De l'origine de la Terre à l'existence humaine 

National Museum of Nature and Science

L'évolution de la vie

L'estimation de l'âge de la Terre
La Terre s'est formée suite à l'agglomération de particules solides en suspension dans l'espace. En partant de ce constat, comment pouvons-nous déterminer l'âge de notre planète ? Les particules solides d'origine, à savoir les minéraux, ont été altérées sous l'influence de l'activité incessante de la Terre. Les météorites, qui n'ont pas subi ces modifications, représentent par conséquent notre meilleure chance de calculer l'âge de la Terre. Après avoir déterminé l'âge géologique de météorites grâce à des isotopes radioactifs, les scientifiques ont pu estimer que la formation du globe terrestre remontait à 4,6 milliards d'années.
Les fossiles
De tout temps, chaque environnement sur Terre a connu la formation de strates. Les fossiles présents dans ces couches géologiques témoignent des changements survenus dans les environnements terrestres et dans le monde vivant. Ils nous racontent l'histoire de notre planète. Les espèces fossiles, qui différent d'une strate à l'autre, nous ont permis de retracer l'évolution de la vie sur Terre, des origines aux extinctions des espèces, en passant par leur biodiversité. Le tableau international de l'échelle des temps géologiques se fonde sur la succession des traces fossiles.
Les témoins de l'évolution environnementale sur Terre
La superposition des strates observable dans les roches clastiques, ainsi que les bandes de croissance annuelles des carapaces et squelettes de certains organismes indiquent généralement les changements rythmiques des environnements terrestres. Par exemple, une évolution de la composition biologique des diatomées constatée dans de fines couches de sédiments lacustres permet de déduire les changements environnementaux annuels d'un lac. Par ailleurs, des variations des rapports isotopiques (isotopes stables) de l'oxygène et du carbone constituant les coquilles des mollusques et les squelettes des coraux permettent d'estimer les modifications annuelles et quotidiennes subies par les environnements marins. Ces traces fossiles constituent des éléments essentiels pour comprendre l'interaction qui existe entre les environnements terrestres et les organismes qui les peuplaient.
Les extinctions massives
Au cours des 600 derniers millions d'années, le nombre d'espèces biotiques a diminué considérablement à au moins cinq reprises. L'une de ces extinctions massives s'est produite à la fin du Crétacé, 65 millions d'années avant notre ère. Elle a probablement été causée par la collision de la Terre avec un astéroïde, qui aurait entraîné une importante glaciation à l'échelle mondiale. La plus grande extinction massive que la Terre ait connue s'est produite au Permien (250 millions d'années avant notre ère), modifiant à jamais la vie sur notre planète. L'une des hypothèses avancées pour expliquer cette extinction est la fragmentation de la Pangée, un supercontinent, accompagnée d'éruptions volcaniques majeures, avec pour conséquence l'oxydation océanique.
Les interactions entre la géosphère et la biosphère
Le premier changement environnemental à l'échelle mondiale a joué un rôle déterminant dans l'évolution, l'extinction et le développement des organismes vivants. Les chutes d'astéroïdes sur la Terre ont gravement perturbé les écosystèmes sur des périodes de plusieurs millions d'années. La redistribution des océans et des continents due à la tectonique des plaques a modifié les systèmes de circulation tant au niveau de l'hydrosphère que de l'atmosphère. Des baisses eustatiques répétées du niveau des océans au cours de la période glaciaire ont influencé les écosystèmes marins de faible profondeur et ont permis les migrations transisthmiques des organismes terrestres.
Les microfossiles
Les roches sédimentaires qui se sont formées au fond des lacs et des océans renferment généralement des fossiles de très petite taille. Ces microfossiles sont constitués de restes de plancton, d'organismes benthiques, de dents et d'écailles de poissons, ainsi que de pollens et de spores. Ces microfossiles, largement présents dans les roches sédimentaires, permettent de dater celles-ci et de reconstituer les environnements qui ont jalonné l'histoire de notre planète.
Les micro-organismes du Précambrien
Au Précambrien (environ 3 milliards d'années avant notre ère), la biosphère était largement dominée par des bactéries et d'autres micro-organismes. En conséquence de la photosynthèse de ces micro-organismes, des stromatolithes se sont développés et ont libéré de l'oxygène dans les océans. La réaction entre l'oxygène, ainsi relâché dans les océans, et le fer qu'ils contenaient est à l'origine des gisements de fer rubanés. La plupart des fonds marins meubles du Précambrien ont été emprisonnés par des tapis microbiens qui se sont développés à cette période. De nos jours, les traces de leur activité sont identifiables à la surface des roches.
L'histoire de la vie au Vendien
Les premiers organismes macroscopiques sont apparus au Vendien (entre 650 et 540 millions d'années avant notre ère), lors de la dernière période du Précambrien. Ces organismes fossiles, aux formes étranges, ont notamment été découverts dans les monts Édiacara en Australie. Certains paléontologues ont fait remarquer que de nombreux organismes du Vendien possèdent des structures morphologies uniques et, par conséquent, appartiennent à un groupe indépendant d'organismes (appelés vendobiotes) qui ne ressemblent à aucun de ceux que nous connaissons actuellement.
La faune de Chengjian et des schistes de Burgess : de biens étranges animaux
Des biotes fossiles du Cambrien (environ 520 millions d'années avant notre ère), dans un état de préservation exceptionnel, ont notamment été mis au jour dans les schistes de Burgess (Colombie-Britannique, Canada) et dans les collines de Chengjian (province du Yunnan, Chine). Nombre de ces fossiles, comme l'anomalocaris, présentent une structure physiologique assez différente des organismes actuels. Ces fossiles témoignent d'un épisode de l'évolution au cours duquel la méthode "essai-erreur" a été appliquée dans les milieux marins du Cambrien.
Les invertébrés du Paléozoïque
À l'aube du Paléozoïque, au cours de la période cambrienne, quelque 540 millions d'années avant notre ère, les animaux ont connu une évolution fulgurante, appelée "explosion cambrienne". C'est à cette époque que la plupart des principaux groupes de vie que nous connaissons ont fait leur apparition. Ils ont évolué de diverses manières au Paléozoïque, et de nombreuses créatures à l'anatomie étrange, telles que le "monstre de Tully", peuplaient les océans. Toutefois, presque toutes ces espèces animales ont disparu à la fin du Paléozoïque.
Les trilobites des océans paléozoïques
Les trilobites, qui constituaient une classe d'arthropodes, se sont largement diversifiés dans les océans paléozoïques primitifs. Les caractéristiques morphologiques des trilobites étaient extrêmement variées. Certains étaient très particuliers : l'un d'entre eux possédait un céphalon en forme de fourche. Ils auraient pu recevoir le titre de "roi des océans paléozoïques" en raison de l'ampleur de leur diversification par rapport aux autres invertébrés et de la diversité de leurs caractéristiques morphologiques. Nous sommes toutefois à cent lieues de découvrir comment des habitudes de vie déterminées ont pu entraîner le développement de caractéristiques distinctes chez les trilobites. Les derniers trilobites ont disparu à la fin du Paléozoïque, environ 250 millions d'années avant notre ère.
L'évolution et l'apogée des poissons
Selon les traces fossiles, les premiers poissons primitifs dotés d'une colonne vertébrale, ont fait leur apparition au début du Cambrien (il y a environ 530 millions d'années avant notre ère). Une fois munis d'une mâchoire, les poissons, qui, au départ, en étaient dépourvus, ont commencé à se diversifier rapidement. Le Dévonien a vu non seulement l'avènement de tous les principaux rangs taxonomiques des poissons, mais également des amphibiens. Au cours de leur évolution, les poissons ont acquis une mâchoire, un squelette et des poumons, ce qui a permis à leurs descendants de passer de la vie aquatique à la vie terrestre.
L'origine des mammifères
Descendants d'un groupe évolué d'amphibiens qui constitue leur ancêtre commun, les synapsides et les reptiles apparaissent durant la période du Carbonifère supérieur (il y a environ 320 millions d'années). Les pélycosaures, qui sont les premiers membres des synapsides, sont considérés comme les ancêtres des mammifères en raison de la présence d'une ouverture dans leur crâne, derrière le globe oculaire. En effet, le crâne des mammifères présente la même caractéristique. Les synapsides continuent à évoluer, puis les vrais mammifères apparaissent durant le Trias supérieur (il y a environ 230 millions d'années).
Les mammifères du Mésozoïque
La majorité des mammifères du Mésozoïque ont la taille d'une souris ou d'un rat. Ces animaux nocturnes se nourrissent de vers et d'insectes. Les plantes à fleurs font leur apparition au cours du Crétacé inférieur (il y a environ 130 millions d'années). Les insectes qui préfèrent les fleurs se diversifient. Par ailleurs, les marsupiaux et placentaires primitifs qui ont développé des dents particulièrement adaptées à la consommation d'insectes voient le jour. C'est vers la fin du Crétacé (il y a 65 millions d'années) qu'apparaissent les ongulés et primates primitifs qui vont dominer le Cénozoïque.
Apparition des premiers mammifères dans les forêts
Au début du Cénozoïque, les forêts tropicales et subtropicales s'étendent au monde entier. Les niches écologiques libérées dans ces forêts après l'extinction des dinosaures sont occupées par les mammifères survivants qui voient leur taille augmenter et se diversifient rapidement. Les ongulés primitifs, qui se nourrissent de feuilles d'arbres et de racines, se développent à terre, tandis que différentes espèces de primates primitifs et de rongeurs apparaissent dans les arbres. En raison du refroidissement que connaît la Terre par la suite, de nouveaux habitants voient le jour dans les forêts.
Apparition des premiers mammifères dans les prairies et sur les terres arides
La température de la Terre chute soudainement, puis progressivement à partir du début de l'Oligocène (il y a 34 millions d'années). À peu près au même moment, la zone continentale de latitude moyenne commence à se couvrir de prairies sous l'influence d'un climat plus sec. Le développement de ces prairies incite certains périssodactyles, artiodactyles et rongeurs à évoluer vers des groupes adaptés à cet environnement. Dans les régions encore plus sèches, des mammifères (tels que les chameaux) qui peuvent survivre sous un tel climat ou qui construisent leur nid sous terre font leur apparition.
Les mammifères des îles-continents
Restée isolée pendant longtemps des autres continents, l'Amérique du Sud voit se développer des mammifères uniques. Les marsupiaux et les placentaires primitifs qui sont déjà présents sur ce territoire avant la fin du Crétacé (il y a 65 millions d'années), de même que les rongeurs et les primates qui l'envahissent à la fin de l'Éocène (il y a environ 34 millions d'années) y évoluent de façon très particulière. Toutefois, la plupart de ces animaux s'éteignent suite à l'invasion de mammifères en provenance d'Amérique du Nord, continent qui a été rattaché à l'Amérique du Sud il y a environ trois millions d'années.
Les mammifères graviportaux
Pour se protéger contre les espèces carnivores, les mammifères herbivores développent divers comportements consistant notamment à courir vite, se cacher sous terre, monter aux arbres et se couvrir d'une armure. Atteindre une taille énorme fait également partie de la stratégie adoptée. L'évolution des éléphants se caractérise principalement par un élargissement de leur corps et une augmentation de leur poids. Leur squelette et leurs dents se dotent de caractéristiques uniques pour soutenir de telles masses. Au cours des différentes époques du passé géologique, divers ossements d'éléphants fossiles sont retrouvés sur tous les continents, à l'exception de l'Australie et de l'Antarctique.
Les mammifères carnivores
Les mammifères herbivores s'étant diversifiés rapidement après la fin du Crétacé, les espèces carnivores évoluent également en peu de temps. Les carnivores typiques correspondent à l'ordre actuel appelé Carnivora, tandis que les créodontes, qui ont disparu, sont relativement prédominants au début du Cénozoïque. Les mésonychidés, qui s'apparentent d'une certaine façon aux ancêtres des baleines, sont également carnivores. En Amérique du Sud, certains marsupiaux deviennent carnivores et sont des exemples d'évolution convergente vers de vrais carnivores.
Adaptation secondaire des tétrapodes à la vie aquatique
Descendants des amphibiens, les sauropsides et les synapsides évoluent à la fin de l'ère paléozoïque et étendent leur habitat à terre même si certains reviennent à la vie aquatique. Les reptiles aquatiques du Mésozoïque et les mammifères aquatiques du Cénozoïque se développent de différentes manières de façon à présenter la même apparence extérieure. Au fil des deux cents millions d'années de vie passées dans des milieux subaquatiques, l'évolution convergente se produit à grande échelle.
Les ancêtres des mammifères aquatiques
Le début du Cénozoïque est marqué par l'émergence des mammifères qui construisent leur habitat au bord de plans d'eau, puis retournent en milieu océanique. Cette transition est suscitée par l'abondance de nourriture autour de la mer de Téthys, peu profonde, qui résulte du processus de dérive des continents et par la présence de niches vacantes suite à l'extinction massive des grands reptiles aquatiques à la fin du Crétacé.
Convergence vers la vie aquatique
Tandis que l'évolution des reptiles et des mammifères terrestres se traduit par la diversification des espèces avec l'apparition de descendants d'ancêtres de forme similaire, une évolution convergente a lieu dans les plans d'eau où des descendants de forme analogue sont issus d'ancêtres de formes différentes. Ce processus résulte d'une adaptation à l'alimentation et aux modes de déplacement. La comparaison des reptiles aquatiques du Mésozoïque et des mammifères aquatiques du Cénozoïque montre une ressemblance étonnante dans la forme des corps.
Un reptile marin gigantesque
Revenons à la galerie. Vous pouvez voir une partie du crâne du gigantesque ichtyosaure, placée juste devant vous. En 1997, les paléontologues du Musée national de la science s'associent à une équipe internationale pour retrouver ce crâne. Le travail de fouilles sur le terrain à la recherche de tous les fossiles dure quatre étés. Cet énorme ichtyosaure, d'une longueur totale de 21 mètres, vivait dans la mer il y a près de 220 millions d'années. Il s'agit non seulement du plus grand ichtyosaure, mais également du plus gros reptile marin jamais découvert. Les scientifiques étudient les facteurs écologiques et environnementaux ayant permis aux ichtyosaures d'atteindre une telle taille.
Les oiseaux plongeurs
Les dinosaures donnent naissance aux oiseaux à l'époque du Jurassique. Au cours du Crétacé, certains oiseaux cessent complètement de voler pour vivre dans la mer. Ils ont un corps en forme de torpille et des membres inférieurs réduits. Ils nagent avec leurs pieds. Ce groupe s'éteint vers la fin du Crétacé, mais de nombreux autres oiseaux marins de différentes lignées se développent au cours du Cénozoïque. Même si les oiseaux marins sont issus d'origines différentes, ils ont acquis des traits étonnamment similaires au fil du temps. Observez les pingouins, qui constituent un exemple vivant de ce processus évolutif.
Les tétrapodes volants
Au moins trois groupes de tétrapodes parviennent à voler à différentes périodes des temps préhistoriques. Il s'agit par ordre d'apparition des ptérosaures, des oiseaux et des chauves-souris. Chaque groupe se dote d'une grande aile présentant une structure unique. Par exemple, les ptérosaures possèdent une aile imposante, principalement soutenue par un quatrième doigt très allongé. En revanche, les ailes d'un oiseau sont supportées par un seul doigt résultant de la fusion des os de trois articulations de l'animal. Les ailes des chauves-souris sont formées de quatre ou cinq doigts allongés.
L'évolution des humains
L'évolution des primates
Après l'extinction des dinosaures, il y a environ 65 millions d'années, les mammifères ont connu un développement important. L'un des groupes de mammifères, les primates, ont adopté un mode de vie arboricole. L'espèce humaine, qui appartient également à l'ordre des primates, présente de nombreuses caractéristiques, telles que la vision stéréoscopique (faculté de voir en trois dimensions), les mains préhensiles (faculté de saisir) et un cerveau développé et complexe, qui indiquent que nos ancêtres évoluaient dans un environnement arboricole.
L'évolution des australopithèques et des espèces coexistantes
C'est en Afrique, près de 6 millions d'années avant notre ère, que s'est produite la séparation entre la lignée humaine et celle des chimpanzés. Les premiers hominidés, les australopithèques et d'autres espèces vivant à la même époque, ont adopté la bipédie et quitté les arbres, leur habitat d'origine, pour des environnements terrestres hostiles. À ce stade, néanmoins, leurs jambes étaient courtes et leur cerveau petit. Pendant 4 millions d'années, l'homme a poursuivi son évolution en Afrique.
L'évolution des premières espèces du genre Homo
La reconstitution de l'homme primitif
Comment est-il possible de reconstituer les corps et les visages de nos ancêtres sans les avoir jamais rencontrés ? Nous comparons les fossiles et les outils de pierre recueillis pendant des années de fouilles en nous basant sur nos connaissances anatomiques et archéologiques, puis émettons des hypothèses quant aux caractéristiques physiques et aux facultés culturelles des premiers hommes. En faisant ensuite appel à notre imagination, nous parvenons à produire des reconstitutions exploitables.
L'évolution et la progression mondiale de l'homme moderne
L'espèce à laquelle nous appartenons tous, à savoir l'Homo sapiens, est le fruit d'une évolution de près de 200 000 ans de l'Homo archaïque africain. Les capacités cognitives complexes de l'Homo sapiens ont permis aux inventions technologiques de se succéder. L'homme a ainsi pu apprivoiser des climats froids, évoluer dans des environnements où régnait la sécheresse et affronter des milieux inhospitaliers, ce qui a permis son avancée rapide à la surface du globe. Dans cette section, vous pourrez revivre l'histoire de l'Homo sapiens avant l'essor de la civilisation urbaine.
La progression de l'homme moderne : tout commence en Afrique
Grâce à ses prodigieux talents d'invention, l'Homo sapiens a rapidement adopté un mode de vie avancé s'appuyant sur la transmission des découvertes et des inventions à la génération suivante. À quel moment et de quelle façon ces capacités, partagées par les hommes modernes, apparaissent-elles dans le processus d'évolution humaine ? D'après les résultats des recherches menées à ce jour, ces aptitudes ont commencé à se développer en Afrique entre 200 000 et 50 000 ans avant notre ère.
La progression de l'homme moderne : en Eurasie
Les hominidés ont quitté l'Afrique pour émigrer en Eurasie il y a près de 1,8 million d'années, mais leur répartition s'est longtemps limitée aux latitudes basses et moyennes. Par contre, la dispersion de l'Homo sapiens, qui a réellement débuté il y a 500 000 ans, a été très différente en termes d'ampleur et de rapidité. Comment nos ancêtres se sont-ils adaptés aux divers environnements rencontrés sur notre planète ?
La progression de l'homme moderne : en Océanie
Les continents eurasien et océanien étaient séparés par de larges étendues océaniques. Il y a environ 500 000 ans, l'Homo sapiens a commencé à franchir cet océan, vraisemblablement sur des embarcations ressemblant à des radeaux. Au fil du temps, les procédés maritimes ont été perfectionnés et des techniques de voyages en mer sur de longues distances ont été mises au point. Ainsi, l'homme a pu parcourir 13 000 km sur l'ensemble du Pacifique Sud.
La progression de l'homme moderne : en Eurasie septentrionale
Il y a environ 40 000 ans, lorsque la glaciation a connu un répit temporaire, l'Homo sapiens s'est progressivement installé dans des contrées septentrionales, jusque-là inhabitées. Malgré les dégradations ultérieures du climat, des hommes ont atteint des zones reculées de Sibérie et, il y a 10 000 ans, certains ont même rejoint l'Amérique en passant par l'Alaska.
La progression de l'homme moderne : en Amérique
Le continent américain s'étend, du nord au sud, sur 14 000 km et regroupe un large éventail d'environnements naturels. On y trouve les zones polaires, des plaines, des déserts, des hautes montagnes, ainsi que des forêts boréales, tempérées et tropicales humides. Il semblerait toutefois que ces environnements variés n'aient posé que peu de problèmes aux premiers hommes arrivés en Amérique du Nord il y a plus de 10 000 ans et qui s'y sont déployés rapidement jusqu'à atteindre la pointe de l'Amérique du Sud.
Crédits : histoire

Cette exposition est basée sur l'exposition "Evolution of life – From the Earth's Origin through Human Existence" (Évolution de la vie – De l'origine de la Terre à l'existence humaine), Global Gallery B2F

Photo : NAKAJIMA Yusuke

Remerciements : tous les supports
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