Biodiversité : les crises biologiques au cours du temps

Une biodiversité qui change en permanence, même en quelques décennies ; fossiles et arbre du vivant ; crises biologiques, crise Crétacé-Paléogène et diversification ; crise actuelle et activité humaine.

À propos de cette page

Six problèmes à partir de documents : la spartine anglaise née vers 1892, Sinosauropteryx et ses plumes, une coupe de foraminifères à la limite Crétacé-Paléogène, les mammifères de Corral Bluffs, l’enquête sur l’iridium, Chicxulub et le Deccan, les extinctions de vertébrés depuis 1900.

6 problèmes, du plus simple au plus difficile. Écris tes réponses, puis « Vérifier ».

Résoudre un problème : la méthode

Je lis chaque document : quel groupe, quel lieu, quel niveau (gènes, espèces, familles), quelle échelle de temps.
Je calcule ce qui est demandé (pourcentage de disparitions, rapport, durée), en vérifiant à quoi se rapporte le pourcentage.
Je compare : avant et après une limite, un groupe et un autre, le rythme observé et le taux de fond.
Je relie les résultats au cours : critères d’une crise, mode de vie des survivants, diversification, causes probables.
Je conclus en nuançant : un seul gisement, une seule estimation ou un seul groupe ne suffisent pas.

Problème 1 · La spartine anglaise, une espèce née au XIX^e siècle★★★Facile

Document 1 — Deux espèces parentes. Les spartines sont des graminées des vasières littorales. La spartine maritime est européenne ; ses cellules ont 60 chromosomes. La spartine à feuilles alternes, américaine, a 62 chromosomes ; elle est introduite dans le sud de l’Angleterre au XIX^e siècle.

Document 2 — Un hybride, puis une espèce. En 1870, on récolte près de Southampton un hybride des deux espèces, à 62 chromosomes : il est stérile et ne se répand que par ses tiges souterraines. Vers 1892, une forme fertile apparaît, dont les cellules ont 120 à 124 chromosomes selon les plantes : la spartine anglaise. Elle se reproduit par graines et colonise ensuite les vasières de nombreuses côtes. Les botanistes ne la décrivent comme une espèce distincte qu’en 1968.

1. Combien d’années séparent la récolte de l’hybride stérile et l’apparition de la forme fertile ? ans
1892 − 1870 = 22 ans : à l’échelle d’une vie humaine.
2. Le nombre de chromosomes de la spartine anglaise est environ fois celui de l’hybride.
120 ÷ 62 ≈ 1,9 et 124 ÷ 62 = 2 : environ 2 fois. Ce doublement rend la plante fertile.
3. La spartine anglaise n’existait pas avant le XIX^e siècle : c’est un exemple de observée sur une courte échelle de temps.
Une spéciation : une espèce nouvelle est née en quelques décennies, au niveau des espèces.
4. Entre son apparition (vers 1892) et sa description comme espèce (1968), il s’écoule ans.
1968 − 1892 = 76 ans : une espèce peut exister bien avant d’être nommée ; l’espèce est un concept créé par les scientifiques pour décrire le vivant.

Problème 2 · Sinosauropteryx, un dinosaure à filaments★★★Moyen

Document 1 — Un fossile de Chine. En 1996, des paléontologues chinois décrivent Sinosauropteryx, un petit dinosaure carnivore bipède trouvé dans la province du Liaoning, dans des roches d’environ 125 Ma. Son corps est couvert de fins filaments, interprétés comme des plumes simples : c’est le premier dinosaure non avien trouvé avec des plumes.

Document 2 — Un gisement exceptionnel. Les roches de ce gisement sont des dépôts très fins, formés au fond de lacs et riches en cendres volcaniques. Ils conservent les parties molles (plumes, peau), qui disparaissent presque toujours ailleurs.

Document 3 — L’arbre des archosauriens du cours.

1. Sinosauropteryx a vécu dans l’ère du .
125 Ma est compris entre 252 et 66 Ma : Mésozoïque.
2. Il a vécu Ma avant la crise Crétacé-Paléogène.
125 − 66 = 59 Ma.
3. Ses plumes sont un caractère partagé avec les , ce qui le place près d’eux dans l’arbre.
Les oiseaux : parmi les animaux actuels, eux seuls ont des plumes ; ce caractère partagé rapproche Sinosauropteryx des oiseaux.
4. Dans la plupart des gisements, les plumes ne se conservent pas : d’autres dinosaures avaient peut-être des plumes sans qu’elles aient été .
Sans être fossilisées : l’absence de plumes sur un squelette ne prouve pas que l’animal n’en avait pas.

Problème 3 · Des foraminifères à la limite Crétacé-Paléogène★★★Moyen

Document 1 — Une coupe. Dans une série de couches sédimentaires marines, on a compté les espèces de foraminifères planctoniques. Une fine couche d’argile marque la limite Crétacé-Paléogène, entre les niveaux 3 et 4. Les 6 espèces du niveau 4 sont toutes déjà présentes au niveau 3 (données simplifiées).

Niveau (du plus ancien au plus récent)	1	2	3	4	5	6	7
Nombre d’espèces	47	45	46	6	9	17	29

Document 2 — Un mode de vie. Les foraminifères planctoniques vivent dans les eaux de surface éclairées, où beaucoup se nourrissent d’algues microscopiques ou en abritent dans leur cellule.

1. Nombre d’espèces du niveau 3 qui ne franchissent pas la limite :
46 − 6 = 40 espèces.
2. Pourcentage des espèces du niveau 3 qui disparaissent : % (arrondi à l’unité).
40 ÷ 46 ≈ 0,870, soit 87 %.
3. Au niveau 7, le nombre d’espèces représente % de celui du niveau 3 (arrondi à l’unité).
29 ÷ 46 ≈ 0,630, soit 63 % : la diversification est en cours, mais la diversité d’avant n’est pas encore retrouvée.
4. Un seul gisement ne prouve pas une crise mondiale : il faudrait retrouver la même chute, au même âge, dans des gisements du monde .
Du monde entier, et chez de nombreux autres groupes.
5. D’après le document 2, cette chute est compatible avec un effondrement de la dans les eaux de surface.
La photosynthèse : moins de lumière, moins d’algues, donc moins de nourriture pour ces foraminifères.

Problème 4 · Corral Bluffs : le premier million d’années après la crise★★★Moyen

Document 1 — Un site. À Corral Bluffs, au Colorado (États-Unis), des roches enregistrent le premier million d’années qui suit la crise Crétacé-Paléogène. Leur étude est publiée en 2019. Dans le même bassin, le nombre d’espèces de mammifères connues passe de 9 dans les plus anciennes faunes du Paléocène à 21 dans des faunes un peu plus récentes, en moins de 100 000 ans.

Période	Plus grand mammifère connu
fin du Crétacé	environ 8 kg
de 0 à 100 000 ans après la crise	environ 6 kg
vers 300 000 ans après	plus de 20 kg
vers 700 000 ans après	environ 47 kg (Eoconodon)

Document 2 — Les plantes. Au tout début du Paléocène, la diversité des feuilles de dicotylédones (la plupart des plantes à fleurs) est inférieure à la moitié de celle de la fin du Crétacé. La richesse en espèces de plantes du site dépasse son niveau d’avant la crise vers 300 000 ans après.

1. Juste après la crise, le plus grand mammifère connu est plus qu’à la fin du Crétacé.
Plus petit (environ 6 kg contre 8 kg) : les survivants sont surtout de petits mammifères.
2. En moins de 100 000 ans, le nombre d’espèces de mammifères est multiplié par environ (arrondi au dixième).
21 ÷ 9 ≈ 2,3.
3. Entre les périodes « 0 à 100 000 ans » et « vers 700 000 ans », la masse du plus grand mammifère est multipliée par environ (arrondi à l’unité).
47 ÷ 6 ≈ 7,8, soit environ 8.
4. Vers 700 000 ans, le plus grand mammifère pèse environ fois le plus grand mammifère de la fin du Crétacé (arrondi au dixième).
47 ÷ 8 ≈ 5,9. Cette hausse suit le retour d’une grande diversité de plantes (document 2), donc de ressources variées pour les herbivores.
5. Ce phénomène, qui suit toute crise biologique, est une des survivants.
Une diversification : les mammifères survivants donnent des espèces nouvelles, plus variées et plus grandes, dans les milieux libérés.

Problème 5 · Enquête sur les causes de la crise Crétacé-Paléogène★★★Difficile

Document 1 — L’iridium. L’iridium est un métal très rare dans la croûte terrestre, plus abondant dans certaines météorites. Teneurs mesurées dans une coupe (données simplifiées) : calcaire sous la limite 0,2 ng/g ; argile de la limite 7,4 ng/g ; calcaire au-dessus 0,6 ng/g.

Document 2 — Le cratère de Chicxulub. Enfoui sous la péninsule du Yucatán (Mexique), il mesure environ 180 km de diamètre et est daté d’environ 66,0 Ma. L’argile de la limite contient, en de nombreux points du globe, des quartz choqués (déformés par une pression extrême et brutale) et de petites billes de verre issues de roches fondues.

Document 3 — Les trapps du Deccan. En Inde, un empilement de coulées de basalte de plus de 2 km d’épaisseur s’est mis en place pour l’essentiel entre 66,3 et 65,5 Ma. De telles éruptions rejettent d’énormes quantités de dioxyde de carbone et de dioxyde de soufre.

1. L’argile de la limite est fois plus riche en iridium que le calcaire situé sous elle.
7,4 ÷ 0,2 = 37 : un pic brutal, dans une couche mince.
2. Les éruptions principales du Deccan ont duré environ million(s) d’années.
66,3 − 65,5 = 0,8 million d’années.
3. L’âge du cratère (≈ 66,0 Ma) est compris dans l’intervalle des éruptions : les deux événements sont donc .
Ils sont contemporains et ont pu additionner leurs effets.
4. Le calcaire au-dessus de la limite est fois plus riche en iridium que celui d’en dessous.
0,6 ÷ 0,2 = 3 : la teneur redescend vite au-dessus de l’argile ; le pic est limité à une couche mince, déposée en peu de temps.
5. Le pic d’iridium et les quartz choqués désignent un impact ; ils ne permettent pas pour autant d’écarter le comme autre cause de la crise.
Le volcanisme du Deccan : un indice en faveur d’une cause n’élimine pas une autre cause contemporaine. Les deux restent les origines les plus probables de la crise.

Problème 6 · Les vertébrés depuis 1900 : rythme et ampleur★★★Difficile

Document 1 — Des extinctions comptées (étude publiée en 2015, d’après la Liste rouge de l’UICN). Estimation très prudente : espèces éteintes de façon certaine. Estimation prudente : on y ajoute les espèces éteintes dans la nature et les espèces probablement éteintes.

Groupe	Espèces évaluées	Extinctions 1900-2014, très prudente	Extinctions 1900-2014, prudente
mammifères	5 513	35	69
oiseaux	10 425	57	80
amphibiens	6 414	32	146

Document 2 — Une référence. Les auteurs retiennent un taux d’extinction de fond de 2 extinctions par million d’espèces et par an, volontairement élevé.

Document 3 — Une définition. Une crise biologique majeure fait disparaître au moins les trois quarts des espèces.

1. Oiseaux : nombre d’extinctions attendues au taux de fond entre 1900 et 2014 (arrondi au dixième) :
2 × 10 425 ÷ 1 000 000 × 114 ≈ 2,4 extinctions.
2. Le rythme observé chez les oiseaux (estimation très prudente) est environ fois le taux de fond (arrondi à l’unité).
57 ÷ 2,4 ≈ 23,8 (ou 57 ÷ 2,377 ≈ 24,0), soit environ 24 fois.
3. Chez les amphibiens (estimation prudente), le rythme est environ fois le taux de fond (arrondi à la dizaine).
Attendues : 2 × 6 414 ÷ 1 000 000 × 114 ≈ 1,46 ; 146 ÷ 1,46 = 100 : environ 100 fois.
4. Part des espèces d’oiseaux disparues depuis 1900 (estimation prudente) : % (arrondi au dixième).
80 ÷ 10 425 ≈ 0,0077, soit environ 0,8 %.
5. Pour atteindre les trois quarts des espèces d’oiseaux, il faudrait environ fois plus d’extinctions qu’entre 1900 et 2014 (estimation prudente, arrondi à l’unité).
Trois quarts : 10 425 × 0,75 ≈ 7 819 espèces ; 7 819 ÷ 80 ≈ 98. Le rythme est celui d’une crise, l’ampleur pas encore.

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