À propos de cette page
Ce cours de enseignement scientifique en terminale sur « L'origine et l'histoire de la vie » suit le programme officiel de enseignement scientifique de terminale. Il présente les définitions, les propriétés et les méthodes essentielles, accompagnées d'exemples résolus pour bien comprendre. Au programme : Une Terre, un berceau pour la vie, L'apparition de la vie et LUCA, Dater les roches et les fossiles : la radiochronologie, Les archives de la vie : fossiles et stratigraphie. Chaque notion est expliquée pas à pas, puis mise en pratique grâce à des exercices interactifs, un QCM et une évaluation corrigée. Idéal pour réviser à son rythme, combler ses lacunes et progresser, en autonomie ou avec un professeur. Cours rédigé par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de terminale à réussir en enseignement scientifique.
Au programme
1 · Une Terre, un berceau pour la vie
2 · L'apparition de la vie et LUCA
3 · Dater les roches et les fossiles : la radiochronologie
4 · Les archives de la vie : fossiles et stratigraphie
5 · Une biodiversité qui varie au cours des temps géologiques
6 · Les crises biologiques et les grandes extinctions
7 · La crise Crétacé-Paléogène : un exemple de scénario
8 · La sixième extinction : l'humanité face au vivant
1Une Terre, un berceau pour la vie
La Terre s'est formée il y a environ 4,6 milliards d'années (Ga). Pendant ses premières centaines de millions d'années, sa surface était inhospitalière : bombardements météoritiques, volcanisme intense, absence de dioxygène. Pourtant, la vie y est apparue très tôt.
Conditions favorables à la vie. Trois conditions ont rendu la Terre habitable :
- la présence d'eau liquide, liée à la distance Terre–Soleil (zone d'habitabilité) ;
- une température modérée stabilisée par l'effet de serre et l'atmosphère ;
- la disponibilité d'éléments chimiques (C, H, O, N, P, S) constituant la matière organique.
Exemple. L'expérience de Miller (1953) a montré qu'à partir d'un mélange de gaz simples ($\mathrm{H_2O}$, $\mathrm{CH_4}$, $\mathrm{NH_3}$, $\mathrm{H_2}$) soumis à des décharges électriques, on peut former spontanément des molécules organiques comme des acides aminés.
Repère. On distingue les unités de temps : Ga (milliard d'années) et Ma (million d'années). La Terre a $4{,}6$ Ga ; les premiers Hommes modernes datent de $300\,000$ ans, soit $0{,}3$ Ma.
2L'apparition de la vie et LUCA
Les plus anciennes traces de vie (microfossiles, stromatolithes) datent d'environ 3,5 à 3,8 Ga. La vie est donc apparue rapidement après la formation de la Terre, dans les océans primitifs.
LUCA. Tous les êtres vivants actuels partagent un dernier ancêtre commun universel, appelé LUCA (Last Universal Common Ancestor). Ce n'est pas le premier être vivant, mais l'organisme dont descendent toutes les espèces existantes.
Caractères universels du vivant. L'existence de LUCA s'appuie sur des points communs à tous les êtres vivants :
- une membrane plasmique ;
- un métabolisme fondé sur l'ATP ;
- une information génétique portée par l'ADN et un code génétique quasi universel.
Ces points communs s'expliquent par une
origine commune : la parenté de tous les êtres vivants.
Grandes étapes menant de la matière organique à la biodiversité actuelle, en passant par LUCA.
3Dater les roches et les fossiles : la radiochronologie
Pour reconstituer l'histoire de la vie, il faut dater les roches et les fossiles qu'elles contiennent. La datation absolue repose sur la radioactivité.
Décroissance radioactive. Un isotope radioactif « père » (P) se désintègre en un isotope « fils » (F) stable. Le nombre de noyaux pères restants suit une décroissance exponentielle : $$N(t) = N_0 \, e^{-\lambda t},$$ où $N_0$ est le nombre initial de noyaux, $\lambda$ la constante de désintégration et $t$ le temps.
Demi-vie. La demi-vie $t_{1/2}$ est la durée au bout de laquelle la moitié des noyaux pères se sont désintégrés. Elle vérifie $$t_{1/2} = \frac{\ln 2}{\lambda}.$$ Elle est constante et caractéristique de chaque isotope.
Exemple. Le couple Uranium 238 / Plomb 206 a une demi-vie d'environ $4{,}5$ Ga : il sert à dater les roches très anciennes. Le Carbone 14 ($t_{1/2} \approx 5\,730$ ans) ne convient qu'aux objets récents (jusqu'à $\sim 50\,000$ ans).
À chaque demi-vie (T = t₁/₂), la proportion de noyaux pères est divisée par 2 : décroissance exponentielle.
Attention ! On choisit le chronomètre radioactif selon l'âge supposé : un isotope dont la demi-vie est trop courte ou trop longue par rapport à l'objet ne permet pas une datation précise.
4Les archives de la vie : fossiles et stratigraphie
Les roches sédimentaires conservent les fossiles, traces ou restes d'êtres vivants du passé. Leur étude reconstitue l'histoire de la biodiversité.
Principes de la stratigraphie.- Superposition : dans une série non déformée, une couche est plus récente que celle qu'elle recouvre.
- Continuité : une même couche a le même âge sur toute son étendue.
- Recoupement : un élément qui recoupe une couche lui est postérieur.
Fossile stratigraphique (de zone). Un bon fossile repère est une espèce à large répartition géographique, abondante et qui a existé sur une courte durée. Il date précisément la couche qui le contient.
Exemple. Les ammonites (Mésozoïque) et les trilobites (Paléozoïque) sont de bons fossiles stratigraphiques. La disparition de certains d'entre eux marque les limites entre ères géologiques.
Échelle des temps géologiques. Elle est découpée en ères (Paléozoïque, Mésozoïque, Cénozoïque…) dont les limites correspondent souvent à des changements majeurs de la biodiversité.
5Une biodiversité qui varie au cours des temps géologiques
La biodiversité (nombre de familles, de genres ou d'espèces) n'a cessé de varier depuis l'apparition de la vie. Globalement elle a augmenté, mais elle a connu des chutes brutales.
Biodiversité. Ensemble de toutes les formes de vie. À l'échelle des temps géologiques, on l'estime à partir du nombre de taxons (familles ou genres) recensés dans les archives fossiles.
La biodiversité marine augmente sur le long terme mais chute brutalement lors des crises (ex. : -250 Ma, fin du Permien). Âges en millions d'années.
Lecture. Les chutes brutales du nombre de familles correspondent aux crises biologiques. Entre deux crises, la biodiversité se reconstruit par diversification (radiation évolutive).
6Les crises biologiques et les grandes extinctions
Crise biologique. Période géologiquement courte marquée par la disparition rapide et massive de nombreuses espèces, à l'échelle de la planète. Elle est suivie d'une diversification des groupes survivants.
Les cinq grandes crises (« Big Five »).- Fin de l'Ordovicien ($\approx -444$ Ma)
- Fin du Dévonien ($\approx -372$ Ma)
- Fin du Permien ($\approx -252$ Ma) — la plus massive (jusqu'à $\sim 90\%$ des espèces marines disparues)
- Fin du Trias ($\approx -201$ Ma)
- Fin du Crétacé ($\approx -66$ Ma) — disparition des dinosaures non aviens
Causes possibles. Une crise résulte souvent de la combinaison de plusieurs facteurs : volcanisme massif (trapps), impact météoritique, variations rapides du climat et de la composition de l'atmosphère, baisse du dioxygène océanique. Aucune cause unique n'explique toutes les crises.
Conséquence. Après une crise, des groupes auparavant discrets se diversifient. Ainsi, l'extinction des dinosaures non aviens a libéré des niches écologiques permettant l'essor des mammifères.
7La crise Crétacé-Paléogène : un exemple de scénario
La crise de la fin du Crétacé (limite K-Pg, $-66$ Ma) est la mieux documentée. Elle illustre la démarche scientifique de reconstitution d'un scénario à partir d'indices.
Faisceau d'indices.- une fine couche d'argile riche en iridium (élément rare sur Terre, abondant dans les météorites) à la limite K-Pg, dans le monde entier ;
- des quartz choqués et des microbilles de verre, signatures d'un impact ;
- le cratère de Chicxulub (Mexique), daté de $-66$ Ma et large d'environ $180$ km ;
- des traces d'un volcanisme massif contemporain (trapps du Deccan, Inde).
Scénario retenu. La conjonction d'un impact météoritique et d'un volcanisme intense a provoqué un obscurcissement de l'atmosphère (poussières, aérosols), un effondrement de la photosynthèse et des chaînes alimentaires, et un dérèglement climatique brutal entraînant l'extinction de nombreuses espèces.
Enchaînement causal proposé pour expliquer l'extinction de la fin du Crétacé.
8La sixième extinction : l'humanité face au vivant
Aujourd'hui, la biodiversité décline à un rythme exceptionnellement rapide. De nombreux scientifiques parlent d'une sixième crise biologique en cours.
Une crise d'origine humaine. Contrairement aux crises passées (causes naturelles), la crise actuelle est essentiellement causée par les activités humaines :
- destruction et fragmentation des habitats ;
- surexploitation des espèces (chasse, pêche) ;
- pollutions et espèces invasives ;
- changement climatique d'origine anthropique.
Attention ! Le taux d'extinction actuel est estimé de $100$ à $1\,000$ fois supérieur au taux d'extinction « naturel » de fond. La rapidité du phénomène est comparable à celle des grandes crises du passé.
Lien science–société. Comprendre l'histoire de la vie éclaire les enjeux actuels : la biodiversité est le résultat de plus de $3{,}5$ Ga d'évolution, et sa préservation est un enjeu majeur pour les sociétés humaines.
★À retenir
À retenir — L'origine et l'histoire de la vie :
• Apparition de la vie : il y a $\sim 3{,}5$–$3{,}8$ Ga, dans les océans primitifs ; tous les êtres vivants descendent de LUCA.
• Datation absolue : la radiochronologie repose sur la décroissance exponentielle $N(t) = N_0 e^{-\lambda t}$, caractérisée par la demi-vie $t_{1/2} = \frac{\ln 2}{\lambda}$.
• Archives : fossiles et principes de stratigraphie (superposition, continuité, recoupement) reconstituent l'histoire de la vie.
• Biodiversité : globalement croissante, mais marquée par cinq grandes crises biologiques (la plus massive : fin du Permien).
• Crise K-Pg ($-66$ Ma) : impact de Chicxulub + trapps du Deccan → extinction des dinosaures non aviens, essor des mammifères.
• Sixième extinction : crise actuelle d'origine humaine, au rythme exceptionnellement rapide.