Une brève histoire de la vie sur Terre

L’histoire de la vie sur Terre est loin d’être un long fleuve tranquille : elle a été ponctuée par une série de d’extinctions massives et d’apparitions soudaines de nouvelles espèces, évènements qui sont intimement liés à l’histoire de notre planète elle-même…

De toutes les planètes que l’on connaisse, la Terre est de très loin la plus hospitalière. Située ni trop près ni trop loin du Soleil, elle est suffisamment chaude pour abriter de l’eau sous forme liquide, sans pour autant être une fournaise comme sa voisine Vénus. Son atmosphère, riche en oxygène, joue non seulement un rôle crucial dans le métabolisme de la plupart des êtres vivants qui l’habitent et les protègent des rayonnements nocifs en provenance de l’espace (rayons UV, rayons gamma, …).

Pourtant, lorsque la Terre s’est formée il y a environ 4,6 milliards d’années, elle était loin d’être accueillante ! À l’époque de sa naissance, le Soleil n’était encore qu’une étoile très jeune, autour de laquelle tournaient des débris de roches divers qui se sont lentement agglomérés pour former les planètes que nous connaissons aujourd’hui. La Terre n’était alors pas plus habitable que ses voisines, Vénus et Mars : son atmosphère, très ténue, ne contenait pas d’oxygène et sa surface entière n’était qu’un magma brûlant, fréquemment bombardé par des météorites. Ces conditions extrêmes valent à cette période de l’histoire de la Terre le doux nom de « Hadéen » en référence à Hadès, dieu des enfers dans la mythologie grecque.

Hadéen
Vue d’artiste de l’Hadéen, première ère géologique de l’histoire de la Terre (≈ 4,6 à 3,8 milliards d’années avant notre ère)
Image : Fahad Sulehria, 2005
Il a fallu attendre le refroidissement et la solidification de la croûte terrestre, puis la formation des océans pour que naisse enfin un environnement plus propice à l’apparition de la vie telle que nous la connaissons. Si nous pouvions nous y rendre, la Terre de l’époque ne nous paraîtrait pourtant pas très hospitalière : son atmosphère ne contenait pratiquement pas d’oxygène mais était vraisemblablement riche méthane ou en CO2. Le Soleil, encore jeune, était à l’époque moins lumineux qu’aujourd’hui, mais la planète était vraisemblablement beaucoup plus chaude qu’à l’heure actuelle en raison de la plus haute concentration en gaz à effet de serre dans l’atmosphère.

Bien qu’un tel milieu puisse nous sembler hostile, c’est vraisemblablement dans ces conditions que les molécules essentielles à l’apparition de la vie se sont formées. L’hypothèse la plus populaire à l’heure actuelle veut que la vie se soit formée dans les océans, par exemple aux abords des sources hydrothermales : ces sources d’eau chaude sous-marines sont le théâtre de réactions chimiques qui sont susceptibles d’avoir menées à l’apparition des premières formes de vie.

Sources hydrothermales
Découvertes dans les années 70, les sources hydrothermales forment des écosystèmes extraordinairement riches.
Image : NOAA.gov, Domaine public
Le mécanisme exact par lequel les premières formes de vies sont apparues à partir de matière inerte reste en partie inconnu à l’heure actuelle, mais il fait l’objet de nombreuses études : c’est l’une des grandes questions irrésolues de la biologie, qui taraude les chercheurs depuis des décennies !

On ignore également la forme exacte de ces premiers organismes vivants, qui ne semblent pas avoir laissés de trace encore visibles à l’heure actuelle, mais on pense qu’ils sont apparus il y a 3,8 milliards d’années environ. Les plus anciennes traces de vie connues remontent en tout cas à 3,5 milliards d’années : il s’agit de stromatolithes, des structures rocheuses créées par des colonies de bactéries.

Stromatolithe
Stromatolithes photographiés en Australie. Bien que les stromatolithes les plus anciens remontent à 3,5 milliards d’années, il existe aujourd’hui encore des stromatolithes en développement dans certaines régions du monde.
Image : C. Eeckhout, Licence Creative Commons Attribution 3.0 Unported
À l’époque, il n’existait en effet encore que des formes de vie « unicellulaires » comme les bactéries, c’est-à-dire des formes de vie constituées d’une seule et unique cellule. On sait qu’au moins une partie d’entre elles, notamment celles responsables de la formation des stromatolithes, étaient capables de réaliser la photosynthèse. Des milliards d’années avant l’apparition de la première plante, des bactéries étaient déjà capables d’absorber la lumière du Soleil et d’exploiter son énergie pour transformer des composés comme les CO2 en molécules organiques et en dioxygène O2 !

Pendant des centaines de millions d’années, le dioxygène libéré par ces bactéries disparaissait immédiatement en réagissant avec des minéraux divers (par exemple, en faisant rouiller le fer présent dans le sol). La situation a toutefois changé il y a 2,4 milliards d’années environ : l’oxygène a alors commencé à s’accumuler dans l’atmosphère, ce qui a eu un impact énorme sur notre planète et son histoire.

Premièrement, ce changement de composition de l’atmosphère a modifié l’effet de serre, ce qui a mené à un refroidissement soudain de la planète. Deuxièmement, cet apport soudain d’oxygène a entraîné des extinctions massives de bactéries anaérobies, habituées à vivre dans un environnement sans dioxygène et pour qui cette molécule nouvelle était un véritable poison. Il ne faut pas pour autant voir ce changement brutal des conditions de vie, parfois surnommé la « grande oxydation » ou la « catastrophe de l’oxygène », comme une mauvaise chose : il a stimulé l’évolution et ouvert la voie aux formes de vies terrestres actuelles, pour qui l’oxygène est bien souvent vital !

Fer rubané
La libération de dioxgène par les bactéries primitives a laissé sa trace dans les roches de l’époque : on y trouve beaucoup de « gisements de fer rubané », caractérisés par de fines couches d’oxydes de fer (visibles ici en noir dans un bloc de roche datant d’il y a 2,1 milliards d’années).
Image : André Karwath, Licence Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic
Notez qu’à ce stade de l’histoire de la Terre, il n’existe encore que des organismes dits “procaryotes”, c’est-à-dire des êtres vivants constitués d’une seule cellule dépourvue de noyau. Ce terme un peu vague regroupe à la fois les bactéries et les archéobactéries (ou archées), autres organismes monocellulaires.

La révolution suivante dans l’histoire de la vie a eu lieu il y a 2,1 milliards d’années : c’est vers cette époque qu’apparaissent les premiers organismes eucaryotes, dont les cellules contiennent un noyau. Contrairement aux procaryotes, qui sont forcément unicellulaires, beaucoup d’eucaryotes sont composés de millions ou de milliards de cellules qui agissent de façon coordonnées : c’est le cas des végétaux et des animaux, par exemple !

Bactéries, archées et eucaryotes
Les trois plus importantes subdivisions de la vie sur Terre : les bactéries, les archées et les eucaryotes. Toutes les plantes et tous les animaux appartiennent au domaine des eucaryotes (à droite, en brun).
Image : NASA, domaine public
Les premiers eucaryotes pluricellulaires sont apparus pour la première fois il y a 1,2 milliards d’années, mais il ne s’agissait encore que d’organismes très simples, comme les algues rouges. Il a fallu attendre 600 millions d’années environ pour qu’apparaissent les premiers animaux marins, qui ont bientôt été suivis par des organismes de plus en plus complexes, comme des arthropodes et des poissons.

Pendant tout ce temps, le dioxygène ne cesse de s’accumuler dans l’atmosphère. Sous l’effet du rayonnement UV du soleil, une partie de ce dioxygène se transforme en ozone O3, qui forme la fameuse « couche d’ozone ». Grâce à sa capacité à absorber une partie du rayonnement UV nocif émis par le soleil, cet ozone forme en effet une couche protectrice qui va rendre possible la colonisation des terres émergées par les premières formes de vie terrestres.

Faune de Burgess
Les fossiles des schistes de Burgess (en haut) remontent à 505 millions d’années environ et permettent de reconstituer une partie de la faune marine de l’époque (en bas : vue d’artiste).
Image : Carel Brest van Kempen, 1989
On pense que les premières plantes terrestres sont apparues il y a 434 millions d’années, suivies quelques dizaines de millions d’années plus tard par des amphibiens, des reptiles et des insectes divers. La Terre de cette époque nous aurait paru étrange, mais habitable, avec son atmosphère respirable et sa surface recouverte de végétation (principalement des fougères et des conifères).

L’essentiel des terres émergées appartenaient alors à un unique supercontinent, la Pangée, que la dérive des continents a par la suite morcelé pour former les continents que nous connaissons aujourd’hui.

Dimétrodon
Vue d’artiste du dimétrodon, un reptile de l’époque parfois pris à tort pour un dinosaure, alors qu’il les précède de dizaines de millions d’années !
Image : National Geographic
Cette époque a toutefois pris fin brutalement il y a 251 millions d’années par la plus grande extinction massive que la Terre ait connu : environ 70% des espèces terrestres et plus de 90% des espèces marines ont disparu ! Les causes exactes de cette catastrophe jusqu’ici inégalée reste indéterminées, mais l’une des hypothèses les plus populaires veut que des phénomènes volcaniques en aient été à l’origine.

Quoi qu’il en soit, cette extinction massive sans précédent à ouvert la voie à l’apparition de nombreuses nouvelles espèces comme les dinosaures (il y a 225 millions d’années environ) et les premiers mammifères (il y a près de 210 millions d’années).

Dinosaures
Vue d’artiste de dinosaures européens de la fin du Jurassique.
Image : Gerhard Boeggemann, Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic
Cette ère de suprématie des dinosaures a elle aussi connu une fin violente, lorsqu’un astéroïde énorme est tombée dans le golfe du Mexique il y a environ 66 millions d’années, entraînant la disparition de 75% des espèces de l’époque.

Une fois de plus, cette extinction massive a permis l’apparition de nouvelles espèces. Elle a en particulier permis la diversification des mammifères et l’apparition des premiers primates, il y a 60 millions d’années environ. C’est il y a 2,5 millions d’années à peine que sont apparus les premiers représentants du genre Homo et il y a environ 200 000 ans seulement qu’est apparu l’homme moderne, Homo Sapiens.

L’apparition de l’homme n’a donc eu lieu que très tard dans l’histoire de la vie. Si on ramenait toute l’histoire de notre planète à une journée de 24h, la totalité de l’histoire humaine serait contenue dans ses dernières secondes :

  • 0h00 : formation de la Terre
  • 4h10 : apparition des premières formes de vie
  • 17h45 : apparition des premiers organismes multicellulaires
  • 23h40 : disparition des dinosaures
  • 23h59 et 56 secondes : apparition des premiers hommes
Horloge géologique
Les 4,6 milliards d’années histoire de la Terre ramenés à 24h (« Ma » = million d’années, « Ga » = milliard d’années).
Image : Woudloper, traduction par Franck Stevens, Domaine public
Malgré cette relative brièveté, l’homme a eu une influence énorme sur l’environnement, au point que de nombreux scientifiques souhaitent baptiser « d’anthropocène » l’ère géologique marquée par la présence de l’homme. Des changements climatiques aux extinctions d’espèces diverses, ce ne sont en effet pas les impacts de l’homme sur la Terre qui manquent !

L’histoire de la planète Terre et l’histoire de la vie sont donc toujours intimement liées aujourd’hui. À nous de faire en sorte qu’elles se poursuivent encore longtemps !
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