Histoire de la Terre et des êtres vivants

Exercice 1 — L'échelle des temps géologiques et la stratigraphie
Corrigé :
1. Du plus ancien au plus récent : Hadéen (−4,6 Ga) → Archéen (−4 Ga) → Protérozoïque (−2,5 Ga) → Phanérozoïque (−541 Ma). (1 pt)
2. Superposition : dans une série sédimentaire non perturbée, toute couche est plus récente que celle qui se trouve en dessous. Recoupement : toute structure (faille, filon) est plus récente que les roches qu'elle recoupe. (1,5 pt)
3. Fossile stratigraphique : fossile caractéristique d'une courte période géologique, permettant de dater et corréler des couches. Critères : (1) espèce ayant vécu peu de temps ; (2) très abondante et géographiquement répandue. (1,5 pt)

Exercice 2 — Calcul radiochronologique
Corrigé :
1. $N(t) = N_0 \times \left(\frac{1}{2}\right)^{t/T_{1/2}}$ avec $T_{1/2} = 1{,}25$ Ga. (1 pt)
2. $\frac{N(t)}{N_0} = \frac{1}{8} = \left(\frac{1}{2}\right)^3$ → 3 demi-vies écoulées. Âge : $t = 3 \times 1{,}25 = \mathbf{3{,}75}$ Ga. (2 pts)
3. Le $^{14}$C ne peut dater que jusqu'à ~50 000 ans (teneur indétectable au-delà). Pour une roche de 3,75 Ga, on utilise le $^{40}$K/$^{40}$Ar ou le $^{87}$Rb/$^{87}$Sr (demi-vies >> 1 Ga, adaptées aux âges géologiques très anciens). (2 pts)

Exercice 3 — L'évolution de la biodiversité
Corrigé :
1. −3,8 Ga : premières traces de vie, procaryotes unicellulaires (bactéries). −2,7 Ga : cyanobactéries → oxygénation progressive de l'atmosphère. −1,8 Ga : apparition des eucaryotes (cellules avec noyau). −1 Ga : organismes pluricellulaires. −541 Ma : explosion cambrienne, diversification rapide des animaux à squelette. (2 pts)
2. Endosymbiose : une cellule hôte a englobé des bactéries aérobies (→ mitochondries) et des cyanobactéries (→ chloroplastes). Preuves : ces organites possèdent leur propre ADN circulaire (analogue à l'ADN bactérien), se multiplient par division binaire et ont une double membrane. (1,5 pt)
3. Radiation évolutive : diversification rapide d'un groupe exploitant de nouvelles niches écologiques. Exemple : radiation des mammifères au Cénozoïque (−66 Ma à aujourd'hui), après la disparition des dinosaures qui a libéré des niches. (1,5 pt)

Exercice 4 — Les crises biologiques
Corrigé :
1. Une extinction de masse est la disparition d'au moins 75 % des espèces sur une courte période géologique. Crises majeures : Permien-Trias (−252 Ma, ~96 % des espèces) et Crétacé-Paléogène (−66 Ma, ~76 % des espèces). (1,5 pt)
2. Les trapps de Sibérie ont libéré d'immenses quantités de CO₂ (→ réchauffement climatique, acidification des océans) et SO₂ (→ pluies acides). Le réchauffement a réduit la teneur en O₂ dissous dans les océans (anoxie). La combinaison de ces facteurs a détruit les chaînes alimentaires. (1,5 pt)
3. Les espèces survivantes colonisent les niches écologiques vacantes laissées par les espèces disparues. Cela déclenche une radiation évolutive : les survivants se diversifient rapidement (spéciation) pour exploiter les nouvelles ressources disponibles. Exemple : radiation des mammifères après la crise K-Pg. (1 pt)

Exercice 5 — Synthèse : histoire de la Terre et des êtres vivants
Corrigé : La biodiversité actuelle résulte de 3,8 milliards d'années d'évolution. Après l'apparition des premières bactéries (−3,8 Ga) et l'oxygénation de l'atmosphère par les cyanobactéries (−2,4 Ga), les eucaryotes (−1,8 Ga) puis les pluricellulaires (−1 Ga) ont diversifié la vie. L'explosion cambrienne (−541 Ma) a fait apparaître les grands embranchements animaux. Cinq crises biologiques majeures ont éliminé d'énormes portions de la biodiversité, mais chacune a été suivie de radiations évolutives chez les survivants (ex. : mammifères après la crise K-Pg). Ainsi, la biodiversité actuelle est l'héritière de cette longue histoire d'extinctions et de diversifications successives. La menace d'une sixième extinction anthropique souligne l'urgence de protéger ce patrimoine. (2 pts : 1 pt contenu, 1 pt cohérence et raisonnement)