Les crise biologiques : repères de l’histoire de la terre Couplage des évènements biologiques et géologiques au cours du temps Les crise biologiques : repères de l’histoire de la terre http://www.lablogatoire.com/2007/06/12/dinosaures-3d-du-imax-fait-a-quebec/

1. Des crises biologiques au cours de l’évolution de la biosphère Des crises visibles dans les colonnes stratigraphiques (changement de sédimentation, changement de paléontologie…) Une crise biologique est : * Une extinction d’un nombre important d’espèce * Simultanée, brutale (temps géologiquement court) * Mondiale (phénomène planétaire)

Variation du taux d’extinction en fonction du temps. Des extinctions de masse (nombre important d’espèce) Bruit de fond Variation du taux d’extinction en fonction du temps. (Le taux d’extinction considéré ici est celui des familles marines en général). Document Internet : http://evolution.berkeley.edu/evosite/evo101/VIIBDiversityclades.shtml

Niveau de la classification 2. La limite Crétacé-Tertiaire : une crise majeure A) Une crise biologique brutale, massive et sélective 1. Des extinctions brutales et massives Niveau de la classification Pourcentage disparu Embranchements Classes 1 Ordres 10 Familles 14 Genres 38 Espèces 65-70 Ce tableau résume de façon théorique le pourcentage de groupes disparus selon les différents niveaux de la classification. Pour donner un exemple, l’homme appartient à l’embranchement des Chordés, à la classe des mammifères, à l’ordre des primates, à la famille des hominidés, au genre Homo et à l’espèce sapiens. D’après Raup, 1993

Disparition en milieu terrestre Archosauriens ( Ptérosaures et dinosaures(hors oiseaux)) Une grande partie des mammifères marsupiaux Une partie des gymnosperme

Disparition en milieu aquatique - Une crise planctonique marquée : 80% des microorganismes marines disparaissent Ex : disparition des Globotruncana (zooplancton : animal unicellulaire) - Disparition des plésiosaures (reptiles marins) http://www.geopolis-fr.com/art4.html - Disparition des ammonites

C’est une crise sélective Taux d’extinction des Vertébrés au Maastrichtien (dernier étage du Crétacé, limite Crétacé/Tertiaire) d’après Benton M.J., Vertebrate Paleontology , Blackwell, 2000. Groupe Familles présentes Familles éteintes Taux d’extinction Chondrichthyens (Requins & Raies) 44 8 18 Poissons osseux 50 6 12 Amphibiens 11 Reptiles (6 groupes) 83 45 54 1- Chéloniens (Tortues) 15 4 27 2- Lacertiliens (Lézards et Serpents) 16 1 3- Crocodiliens 14 5 36 4- Ptérosauriens (« reptiles volants ») 2 100 5- Plésiosauriens (« reptiles marins ») 3 6-Dinosauriens sauf Oiseaux 21 6'-Oiseaux 9 75 Mammifères 22 23

Une diversification des mammifères 2. Une diversification des survivants Une diversification des mammifères http://evolution.berkeley.edu/evosite/evo101/VIIBDiversityclades.shtml

Evolution des Amniotes depuis 360 millions d’années Evolution des Amniotes depuis 360 millions d’années. Copyright : Éditions Belin

Evolution des végétaux depuis 245 millions d’années Evolution des végétaux depuis 245 millions d’années. Copyright : Éditions Belin Le monde végétal est moins touché que le monde animal : le nombre de disparitions y est nettement moindre. Pourtant, la multiplication du nombre de spores de fougères dans les sédiments lacustres de divers sites nord-américains juste au passage du Crétacé au Tertiaire, et la chute des grains de pollen des plantes à fleurs témoignent d’un bouleversement important. Mais d’un bouleversement de courte durée : les pourcentages des spores de fougères et de grains de pollen redeviennent en effet rapidement normaux. Tout se passe comme si l’abondance des plantes à fleurs avait décru soudainement et en même temps que l’accumulation d’iridium dans les sédiments. Les fougères sont parmi les premiers végétaux à recoloniser la terre après la crise. http://dinonews.net/dossiers/disparition/etat_monde_2.php

La flore de Nouvelle-Zélande à la limite Crétacé-paléocène Document : La flore de Nouvelle-Zélande à la limite Crétacé-paléocène http://escaut.portail-svt.com/articles.php?lng=fr&pg=151 A : spores de trois espèces de Fougères basses. B : spores d'une espèce de fougère arborescente. C : pollen d'une espèce de Gymnosperme. D : pollen d'autres Gymnospermes. E : pollen d'Angiospermes. Gymnospermes : végétaux à ovules nus (pins, sapins, mélèzes...). Angiospermes : plantes à fleurs dont les ovules sont enfermés dans un ovaire (tulipes, blé, chêne...).                                                                                                                                                  Le document présente l'évolution de la quantité de spores et pollens de part et d'autre de la limite Crétacé Tertiaire (limite KT), ainsi que celle de la teneur en iridium. On peut constater que le pourcentage des spores et pollens d'espèces végétales continentales varie de part et d'autre de la limite KT. En effet les spores de fougères (A) peu présentes avant la limite KT sont beaucoup plus nombreuses au niveau de la limite ou juste après. En revanche, le pourcentage de pollen de Gymnospermes (C-D) et Angiospermes (E) assez important avant la limite KT devient nul au niveau de la limite. On en déduit que ces espèces végétales ont disparu pendant plusieurs années avant de réapparaitre par la suite. Les graines de ces espèces ont du survivre dans le sol jusqu'à leur germination lorsque les conditions sont devenues meilleures. Les fougères ont sûrement profité de la disparition quasi-totale des plantes à graîne pour coloniser les niches écologiques libérées. La disparition des pollens de gymno et angiosperme et leur remplacement par des spores de fougères sont un indice argumentant l'existence d'une crise biologique à la limite KT. Les fougères étant des végétaux ne demandant pas beaucoup de lumière, à l'inverse des gymnospermes et angiospermes, on peut poser comme hypothèse que la quantité de lumière a fortement diminué. Un indice pouvant permettre d'expliquer cela est l'évolution de la teneur d'iridium, un platinoïde se trouvant en grande quantité dans les cendres volcaniques et les éjectats de chutes d'astéroïdes. On constate que cette teneur augmente fortement (70 ppb) au niveau de la limite KT. On peut donc penser que la cause de la crise KT est un volcanisme intense peut-être accompagné de la chute d'une météorite de taille importante. Conclusion : La disparition totale d'espèces végétales continentales et leur remplacement par d'autres espèces prouvent l'existence d'une crise biologique à la limite KT. Cette crise serait due à un volcanisme important et à la chute probable d'une météorite : elle est signée par une teneur en iridium anormale..

Globigérine Globotruncana Hétérohélicidé Source : La limite Crétacé-Paléocène sur la côte basque, Lacazedieu, A., Peybernès, B. et Seyve C., p.26, BU 551.78 (447.95) LMI, 1996, CRDP d'Aquitaine.

Un cas d’évolution convergente : Le dauphin (à gauche), un mammifère ayant occupé la niche écologique libérée par l’ichtyosaure (à droite), un reptile de l’ère secondaire, a aujourd’hui une morphologie très proche de celle de son prédécesseur.

B) Etude des traces géologiques Document 1 : Colonne stratigraphique du site de Bidart, sur la côte basque française (Nathan TS) Document 2 : Taux de carbonate de calcium CaCO3 de part et d'autre de la limite Crétacé – Paléocène (Hatier TS) Lexique (d'après le Dictionnaire de géologie, éditions Masson) : Argile : roche sédimentaire constituée de minéraux argileux provenant notamment de l'altération de roches magmatiques ou métamorphiques. Calcaire : roche sédimentaire constituée essentiellement de carbonate de calcium CaCO3, et pouvant contenir une faible proportion de minéraux argileux. Marne : roche sédimentaire constituée d'un mélange de carbonate de calcium et de minéraux argileux (35 à 65% de minéraux argileux).

100 fois plus élevée que dans les roches de la croûte terrestre Une forte concentration en iridium (Ir : métal de la famille du platine) : 100 fois plus élevée que dans les roches de la croûte terrestre NB : L’iridium présent dans la croûte terrestre est dû à la pluie de micrométéorites (100 tonnes/an), le reste de l’iridium terrestre est concentré dans le manteau inférieur et le noyau.

Des magnétites nickélifères Des quartz choqué Des tectites carbonatés (ou sphérules de verre)

C) Des causes géologiques possibles

Une météorite d’environ 10 km de diamètre : Reconstitution du cratère de Chicxulub, sur les côtes du Yucatán (Mexique). Copyright : LPI/USGS Conséquences décrites sur le site de futura-sciences : lien

Une régression marine

3. Les crises, repères dans l’histoire de la Terre Des crises exceptionnelles 5 crises majeures

B) Causes possibles de ces crises Exemple de trapps contemporain de crises… http://step.ipgp.jussieu.fr/wiki/images/b/b4/Cours9a.pdf

Mais on trouve aussi des impacts météoritiques, des changements de niveau marin, des changements climatiques…

C) Une crise biologique causée par l’homme ? - Un réchauffement climatique du à une augmentation du CO2 (combustion des énergies fossiles (pétrole, charbon…) et déforestation) http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosclim/rechfran/4theme/pagsuiv6IMG.htm

la destruction de la forêt équatoriale, qui abrite plus de la moitié des espèces de la biosphère, celles-ci étant souvent de plus endémiques, est la première cause des extinctions ; - sous toutes les latitudes, l’urbanisation a un effet direct de destruction de milieux, et des espèces qui les occupent ; - l’agriculture intensive a également des effets dévastateurs sur la biodiversité, quand sur des centaines d’hectares insectes et « mauvaises herbes » sont systématiquement détruits pour laisser la place à une seule variété de céréales  (sélection non naturelle); - la pollution fait de gros dégâts, notamment sur les milieux marins ; - L’accroissement de la mobilité des personnes a favorisé le déplacement d’espèces (principalement des insectes, champignons, bactéries) dans des écosystèmes qui ne sont pas les leurs. En 1863, un insecte minuscule, le Phylloxéra traversait l’Atlantique. Il s’était sévèrement attaqué aux vignes françaises, provoquant une grave crise. Cette crise du vignoble a duré 30 ans et s’est terminée par la greffe de plants américains, naturellement résistants au Phylloxéra. Ainsi, la biodiversité pourrait devenir de plus en plus globale et standardisée au détriment des écosystèmes et espèces les plus spécifiques. - le changement climatique, entraîne la disparition des espèces incapables de s’adapter. Il rejette des gaz à effet de serre, notamment le CO2 en utilisant les énergies fossiles et par la déforestation. Beaucoup d’espèces ne pourront sans doute pas s’adapter aux changements climatiques prochains (trop rapides) et devraient disparaître.

Doc. 11 : Vers la 6ème extinction massive. D’après La théorie de l’évolution, H-S Science & Vie Junior N°27, 1997. Entre 17 000 et 100 000 espèces disparaissent chaque année (CNRS).