Histoire métabolique de la Terre Flashcards
Composition de l’atmosphère de la Terre aujourd’hui (Caractère distinctif)
- 21% Oxygène (O2)
- 78% Azote (N2)
- Autres (Argon, CO2, H2O etc.)
Composition de l’atmosphère de la Terre jadis
- 60-90 % H2O
- 10-20% CO2
- 0.02-2% N2
- 0% O2
Pourquoi la Terre possède une atmosphère inhabituelle?
Oxygène hautement réactif et ne devrait pas s’accumuler dans l’atmosphère.
La Terre est la seule planète connu d’avoir de lO2 dans l’atmosphère
Éons de la Terre
Éon Hadéen - Vie impossible
Éon Archéen - Conditions chimiques propices à la vie
Éon Protozoïque - Vie primitive
Éon Phanerozoïque - Vie visible
L’apparition de la vie
La vie pourrait être plus vieille que 3.5 milliards d’années
Soupe prébiotique l’origine de la vie?
Probablement trop simpliste; mais il est plausible que cette combinaison de facteurs ait donné lieu à la synthèse de matériel à la base de la vie moderne.
Puis il semblerait qu’à un moment donné ce matériel se soit assemblé en une structure cohérente
Les caractéristiques de vie
- Séparation de l’environnement par une membrane
- Croissance et reproduction (code génétique)
- Métabolisme ─ (entrées et sorties d’énergie pour
soutenir les besoins des différentes composantes
d’une structure d’organelles interdépendants)
Premier écosystème
Cellule
Écosystèmes sont les “unités de base de la nature”
-Ils doivent avoir des frontières afin de faire des budgets
et des bilans de masse
-Ils peuvent être grands ou petits
-Les éléments constituant un écosystème développent
un réseau d’échange d’énergie et de matière
permettant le maintien et le développement de la vie.
Caractéristiques de l’éon archéen
- Période à laquelle on croit que la vie est apparue.
- Beaucoup d’eau
- Température: 40 – 85°C (beaucoup de gaz à effet de
serre; le soleil est environ 30% moins fort
qu’aujourd’hui) - Peu ou pas d’oxygène dans l’atmosphère
- Développement d’une vie anaérobie, unicellulaires
procaryotes (probablement des cyanobactéries) - Apparition de 27 % des gènes actuels
Faits marquant de l’éon protozoïque
-Transition à une atmosphère oxygénée
-Déclin des espèces anaérobie (qui vivent en L’absence
d’oxygène)
-Bond spectaculaires d’organismes aérobie; évolution
rapide d’organismes pluricellulaires, et vers la fin,
d’animaux primitifs.
Facteur qui marque le changement d’éon protozoïque à l’éon phanerozoïque
Trilobites
Qui a façonné la Terre que l’on connaît aujourd’hui?
Pendant > 70% de l’histoire de la terre la vie a été exclusivement microbienne, menant à des niveaux d’oxygène permettant le développement “récent” d’une vie plus complexe
Comment ces niveaux d’oxygène sont-ils apparus, et comment se maintiennent-ils aujourd’hui?
Photosynthèse par les cyanobactéries dans les océans de l’éon Archée
Photosynthèse
Fixation de carbone inorganique -abondamment présent dans l’atmosphere- en carbone organique (moyennant un cout en énergie) utilisable pour les besoins métaboliques des organismes (1CO2 -> 1C -> 1O2)
Besoin d’eau et de protons (énergie)
Pour que le O2 soit utilisable…
L’énergie stockée sous forme de carbone organique doit être oxydée (ou respirée)
Pour maintenir le niveau d’O2 dans l’atmosphère, il faut…
Maintenir une balance entre production et respiration pour maintenir le niveau d’oxygène
Pour une “population” de producteurs à l’équilibre, le total de la production est égal au total de la respiration. Donc pas d’accumulation d’oxygène.
Production primaire brute (GPP)
Photosynthèse totale ou la quantité totale de carbone consommé par les producteurs primaires
Production primaire nette (NPP)
Accumulation de carbone par les autotrophes en excès de la respiration des autotrophes (Ra). La portion disponible aux consommateurs.
NPP = GPP – Ra
Production nette de l’écosystème (NEP)
Balance de la production primaire brute et de la respiration de l’ensemble de l’écosystème (Re).
La respiration totale de l’écosystème est égale à la somme de la respiration des autotrophes (Ra) et des hétérotrophes (Rh)
Re = Ra + Rh
NEP = GPP – Re; aussi NEP = NPP - Rh
NEP = 0, signification?
Système à l’équilibre, pas de gain ou perte nette de biomasse
Quelles sont les implications de la NEP?
Si la NEP est négative, ça donne une source de carbone
Si la NEP est positive, ça donne des puits de carbone
La production nette d’oxygène requiert une production nette de l’écosystème (NEP) positive ou négative?
Positive, car l’Oxygène ne peut pas s’accumuler sans le stockage à long terme d’une quantité équivalente de carbone organique
Condition pour que l’oxygène peut s’accumuler à long terme
L’oxygène ne peut pas s’accumuler sans le stockage à long terme d’une quantité équivalente de carbone organique provenant de la fixation de carbone inorganique par les organismes photosynthétiques
Hypothèse de Gaïa : principe de base
Terre formerait un vaste Superorganisme réalisant l’autorégulation de ses composants pour favoriser la vie
Exemple: la composition de l’atmosphère, qui aurait été régulée au cours du temps de manière à permettre le développement et le maintien de la vie
Pilier fondateur de l’hypothèse de Gaïa
Modèle interdisciplinaire écologique nommé “Earth System Science”
“Earth System Science”
Réunit de nombreuses disciplines scientifiques autour d’une volonté commune: Comprendre, modéliser et prévoir les soubresauts de la Terre, dans une approche systémique
La Terre contient un système autorégulé, composé de?
D’éléments physiques, chimiques, biologiques et humains
Comme si la Terre et ses “occupants” travaillent ensemble pour garder un équilibre parfait pour la vie
Grande oxydation, catastrophe de l’oxygène ou crise de l’oxygène
Chaque réaction de fixation d’un atome de carbone libère une molécule de dioxygène, qui est, pour les organismes vivants primitifs (anaérobie obligatoires), un déchet toxique
Qui est responsable de l’une des plus grandes extinctions de l’histoire de la Terre
Cyanobactéries
5 étapes de l’évolution de l’atmosphère
1) Pas de production d’O2
2) L’apparition et l’augmentation rapide de la
photosynthèse cause l’accumulation d’O2 dans
l’atmosphère et dans l’eau des lacs et océans
3) Niveaux d’O2 remarquablement stables pendant près
d’un milliard d’années. Apparition et évolution des
eucaryotes, qui ont besoin d’au moins 0.2% d’O2 pour
leurs besoins métaboliques.
4) Augmentation rapide de l’O2 dans l’atmosphère due à
la saturation des puits chimiques d’O2, à l’évolution
d’organismes pluricellulaires, aux taux globaux de
photosynthèse qui s’accélèrent car la biodiversité et
la biomasse globale augmentent rapidement.
5) Apparition des formes de vie modernes au fur et à
mesure que l’O2 s’approche des concentrations
modernes. Les fortes concentrations d’O2 peuvent
favoriser l’efficacité des réactions métaboliques et le
développement de nouvelles niches écologiques
