Approche du temps en biologie et géologie

Ce chapitre n'est pas exigible au bac mais il est très intéressant pour introduire le programme autour des notions de stabilité et de variabilité : à regarder !

L’appréhension de la dimension temporelle en biologie/géologie


I – Stabilité et variabilité des enveloppes biologique et géologique au cours des temps

Le temps est une notion difficilement définissable ; elle englobe l’idée de durée, de succession mais aussi de simultanéité ce qui permet de parler de passé, de présent et d’avenir. Le temps se définit donc en repérant des évènements, en déterminant leur durée respective et en les replaçant les uns par rapport aux autres.
L’Univers est âgé de 15 milliards d’années, selon la théorie actuelle du Big-Bang. La Terre est âgée de 4,6 milliard d’années et la durée des phénomènes géologiques est très variable : du milliard d’années (109 années) pour le cycle des super-continents à la seconde pour les tremblements de terre ou les impacts météoritiques, en passant par des dizaines voir des centaines de millions d’années pour un cycle orogénique (formation/disparition d’une chaîne de montagnes), quelques milliers d’années pour les cycles glaciaires, quelques mois à quelques jours pour des phases d’activités volcaniques normales.
En ce qui concerne le vivant, excepté la durée de vie moyenne d’une espèce, estimée à quelques millions d’années (3 millions d’années en moyenne), la notion de temps à l’échelle des organismes est beaucoup plus courte. Les durées de vie des êtres vivants, mesurées en années, en mois, voire en jours, sont très brèves par rapport aux phénomènes géologiques en général. Au sein des cellules, la notion de temps change encore d’échelle : la mitose dure quelques heures, un potentiel d’action est généré en 1 milliseconde, des réactions chimiques catalysées par les enzymes sont réalisées en une nanoseconde (10-9 seconde).

Durée des évènements
Evénements biologiques
Evènements géologiques
Inférieure à la seconde
Les réactions chimiques : de l’ordre de 10-10 seconde. Potentiel d’action.
Seconde, minute
Battement cardiaque.
Séisme, chute d’une météorite.
Heure, jour, mois
Division cellulaire, cycle cellulaire, éclosion d’un bourgeon.
Glissement de terrain.
Année
Croissance, durée de vie de certains animaux et végétaux.
Phase d’activité volcanique.
Dizaine d’années
Vie humaine.
Déplacement des lignes de rivage.
Centaine d’années
Migration d’une population.
Evolution du volume des glaciers.
Millier d’années
Mise en place d’une espèce.
Variation climatique importante : période de glaciation…
Million d’années
Durée de vie d’une espèce.
Mise en place d’une chaîne de montagnes, d’un océan.
Milliard d’années
Apparition des premières formes vivantes.
Age de la Terre.

Evènements qui nous apparaissent variables, évènements qui nous apparaissent stables.

Habitués à une échelle de temps, réglée sur notre propre vie, sur notre propre rythme biologique, nous appréhendons spontanément des phénomènes dont la durée oscille entre la seconde et cent ans, la durée d’une vie humaine. Par contre il devient de plus en plus difficile de concevoir des durées au fur et à mesure que ces dernières s’éloignent de nos repères habituels. Ainsi un objet ou un phénomène nous apparaît comme stable si sa durée est beaucoup plus importante que la nôtre ou au contraire très rapide quand sa durée est inférieure à la nôtre.

II – Localisation dans le temps de quelques évènements majeurs de l’histoire de la Terre et de la Vie

La datation relative permet de positionner des évènements les uns par rapport aux autres. Cette méthode de datation permet de repositionner des évènements géologiques (ou paléontologiques), macroscopiques ou microscopiques, dans le temps, les uns par rapport aux autres : un évènement est plus jeune ou plus ancien qu’un autre. Cette méthode de datation ne permet en aucun cas de donner l’âge précis des évènements mais donner l’ordre de leur formation. La datation relative est fondée sur cinq principes : superposition, recoupement, inclusion, continuité et identité paléontologique, généralement utilisables de l’échelle du paysage à l’échelle du minéral.
La datation absolue permet de chiffrer le temps écoulé et de donner l’âge d’un évènement. La datation relative ne permet pas de chiffrer l’âge d’un phénomène géologique ou d’aborder directement la durée des phénomènes observés. Pour obtenir l’âge d’une strate, d’une roche, d’un minéral, exceptionnellement d’un fossile, ou la durée d’un phénomène, on utilise une méthode s’appuyant sur la désintégration d’isotopes radioactifs naturels. Cette transformation régulière d’un élément radioactif instable père (radionucléide) en élément fils stable (radiogénique) associé à un rayonnement (= hélium, = électron et/ou = proton) se fait à vitesse constante appelée constante radioactive  (propre à chaque isotope) et constitue de ce fait une véritable horloge. L’âge calculé de l’échantillon correspond au moment où les isotopes radioactifs de cet échantillon ont été confinés, enfermés au sein du matériel : aucun constituant n’a été échangé avec l’extérieur à partir de ce moment là : le système est fermé. La date trouvée est celle de la fermeture du système.
L’histoire du vivant s’inscrit dans celle de l’Univers et plus particulièrement dans l’histoire de la Terre. L’évolution conjointe de la Terre et de la Vie nécessite d’appréhender les échelles spatiale et temporelle des domaines biologique et géologique. Le temps en géologie est une mesure souvent difficile à appréhender. Les phénomènes géologiques, à l’échelle humaine, sont d’une manière générale mal appréciés car difficiles à concevoir. La chronologie relative associée à la datation absolue a permis aux scientifiques de créer l’échelle stratigraphique internationale de la caler dans le temps, de montrer l’existence d’une évolution des êtres vivants expliquant la diversité du monde vivant au cours des temps…

III – Synthèse et lien avec le programme de SVT

Notre planète, en ce qui concerne ses enveloppes, lithosphère, atmosphère, hydrosphère et biosphère, montre deux propriétés apparemment contradictoires : stabilité et variabilité. Cette contradiction disparaît si l’on prend en compte la dimension temporelle.
· Si à l’échelle humaine, la Terre paraît très stable, cet immobilisme apparent ne doit pas faire oublier les modification lentes mais considérables qu’a connu la planète depuis sa formation il y a 4,5 milliards d’années comme notamment la dislocation de la Pangée, les cycles orogéniques (de l’accrétion à la collision en passant par la subduction) et glaciaires.
· Le monde vivant présente une unité structurale (cellules, organites) et fonctionnelle (mitose, méiose, métabolismes autotrophe et hétérotrophe). Cette stabilité structurale et fonctionnelle se retrouve au sein d’espèces très diversifiées, très variables. Cette diversité du monde vivant est à l’origine de la conquête de tous les milieux et du maintien de la Vie au cours des temps géologiques. Cette stabilité de la vie au travers du temps nécessite :
Ø Une évolution plus ou moins rapide des espèces dont la variabilité génétique est au cœur même des mécanismes évolutifs.
Ø Une stabilité de l’espèce dont la procréation et, là encore, la variabilité génétique sont sous-tendus.
Ø Une stabilité de l’individu maintenu par la variabilité de certains de ces constituants comme les acteurs du système immunitaire.
Stabilité et variabilité serviront de fil conducteur au programme de terminale S.