est parfois faillible, car certaines caractéristiques, comme les ailes ou les yeux de la caméra , ont évolué plus d'une fois, de manière convergente  – cela doit être pris en compte dans les analyses.

La biologie du développement évolutif , communément abrégée en « Evo Devo », aide également les paléontologues à produire des « arbres généalogiques » et à comprendre les fossiles. Par exemple, le développement embryologique de certains brachiopodes modernes suggère que les brachiopodes pourraient être des descendants des halkieriidae , qui se sont éteints au cours de la période cambrienne .

Estimer les dates des organismes

La paléontologie cherche à cartographier comment les êtres vivants ont changé au fil du temps. Un obstacle substantiel à cet objectif est la difficulté de déterminer l'âge des fossiles. Les lits qui préservent les fossiles manquent généralement des éléments radioactifs nécessaires à la datation radiométrique . Cette technique est notre seul moyen de donner un âge absolu aux roches de plus de 50 millions d'années environ, et peut être précise à 0,5% ou mieux. Bien que la datation radiométrique nécessite un travail de laboratoire très minutieux, son principe de base est simple : les taux de désintégration de divers éléments radioactifs sont connus, et donc le rapport de l'élément radioactif à l'élément dans lequel il se désintègre montre depuis combien de temps l'élément radioactif a été incorporé. dans le rocher. Les éléments radioactifs ne sont communs que dans les roches d'origine volcanique, de sorte que les seules roches fossilifères pouvant être datées radiométriquement sont quelques couches de cendres volcaniques.

Par conséquent, les paléontologues doivent généralement se fier à la stratigraphie pour dater les fossiles. La stratigraphie est la science qui consiste à déchiffrer la "couche-gâteau" qu'est l' enregistrement sédimentaire , et a été comparée à un puzzle . Les roches forment normalement des couches relativement horizontales, chaque couche étant plus jeune que celle en dessous. Si un fossile est trouvé entre deux couches dont les âges sont connus, l'âge du fossile doit se situer entre les deux âges connus. Parce que les séquences rocheuses ne sont pas continues, mais peuvent être interrompues par des failles ou des périodes d' érosion , il est très difficile de faire correspondre des lits de roches qui ne sont pas directement côte à côte. Cependant, des fossiles d'espèces ayant survécu relativement peu de temps peuvent être utilisés pour relier des roches isolées : cette technique est appelée biostratigraphie . Par exemple, le conodonte Eoplacognathus pseudoplanus a une courte portée dans la période de l'Ordovicien moyen. Si des roches d'âge inconnu présentent des traces d' E. pseudoplanus , elles doivent être d'âge Ordovicien moyen. De tels fossiles index doivent être distinctifs, être répartis dans le monde entier et avoir une courte durée pour être utiles. Cependant, des résultats trompeurs sont produits si les fossiles de l'indice s'avèrent avoir des plages de fossiles plus longues qu'on ne le pensait au départ. La stratigraphie et la biostratigraphie ne peuvent en général fournir que des datations relatives ( A était avant B ), ce qui est souvent suffisant pour étudier l'évolution. Cependant, cela est difficile pendant certaines périodes, en raison des problèmes liés à l'appariement de roches du même âge sur différents continents .

Les relations d'arbre généalogique peuvent également aider à affiner la date à laquelle les lignées sont apparues pour la première fois. Par exemple, si les fossiles de B ou C datent de X millions d'années et que "l'arbre généalogique" calculé indique que A était un ancêtre de B et C, alors A doit avoir évolué il y a plus de X millions d'années.

Il est également possible d'estimer depuis combien de temps deux clades vivants ont divergé – c'est-à-dire approximativement depuis combien de temps leur dernier ancêtre commun doit avoir vécu – en supposant que les mutations de l' ADN s'accumulent à un rythme constant. Ces « horloges moléculaires », cependant, sont faillibles et ne fournissent qu'un timing très approximatif : par exemple, elles ne sont pas suffisamment précises et fiables pour estimer quand les groupes qui figurent dans l' explosion cambrienne ont évolué pour la première fois, et les estimations produites par différentes techniques peuvent varient d'un facteur deux.

Histoire de la vie

Cette texture "peau d'éléphant" ridée est une trace fossile d'un tapis microbien non stromatolite . L'image montre l'emplacement, dans les lits de Burgsvik en Suède, où la texture a été identifiée pour la première fois comme preuve d'un tapis microbien.

La Terre s'est formée il y a environ 4 570  millions d'années et, après une collision qui a formé la Lune environ 40 millions d'années plus tard, elle s'est peut-être refroidie assez rapidement pour avoir des océans et une atmosphère il y a environ 4 440  millions d'années . Il y a des preuves sur la Lune d'un bombardement lourd tardif par des astéroïdes il y a 4 000 à 3 800 millions d'années . Si, comme cela semble probable, un tel bombardement frappait la Terre en même temps, la première atmosphère et les premiers océans auraient pu être arrachés.

La paléontologie retrace l'histoire évolutive de la vie depuis plus de 3 000  millions d'années , peut-être jusqu'à 3 800  millions d'années . La plus ancienne preuve claire de la vie sur Terre remonte à il y a 3 000  millions d'années , bien qu'il y ait eu des rapports, souvent contestés, de bactéries fossiles d'il y a 3 400  millions d'années et de preuves géochimiques de la présence de la vie il y a 3 800  millions d'années . Certains scientifiques ont proposé que la vie sur Terre ait été "ensemencée" d'ailleurs , mais la plupart des recherches se concentrent sur diverses explications de la façon dont la vie aurait pu survenir indépendamment sur Terre.

Pendant environ 2 000 millions d'années, les tapis microbiens , colonies multicouches de différentes bactéries, étaient la vie dominante sur Terre. L'évolution de la photosynthèse oxygénée leur a permis de jouer le rôle majeur dans l' oxygénation de l'atmosphère il y a environ 2 400  millions d'années . Ce changement d'atmosphère augmenta leur efficacité en tant que pépinières de l'évolution. Alors que les eucaryotes , des cellules aux structures internes complexes, étaient peut-être présents plus tôt, leur évolution s'est accélérée lorsqu'ils ont acquis la capacité de transformer l'oxygène d'un poison en une puissante source d' énergie métabolique . Cette innovation peut provenir d'eucaryotes primitifs capturant des bactéries alimentées en oxygène en tant qu'endosymbiotes et les transformant en organites appelées mitochondries . La première preuve d'eucaryotes complexes avec des organites (comme les mitochondries) date d'il y a 1 850  millions d'années .

Opabinia a suscité l'intérêt moderne pour l' explosion cambrienne

La vie multicellulaire est composée uniquement de cellules eucaryotes, et la première preuve en est le groupe Francevillian Fossiles d'il y a 2 100  millions d'années , bien que la spécialisation des cellules pour différentes fonctions apparaisse pour la première fois entre 1 430  millions d'années (un champignon possible) et 1 200  millions d'années. (probablement une algue rouge ). La reproduction sexuée peut être une condition préalable à la spécialisation des cellules, car un organisme multicellulaire asexué risque d'être envahi par des cellules voyous qui conservent la capacité de se reproduire.

Les premiers animaux connus sont des cnidaires d'il y a environ 580  millions d'années , mais ceux-ci ont une apparence si moderne qu'ils doivent être les descendants d'animaux plus anciens. Les premiers fossiles d'animaux sont rares parce qu'ils n'avaient pas développé de parties dures minéralisées et facilement fossilisées jusqu'à il y a environ 548  millions d'années . Les premiers animaux bilatériens d' apparence moderne apparaissent au début du Cambrien , ainsi que plusieurs « merveilles étranges » qui ressemblent peu à des animaux modernes. Il y a un débat de longue date pour savoir si cette explosion cambrienne était vraiment une période très rapide d'expérimentation évolutive ; des points de vue alternatifs sont que les animaux d'apparence moderne ont commencé à évoluer plus tôt mais que les fossiles de leurs précurseurs n'ont pas encore été trouvés, ou que les « étranges merveilles » sont des « tantes » et des « cousins » évolutifs de groupes modernes. Les vertébrés sont restés un groupe mineur jusqu'à l'apparition des premiers poissons à mâchoires à la fin de l' Ordovicien .

À environ 13 centimètres (5,1 pouces), le Yanoconodon du Crétacé inférieur était plus long que le mammifère moyen de l'époque

La propagation des animaux et des plantes de l'eau à la terre a obligé les organismes à résoudre plusieurs problèmes, notamment la protection contre le dessèchement et la résistance à la gravité . Les premières preuves de plantes terrestres et d'invertébrés terrestres remontent respectivement à environ 476  millions d'années et 490  millions d'années . Ces invertébrés, comme l'indiquent leurs traces et leurs fossiles corporels, se sont avérés être des arthropodes connus sous le nom d' euthycarcinoïdes . La lignée qui a produit les vertébrés terrestres a évolué plus tard mais très rapidement entre 370  millions d'années et 360  millions d'années ; les découvertes récentes ont renversé les idées antérieures sur l'histoire et les forces motrices de leur évolution. Les plantes terrestres connurent un tel succès que leurs détritus provoquèrent une crise écologique au Dévonien supérieur , jusqu'à l'évolution de champignons capables de digérer le bois mort.

Les oiseaux sont les seuls dinosaures survivants

Au cours de la période permienne , les synapsides , y compris les ancêtres des mammifères , ont peut-être dominé les environnements terrestres, mais cela s'est terminé avec l' extinction du Permien-Trias il y a 251  millions d'années , qui a failli anéantir toute vie complexe. Les extinctions ont été apparemment assez soudaines, du moins chez les vertébrés. Au cours de la lente récupération de cette catastrophe, un groupe auparavant obscur, les archosaures , est devenu le vertébré terrestre le plus abondant et le plus diversifié. Un groupe d'archosaures, les dinosaures, étaient les vertébrés terrestres dominants pour le reste du Mésozoïque , et les oiseaux ont évolué à partir d'un groupe de dinosaures. Pendant cette période, les ancêtres des mammifères n'ont survécu que sous forme de petits insectivores , principalement nocturnes , ce qui a peut-être accéléré le développement de traits de mammifères tels que l' endothermie et les cheveux. Après l' extinction du Crétacé-Paléogène il y a 66  millions d'années qui a tué tous les dinosaures à l'exception des oiseaux, les mammifères ont augmenté rapidement en taille et en diversité, et certains ont pris leur envol et la mer.

Des preuves fossiles indiquent que les plantes à fleurs sont apparues et se sont rapidement diversifiées au Crétacé inférieur entre 130  millions d'années et 90  millions d'années . On pense que leur ascension rapide vers la domination des écosystèmes terrestres a été propulsée par la coévolution avec les insectes pollinisateurs . Les insectes sociaux sont apparus à peu près à la même époque et, bien qu'ils ne représentent que de petites parties de l'"arbre généalogique" des insectes, ils forment désormais plus de 50 % de la masse totale de tous les insectes.

Les humains ont évolué à partir d'une lignée de singes marchant debout dont les premiers fossiles datent d'il y a plus de 6  millions d'années . Bien que les premiers membres de cette lignée aient eu un cerveau de la taille d'un chimpanzé , environ 25 % de la taille des humains modernes, il y a des signes d'une augmentation constante de la taille du cerveau après environ 3  millions d'années . Il existe un débat de longue date sur la question de savoir si les humains modernes sont les descendants d'une seule petite population en Afrique , qui a ensuite migré partout dans le monde il y a moins de 200 000 ans et a remplacé les espèces hominines précédentes , ou est apparu dans le monde entier en même temps à la suite de métissage .

Extinctions massives

Intensité d'extinction.svgCambrian Ordovician Silurian Devonian Carboniferous Permian Triassic Jurassic Cretaceous Paleogene Neogene
Intensité de l'extinction marine au Phanérozoïque
%
Il y a des millions d'années
Intensité d'extinction.svgCambrian Ordovician Silurian Devonian Carboniferous Permian Triassic Jurassic Cretaceous Paleogene Neogene
Intensité d'extinction apparente, c'est-à-dire la fraction des genres en voie d'extinction à un moment donné, telle que reconstruite à partir des archives fossiles (graphique non destiné à inclure l'époque récente de l'événement d'extinction de l' Holocène )

La vie sur terre a subi des extinctions massives occasionnelles depuis au moins 542  millions d'années . Malgré leurs effets désastreux, les extinctions massives ont parfois accéléré l'évolution de la vie sur terre. Lorsque la domination d'une niche écologique passe d'un groupe d'organismes à un autre, c'est rarement parce que le nouveau groupe dominant l'emporte sur l'ancien, mais généralement parce qu'un événement d'extinction permet au nouveau groupe de survivre à l'ancien et de s'installer dans sa niche.

Les archives fossiles semblent montrer que le taux d'extinction ralentit, les écarts entre les extinctions de masse s'allongeant et les taux moyens et de fond d'extinction diminuant. Cependant, il n'est pas certain que le taux d'extinction réel ait changé, car ces deux observations pourraient s'expliquer de plusieurs manières :

  • Les océans sont peut-être devenus plus accueillants à la vie au cours des 500 derniers millions d'années et moins vulnérables aux extinctions massives : l' oxygène dissous s'est répandu et a pénétré à de plus grandes profondeurs ; le développement de la vie à terre réduit le ruissellement des nutriments et donc le risque d' eutrophisation et d' événements anoxiques ; les écosystèmes marins se sont diversifiés, de sorte que les chaînes alimentaires risquaient moins d'être perturbées.
  • Les fossiles raisonnablement complets sont très rares : la plupart des organismes éteints ne sont représentés que par des fossiles partiels, et les fossiles complets sont les plus rares dans les roches les plus anciennes. Ainsi, les paléontologues ont attribué par erreur des parties du même organisme à différents genres , qui ont souvent été définis uniquement pour tenir compte de ces découvertes - l'histoire d' Anomalocaris en est un exemple. Le risque de cette erreur est plus élevé pour les fossiles plus anciens car ils sont souvent différents des parties de tout organisme vivant. De nombreux genres « superflus » sont représentés par des fragments qui ne sont pas retrouvés, et ces genres « superflus » sont interprétés comme s'éteignant très rapidement.
Tous les genres
Genres "bien définis"
Ligne de tendance
Extinctions massives des « cinq grands »
Autres extinctions de masse
Il y a des millions d'années
Des milliers de genres
La biodiversité phanérozoïque comme le montrent les archives fossiles

La biodiversité dans les archives fossiles, qui est

« le nombre de genres distincts vivants à un moment donné ; c'est-à-dire ceux dont la première occurrence est antérieure et dont la dernière occurrence est postérieure à cette époque »

montre une tendance différente : une augmentation assez rapide d'il y a 542 à 400 millions d'années , un léger déclin d'il y a 400 à 200 millions d'années , dans lequel l' événement dévastateur d' extinction du Permien-Trias est un facteur important, et une augmentation rapide de 200  millions d'années il y a au présent.

Histoire

Cette illustration d'une mâchoire d' éléphant indien et d'une mâchoire de mammouth (en haut) est tirée de l'article de 1796 de Cuvier sur les éléphants vivants et fossiles.

Bien que la paléontologie se soit établie vers 1800, les premiers penseurs avaient remarqué des aspects des archives fossiles . L'ancien philosophe grec Xénophane (570-480 avant notre ère) a conclu à partir de coquillages fossiles que certaines zones de terre étaient autrefois sous l'eau. Au Moyen Âge, le naturaliste persan Ibn Sina , connu sous le nom d' Avicenne en Europe, a discuté des fossiles et a proposé une théorie des fluides pétrifiants sur laquelle Albert de Saxe a élaboré au 14ème siècle. Le naturaliste chinois Shen Kuo (1031-1095) a proposé une théorie du changement climatique basée sur la présence de bambou pétrifié dans des régions qui à son époque étaient trop sèches pour le bambou.

Au début de l'Europe moderne , l'étude systématique des fossiles a émergé comme une partie intégrante des changements de la philosophie naturelle qui se sont produits pendant l' âge de la raison . À la Renaissance italienne, Léonard de Vinci a apporté diverses contributions importantes dans le domaine et a également représenté de nombreux fossiles. Les contributions de Léonard sont au cœur de l'histoire de la paléontologie car il a établi une ligne de continuité entre les deux branches principales de la paléontologie – l'ichnologie et la paléontologie des fossiles corporels. Il a identifié les éléments suivants :

  1. La nature biogénique des ichnofossiles, c'est-à-dire que les ichnofossiles étaient des structures laissées par des organismes vivants ;
  2. L'utilité des ichnofossiles comme outils paléoenvironnementaux – certains ichnofossiles montrent l'origine marine des strates rocheuses ;
  3. L'importance de l'approche néoichnologique – les traces récentes sont une clé pour comprendre les ichnofossiles ;
  4. L'indépendance et les preuves complémentaires des ichnofossiles et des fossiles corporels - les ichnofossiles sont distincts des fossiles corporels, mais peuvent être intégrés aux fossiles corporels pour fournir des informations paléontologiques

À la fin du XVIIIe siècle, les travaux de Georges Cuvier ont établi l'anatomie comparée comme discipline scientifique et, en prouvant que certains animaux fossiles ne ressemblaient à aucun vivant, ont démontré que les animaux pouvaient s'éteindre , conduisant à l'émergence de la paléontologie. La connaissance croissante des archives fossiles a également joué un rôle croissant dans le développement de la géologie, en particulier la stratigraphie .

Première mention du mot paléontologie , tel que forgé en janvier 1822 par Henri Marie Ducrotay de Blainville dans son Journal de physique .

La première moitié du 19ème siècle a vu l'activité géologique et paléontologique s'organiser de mieux en mieux avec la croissance des sociétés géologiques et des musées et un nombre croissant de géologues professionnels et de spécialistes des fossiles. L'intérêt s'est accru pour des raisons qui n'étaient pas purement scientifiques, la géologie et la paléontologie aidant les industriels à trouver et à exploiter des ressources naturelles comme le charbon. Cela a contribué à une augmentation rapide des connaissances sur l'histoire de la vie sur Terre et à progresser dans la définition de l' échelle de temps géologique , largement basée sur des preuves fossiles. En 1822, Henri Marie Ducrotay de Blainville , rédacteur en chef du Journal de Physique , inventa le mot « paléontologie » pour désigner l'étude des anciens organismes vivants à travers les fossiles. Au fur et à mesure que la connaissance de l'histoire de la vie s'améliorait, il devenait de plus en plus évident qu'il y avait eu une sorte d'ordre successif dans le développement de la vie. Cela a encouragé les premières théories évolutionnistes sur la transmutation des espèces . Après que Charles Darwin ait publié Origin of Species en 1859, une grande partie de l'objectif de la paléontologie s'est déplacée vers la compréhension des voies évolutives , y compris l'évolution humaine et la théorie de l'évolution.

Haikouichthys , datant d'environ 518  millions d'années en Chine, pourrait être le plus ancien poisson connu

La seconde moitié du 19e siècle a vu une formidable expansion de l'activité paléontologique, en particulier en Amérique du Nord. La tendance s'est poursuivie au 20e siècle avec l'ouverture de régions supplémentaires de la Terre à la collecte systématique de fossiles. Les fossiles trouvés en Chine vers la fin du 20e siècle ont été particulièrement importants car ils ont fourni de nouvelles informations sur la première évolution des animaux, les premiers poissons, les dinosaures et l'évolution des oiseaux. Les dernières décennies du 20e siècle ont vu un regain d'intérêt pour les extinctions de masse et leur rôle dans l'évolution de la vie sur Terre. Il y avait aussi un regain d'intérêt pour l' explosion cambrienne qui a apparemment vu le développement des plans corporels de la plupart des phylums animaux . La découverte de fossiles du biote édiacarien et les développements de la paléobiologie ont étendu les connaissances sur l'histoire de la vie bien avant le Cambrien.

La prise de conscience croissante des travaux pionniers de Gregor Mendel en génétique a d' abord conduit au développement de la génétique des populations , puis , au milieu du 20e siècle , à la synthèse évolutive moderne , qui explique l' évolution comme le résultat d' événements tels que les mutations et le transfert horizontal de gènes , qui fournir une variation génétique , la dérive génétique et la sélection naturelle entraînant des changements dans cette variation au fil du temps. Au cours des années suivantes, le rôle et le fonctionnement de l' ADN dans le patrimoine génétique ont été découverts, ce qui a conduit à ce qui est maintenant connu sous le nom de « dogme central » de la biologie moléculaire . Dans les années 1960, la phylogénétique moléculaire , l'étude des "arbres généalogiques" évolutifs par des techniques dérivées de la biochimie , a commencé à avoir un impact, en particulier lorsqu'il a été suggéré que la lignée humaine avait divergé des singes beaucoup plus récemment qu'on ne le pensait généralement à l'époque. Bien que cette première étude ait comparé les protéines des singes et des humains, la plupart des recherches en phylogénétique moléculaire sont désormais basées sur des comparaisons d' ARN et d' ADN .

Voir également

Les références

Liens externes