La création du monde
La création du monde
L'univers tel que nous le connaissons est principalement constitué du Ciel et de la Terre. Notre Terre est peuplée d'êtres vivants se nourrissant de ses richesses : l'eau, les minéraux, les plantes, ... Le ciel visible à l'oeil nu est quant à lui principalement constellé de points brillants que nous nommons étoiles. Ce sont là autant de Soleils possiblement accompagnés de planètes susceptibles d'abriter elles aussi la vie, sous diverses formes - virale, bactérienne, végétale, animale, ... Entre Ciel et Terre enfin se situe l'atmosphère, cette épaisse couche de gaz indispensable à l'apparition et au développement de la vie sur Terre.
En l'absence d'atmosphère, la succession du jour et de la nuit sur Terre s'effectuerait sans transition. Cette période transitoire, nommée aube ou crépuscule, est l'occasion d'observer la disparition (le matin) ou l'apparition (le soir) progressive des objets qui peuplent notre ciel.
L'évolution de la vie sur Terre
La diversité des formes de vie
La vie sur Terre est très diversifiée. Elle se manifeste sous diverses formes, à diverses échelles, depuis l'échelle microscopique - les virus, les bactéries, les archées, ... jusqu'à l'échelle macroscopique - les champignons, les plantes, les animaux. Et ce, depuis fort longtemps. En témoigne la détection de traces de matière organique au sein de sédiments terrestres situés en eaux peu profondes, au Groenland, en Australie et en Afrique du Sud. En témoigne également la découverte de nombreux fossiles, ces vestiges d'êtres vivants emprisonnés dans des formations géologiques antérieures à notre époque.
Les stomatolites constituent les plus anciennes formes de vie terrestre (3,5 milliards d'années environ) et les seules véritables fossiles datant de la période comprise entre 3,5 et 1,4 milliards d'années. Il s'agit d'empilements de lamines calcaires résultant de l'activité photosynthétique de bactéries, telles les cyanobactéries (algues bleues). Ces organismes unicellulaires auraient notablement contribué à l'oxygénation de l'atmosphère terrestre. Ce spécimen découvert dans l'Aude et âgé de 50 millions d'années « seulement », est exposé au Musée des dinosaures d'Esperaza dans l'Aude
Le renouvellement des espèces
« Les fossiles sont des restes ou moulages naturels d'organismes conservés dans les sédiments » (A. Foucault et J.F. Raoult, 1984). L'anatomie comparée permet de les regrouper en espèces. Leur mode de distribution en des strates géologiques successives suggère par ailleurs la disparition et l'apparition de certaines d'entre elles - en d'autres termes, le renouvellement des espèces végétales et animales au fil des âges géologiques.
Quatre grandes périodes ont ainsi été définies : le cénozoïque, qui regroupe l'ère quaternaire au cours de laquelle l'homme est apparu sur Terre ainsi que l'ère tertiaire durant laquelle oiseaux et mammifères peuplaient déjà la Terre (- 65 à -3,5 millions d'années). Ces derniers seraient apparus au cours du Mésozoïque ou ère secondaire, principalement marquée par l'existence de grands reptiles dinosauriens (-251 à -65 millions d'années). Les premiers vestiges de mollusques, poissons, amphibiens, plantes terrestres et reptiles, sont quant à eux datés du Paléozoïque ou ère primaire (-542 à -251 millions d'années). Au précambrien remontent enfin les toutes premières traces de l'existence de vie sur Terre, d'une vie végétale et animale à la fois, sous la forme de bactéries, d'archées (4550 à 542 millions d'années).
Ci-contre figure une empreinte laissée par Cambropalas telesto, l'un des plus gros trilobites (animaux marins) du Cambrien. Ce fossile découvert au Maroc et âgé de 530 millions d'années, est exposé au Musée des dinosaures d'Esperaza dans l'Aude
La filiation des espèces
Ainsi donc, la vie revêt un aspect évolutif, intimement lié à l'histoire de notre planète. Mais comment établir un lien historique entre espèces regroupées au sein d'une même famille - entre l'homme et certains grands singes, par exemple, dont la physionomie et le comportement sont en de nombreux points semblables ? Réponse : en supposant que ces espèces n'ont pas toujours été différentes, qu'elles sont en réalité originaires d'une même souche - en établissant leur filiation, en quelque sorte. Une filiation reposant sur la mutabilité des espèces, en l'occurrence. Ainsi, l'homme aurait-il, selon cette hypothèse aujourd'hui communément admise mais qui longtemps fut combattue par l'Eglise, une ascendance animale. L'hominisation se serait effectuée en deux étapes : la première étape aurait consisté en la différenciation du rameau humain d'avec la branche des autres primates ; la seconde étape, en l'apparition de la pensée réfléchie puis le développement des facultés intellectuelles sous l'effet de la complexification de l'organisation sociale. La première étape aurait coïncidé avec l'apparition, sur le sol africain, d'australopithèque, voici quatre millions d'années. La seconde, avec celle d'homo habilis puis homo erectus puis homo sapiens ; enfin, homo sapiens sapiens.
La mutation des espèces
L'hypothèse selon laquelle l'Homme aurait une ascendance animale se trouve confirmée par la similitude des patrimoines génétiques de l'Homme et du chimpanzé : près de 95% des séquences ADN sont communes aux deux espèces, en effet. Les cinq autres pour cent de gènes, impliqués pour certains dans la croissance cérébrale et l'activité neuronale, pour d'autres dans la formation du squelette, auraient été activés, inactivés ou auraient muté, chez l'Homme ou le chimpanzé, après qu'eut lieu la différenciation des deux espèces. Ce qui expliquerait leurs différences physiologiques et psychiques actuelles. Une fois l'isolement interspecifique installé, la divergence ne peut que s'accroître, en effet.
Plus généralement, il existe un fonds commun de gènes - de fortes analogies de séquences protéiniques - entre espèces issues d'une même lignée - entre l'Homme et le chimpanzé par exemple, dont l'activation, l'inactivation ou bien encore la mutation, caractérise chaque espèce. Ce fonds commun constitue l'héritage génétique de l'espèce antérieure, qui elle-même bénéficie du patrimoine génétique de l'espèce dont elle dérive. Fort de ces constatations, il devient possible de constituer un arbre phylogénique établissant des liens généalogiques entre les êtres des périodes passées et ceux des périodes actuelles. Un arbre retraçant précisément l'évolution de la vie sur Terre donc, en relation avec l'histoire de la Terre elle-même.
Arbre généalogique du règne animal
Scénarios possibles de l'évolution
Diverses corrélations ont été établies entre la survenue d'un ou plusieurs phénomènes naturels et l'extinction d'une espèce - entre la chute d'une énorme météorite au Yucatan, l'épanchement des Deccans en Inde (coulées de lave successives), et la disparition des grands reptiles dinosauriens il y a 65 millions d'années, par exemple. La totalité des phénomènes astronomiques, géologiques et météorologiques passés n'étant pas consigné, la relation de cause à effet ne peut toutefois être établie avec certitude. Qu'en est-il de la création de nouvelles espèces ? Se peut-il qu'elle résulte de la succession de micromutations génétiques au sein de l'espèce mère ? La sélection naturelle joue-t-elle un rôle dans la transformation des espèces ? La encore, aucune certitude.
Aux dires de certains chercheurs, les mutations génétiques permettraient simplement aux membres d'une même espèce d'ajuster leur génotype aux conditions environnementales. Dans ce contexte, l'effet de la sélection naturelle sur les mutations génétiques aléatoires se traduirait par la différenciation entre membres d'une même espèce, en aucun cas par la différenciation des espèces. Preuve en est le taux aussi élevé de mutations caractérisant les espèces panchroniques et les populations récentes supposées variables. D'autres auteurs attribuent en revanche aux seuls effets conjugués de la mutagenèse et de la sélection naturelle, la complexification biologique progressive des êtres vivants. En témoigne, selon eux, la similitude des arbres phylogénétiques moléculaires construits à partir du nombre de substitutions maintenues par la sélection, et des arbres construits sur la base de méthodes plus classiques (anatomie comparée). Dans ce contexte, la microévolution suffirait à rendre compte de la mégaévolution, soit de l'apparition, du développement et éventuellement de l'extinction des espèces terrestres. Sans doute les découvertes à venir et les progrès de la science nous éclaireront-ils davantage sur les mécanismes de la grande évolution ...
Squelette de dinosaure avec traces de plumes daté de 150 millions d'années (Musée des dinosaures d'Esperaza, Aude)
L'apparition de la vie sur Terre ... et dans l'Univers
Une souche commune
Les progrès de la biochime ont permis de connaître l'intimité des fossiles et des traces de vie organique précambrienne. Ils ont permis de déterminer les caractéristiques communes à l'ensemble des êtres vivants, passés et actuels, microscopiques et macroscopiques. Il est ainsi apparu que vingt acides aminés entraient dans la constitution des édifices protéiniques de chacune des espèces terrestres - dans la constitution des molécules d'ADN et des enzymes, notamment. Les premières portent l'information génétique que les secondes copient. Mieux encore, les molécules d'ARN cumulent les deux fonctions : le support et le transfert de l'information génétique. Elles participent en outre à la constitution des molécules d'ADN actuelles. Selon toute vraisemblance, un monde d'ARN aurait donc préexisté au monde d'ADN et constitué le berceau de la vie sur Terre.
Quoi qu'il en soit, ces informations laissent entrevoir l'origine commune et unique des espèces terrestres. Elles suggèrent la transmission ininterrompue jusqu'à nous de la substance des premiers êtres vivants - de ces chaînes d'acides aminés entrant dans la constitution de l'ARN, en l'occurrence. Elles attestent d'une filiation entre les formes d'existence les plus abouties, qui sont aussi les plus complexes, et les formes d'existence les plus simples et les plus primitives à la fois - entre homo sapiens sapiens d'une part, les micro-organismes unicellulaires, d'autre part.
La possible origine extraterrestre de la vie terrestre
Des traces de ces micro-organismes ont été retrouvées en divers points du globe - au Groenland, en Australie et en Afrique du Sud. Elles sont datées de 3,8 milliards d'années. A cette époque, la Terre était encore en formation. L'atmosphère primitive, tout comme les évents hydrothermaux, offraient alors les conditions physico-chimiques (matière organique et sources d'énergie) nécessaires à la synthèse des acides aminés, indispensables à l'apparition de la vie sur Terre, donc ... à moins que celle-ci ait plutôt été acheminée par les comètes et les météorites carbonées, riches en eau, en matière organique (comètes de Halley et de Hale-Bopp, météorites d'Allende, Murchison, Murray et Orgueil), voire en acides aminés (météorites d'Allende, Murchison, Murray et Orgueil) ?
L'origine extra-terrestre de la vie terrestre n'est pas à exclure, en effet. Tout comme l'existence de micro-organismes dans des conditions physico-chimiques extrêmes, elle permet d'entrevoir la possible présence de vie sur d'autres planètes, solaires (Mars, Europe, Titan) et extrasolaires - plus de 4000 exoplanètes ont été détectées depuis 1995. Les comètes et les météorites carbonées auraient ainsi pu servir d'agents disséminateurs de composés organiques dans l'univers tout entier. Des composés vraisemblablement formés au sein des nuages denses de gaz et de poussières interstellaires.
Le milieu interstellaire est un milieu très hétérogène en perpétuelle évolution. La rencontre entre nuages diffus principalement constitués d'hydrogène atomique se solde par la formation de nuages moléculaires au sein desquels se constituent, sous l'effet des rayons cosmiques, des molécules assez complexes à base de carbone, d'hydrogène, d'oxygène et d'azote. Rien moins que 83 des 110 molécules identifiées à ce jour sont d'essence organique, en effet. Les molécules d'eau étant par ailleurs très présentes dans ces nuages moléculaires, il est fort probable que la vie extraterrestre, si elle existe, soit, à l'instar de la vie terrestre, fondée sur la chimie du carbone et sur l'eau liquide.
La métérorite de Saint-Sauveur sur fond de ciel étoilé
L'apparition des structures de l'Univers
Dans le milieu interstellaire se propagent des ondes de densité, de compression et de gravitation d'origine galactique (bras spirales, interactions entre galaxies et avec la matière intergalactique) et stellaire (vent stellaire, explosion de supernovae) provoquant le déplacement, et donc la rencontre, la fusion, de nuages moléculaires (Sac à charbon austral, Globules de Barnard ou de Bok). Les dimensions de ces nuages s'accroissent jusqu'à ce qu'ils s'effondrent sur eux-mêmes sous l'effet de leur propre poids, puis se fragmentent. Les fragments de masse élevée se condensent à leur tour et donnent naissance aux étoiles. Des étoiles d'autant plus massives que la température du fragment dont elles sont issues est élevée.
Le coeur de ces étoiles est ensuite le siège de réactions thermonucléaires transformant les noyaux d'atomes légers - d'hydrogène, d'hélium, ... en noyaux plus lourds d'atomes de carbone, d'oxygène, ..., que des mouvements convectifs acheminent en surface. Sous l'effet du vent stellaire, lors de la phase finale d'évolution des étoiles également, une part des éléments chimiques nouvellement créés est restituée, sous forme de gaz et de poussières, au milieu interstellaire. Sa composition chimique s'en trouve donc progressivement modifiée. Il s'ensuit la formation, au sein de ces nuages, d'étoiles toujours plus riches en éléments lourds.
Les nébuleuses stellaires, sièges de la formation d'étoiles
Les étoiles les plus anciennes, principalement confinées dans le bulbe et le halo des galaxies, sont caractérisées par un faible taux d'éléments lourds, en effet : 2 pour mille environ. Leur composition chimique (90% d'hydrogène et 10% d'hélium) reflète en réalité celle du gaz primordial, majoritairement constitué d'hydrogène et d'une infime quantité d'hélium. Les générations d'étoiles se succédant, le milieu interstellaire s'est progressivement enrichi en atomes d'oxygène, d'azote, de carbone, de néon, de soufre, de phosphore, de manganèse, ... Dans ce milieu toujours plus riche en éléments lourds se sont formées de nouvelles étoiles, dont l'analyse de la composition chimique révèle qu'elles renferment 70% d'hydrogène, 28% d'hélium et 2% de métaux, soit dix fois plus d'éléments lourds que les étoiles les plus vieilles dont la formation accompagna celle de notre galaxie, voici 13,2 milliards d'années.
Quinze milliards d'années est l'âge commun à la vingtaine de galaxies constituant l'amas de galaxies auquel nous appartenons - le Groupe Local. Parmi elles figurent, outre notre Voie Lactée, le Petit et le Grand Nuages de Magellan, la galaxie d'Andromède, la galaxie du Triangle, ... Toutes baignent dans un gaz chaud riche en éléments lourds (fer, ...) dont la température avoisine le million de degrés Kelvin. Ce gaz serait un mélange du résidu du gaz primordial à partir duquel l'amas de galaxies a été formé et de la matière éjectée par les galaxies lors leurs phases de formation stellaire intensive.
L'Univers primordial
Les effets de l'expansion
L'observation des galaxies lointaines a permis de mettre en évidence le phénomène d'expansion de l'univers. Depuis sa formation, il y a quinze milliards d'années, ses dimensions s'accroissent lentement en effet. De sorte que son contenu matériel et énergétique se dilue progressivement. A titre d'exemple, la distance séparant deux galaxies ne cesse d'augmenter. En remontant par la pensée dans le temps, nous nous retrouvons donc face à un univers aux dimensions toujours plus restreintes, caractérisé par une densité et une température toujours plus élevées. L'instant auquel les distances s'annulent constitue l'origine des temps. La durée écoulée depuis l'origine des temps correspond à l'âge de l'univers, aujourd'hui estimé à 13,8 milliards d'années.
En vertu de la constance de la vitesse de la lumière dans le vide, regarder loin dans l'espace équivaut à remonter loin dans le temps. Ainsi, une galaxie située à cinq milliards d'années-lumière nous apparaît-elle telle qu'elle était il y a cinq milliards d'années. A 13,8 milliards d'années-lumière de la Terre se situe la limite de notre univers observable peuplé d'étoiles, de planètes, de galaxies, ... En un mot, de structures gravitationnelles, de matière condensée sous l'effet de sa propre gravité. De telles structures n'ont toutefois pas toujours existé. Il fut un temps en effet où la matière ne pouvait se condenser. Portée à une température trop élevée, elle était totalement ionisée. Ses constituants (électrons libres, protons et neutrons des noyaux atomiques) interagissaient constamment avec les photons environnants. La pression du rayonnement empêchait la matière de se condenser, sous l'effet de sa propre gravité.
Le fond diffus cosmologique, ce rayonnement à 2,7 degrés Kelvin délimitant les contours de l'univers observable, constitue le vestige de cette époque à laquelle les électrons se sont combinés aux noyaux pour former des atomes, de la matière neutre donc. Cette époque survint un million d'années après que notre univers soit entré dans sa phase d'expansion actuelle, alors que sa température avoisinait les 4000 degrés Kelvin. Matière et rayonnement n'interagissant plus, la condensation de la matière, sa structuration en étoiles, planètes, galaxies, ... pouvait débuter.
Le fond diffus cosmologique est l'évènement observable le plus ancien. Il incarne la frontière entre l'univers de matière, transparent, et l'univers primordial, opaque. Cet univers primordial était caractérisé par une température et une densité très élevées : trop élevées pour permettre aux atomes de se constituer durant le premier million d'années (T > 4000 K) ; trop élevées pour permettre aux noyaux d'atomes les plus légers de se structurer durant les trois premières minutes de son existence (T > 1 000 000 K). L'univers primordial était donc constitué de particules élémentaires : de quarks qui, dans les toutes premières microsecondes de l'univers, s'assemblèrent en protons et neutrons pour former, lors de la phase de nucléosynthèse primordiale qui dura 3 minutes, les noyaux d'atomes de deutérium, d'hélium et de lithium ; d'électrons qui, lors du découplage matière-rayonnement (1 million d'années), se combinèrent aux noyaux d'atomes pour former la matière neutre dont la condensation produira les structures gravitationnelles peuplant notre univers de matière ; enfin, de photons et de neutrinos constituant l'énergie du rayonnement.
Cet univers primordial décrit par les modèles de big bang possède donc les caractéristiques nécessaires à la structuration progressive de notre univers de matière et à l'apparition de la vie sur Terre ...