Chapitre 1 - La Terre, une planète habitée
Chapitre 1
La Terre, une planète habitée
Nous savons que la terre s’est formée il y a 4,6 milliards d’années. Peu après, des océans apparaissent, dans lesquels se dissout une partie du CO2 atmosphérique. Les premières formes de vie sont aquatiques (bactéries -3,5 Ga) et dégagent du dioxygène en présence de lumière.
Problématique : Comment et sous quelles formes la Vie a-t-elle pu apparaître sur Terre ?
I – La Terre, une planète du système solaire :
La formation du système solaire
Activité 1 : La Terre, une planète du système solaire
Le système solaire comprend une étoile (Soleil) : immense boule de gaz (hydrogène et hélium) située en position centrale.
Des planètes telluriques (du latin tellus le sol) : Mercure, Vénus, la Terre, et Mars. Elles sont proches du Soleil, elles ont un petit diamètre, une forte densité et sont composées essentiellement de roches (silicates) et de métaux (fer). Elles possèdent trois enveloppes concentriques : noyau, manteau et croûte.
Des planètes gazeuses : Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. Elles sont plus éloignées du Soleil, elles ont un grand diamètre, une faible densité et sont constituées principalement de gaz (hydrogène et hélium) entourant un petit noyau solide. Ces planètes possèdent un nombre important de satellites. Elles possèdent aussi toutes des anneaux planétaires.
Des planètes naines : Cérès, Éris, Pluton, Makemake, Haumea. Elles sont en orbite autour du Soleil (ce ne sont donc pas des satellites) et sont presque sphériques (ce ne sont donc pas des astéroïdes).
Rmq : Cérès est dans la ceinture d’astéroïdes entre Mars et Jupiter,
Eris, Makemake et Haumea se trouvent près de Neptune,
Pluton est anciennement la 9e planète du système solaire.
Des satellites naturels : objets célestes qui sont en orbite autour d'une planète ou d'un autre objet plus grand qu’eux-mêmes. Ils sont également appelés lunes, par analogie avec la Lune, le satellite naturel de la Terre.
Des astéroïdes : petits corps composés de roche, de métaux et de glace, de forme irrégulière et dont les dimensions varient de quelques dizaines de mètres à plusieurs centaines de kilomètres. Ils sont principalement regroupés sur la ceinture d'astéroïdes (entre Mars et Jupiter).
Des comètes : petits corps constitués d'un noyau de glace et de poussière en orbite autour de l’étoile.
Rmq : Ordre des planètes : Me Voici Toute Mignone Je Suis Une Nébuleuse.
II – Les conditions de la Vie :
Pourquoi la Terre est-elle la seule planète du système solaire à disposer d'un océan ?
Activité 2 : Les conditions de la Vie
Relier les particularités de la planète Terre à sa masse et sa distance au Soleil et définir une zone d’habitabilité autour des étoiles.
La Terre est une planète tellurique, dense, située à 1 UA du Soleil (150 millions de km). Dans l’état actuel des connaissances, la terre est la seule planète qui abrite la Vie. Elle possède en effet certaines particularités :
- sa masse permet la conservation d’une atmosphère épaisse (500 km) composée :
* d’azote N2 (78%),
* de dioxygène O2 (21 %) permettant la respiration,
* de vapeur d’eau H2O (0 à 4 %)
* de dioxyde de carbone CO2 (0,04 %) permettant la photosynthèse,
* d’ozone O3 (0 à 0,000001 %) protégeant les êtres vivants du rayonnement UV du Soleil.
- sa distance au Soleil assure une température moyenne de 15°C, permettant la présence d’eau à l’état liquide.
Autour de chaque étoile, on définit une zone d’habitabilité dans laquelle une planète possédant une masse appropriée serait susceptible d’abriter la Vie.
III – La biodiversité de la Terre :
La biodiversité et les parentés entre êtres vivants jusqu'à la 6e minute
Activité 3 : La biodiversité dans un écosystème
1) Les diverses échelles de la biodiversité :
La Terre est la seule planète du système solaire abritant la Vie. Celle-ci prend des formes extraordinairement variées. La biodiversité d’un écosystème est la diversité des êtres vivants que l’on y trouve. On peut l’observer à trois échelles :
- la biodiversité des écosystèmes : diversité des différents milieux de vie des organismes vivants.
Ex. : sur la planète Terre, on trouve les écosystèmes forêt tempérée, lac, désert, forêt tropicale, océan…
- la biodiversité des espèces : diversité des espèces présentes dans un écosystème.
Ex. : dans l’écosystème "forêt tempérée", on trouve Fourmi, Cerf, Papillon, Escargot, Pic épeiche, Lombric, Polypode, Chêne…
- la biodiversité génétique : différences d’origine génétique entre les individus d’une même espèce.
Ex. : dans l’espèce "Escargot des bois", on trouve des individus à coquille jaune, marron, beige, jaune à rayures marron…
2) La biodiversité varie dans le temps :
Les espèces actuelles représentent une infime partie du total des espèces ayant existé depuis les débuts de la Vie. Beaucoup d'espèces ont disparu, d'autres sont apparues. La biodiversité actuelle est donc un moment particulier, une étape de l’histoire du vivant.
Certaines périodes sont marquées par des extinctions massives appelées crises biologiques, qui conduisent à la disparition brutale de nombreuses espèces.
Ex. : La crise Crétacé-Tertiaire a vu l’extinction des Dinosaures.
Nous assistons probablement aujourd’hui à la 6e grande crise biologique, dont l’Homme est la principale cause.
3) Les facteurs de changement de la biodiversité :
La biodiversité se modifie naturellement au cours du temps sous l'effet de nombreux facteurs environnementaux.
Ex. : il y a 20000 ans un réchauffement climatique a entraîné la disparition des Mammouths.
Les activités humaines contribuent à :
- enrichir la biodiversité : multiplication des espèces agricoles, réintroduction d’espèces (loup, ours), création de zones de protection (parcs naturels).
- modifier la biodiversité : introduction d'espèces invasives (frelon asiatique).
- appauvrir la biodiversité par la destruction des habitats (déforestation, urbanisation, agriculture) et la surexploitation (chasse, pêche, culture intensive d’un faible nombre de variétés végétales).
IV – L’évolution et l’origine de la biodiversité :
1) Les allèles :
Au sein d’une espèce, les individus possèdent les mêmes gènes, mais présentent une grande diversité génétique. En effet, de nombreux gènes existent sous plusieurs versions différentes nommées allèles.
Exemple : Groupe sanguin ABO :
Les fréquences de ces allèles peuvent varier au cours du temps sous l’effet de deux processus : la sélection naturelle et la dérive génétique.
2) La sélection naturelle :
Activité 4 : La sélection naturelle
La perte d’efficacité des insecticides : Modéliser pour comprendre la sélection naturelle.
Dans un milieu donné, certains allèles d’un gène confèrent un avantage aux individus qui les portent. Ces individus ont plus de chances de se reproduire et donc de transmettre leurs allèles à leur descendance, par rapport aux autres individus de la population. En conséquence, au fil des générations, la fréquence des allèles avantageux augmente dans la population. Ces variations non aléatoires des fréquences alléliques sous l’effet des contraintes du milieu constituent la sélection naturelle.
La sélection naturelle explique l’adaptation des populations à leur milieu de vie. Un allèle avantageux dans un certain milieu peut très bien être désavantageux dans un autre milieu. La sélection naturelle contribue donc à éloigner génétiquement des populations d’une même espèce vivant dans des environnements distincts.
3) La dérive génétique :
Même lorsque les allèles d’un gène ne confèrent ni avantage ni désavantage aux individus qui les portent, les fréquences de ces allèles varient de génération en génération. Ces variations se font totalement au hasard. C’est ce que l’on appelle la dérive génétique.
La reproduction sexuée est la source de la dérive génétique : d’une génération à la suivante, sous l’effet de la transmission aléatoire des allèles des parents aux descendants, certains allèles peuvent se retrouver sur-représentés ou sous-représentés parmi les descendants.
La dérive génétique est d’autant plus marquée que l’effectif d’une population est faible.
4) La formation de nouvelles espèces :
Sous l’effet combiné de la sélection naturelle et de la dérive génétique, des populations d’une même espèce peuvent voir leurs caractéristiques diverger au cours du temps.
Lorsque deux populations d’une espèce, sous l’effet de cette divergence, deviennent incapables de se reproduire entre elles, ces deux populations forment des espèces distinctes et nouvelles.
Sélection naturelle et dérive génétique sont donc deux moteurs de l’évolution des espèces.