L'origine et l'histoire de la vie

Exercice 1 — Dater une roche par radiochronologie
Corrigé :
1. Le nombre de noyaux pères suit $N(t) = N_0 e^{-\lambda t}$ (décroissance exponentielle). La demi-vie $t_{1/2} = \frac{\ln 2}{\lambda}$ est la durée au bout de laquelle la moitié des noyaux pères se sont désintégrés ; elle est constante et caractéristique de l'isotope.
2. À chaque demi-vie la proportion de pères est divisée par $2$ : $100\% \to 50\% \to 25\%$, soit 2 demi-vies. Âge $= 2 \times t_{1/2} = 2 \times 1{,}2 = \mathbf{2{,}4\ \text{Ga}}$.
3. Il faut une demi-vie de l'ordre de grandeur de l'âge à mesurer : trop courte, le chronomètre est « épuisé » (plus de noyaux pères mesurables) ; trop longue, la désintégration est trop faible pour être détectée. C'est pourquoi on utilise l'U/Pb pour les roches anciennes et le C14 pour des objets récents.

Exercice 2 — Raisonnement scientifique — analyse de documents sur une crise
Corrigé :
1. Le document 1 montre une chute brutale et de grande ampleur du nombre de familles marines en une période géologiquement courte (jusqu'à $\sim 90\,\%$ des espèces disparues) : disparition massive et rapide à l'échelle planétaire, c'est la définition d'une crise biologique.
2. Le document 2 fournit plusieurs causes possibles, agissant ensemble : un volcanisme massif (trapps de Sibérie), une hausse du $\mathrm{CO_2}$ et un réchauffement climatique rapide, ainsi qu'une baisse du dioxygène océanique.
3. Raisonnement : le volcanisme rejette d'énormes quantités de gaz → augmentation de l'effet de serre → réchauffement rapide → l'eau chaude dissout moins d'$\mathrm{O_2}$, les océans deviennent anoxiques → les organismes marins (notamment fixés ou peu mobiles) ne survivent pas → extinction massive. La conjonction de plusieurs facteurs explique l'ampleur exceptionnelle de la crise.

Exercice 3 — Stratigraphie et corrélation de couches
Corrigé :
1. Superposition : 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.
2. Le filon volcanique est le plus récent : d'après le principe de recoupement, il recoupe la couche à ammonites, il s'est donc mis en place après le dépôt de cette couche.
3. L'ammonite étant un fossile stratigraphique (courte durée d'existence, large répartition), sa présence dans les deux affleurements permet de corréler les couches : elles ont le même âge. Ce raisonnement s'appuie sur le principe de continuité et sur l'usage des fossiles repères.

Exercice 4 — LUCA et la parenté du vivant
Corrigé :
1. Tous les êtres vivants partagent : une membrane plasmique, un métabolisme fondé sur l'ATP, de l'ADN comme support de l'information génétique et un code génétique quasi universel. Ces caractères communs sont les arguments en faveur de LUCA.
2. Si chaque lignée était apparue indépendamment, il serait extrêmement improbable qu'elles partagent toutes le même code génétique et les mêmes mécanismes fondamentaux. L'explication la plus parcimonieuse est une origine commune : ces caractères ont été hérités d'un ancêtre commun, LUCA.
3. LUCA se situe dans les premiers temps de la vie : les plus anciennes traces de vie datent d'environ 3,5 à 3,8 Ga, soit quelques centaines de millions d'années après la formation de la Terre ($4{,}6$ Ga).

Exercice 5 — Synthèse argumentée — crises passées et crise actuelle
Corrigé (éléments attendus) :
L'élève doit structurer une synthèse argumentée comprenant :
• Points communs : comme les cinq crises passées (« Big Five »), la crise actuelle se traduit par une disparition massive et rapide d'espèces à l'échelle planétaire ; le taux d'extinction actuel (estimé $100$ à $1\,000$ fois le taux de fond) est comparable à celui des grandes crises.
• Différence essentielle : les crises passées avaient des causes naturelles (volcanisme, impact météoritique, changements climatiques), alors que la crise actuelle est essentiellement d'origine humaine (anthropique) : destruction des habitats, surexploitation, pollutions, changement climatique.
• Lien science-société : l'étude des crises passées montre que la biodiversité met des millions d'années à se reconstituer après une crise, et que les écosystèmes en sont durablement transformés. Comprendre cette histoire souligne l'urgence de préserver la biodiversité, fruit de plus de $3{,}5$ Ga d'évolution, et éclaire les choix de société face au climat et au vivant.
On valorisera une argumentation organisée, l'emploi du vocabulaire scientifique (crise biologique, taux d'extinction, anthropique) et la justification des affirmations.