Histoire de la vie

III LES GRANDES PERIODES DE LA VIE SUR TERRE

Dans ce chapitre, une bonne partie de l'iconographie vient du site de André Bourques " Planète terre" de l'Université de Laval, . Celui-ci est oiffert par l'auteur et est extrêmement bien fait pour une première approche de la géologie 

De l'Antiquité jusqu'au milieu du 19^e siècle, les savants ont éprouvé énormément de difficultés à aborder ce sujet de manière objective. Pendant des siècles, la seule théorie qui soit restée généralement admise, et ce malgré des réfutations expérimentales probantes, est la théorie de la génération spontanée, une théorie dont s'accommodaient assez bien les religions.

Au milieu du 18^e siècle, le grand naturaliste Buffon est un ardent défenseur de la génération spontanée. Mais le doute commence à s'installer. Un savant italien, l'abbé Spallanzani, fait des expériences qui semblent montrer que lorsqu'on stérilise bien le système, il n'y a pas de génération spontanée. La polémique s'installe; la controverse va durer un siècle. Il faudra attendre Louis Pasteur, en 1860, pour clore le débat. Pasteur démontre, en mettant au point un protocole de stérilisation fiable, que la vie ne peut venir spontanément de la matière inanimée, du moins à l'échelle d'un laboratoire humain. On connaît l'importance de cette découverte pour la médecine. C'en était fait de la théorie de la génération spontanée.

1.Quelques données bio-historiques

La vie sur terre à partir de: 3,8 à 3,5 Giga années ( 10 exp 9 années)

Dans quel lieu ?: La mer jusque – 450 M Années--->colonisation des terres par les végétaux ancestraux---> Premiers écosystèmes terrestres.

Sous la forme : Procaryotes unicellulaires

Evolution de cette forme ---> Eucaryotes unicellulaires---> Eucaryotes pluricellulaires qui vont se diversifier jusqu'à présent.

Premiers animaux quand et où ? Dans la mer il y a 700 M années.

Colonisation des terres par les animaux : 450 M Années, les Arthropodes.

Premiers vertébrés sur les terres : 370 M Années, des Amphibiens primitifs qui ont évolué et donné toutes les branches des Vertébrés actuels

Premier Vertébré : Dans la mer, faune d'Ediacara de l'explosion cambrienne : 540 M Années : Pikaïa ( protovertébrés proche d'un chordé)

2. Origine de la vie sur terre

A. Pas de génération spontanée ( Pasteur fin XIX)

Tout être vivant provient d'un autre être vivant, c'est la biogénèse

B. Préalable à l'émergence de la vie dans les conditions environnementales de la terre primitive

Avant 3,8 GA : Abiogenèse originelle, ensuite les conditions environnementales ont changé et on permis l'apparition de la vie .

C. Abiogenèse originelle : les premières molécules organiques

C.1 Contexte global :

Formation de la terre : 4,6 milliards d'années : environnement : bombardement de météorites, température supérieure à 2000 degrés et surface de la terre en fusion.

Refroidissement de la terre : 3,9 milliards d'années , cessation des bombardements de météores, diminution de la température, vers 3,8 milliards d'années, la température s'établit entre 49 et 88 °C.

Apparition supposée de la vie : entre 3,5 et 3,8 milliards d'années, les premières traces de vie sont les stromatolithes vieux de 3,5 milliards d'années. Les micrfossiles les plus anciens non contestés ont été trouvés dans des roches vielles de 2 milliards d'années,

C.2 Etat de la question

L'origine de la vie fait l'objet de nombreuses recherches scientifiques. On ne dispose d'aucun témoins de l'époque, on ne peut que poser des hypothèses scientifiques qu'il s'agit de tester par expérimentation.

Celle d'une origine à partir de la matière inanimée est la plus vraisemblable.

C.2.1 Idée générale

Oparine et Haldane ont émis une hypothèse plongeant ses racines en une idée en cours dans les années 1920 : Elle soutient l'idée que la synthèse des composés nécessaires à la vie s'est déroulée dans l'atmosphère primitive. Des molécules organiques de plus en plus complexes se seraient constituées et auraient été à l'origine de la première cellule. On suppose d'après ce que l'on sait de l'atmosphère primitive de la terre que celle-ci était réductrice (qu'elle donnait des électrons). La synthèse des composés organismes à l'origine de la vie aurait eu lieu dans ce genre de conditions.

Les radiations UV venant du soleil (la source d'énergie principale) brisent les molécules simples de l'atmosphère primitive et libèrent des radicaux très réactifs qui rapidement se combinent pour former des molécules plus grosses, plus complexes et plus lourdes. On peut aussi considérer que les décharges électriques que sont les éclairs, ainsi que les volcans, ont fourni une source énergétique additionnelle. Avec la condensation des vapeurs d'eau qui forme des nuages dans la haute atmosphère puis qui retombent en pluie, toutes ces nouvelles molécules tombent à la surface de la planète, dans les nouveaux océans. Ces nouvelles molécules, sont des molécules composées de C-H-O-N (carbone-hydrogène-oxygène-azote), des molécules qu'on dit organiques. C'est le bouillon primitif, la soupe primitive. C'est dans cette soupe primitive que les molécules organiques auraient progresssivement évolué vers les molécules vivantes.

Pour Oparine et Haldane, les deux conditions essentielles au développement de la vie ont été fixées à ce moment: les bases de sa composition chimique, CHON; et une source d'énergie permanente, l'énergie solaire. Il faut réaliser que tout cela était conceptuel; aucune expérimentation n'avait été tentée.

Dans une réaction chimique, il y a trois composantes essentielles: les réactifs (des composés chimiques), le réacteur (par exemple, un ballon, une fiole ou un bécher) et une source d'énergie (par exemple, la chaleur). Dans les premiers temps de la formation de la terre, ces trois composantes étaient en place: le réacteur, l'atmosphère terrestre; la source d'énergie, le soleil; les réactifs, tous ces gaz et composés chimiques émis tant par le soleil que par la terre.

C.2.2 Expérience de Miller-Urey ( 1953)

Miller et Urey, dès 1953 on tenté de reproduire ces conditions et ce mécanisme en laboratoire. La source d'énergie utilisée furent des étincelles par des électrodes supposée reproduire les effets de la foudre, de l'activité volcanique, ou de radiations comme les rayons UV cosmiques intenses qui traversaient l'atmosphère. Selon Oparine et haldane, l'atmosphère primitive se composait de méthane, d'ammoniac, de vapeur d'eau , de gaz carbonique et d'hydrogène sulfuré.

 

Dans le dispositif expérimental , Miller et Urey on mis en preésence des étincelles de l'eau, du méthane, de l'ammoniac, de l'hydrogène moléculaire et ont pu recueillir notamment 13 des 22 acides aminés de la vie , ceux-ci sont considérés comme étant les précurseurs des protéines par polymérisation. Ces protéines seraient à l'origine d'une importante des constituants cellulaires.

 

 

Cette chimie prébiotique fondée sur la fabrication de molécules organiques à partir de ce qu'on croyait être l'atmosphère primitive se butte à un certain nombre de problèmes. Il y a trois problèmes majeurs: la composition de l'atmosphère primitive, la concentration des molécules dans l'océan primitif, et les interactions chimiques dans la soupe primitive.

Mais il faut bien réaliser ici qu'on n'a pas synthétisé la vie: on a synthétisé les molécules essentielles à la construction de la vie, certaines briques de la vie; mais un tas de briques ne fait pas encore un édifice. La force de l'expérience de Miller et des autres expérimentations qui ont suivi est d'avoir démontré que les molécules de base pour la vie peuvent être fabriquées dans les milieux naturels. Mais il est important de comprendre qu'on n'a pas démontré que ces synthèses se sont faites nécessairement dans l'atmosphère primitive selon le scénario d'Oparine-Haldane.

C.2.3 Etapes de la genèse des premières cellules

1.Synthèse abiotique de premières molécules organiques ( comme dans l'expérience de Miller-Urey)

2.Fusion de ces monomères en polymères

3.Développement d'un mécanisme d'autoréplication

4.confinement su système pour réaliser des activités métaboliques ;

Je ne vais pas m'étendre sur l'apparition du phénomène autocatalytique de réplication, mais il semblerait qu'il ait été inauguré par l'apparition de l'ARN après polymérisation de ses éléments chimiques de base . Certaine forme ont d'une part la faculté de jouer un rôle enzymatique ( les ribozymes) et de constituer des brins complémentaire, de plus , par deux réplications successives ( catalysées par les ribozymes, on en arrive à une copie de l'ARN matrice. Voilà ce quaurait été ce mécanisme d'autoréplication , d'où l'expression « Monde à ARN » ( 1986, inauguration du terme RNA- World par Walter Gilbert ). D'après les recherches, l'ARN aurait pu être soumis à sélection naturelle.

Quoiqu'il en soit, avec les expériences de Miller, on est encore loin de la synthèse de la vie; on n'en n'est qu'aux molécules prébiotiques. Pour passer au stade de vie, ces molécules organiques doivent réussir sur quatre plans: utiliser l'eau liquide; se fabriquer une enveloppe qui leur permettra de garder leurs constituants et de contrôler les échanges avec l'extérieur, utiliser les composés chimiques du milieu pour satisfaire leurs besoins nutritifs et énergétiques; et être capables de faire des copies conformes ou presque, en d'autres termes, de se reproduire. Toujours selon la démarche biochimiste, les molécules prébiotiques ont passé avec succès l'examen, mais on ne sait trop comment. Les expériences de laboratoire sur les chaînes d'acides aminées, les acides nucléiques ARN et ADN, et les protéines, apportent plusieurs éléments de réponse, mais pas la réponse encore. Les biochimistes cherchent encore la bonne combinaison qu'ils ont bon espoir de trouver.

On peut résumer ainsi les étapes essentielles qu'auraient franchies les molécules prébiotiques dans leur cheminement vers la vie.

Les molécules prébiotiques auraient d'abord inventé un mécanisme qui leur aurait permis d'utiliser les produits organiques du milieu: le mécanisme de la fermentation. C'est la naissance des premiers hétérotrophes, c'est-à-dire des cellules qui se nourrissent de n'importe quelles matières (molécules) organiques en abondance dans l'eau. Cette fermentation produit des déchets, dont le CO₂. Un second mécanisme utilisant le CO₂ aurait ensuite été inventé: la photosynthèse, utilisant comme source d'énergie, l'énergie solaire. Ce sont les premiers autotrophes, des cellules qui se nourissent des seuls éléments minéraux. Les produits de la photosynthèse sont des matières organiques sous forme de carbohydrates (CH₂O)n et de l'oxygène libre (O₂). On connaît la suite: l'oxygène sera utilisé lors de l'invention d'un troisième mécanisme: la respiration, qui produira comme déchets le CO₂. Voilà que le cycle oxygène-CO₂ est bouclé. Ce n'est qu'avec la production d'oxygène photosynthétique que ce gaz s'accumulera dans l'atmosphère et qu'éventuellement se formera la couche d'ozone protégeant la vie des radiations UV.

 

Un dernier problème est posé à l'hypothèse voulant que la vie soit apparue à la surface des océans: une atmosphère primitive sans oxygène, donc sans couche d'ozone, devait laisser passer toutes les radiations UV; un bien grand péril pour la vie!

3. Les premières cellules

Les faits de base :

• Présence des premières cellules dans des dépôt fossiles de 2 GA
• Traces d'activités microbiennes vieilles de 3,5 GA

Ce qui prouve la présence de micro-organismes vieux de 3,5 GA ou même avant.

Archéobactéies

La forme de ces microfossiles correspond à des structures procaryotes. On trouve encore à l'heure actuelles des organismes procaryotes pouvant survivre dans des milieux extrêmes similaires à l'atmosphère primitive, représentant le groupe des Archées ou Archéobactéries. Ainsi certains types d'Archées sont anaérobies ( l'atmosphère primitive ne contenait que très peu voire pas du tout d'oxygène moléculaire) et thermophiles ( température de l'atmosphère primitive entre 49 et 88 °C) et vont jusqu'à survivre dans des sources hydrothermales sous-marines à une température de 110°C.

Eubactéries

Un type particulier d'Eubactéries a joué un rôle important dans l'évolution de la vie, ce sont les Cyanobactéries

En effet, ces bactéries, jadis appelées algues bleues pratiquent la photosynthèse et ont donc joué un rôle important dans l'augmentation de la concentration en dioxygène de l'atmosphère jusqu'à un taux voisin du taux actuel ( 21 %) et dans la formation de la couche d'ozone ( O3). Cette couche d'ozone a pour rôle de protéger l'atmosphère terrestre et la surface terrestre de l'action des rayonnements UV d'origine cosmique. Sans cette barrière la vie n'aurait pu se développer en dehors des océans.

les stromatolithes sont constitués de Cyanobactéries qui produisent du calcaire

Cellules eucaryotes

Sur base de données paléontologiques, les cellules eucaryotes seraient apparues il y a 1,5 GA Le réticulum endoplasmique et la membrane nucléaire proviendraient d'une invagination de la membrane plasmique procaryote, ce qui est à l'origine de l'apparition des premières cellules compartimentées.

Les mitochondries et les chloroplastes, proviendraient, quant à eux, de bactéries aérobies et de cyanobactéries englobées par la cellule eucaryote primitive. Ces bactéries englobées auraient ainsi perdu la faculté de vivre indépendamment et auraient évolué sous forme de structures intracellulaires.  La présence dans ces organites d'ADN et d'un système de traduction très semblabe à celui des bactéries est un argument qui appuie cette hypothèse, qui porte le nom d'endosymbiose. Ce genre d'association étroite entre organismes existe encore, au sein des micro-organismes mais encore l'association de Zooxanthelles ( Protistes dinoflagellés) avec certains métazoaires primitifs comme certaines éponges ( Spongiaires), méduses ( Cnidaires), etc...

Les organismes eucaryotes, monocellulaires ont évolué, se sont fortement diversifiés, notamment par l'intervention de la reproduction sexuée. Une étape supplémentaire est l'association d'abord lâche, ensuite intime de plusieurs organismes unicellulaires en des organismes plus gros et susceptibles de la spécialisation de territoires cellulaires spécialisés à fonctions spécifiques, ce qui a permis d'encore augmenter la diversité.

4.L'évolution des organismes

A. Les végétaux

Lorsqu'on discute ou qu'on présente la venue des vertébrés sur la terre ferme, on laisse toujours entendre que le milieu terrestre, c'est-à-dire le milieu à l'air libre, était tout à fait dénudé de vie, que ces pauvres animaux sont arrivés dans un désert. Il n'en est pourtant rien.

Les premières formes de vie à coloniser les continents furent, comme nous l'avons vu, probablement les cyanobactéries; comme nous l'avons vu précédemment, ce sont des micro-organismes capables de résister aux rayons ultra-violets et qui sont apparus sur terre il y a au moins 2,8 milliards d'années. Ces cellules ont dû faire face à deux problèmes pour passer du milieu marin à la terre ferme: 1) l'eau douce qui tend à s'infiltrer dans la cellule et vient dissoudre les sels essentiels à sa survie; 2) la sécheresse qui risque de déshydrater la cellule. Il semble donc que les cyanobactéries aient réussi à résoudre ces problèmes puisqu'on trouve dans les sols précambriens, des taux anormalement élevés en carbone 12, indiquant la contribution des photosynthétiseurs à la fixation du carbone.

Les algues vertes, qui étaient déjà présentes dans le milieu marin depuis au moins le Cambrien, ont suivi à l'Ordovicien-Silurien. Elles ont procédé à l'implantation des végétaux terrestres en inventant deux mécanismes importants: les spores pour la reproduction et les racines pour l'alimentation.

Les premières formes de végétaux terrestres furent les bryophytes, des plantes qui restent au ras du sol, comme les mousses. On retrouve des spores de bryophytes dès la fin de l'Ordovicien. Puis, à la fin du Silurien, sont apparues les premières plantes vasculaires, c'est-à-dire des plantes munies de cellules capables de transporter l'eau.

Les plantes ont joué un rôle essentiel dans l'évolution, elles produisent leurs propres molécules organiques à partir d'éléments minéraux ( l'eau,et le CO2 ). Les plantes sont à la base de la cha$ine alimentaire, sans elles, sans elle, toute vie sur la terre ferme est impossible. Ce sont elles qui ont colonisé les continents permettant le développement des premiers écosystèmes terrestres. 

La vie apparue entre 3,5 et 3,8 GA y est restée confinée pendant une très longue période. Ce n'est que vers 450 MA que des végétaux simples ont envahi les rivages avant de coloniser les continents.

Les végétaux ont évolué pour s'adapter à la vie terrestre, notamment à la réduction de l'eau disponible, en élaborant diverses structures :

1. Des feuilles qui augmentent les surfaces photosynthétiques

2. Divers dispositifs externes, imperméables, pour éviter la transpiration et des stomates, ouvertures contrôlées, réparties en surface pour réaliser les échanges gazeux.

3. Un système vasculaire assurant le transport de l'eau et des matières minérales, d'une part, et des matières organiques, d'autre part.

4. La différenciation de tissus de soutient et, par la suite, l'accumulation de tissu ligneux ( bois), permettant un plus grand développement en hauteur. Les premières plantes de grande dimension ne formaient pas d'amas de bois important, mais étaient soutenus par une écorce épaisse ou par la base de leurs feuilles ( palmiers ). Ce sont les fougères arborescentes, les arbres à écaille et les Sigilaires.

5.Des racines permettant un ancrage au sol et une alimentation en eau et en minéraux, plus efficaces. Les premiers végétaux végétaux vasculaires ne possédaient pas de racines, mais des rhizomes, tiges horizontales souterraines.

6.Le développement d'organes reproducteurs protégés contre la sécheresse et permettent une fécondation indépendante de l'eau.

7.La production de spores différentes ou hétérosporie qui conduit, à terme, à la distinction entre les grains de pollen , porteur du gamête mâle et facilement disséminé par le vent ou des pollinisateurs et des ovules contenant le gamête femelle fixé sur la plante-mère.

8.La graine qui protège l'embryon de la sécheresse et assure le début de la croissance grâce aux structures de réserve qu'elle contient et peut être facilement disséminée. En outre, sa capacité de dormance lui permet de différer plus ou moins longtemps la germination. Cet état permet la survie de l'embryon pendant que les conditions environnementales sont défavorables. Les plantes à graines constituent le groupe des Spermatophytes .

9.Le fruit entourant les graines chez les Angiospermes qui apporte une protéction supplémentaire et une meilleure dispersion des graines. Les fleurs enveloppent les organes reproducteurs ; elles permettent une fécondation plus performante en attirant, pour certaines d'entre-elles, des insectes pollinisateurs. Les plantes à fleurs (Phanérogames=Angiospermes) consttituent actuellement la majorité des végétaux.

Les premières plantes vasculaires datent d'il y a environ 420 MA ; elles sont apparues au Silurien.

Du côté animal, on a découvert des fossiles d'arthropodes ressemblant aux scorpions, associés à des plantes vasculaires dans des couches du Dévonien inférieur. Dans des couches à peine plus jeunes de quelques millions d'années, on a trouvé des arthropodes qui appartiennent au même groupe que les insectes et les myriapodes actuels.

Tout cela, plusieurs millions d'années avant que le premier vertébré amphibien viennent mettre le pied sur terre! En fait, on considère qu'à la fin du Dévonien, au moment de l'arrivée des amphibiens, un grand nombre d'invertébrés avaient déjà rejoint la terre ferme: escargots, insectes, araignées, scorpions.

En cette fin du Dévonien, les arbres étaient déjà présents, mais c'est dans la seconde moitié du Carbonifère que la grande forêt de type équatorial s'est développée. Celle-ci devait ressembler à cette illustration.

Il y avait de grands arbres à écailles, Lepidodendron (1), à très haut port; on connaît des troncs fossiles qui atteignent 35 m de longueur et on estime la hauteur totale de l'arbre à plus de 40 m. Il y avait aussi un grand arbre columnaire, Sigillaria (2), mesurant 30 m et plus, terminé par des bouquets de longues feuilles d'un mètre. Puis Cordaites (3), un autre grand arbre de 30 m, élancé, avec un tronc de 60 cm de diamètre et de longues feuilles. Calamites (4), plante arborescente ou semi-arborescente, croissant en bordure des plans d'eau, formant un axe dressé de 15 à 20 m, une sorte de prêle géante. Finalement, un arbre-fougère (5) pouvant atteindre les 20 m de hauteur, avec un tronc de 60 cm de diamètre.

Les premières plantes à fleurs ( bAngiospermes),

Des Fougères sont apparues il y a 350 MA au Dévonien. Au cours du Dévonien, puis au Carbonifère et au Permien, des forêts constituées de Prêles géantes (les Calamites), des Lépidodendrons ( arbres à écailles) et de Fougères géantes ont recouvert les marécages. Ces populations sont à l'origine du charbon que l'on retrouve dans les bassins houillers .

Cette grande forêt a certes contribué à une augmentation du niveau d'oxygène de l'atmosphère terrestre au Carbonifère (voir oxygénation de l'atmosphère terrestre), mais elle a surtout contribué à accumuler d'énormes quantités de charbon, de là le nom de cette période du Carbonifère. Par la suite, on n'a jamais connu d'accumulations aussi importantes de charbon. Cela tient fort probablement au fait que les spécialistes de la transformation des végétaux nouvellement arrivé sur terre, c'est-à-dire les bonnes bactéries, n'étaient pas encore nés.

Les premières Gymnospermes ( plantes à graines nues ) datent d'il y a 280 MA, ils ont dominé toute l'ère secondaire.

Les Angiospermes, dont les graines sont enfermées dans un fruit, riche en substances nutritives, sont apparues il y a 200 MA et ont dominé l'ère tertiaire.

B. Les animaux

Les premiers organismes animaux sont apparus il y a 700 MA, dans les océans précambriens . Des données issues de la systématique moléculaire et de traces fossiles indique que la vie animale daterait de 1GA. Les animaux sont des organismes multicellulaires hétérotrophes qui ne peuvent donc pas synthétiser leurs composants organiques à partir de matières inorganiques à l'inverse des végétaux des algues ou de certaines bactéries, ils doivent donc se nourrir d'autres organismes.

L'ancêtre du règne animal serait un Protiste flagellé apparenté aux Choanoflagellés il date de 1 GA . Des colonies de Choanoflagellés se seraient différenciées en cellules spécialisées .

Des exemples représentatifs de ce type d'animaux sont les eponges dont l'embranchement s'est formé très tôt lors de l'évolution. L'apparition ultérieure de tissus spécialisés chez les Cnidaires ( Coraux, Méduses ) a permis aux plus évolués d'entre eux d'effectuer des mouvements complexes ; La formation d'organes spécialisés dans des fonctions précises est un degré de complexité supplémentaire apparu chez les animaux plus évolués.

L'apparition des divers Embranchements d'animaux.

On peut considérer que cette explosion de la diversité s'est faite en deux pulsations: un moment préparatoire, la faune d'Édiacara, puis la grande explosion, ce que certains appellent le "big bang" de la vie, représentée par la faune des schistes de Burgess.

La diversification qui a donné les divers embranchements zoologiques s'est produite au cours de l'ère cambrienne , entre 543 et 525 MA. Cette explosion cambrienne a engendré des changements majeurs : un monde de fouisseurs et d'herbivores au corps mou a été remplacé par un monde de prédateurs ou d'herbivores enfermés dans des carapaces protectrices .

La faune d'Édiacara est apparue il y a quelques 600 Ma et une grande partie de ses éléments est brusquement disparue 56 millions d'années plus tard, à - 544 Ma. Certains considèrent cette première faune comme correspondant à l'apparition des métazoaires [= organismes pluricellulaires, c'est-à-dire ceux qui possèdent des cellules diversement spécialisées, soit pour l'absorbtion des nutriments, le transport de diverses substances, la reproduction, etc.; par opposition à protozoaires, organismes dont les cellules remplissent toutes les mêmes fonctions, sans distinction].

Elle a d'abord été découverte dans les monts Édiacara en Australie, de là son nom. Par la suite, on a découvert une vingtaine de sites répartis sur les cinq continents. Ce point est important à signaler: il ne s'agit pas d'un assemblage d'organismes qui est apparu en un seul lieu particulier et qui y aurait été confiné, à cause de conditions spéciales à cet endroit, mais une faune répartie à la surface du globe, une faune qui représente une véritable étape dans le développement de la vie.

Un autre caractère très important de la faune d'Édiacara est qu'elle est composée en grande partie d'organismes à corps mous, c'est-à-dire des organismes sans squelette minéralisé. C'est donc dire que tout ce qu'on retrouve, c'est l'empreinte de l'animal sur le sédiment, et non l'animal fossilisé; ceci implique que l'interprétation joue un rôle important dans la compréhension de cette faune.

Ci-dessous quelques formes qu'on y trouve, représentées selon l'iconographie traditionelle. En fait, il s'agit de dessins interprétatifs qui datent du début des années 80. L'interprétation traditionnelle de cette faune est de considérer ses membres comme des représentants primitifs de groupes plus jeunes, essentiellement des membres de l'embranchement des cnidaires (coraux mous et médusoïdes), des annélides (vers segmentés) ou des arthropodes. Ces exemples montrent ici des organismes ressemblant, soit à des méduses (a), soit à d'autres cnidaires modernes comme les coraux mous (b), ou encore à des arthropodes nus ou à des vers annélides (c). Par contre, (d et e) ne ressemblent à aucun animal connu.

Le Schiste de Burgess, comme tout schiste, résulte de l'induration d'une boue. Ce qui distingue cependant ce schiste des autres schistes, une roche très abondante à la surface du globe, c'est qu'il contient une faune fossile unique dans toute l'histoire de la vie sur Terre. Les animaux du Burgess vivaient probablement sur des talus de boue accumulés au pied d'une muraille massive presque verticale. Ce genre d'habitat ne constitue pas une situation exceptionnelle, mais tout à fait ordinaire; on ne peut donc invoquer de particularité écologique pour expliquer la singularité de la faune de Burgess. Ce qui est exceptionnel, c'est la conservation des parties molles de plusieurs de ces organismes qui s'est sans doute faite à la faveur d'un enfouissement rapide causé par des coulées de boue. L'absence d'oxygène et de nécrophages dans le milieu d'enfouissement expliqueraient la conservation.

Le site fossilifère du Schiste de Burgess fut découvert en 1909 par le paléontologue américain Charles Doolittle Walcott, alors secrétaire de la Smithsonian Institution de Washington. Il consacra une bonne partie de sa carrière de chercheur à la description de cette faune, jusqu'à sa mort en 1927. Il fallut attendre la fin des années 1960 pour que Harry Whittington de l'Université de Cambridge (Angleterre), en collaboration avec Simon Conway Morris et Derek Briggs, procède, sous l'impulsion de la Commission géologique du Canada, à une réévaluation en profondeur de cette faune.

Walcott était un spécialiste des faunes cambriennes et des trilobites en particulier. En accord avec les vues de son époque qui voulaient qu'une faune cambrienne soit l'embryon (donc une faune primitive) des faunes plus jeunes, il lui fallait classer chaque organisme dans un groupe connu. La force de l'équipe de Whittington a été de sortir de cette ligne de pensée et de reconnaître que plusieurs formes représentent des plans d'organisation anatomique inconnue aujourd'hui.

La somme actuelle des organismes décrits par l'équipe de Whittington se chiffre à 120 genres. Parmi ceux-ci, 33 genres sont des organismes ordinaires, appartenant à des embranchements que l'on connaît bien, et qui possèdent un exosquelette (éponges, algues, brachiopodes, trilobites, échinodermes, mollusques). Cependant, on dénombre 87 genres d'organismes à corps mou (c'est-à-dire sans squelette), ce qui fait l'unicité de cette faune. La présence d'organismes qui représentent des formes qui ne se retrouveront plus par la suite dans les temps géologiques est aussi unique. Entre autres, huit genres représentent autant d'embranchements qui n'ont pas survécu. Chez les arthropodes, on trouve 24 types fondamentaux d'organisation, alors que seulement 4 ont persisté. Actuellement, on a classé comme "animaux divers" ou "problematica", près de 40 formes, parmi lesquelles la probabilité de découvrir de nouveaux types d'organisation sont fortes.

 

 

 

La grande conclusion à laquelle sont arrivés Whittington et ses collaborateurs est que la faune du Schiste de Burgess montre une extraordinaire différence entre la vie actuelle et celle d'un lointain passé: avec un beaucoup plus petit nombre d'espèces, le Schiste de Burgess présente une diversité des plans d'organisation anatomique bien plus grande que la gamme que l'on peut observer actuellement dans le monde entier. En un instant géologique, au milieu du Cambrien, presque tous les embranchements modernes ont fait leur apparition, en même temps qu'une vaste gamme de formes animales qui sont autant d'expériences anatomiques, mais qui ne survivront pas très longtemps. Les 500 Ma suivants n'ont vu naître aucun embranchement (sauf peut-être les bryozoaires), seulement des variantes sur des modèles de base établis.

L'étude de cette faune nous enseigne que l'histoire de la vie multicellulaire a été dominée par la décimation d'un vaste stock initial, qui s'était constitué en peu de temps lors de l'explosion cambrienne. L'histoire des 500 derniers Ma a été caractérisée par la restriction de la disparité, suivie de la prolifération de quelques types d'organisation stéréotypée, et non pas par l'expansion générale de la gamme des plans anatomiques et d'un accroissement de la complexité, comme le voudrait notre conception de l'évolution selon un cône de diversité croissante.

Les arthropodes sont parmi les premiers animaux à avoir colonisé la terre ferme, il y a environ 450 MA. Leur exosquelette les protégeait contre la déshydratation et jouait le rôle d'armure.

Les premiers vertébrés sont apparus il y a environ 500 MA : il s'agissait de poissons dépourvus de mâchoires et de nageoires ( les agnathes ). On considère comme hypothèse raisonnable que l'ancêtre des Chordés ( Verttébrés ) est issu de la diversité de la faune de Burgess (Pikaia)

 

Les premiers vertébrés terrestres sont des amphibiens, qui ont évolué à partir d'un groupe de poissons il y a environ 370 MA au dévonien supérieur. Ces animaux tétrapodes possèdent des poumons ( même si leur capacité respiratoire est faible ) et une structure cardiaque adaptée afin de répondre aux besoins accrus en oxygène des muscles locomoteurs , cependant ils ne peuvent se reproduire sur la terre ferme où leurs œufs meurent par dessèchement. Les Amphibiens ont donné naissance aux reptiles il y a 300 MA . Ces derniers sont mieux adaptés à la terre ferme ; leur peau est sèche, leur capacité respiratoire est plus importante, leurs membres les portent mieux et surtout ce sont des amniotes , ils pondent des œufs contenant une membrane, l'amnios qui enferme l'embryon dans une poche remplie de liquide protecteur .

Les Reptiles primitifs sont à l'origine des mammifères apparus il y a 200MA , des dinosaures dont certains ont évolué en oiseaux il y a environ 150MA à partir du Jurassique et de quatre ordres de reptiles actuels qui dérivent chacun d'un ancêtre différent. Les reptiles actuels ne constituent donc pas une classe monophylétique.

4. Les grandes étapes de la vie .

Deux évènements fondamentaux ont changé le cours de la vie sur terre : l'un des plus important est l'explosion cambrienne qui s'est déroulée de -543 à -530 MA

Celle-ci peut s'expliquer par des causes multiples :

• ecologiques : apparition d'un mode de vie basé sur la relation proie-prédateur et mise en place de divers systèmes de protection comme la locomotion et l'élaboration de coquilles protectrices.
• géologiques : l'enrichissement des océans en O2 , dont la concentration atteindra un seuil suffisant pour couvrir les besoins des animaux mobiles.
• génétiques l'apparition des gènes Hox ( gènes du développement ) qui ont permis la diversification des plans corporels.

L'histoire de la vie sur terre est marquée par l'essor, le déclin et la disparition de grands groupes animaux et végétaux Ces évènements sont utilisé pour découper les intervalles de temps géologique.

Les divisions les plus importantes ou ères correspondent à l'apparition ou la disparition de grands groupes d'organismes . La disparition des Trilobites, par exemple, marque la fin de l'ère primaire ou paléozoïque , celle des ammonites ou des dinosaures termine lère secondaire ou mesozoïque.

Les extinctions de moindre importance sont utilisées pour diviser les ères en périodes plus courtes. Ainsi le cénozoïque qui s'étend jusqu'au temps présent comprend deux périodes : le Tertiaire et le Quaternaire.