chap 1

• Notes de cours sur l'écologie et l'évolution, partie 1, module 1.
• Le module 1 présente l'introduction et l'origine de la vie.

L'apparition de la vie sur la Terre primitive

• La cellule est définie comme la plus petite unité structurale et fonctionnelle du vivant.
• Les premières cellules vivantes étaient des procaryotes, simples et sans noyau.

Repères temporels importants :

• Formation de la Terre il y a 4,6 milliards d'années.
• Apparition des procaryotes il y a 3,8 milliards d'années.
• Grande accumulation d'O2 atmosphérique il y a 2,4 milliards d'années.
• Apparition des eucaryotes il y a 2,1 milliards d'années.
• Premiers eucaryotes multicellulaires il y a 1,2 milliard d'années.
• Premiers eucaryotes multicellulaires complexes il y a 600 millions d'années.
• Explosion du Cambrien il y a 530 millions d'années.
• Colonisation du milieu terrestre (végétaux, eumycètes et animaux) il y a 500 millions d'années.
• Premières plantes vasculaires il y a 420 millions d'années.
• Premiers tétrapodes il y a 365 millions d'années.
• Ancêtres des mammifères modernes il y a 120 millions d'années.
• Divergence de la lignée humaine et des singes anthropoïdes il y a 7 millions d'années.
• Homo sapiens il y a 195 000 années.

Processus nécessaires à l'apparition des cellules

• La Terre a été bombardée pendant 600 millions d'années, générant de la chaleur.
• L'atmosphère était pauvre en oxygène et composée d'azote, dioxyde de carbone, méthane, ammoniac et hydrogène provenant d'éruptions volcaniques.
• Quatre processus chimiques et physiques ont été nécessaires à l'apparition de la vie (cellules) : synthèse abiotique des composés organiques, fusion des petites molécules en macromolécules, formation des protocellules, et apparition des molécules auto-répliquantes.

Synthèse abiotique des composés organiques

• Formation de molécules organiques (glucides, lipides, protéines, acides nucléiques) dans environnement, sans intervention d'un organisme vivant.
• I.A. Oparin et J.B.S. Haldane (1920) ont émis l'hypothèse que l'atmosphère primitive était un milieu réducteur favorable à la formation de molécules organiques à partir de molécules simples grâce à la foudre et aux rayonnements UV.
• Stanley Miller et Harold Urey (1953) ont créé des acides aminés en recréant les conditions de la Terre primitive.
• Jeffrey Bada, Adam Johnson et al. (2008) ont démontré que ces molécules peuvent être créées en plus grande quantité dans des conditions simulant une éruption volcanique.
• Events alcalins : pH (entre 9 et 11) et température (de 40 à 90 degrés Celsius) propice à la formation de la vie dans les océans
• Météorite : 80 acides aminés d'origine extraterrestre ont été retrouvés sur la météorite de Murchinson tombée en Australie en 1969.

Fusion des petites molécules en macromolécules

• Les petites molécules organiques doivent s'unir pour former des macromolécules (protéines et acides nucléiques).

Formation des protocellules

• Tout organisme doit pouvoir se reproduire et utiliser de l'énergie afin de maintenir la vie.
• Les macromolécules doivent être isolées dans un milieu propice, séparé de leur environnement externe.
• Les agrégats de macromolécules nécessitent une membrane ou structure apparentée.
• Les vésicules se forment spontanément lorsque des lipides sont en présence d'eau.
• Les vésicules peuvent se dédoubler, grossir et absorber des molécules.
• La montmorillonite, un sédiment d'origine volcanique, facilite l'autoassemblage des vésicules.
• Les vésicules se créent plus facilement en présence de montmorillonite et peuvent absorber des particules de montmorillonite liées à des molécules organiques.

Apparition des molécules auto-répliquantes

• Pour que la vie évolue, les caractères doivent pouvoir se transmettre d'une génération à l'autre.
• L'information se trouve sur des molécules qui doivent pouvoir s'auto-répliquer (acides nucléiques).
• Le premier acide nucléique était probablement l'ARN ; certains ARN (ribozymes) fabriquent des copies de courts brins d'ARN.
• Une vésicule contenant ce type de molécule pourrait constituer une protocellule capable de réplication.
• Le code génétique pourrait être transmis et soumis à la sélection naturelle.
• La sélection naturelle a produit des ribozymes capables d'autoréplication en laboratoire.
• Synthèse d'une vésicule dans laquelle la copie d'un brin d'ARNm était possible (Jack Szostak et al., 2013).

Des procaryotes unicellulaires jusqu'aux eucaryotes multicellulaires

• Première preuve directe de l'existence de la vie : stromatolites fossilisés datant de 3,8 milliards d'années.
• Les stromatolites sont des couches minérales formées par des procaryotes.

La photosynthèse et la révolution atmosphérique

• L'atmosphère originelle était très pauvre en oxygène.
• La majorité de l'oxygène actuel provient de la photosynthèse. Au départ, des procaryotes photosynthétiques.
• Saturation des mers, oxydation du fer dissous, puis lente accumulation d'oxygène dans l'atmosphère (2,7 à 2,4 milliards d'années AEC).
• Révolution atmosphérique il y a 2,4 milliards d'années, accumulation rapide d'O2 atmosphérique.
• Nouvelle pression de sélection, nouvelles adaptations : respiration cellulaire aérobique, apparition des cellules eucaryotes (300 millions d'années plus tard).

Les premiers eucaryotes

• Apparition : 2,1 milliards d'années AEC
• Structure plus complexe que les procaryotes : enveloppe nucléaire, réticulum endoplasmique, mitochondries, cytosquelette mieux développé
• Origine : endosymbiose, une cellule procaryote aurait phagocyté une autre cellule, qui serait devenue un organite au fil du temps
• Avantages pour la cellule phagocytée : respiration cellulaire aérobique
• Première mitochondrie = endosymbionte
• Observations en laboratoire : des cellules qui étaient d'abord des proies ou des parasites ont développé une relation symbiotique avec leur hôte en moins de cinq ans de culture
• Les membranes internes des organites ressemblent aux membranes plasmiques des bactéries actuelles.
• Les mitochondries se répliquent de la même façon que certaines bactéries.
• Les ribosomes des mitochondries ressemblent davantage à ceux des procaryotes que ceux des eucaryotes.

Les premiers organismes multicellulaires et l'explosion du Cambrien

• Origine de la multicellularité : la structure plus complexe des cellules eucaryotes a engendré une plus grande diversité morphologique cellulaire, ce qui a permis de nouvelles interactions entre ces cellules et éventuellement la multicellularité.
• Plus anciens fossiles d'eucaryotes multicellulaires
• Eucaryotes multicellulaires plus grands et plus complexes
• Explosion du Cambrien : -Apparition de nombreux embranchements d'animaux contemporains: éponges, cnidaires (anémones de mer et méduses), mollusques, arthropodes.
• Avant le Cambrien : principalement des herbivores, des filtreurs ou des charognards.
• Début de la prédation : apparition des griffes et organes pour la captation de proies.
• Évolution des proies : apparition d'adaptation défensive (aiguilles pointues et armures corporelles).

La colonisation des milieux terrestres

• Il y a 1 milliard d'années AEC : des procaryotes photosynthétiques recouvraient les surfaces terrestres humides.
• Il y a 500 millions d'années AEC : végétaux, eumycètes et animaux : adaptations prévenant la déshydratation et permettant la reproduction sur la terre ferme.
• Premières plantes vasculaires il y a 420 000 000 années.
• Premiers tétrapodes il y a 365 000 000 années
• Ancêtres des mammifères modernes il y a 120 000 000 années.
• Divergence de la lignée humaine et des singes il y a 7 000 000 années.
• Homo sapiens il y a 195 000 années.

Les extinctions massives

• Ordovicien.
• Dévonien.
• Permien: Éruption volcanique extrême, disparition d'environ 96% des espèces marines.
• Trias : Eruption volcanique extrême, disparition d'environ 96% des espèces marines.
• Crétacé : Impact avec un astéroïde ou une comète
• Disparition de la moitié des espèces marines, de nombreux végétaux et animaux

La sixième vague d'extinction

• Depuis 400 ans, disparition d'au moins 1000 espèces.
• Taux actuel d'extinction 100 à 1000 fois supérieur à la normale.
• Espèces menacées à l'échelle mondiale : 12% des oiseaux, 21% des mammifères, 32% des amphibiens