Paléo-écologie

[SAMAH9191]

Paléoécologie

1. Concepts

a. de l'objet et de la méthode

Le passé n'est plus. Le passé n'est pas accessible à l'expérience et donc la méthode expérimentale ne peut plus s'utiliser. Nous ne sommes plus dans une science expérimentale. Ce n'est pas une science historique car l'histoire ne commence qu'avec l'apparition de l'écriture et des témoignages humains.

Cette science est la paléontologie (du grec "paléo": "ancien" et "ontos": "l'être"). Etant donné le rôle fédérateur de l'écologie actuellement (voir le page - un peu fouillis - sur l'écosystème), il est peut-être pertinent de parler de paléoécologie (toujours du grec "paléo": passé, "oikos": habitat, et "logos" : parler) quand on veut désigner les recherches sur les êtres vivants et leur vie passée.

Le problème central est celui du temps. Je vous renvoie aux pages d'introduction sur les questions fondamentales pour un premier contact avec cette question qui ne sera jamais close. J'essaie de présenter une petite vision "bergsonnienne" du problème et quelques réflexions plus hétéroclites, notamment sur le temps.

les fossiles et la fossilisation

étymologiquement fossile signifie "tiré de la terre" (du latin fodio, is, fodi, fossum = creuser, fouir) et on trouve principalement deux types de définitions:

* un fossile désigne toute trace ou reste d'être vivant aujourd'hui disparu; dans ce cas les "fossiles vivants" sont des exceptions car ils appartiennent à des êtres vivant actuellement mais dont les restes peuvent être très anciens.

* un fossile désigne toute trace ou reste d'être vivant mort trouvé dans une roche sédimentaire ; les exceptions sont les organismes conservés dans l'ambre, qui est une résine fossile (insectes comme des fourmis datant de l'ère tertiaire; si vous vous intéressez à l'ambre voyez le tout nouveau livre et le site internet d'un spécialiste à l'adresse http://ambre.jaune.free.fr/ ), des rhinocéros momifiés dans les asphaltes des Carpates, les mammouths congelés dans les glaces de Sibérie et dont l'estomac gardait encore «surgelées» les dernières plantes qu'ils avaient ingérés.

La fossilisation désigne l'ensemble des phénomènes qui conduisent à la formation d'un fossile ou plus précisément à la conservation des êtres vivants ou de leurs traces dans les sédiments puis dans les roches sédimentaires.

A sa mort le cadavre d'un être vivant est enfoui progressivement dans le sédiment (enfouissement).

Le sédiment étant un milieu de vie, la matière organique du cadavre est habituellement rapidement et entièrement oxydée par les microorganismes du sédiment (en H2O, CO2, CH4, NO3-, SO42-...). Parfois la minéralisation de la matière organique n'est que partielle et des hydrocarbures ou des gaz organiques peuvent être produits lorsque l'accumulation de cadavres est très importante. Cela donne lieu à la génèse de kérogène à la base des roches carbonées (voir sous-sol). Parfois encore, dans des conditions très particulières (fortement réductrices ou à une température très basse) qui empêchent l'oxydation de la matière organique, cette dernière peut se dessécher et être conservée (dans l'ambre, l'alsphate, la glace; on cite également des fragments de peau momifiés de quelques Reptiles de l'ère secondaire (Iguanodon , Anatosaurus et Ichthyosaurus) ainsi que les micro-organismes fossilisés dans les silex qui auraient conservé leur matière organique toujours susceptible de coloration). Dans des conditions réductrices et sans vie la matière organique peut être conservée des dizaines voir des centaines de millions d'années: par exemple on a pu retrouver et déterminer les protéines d'ossements de Dinosauriens de 150 millions d'années et de Poissons de 250 millions d'années. Des analyses biochimiques analogues ont permis de découvrir des traces de chlorophylle dans des roches très anciennes n'ayant pas conservé le moindre vestige identifiable de Végétaux, même tout à fait inférieurs.

Pendant la diagénèse qui affecte le sédiment incluant le fossile en formation, les éléments minéraux du cadavre subissent les mêmes transformations que sa gangue. C'est pour cela qu'il faut des conditions très particulières pour que les structures de l'être vivant soient conservées. Les parties dures (os, dents, coquilles, squelettes minéralisés d'une façon générale...) se conservent bien évidemment le plus facilement, bien qu'elles soient la plupart du temps recristallisées. La cristallisation nouvelle peut se faire soit avec le même minéral: calcite -> calcite; soit avec un autre minéral: par exemple: calcite -> silice (silicification) ou calcite -> dolomie (dolomitisation), hydroxyapatite de l'os (Ca10 (PO4)6 (OH)2) --> francolite (carbonate de fluoroapatite résultant du remplacement des ions hydroxyle par le fluor dans l'hydroxyapatite)... Les parois végétales, organiques mais fortement indurées par la lignine, peuvent aussi s'imprégner de silice et conserver ainsi leur forme (bois silicifiés). Lorsque l'on a remplacement d'un élément (minéral ou organique) par un autre, avec conservation plus ou moins fine de la structure, on parle d'épigénie, ou d'une façon plus générale, de métasomatose (si l'on veut désigner le phénomène de croissance minérale avec remplacement d'un minéral par un autre). L'épigenèse interviendrait en fait après la diagénèse (du grec épi = au-dessus et dia = à travers) mais les phénomènes sont certainement fortement imbriqués et il est difficile de reconstituer leur part réciproque dans l'histoire d'un fossile. Les traces les plus fréquentes sont les moules internes et externes des coquilles d'invertébrés: seul le sédiment remplissant la coquille ou moulant l'extérieur de celle-ci conserve la trace de l'animal lors de sa transformation en roche sédimentaire. La forme de la coquille est alors conservée du fait de l'arrangement spatial des cristaux de la roche sédimentaire formant le moule: il n'y a plus aucun élément ni minéral ni organique appartenant à l'animal fossilisé. Très rarement on retrouve des empreintes de parties molles.

Un article: "La fossilisation : une exception conjoncturelle", Christiane Denys, Pour La Science, 292, février 2002

b. l'actualisme

Une formulation de l' actualisme ou du ...principe des causes actuelles

Les lois expérimentales

(actuelles, vérifiables, donc toujours soumises à l'expérience...)

étaient aussi valables par le passé.

Cette formulation n'est certainement ni la seule exacte, ni la plus historique (si je ne me trompe c'est d'abord le catastrophisme de Cuvier qui a dominé (révolutions subites) et a été remplacé par l'uniformitarisme de Lyell et de Lamarck (théorie du développement continu) pour finalement déboucher sur cette présentation moderne d'un principe philosophique plus ancien qui dépasse de loin la querelle catastrophisme-uniformitarisme), mais elle peut s'appliquer aisément à notre méthode.

Le principe des causes actuelles nous permet de dire que les causes de l'évolution sont actuellement décelables car actuellement en jeu. Je précise : les causes et non pas forcément les mécanismes, dans le sens où il peut très bien y avoir eu des étapes dans l'évolution qui sont passés et ne se reproduiront plus. Ce sur quoi il est nécessaire de s'accorder c'est sur la causalité et donc sur la validité des lois expérimentales par le passé. Les lois expérimentales découvertes actuellement s'appliquaient par le passé.

En énonçant ce principe, le scientifique sait qu'il fait reposer sa connaissance sur un principe raisonnable, mais qui n'est pas scientifique, dans le sens où il n'est pas démontrable expérimentalement. Toute discussion de la validité de ce principe reste dans le cadre d'une discussion scientifique, mais se fait, non pas avec les outils du scientifique, mais avec ceux du philosophe.

L'uniformitarisme est une version très différente, qui stipule que les mécanismes actuels sont les mêmes que par le passé. Il ne s'agit plus des causes, mais des phénomènes eux-mêmes, de leur vitesse... on y oppose le catastrophisme, qui lui préfère des mécanismes différents. Aucun de ces deux principes n'est utile pour le géologue (je veux dire qu'aucun n'est indispensable, et qu'on peut donc les rejeter comme principes).

Remarque:

cette notion est-elle accessible à un enfant du primaire ? Je n'ai pas de réponse tranchée, mais, d'après ma toute jeune expérience, il semblerait que les enfants ne se posent pas la question. Si l'on ne sème pas le doute dans leur esprit, il acceptent les lois actuelles comme éternelles. Faut-il semer ce doute ? Je ne le pense pas. Mais par contre je crois que tout enseignant doit connaître les limites de la méthode. Si des questions sont posées il pourra répondre dans ce sens. Mais concevoir un enseignement qui irait contre les représentations pourtant bien souvent peu précautionneuses et peu nuancées de ceux qui racontent "l'histoire de la vie" ne me semble pas pertinent . En un sens, que sont ces journalistes (et parfois certains scientifiques) qui déroulent l'histoire de la vie comme un conte de fée, si ce n'est des grands enfants ? Par contre il est clair qu'en lycée il est grand temps de les aider à se poser ces questions. A mon avis il n'est jamais trop tôt pour susciter des questions vraies (dans le sens de la recherche de la vérité) chez un enfant mais il n'est pas bon de conseiller de généraliser telle ou telle pratique.

c. les datations

Les principaux éléments de ce paragraphe sont repris et simplifiés du cours de TS de spécialité.

Dans le domaine préhistorique (avant l'histoire, qui commence avec l'apparition de l'écriture et donc vers -4000 ans, à -2000 ans selon les régions, avant Jésus-Christ) ou plutôt paléontologique, les techniques de datation sont souvent qualifiées un peu rapidement soit d'absolues soit de relatives. Je leur préfère les termes de datation expérimentale et de datation logique : en voici les raisons.

• Datations expérimentales

les datations expérimentales sont faites sur des objets matériels (minéral, roche, inclusion fluide...) et les résultats sont fournis avec une incertitude.

La méthode la plus employée est la datation isotopique mais il existe d'autres méthodes comme la thermoluminescence, l'utilisation de la spectroscopie infrarouge....

Datation isotopique

On utilise des couple d'isotopes (l'un instable et l'autre stable) et des isotopes stables de référence. Un élément isotopique père instable (radiogène) se transforme en un élément fils stable (radiogénique) par émission de particules alpha (noyaux d'He), bêta (électrons) ou gamma (photons), selon une loi de désintégration qui est fonction du temps. Sa formule générale est

dN/dt = N 

où dN est le nombre d'atomes qui se désintègrent par radioactivité, dt est l'intervalle de temps considéré et  est la constante de désintégration propre à chaque élément radioactif. On peut extraire t qui est donné par la formule: t = 1/ln[No/N] où No est la quantité initiale de l'élément N radioactif au moment de la fermeture du système.

Cette loi est expérimentale, établie à partir d'échantillons actuels est supposée valable par le passé (l'actualisme est donc un premier postulat).

On a donc un deuxième postulat: le système ne s'est pas réouvert depuis sa fermeture. En d'autres termes, la disparition de l'isotope père ne se fait que par radioactivité. Ce postulat devrait toujours être précisé quand on s'adresse à des élèves.

On utilise habituellement la période T (ou demi-vie) qui est le temps nécessaire pour que la moitié de la masse initiale de l'élément père ait disparu (T = 1/ln2).

L'incertitude dépend d'une part de l'élément considéré et de sa constante radioactive (certains isotopes sont adaptés à la mesure d'objets très anciens (238U par exemple), d'autres très récents (14C par exemple)). Voici un tableau qui donne quelques périodes pour quelques couples (in Géologie, objets et méthodes, J.Dercourt et J.Paquet, Dunod, 1992):

Éléments radiogènes Éléments radiogéniques Type de radioactivité Période (T) en années

238U 206Pb alpha 4,468.109

235U 207Pb alpha 0,704.109

232Th 208Pb alpha 14,01.109

40K 40Ar + 40Ca gamma 1,25.109

87Rb 87Sr beta 48,8.109

14C 14N beta 5,568.103

147Sm 143Nd alpha 1,06.1011

Représentation graphique schématique d'un loi théorique de désintégration radioactive

Le domaine bleu est un domaine où une erreur de concentration n'a que peu d'incidence sur la valeur de t estimée,

alors que le domaine vert est un domaine où la valeur de t est très incertaine, la moindre erreur sur la détermination de N provoquant une erreur très importante sur l'estimation de t.

L'incertitude dépend d'autre part de la quantité d'élément radioactif dans l'objet analysé: la mesure de concentration se fait à l'aide d'un spectromètre de masse. L'incertitude de cette mesure est d'autant plus faible que la teneur en élément est grande. Pour une description de la méthode voir par exemple Géologie, objets et méthodes, J.Dercourt et J.Paquet, Dunod, 1992, p 31-32. Il est à déplorer qu'aucune incertitude ne soit donnée, ici encore.

•

Si l'exposé des techniques de datation expérimentale est évidemment inadapté au primaire, il est certain par contre que si l'on donne une datation elle doit être accompagnée d'une ou plutôt de deux incertitudes dont voici un exemple de formulation:

Des géologues ont daté un petit morceau de granite de 180 millions d'années grâce à des techniques très complexes et chères (on mesure des quantités extrêmement petites d'éléments très lourds et très rares comme le plomb ou l'uranium présents dans la roche ou dans de toutes petites des bulles de gaz ou de liquides piégées dans la roche lors de sa solidification à partir du magma: ces éléments se décomposent l'un dans l'autre au cours du temps: par exemple l'uranium se transforme petit à petit en plomb). Mais cet âge qui dépasse l'imagination est donné avec deux incertitudes*: c'est-à-dire deux conditions qu'il faut connaître pour comprendre la valeur incertaine de ce chiffre: d'abord il y a une incertitude liée à la mesure parce que les quantités sont tellement petites que l'on peut se tromper (un peu): pour ce granite elle est de 10 millions d'années (ce qui veut dire que l'on pense que l'âge du granite est compris entre 190 millions d'années et 170 millions d'années) ; ensuite il y a une autre incertitude qui est une condition beaucoup plus gênante car elle fait que l'on peut se tromper complètement sur l'âge qui n'est peut-être pas de 180 millions d'années mais 500 millions d'années comme 1 million d'années, c'est pourquoi on l'appelle une incertitude absolue: celle-ci est due au fait que si l'on trouve très peu d'éléments que l'on cherche à trouver dans la roche (plomb par exemple), ce peut-être non pas parce que la roche est très jeune (très peu d'uranium s'est transformé en plomb) mais parce que le plomb s'est échappé de la roche pour une cause ou une autre. C'est donc pour cela que les géologues sont toujours très prudents et savent bien que les âges qu'ils donnent ne sont vrais que si cette condition est remplie, ce qui n'est jamais sûr.

* une incertitude en science expérimentale exprime par un chiffre les limites dans lesquelles une mesure peut varier sans changer de valeur ("valeur "au sens non pas de "valeur absolue" mais au sens de "signification naturelle"); l'incertitude dépend de l'outil qui sert à mesurer. Par exemple si je mesure ma taille avec un double décimètre je ne vais pas forcément trouver la même valeur que si je me mesure avec un double-mètre ou avec une toise. Si l'on peut considérer que ma taille est fixe, présente une valeur finie, il est certain cependant que, même avec un gigantesque pied à coulisse où même avec un système très complexe de faisceau laser, la mesure de ma taille ne pourra jamais être faite avec une précision supérieure à environ 1 mm : il suffit que je me tienne plus ou moins droit pour que ma taille change un peu. De la même façon, dans les objets naturels, les mesures ne sont jamais absolues (reproductibles sans aucune varaition) et il faut donc leur attacher une incertitude.

• Datation logique ou datation relative Cette méthode consiste à comparer logiquement des objets (matériels ou formels) entre eux et en déduire des relations relatives à leur chronologie. Comme toute datation, elle repose sur l'actualisme. Les principes logiques les plus utilisés sont:

* le principe de superposition (stratigraphique): Une couche sédimentaire est plus récente que celle qu'elle recouvre; qui peut être généralisé en un "principe de recouvrement" : Une structure (couche sédimentaire ou volcanosédimentaire ou coulée volcanique...) qui en recouvre une autre est postérieure à cette dernière.

* le principe de continuité (stratigraphique): Une couche sédimentaire limitée par un plancher (à la base) et par un toit (au sommet) et définie par un faciès donné (ensemble des conditions de dépôt du sédiment ayant donné naissance à la roche) est de même âge en tous ses points; qui peut être généralisé en un "principe d'extension": Deux structures voisines (couches sédimentaires ou volcanosédimentaires ou coulées volcaniques...) présentant les mêmes caractères lithologiques et/ou biologiques (faciès lithologique et biologique) sont de même âge et formaient par le passé une structure continue.

* le principe d'identité paléontologique: Deux couches ou deux séries de couches sédimentaires de même contenu paléontologique en fossiles stratigraphiques (fossiles caractérisés par une extension géographique maximale et une extension chronologique minimale) ont le même âge.

* le principe de recoupement: Toute structure qui en recoupe une autre est postérieure à cette dernière.

* le principe d'inclusion: Toute structure incluse dans une autre lui est antérieure.

Ces techniques de datation expérimentale et logique ont permis d'établir une échelle des temps géologiques ou échelle biostratigraphique, qui tient compte du maximum de résultats obtenus par toutes les méthodes accessibles. Elle est en incessant remaniement, du moins dans le détail des subdivisions temporelles.

d. l'évolution des êtres vivants sur la terre

Pour tous les étudiants intéressés, je vous invite à vous plonger dans le cours de TS, qui présente bien d'autres ouvertures sur cette question.

En ce début de XXIème siècle:

L'évolution (évolution biologique) c'est l'histoire des êtres vivants sur la terre. De nombreuses théories proposent des explications à l'aide de diverses philosophies (notamment à la lumière de l'épistémologie moderne), de la paléontologie (science historique), de la génétique des populations, de la biochimie.

Du point de vue de l'histoire des sciences,

l'évolution, comme elle est comprise de nos jours, est en fait le transformisme (théorie selon laquelle les êtres vivants dérivent les uns des autres au cours des temps géologiques par une série de transformations) qui s'oppose au fixisme (les organismes vivants ne se transforment pas et ne dérivent pas les uns des autres - cette doctrine n'étant plus acceptée par aucun biologiste, à moins que cela ne soit pour des raisons philosophiques ou religieuses).

Pour simplifier on pourrait dire que c'est Lamarck qui a développé le transformisme puis Darwin alors que Cuvier était fixiste (voir l'article de Jacques Roger). Certaines personnes mal informées confondent fixisme et créationnisme qui devrait désigner une croyance (religieuse) selon laquelle tous les êtres vivants ont été créés individuellement par Dieu. Le problème est que ce dogme de la création par Dieu ne nécessite pas d'être appelé créationnisme, il n'a rien à voir avec une doctrine philosophique. C'est la reconnaissance de la dépendance absolue de chaque être vivant à chaque instant envers son Créateur qui le maintient dans l'être. C'est plutôt ce que l'on pourrait appelée une création continuée. En utilisant ce sens de "croyant en une création individuelle des êtres vivants", on peut être créationniste et transformiste (comme le propose actuellement l'église catholique) et créationniste et fixiste (comme le sont quelques grouopes protestants, notamment aux États Unis, d'après ce que je crois savoir).

L'évolutionnisme est une doctrine philosophique dont les sens ont été fluctuants au cours de l'histoire. Voici par exemple deux extraits de textes

• « Le mot "évolution" apparaît, dans la langue scientifique du XVIIIe siècle, pour désigner, conformément à son étymologie, le dépliement, le déploiement du germe de l'être vivant, considéré alors comme créé par Dieu au commencement du monde. Il appartient donc, chez C. Bonnet par exemple, au vocabulaire du créationnisme fixiste, et il est employé en ce sens pendant une partie du XIXe siècle, comme son homologue allemand Entwicklung . Le puissant mouvement historiciste qui s'empara de la pensée européenne dans la première moitié du XIXe siècle, en faisant considérer l'histoire de la nature et de l'humanité comme un «développement» graduel, généralisa l'emploi analogique du mot. C. Lyell (Principles of Geology , 1830-1833) parle d'évolution en géologie, en l'opposant aux théories «catastrophistes». On mit en parallèle l'évolution de la surface du globe et celle du monde vivant, déjà comparée au développement d'un animal unique (G. Goldfuss, Grundriss der Zoologie , 1826). Appliqué à la nature vivante ou à l'humanité, cet évolutionnisme généralisé suppose le plus souvent un principe interne de développement et un progrès général, but avoué ou sous-entendu, de l'évolution. La doctrine de l'évolution apparaît, avec toute sa force et sa généralité, dans l'œuvre de Spencer, qui emploie le mot en ce sens dès 1854, et fit plus que personne pour le populariser, en particulier dans ses Principles of Biology (1864-1867), où il se montrait d'ailleurs plus proche de Lamarck que de Darwin, ce qui est facile à comprendre. En effet, le mot evolution n'appartient pas au vocabulaire original de Darwin. Dans De l'origine des espèces , il n'apparaît qu'à la sixième édition, et il y désigne beaucoup plus un refus général du créationnisme fixiste que le transformisme darwinien proprement dit. C'est que Darwin se méfie des philosophes, et singulièrement de Spencer. Il entend rester sur le seul terrain scientifique; son originalité propre est d'expliquer la transformation progressive des espèces par un mécanisme qui exclut tout finalisme et tout principe inné de développement. Son vocabulaire est donc très neutre et descriptif: il parle de transmutation ou de mutation des espèces, et définit son propre système comme une theory of modification through natural selection , une theory of descent with subsequent modification . C'est par la suite, et au grand dépit de Spencer, que Darwin fut considéré comme le héraut de l'évolution. Le mot «évolution» fait référence à une philosophie du développement graduel et continu de la nature et de l'humanité, animé par un principe interne et orienté vers le progrès; le mot «transformisme» désigne précisément et exclusivement la théorie biologique de la transformation et de la filiation des espèces. En ce sens, saint Augustin est évolutionniste et non transformiste; Lamarck, Spencer, Bergson, Teilhard de Chardin sont à la fois évolutionnistes (comme philosophes) et transformistes (comme savants); Darwin est transformiste et non évolutionniste. Les biologistes contemporains, même lorsqu'ils se disent évolutionnistes, sont en réalité transformistes: ainsi J. Monod, qui attaque, comme non scientifiques, les philosophies évolutionnistes (Le Hasard et la Nécessité ). Dans ces conditions, et malgré l'usage établi, on peut regretter que «transformisme», qui est univoque, disparaisse devant «évolutionnisme», qui demeure ambigu.» (Pour plus de détails voir l'article de Jacques Roger)

• « Au XVIIIe siècle, on nommait évolution tout d'abord les phases successives par lesquelles passe l'être vivant avant d'atteindre sa forme parfaite; il était en quelque sorte synonyme de développement , celui-ci couvrant l'embryogenèse et la croissance postembryonnaire (avec ou sans métamorphose) jusqu'à la forme adulte apte à se reproduire. Puis, sous l'influence des préformistes (Haller, Bonnet, Meckel, Réaumur...), le terme évolution s'appliqua à la théorie selon laquelle toute l'organisation de l'être est présente dans le germe: «Le germe préexiste à la fécondation. Toutes les parties essentielles ont coexisté dans le même temps. Le développement des unes paraît précéder celui des autres. Leur consistance, leurs proportions relatives, leur forme, leur situation subissent peu à peu de très grands changements» (C. Bonnet, Considérations sur les corps organisés , t. III des Œuvres complètes , Neuchâtel, 1779, pp. 111 et 112). Les préformistes étaient alors qualifiés d'évolutionnistes ; on les opposait aux épigénistes , pour qui l'embryon se forme peu à peu à partir d'un plasma amorphe, une modification en provoquant une autre.

Dès lors, les raisons sont évidentes pour lesquelles le terme évolution ne pouvait venir sous la plume de Lamarck, épigéniste convaincu, pour désigner sa doctrine de la filiation des espèces. Pour des raisons peu claires, Darwin laissa, lui aussi, sa doctrine innomée.

Si ce n'est Herbert Spencer qui le premier utilisa le terme évolution dans son sens actuel, il lui revient de l'avoir fait connaître par ses livres dont la diffusion fut mondiale. Thomas Huxley , le plus ardent des propagandistes du darwinisme, utilisa très largement le terme évolution, aujourd'hui universellement employé. » (voir extrait plus complet de l'article de Pierre-Paul Grassé)

Voici un essai de résumé de certaines théories et hypothèses évolutionnistes (ce sont souvent mes mots et non ceux de l'auteur et avec un sens moderne et non historique, d'où à mon avis la stérilité de telles définitions caricaturales, mais je les donne pour essayer d'aider les candidats au CRPE):

• lamarckisme, Lamarck (1744-1829): il existe une graduation, les organismes tendant naturellement vers une complexité de plus en plus poussée ; le milieu modèle l'individu ; ces modifications sont héréditaires

• darwinisme, Darwin (1809-1882): les populations naturelles se reproduisent en nombre excessif et subissent des modifications dues au hasard ; un certain nombre d'individus doivent donc être éliminés par la sélection naturelle

• la sélection naturelle au sens moderne est une causalité donnant une direction à l'évolution : le milieu (pression sélective du milieu) sélectionne les individus les plus aptes. Certains scientifiques appliquent ce principe jusqu'aux molécules dont l'organisation spatiale et structurelle peut-être vue comme une adapatation-sélection. La causalité est alors diluée dans les mécanismes physico-chimiques décrivant le réel. On est alors vraiment dans le cadre d'une philosophie mécaniciste, ce qui n'a plus grand chose à voir avec le darwinisme, qui est une théorie du vivant qui peut s'accommoder d'un vitalisme. Pour des détails voir cours de TS , des textes annexes sur la sélection naturelle et surtout les textes de G. Canguilhem, notamment le vivant et son milieu qui pose à mon avis le vrai problème philosophique: « Chez Darwin, on peut dire que le finalisme est dans les mots (on lui a assez reproché son terme de sélection) il n'est pas dans les choses. Chez Lamarck, il y a moins finalisme que vitalisme.»

• mutationnisme : les mutations sont le moteur de l'évolution, le passage d'une espèce à l'autre se fait par mutation brusque

• neutralisme : les mutations sont "neutres": elles ne se traduisent ni par un avantage, ni par un désavantage; la sélection naturelle ne fait qu'éliminer les mutations les plus nocives

• dans le cadre de l'évolution "génétique" gouvernée par les gènes (les gènes comme support non plus uniquement de l'information génétique (génome codant pour les protéines) mais aussi du développement de l'organisme (le génome comme programme génétique) et à l'échelle des individus, le moteur de l'évolution proposé par les néodarwinistes est la variabilité génétique qui peut présenter plusieurs modalités.

o microévolution : l'évolution génétique est progressive et lente (pratiquement continue) notamment par des mutations au niveau des gènes de structure

o macroévolution : l'évolution génétique est brusque et rapide notamment par modifications de gènes de régulation et de développement, par des mécanismes chromosomiques comme des translocations, duplications....

• spéciation : c'est le moteur de l'évolution des néodarwiniens qui en font le mécanisme de l'évolution à l'échelle des populations. En voici un résumé caricatural : de nouveaux individus apparaissent au sein des populations (l'origine de la diversité se trouve dans la variabilité génétique...). Certains sont plus performants que d'autres (?) ce qu'ils appellent l'adaptation (Y-a-t-il un individu qui ne soit pas adapté à son milieu ? Non justement vous répondra-t-on, à moins que celui-ci ne se soit déplacé ! ...). Ils sont sélectionnés positivement (c'est la sélection naturelle ou pression sélective du milieu) car ils se reproduisent plus (?) ou mieux (??). Leur isolement reproductif (barrière physique) ou géographique (du par exemple à la dérive des continents: une ouverture océanique par exemple...) en fait une nouvelle espèce.

• Stephen Jay Gould, N. Eldredge, S. M. Stanley, paléontologistes américains, ont proposé dans les années soixante-dix, un nouveau modèle d'évolution, dit des «équilibres ponctués» selon lequel l'apparition de nouvelles espèces est un phénomène «rapide» (à l'échelle des temps géologiques) et suivi de longues périodes de stabilité des formes (ou «stases») : on parle aussi d'évolution discontinue et saltationniste (ou encore buissonnante), par opposition à un modèle continu et gradualiste. Ce modèle permettait de réconcilier la macro et la microévolution qui divisaient les généticiens. Depuis la théorie synthétique de l'évolution préfère parler d'évolution buissonnante.

• cladisme (méthode cladistique): c'est une nouvelle méthode de construction d'arbres phylogénétiques (voir cladisme dans le cours de TS)

• néolamarckisme : le milieu modèle les gènes et peut même provoquer l'apparition de nouveaux gènes ; ces modifications génétiques peuvent être héréditaires (certains généticiens défendent cette hypothèse et refusent une interprétation néodarwinienne de la macroévolution)

• néodarwinisme ou théorie synthétique de l'évolution : les mutations se font au hasard (évolution buissonnante) et sont triées par la sélection naturelle (pression sélective du milieu).

Remarques personnelles:

* De nos jours, l'épistémologie moderne, dans son effort de travail sur les obstacles épistémologiques, recherche systématiquement des références à ces systèmes de pensée historiques. De nombreux didacticiens des sciences et surtout des sciences de la vie et de la terre ce sont emparés de ces analyses et cherchent à retrouver ces obstacles, chez les enfants du primaire. Il n'est pas rare que dans les interprétations psychanalytiques des productions d'enfants, on fasse appel à ce type d'obstacles épistémologiques comme si l'enfant revivait cette loi biogénétique fondamentale de Haeckel (voir cours de TS) et passait successivement par les étapes historiques du développement de la pensée humaine sur l'évolution des espèces. Je me demande quelle est la validité de ces analyses. Dire qu'un enfant présente un obstacle préformiste s'il dessine un bébé en réduction dans le spermatozoïde paternel, relève d'un amalgame à mon sens. Il s'agit pour moi d'une erreur due à une lacune de savoir et qui peut être comblée par un information ad hoc. Aller rechercher l'origine de ce dessin dans le subconscient de l'enfant relève d'une toute autre science que la didactique de la biologie et je le laisse volontiers à d'autres.

* Certains collègues s'escriment à faire émettre aux enfants des hypothèses fixistes pour mieux les combattre et leur "prouver" le transformisme (surtout en lycée). Étant donné les connaissances variées mais superficielles de nos enfants, et le discours médiatique sur l'évolution très uniforme, je pense que l'on ne peut vraiment les faire réfléchir à ces questions que si on les aborde par le biais de l'histoire des sciences. Ceci me semble difficile mais pas impossible au primaire. Voilà un défi que je suis prêt à relever avec un stagiaire que cela intéresserait.

Un essai de travail à faire avec les enfants sur des fossiles afin de documenter (construire ?) la notion d'évolution (ptérosaures et premiers oiseaux....)

2. formulations-questions-activités par cycle

La prudence (et parfois l'indécision) affichée dans mes formulations reflète ma conviction que dans le domaine de cette science non expérimentale, s'il n'est pas mauvais de raconter des histoires, il n'est peut-être pas bon de faire croire aux enfants que c'est une histoire vraie, même si nous en avons l'intime conviction.

cycle 1 cycle 2 cycle 3

évocations du programme:

"au début était le rythme" du rythme de l'enfant au rythme de la vie :

naissance, croissance, mort

présent-passé -futur (une prise de conscience du futur comme attente, projet, souhait...) du rythme de la vie au rythme de la terre (écosystème)

les saisons et les rythmes de vie des êtres vivants

présent-passé-futur (l'enfant se situe dans le passé et le futur proches, et progressivement, par rapport à un passé et à un futur plus lointains) du rythme de la terre au rythme de l'univers (du temps abstrait au temps concret)

traces de l'évolution des êtres vivants

division sociale et naturelle du temps abstrait (jour-semaine-mois-année-calendrier-agenda)

approche de l'histoire: la famille du passé (généalogie) et le patrimoine (histoire des hommes), témoignages mouvement apparent du soleil et rotation de la terre

mesure du temps (clepsydre, cadran solaire, appareils mécaniques, utilisation d'appareils électroniques)

succession chronologique des événements de l'histoire de France replacés dans l'histoire de l'Europe et du monde

le temps d'avant l'histoire Certaines histoires sont vraies car elles ont vraiment eu lieu par le passé. D'autres histoires sont des rêves ou des histoires imaginées qui n'ont jamais eu lieu.

Ce qui nous aide à savoir si une histoire est vraie ou non est d'abord la connaissance de la personne qui nous la raconte (on peut lui faire confiance ou ne pas lui faire confiance). L'histoire, période et science, commence avec l'apparition de l'écriture. La préhistoire* est le temps et la science de l'homme d'avant l'histoire.

La paléontologie est la science qui étudie les êtres vivants du passé. La paléoécologie est la science qui étudie les écosystèmes du passé.

Personne ne peut dire: j'ai créé la vie.

Comme tous les êtres vivants, l'homme vient à la vie par d'autres êtres vivants (parents). On imagine donc une chaîne ininterrompue d'êtres vivants des plus vieux (ou premiers ?) organismes aux êtres vivants actuels.

La vie vient d'avant l'homme : des êtres vivants vivaient probablement avant l'homme. L'homme a probablement existé avant d'écrire (il peut parler et faire, ce qui peut lui suffire pour montrer et donc transmettre à ses enfants ce qu'il est et ce qu'il a: sa culture): il y a donc probablement eu des hommes préhistoriques.

Comment savoir qu'un squelette ancien ou un outil appartenait à un homme préhistorique ? On a des indices, on peut en avoir la conviction mais il ne peut pas y avoir de preuve scientifique, expérimentale, testable (par une expérience). La préhistoire est une science de l'homme qui utilise les sciences expérimentales mais qui n'est pas expérimentale par sa méthode (on ne fait pas d'expériences sur des phénomènes passés) : il n'y a donc pas de vérité scientifique expérimentale (pour laquelle tous les scientifiques seraient d'accord) dans le domaine de la préhistoire.

Existait-il quelque chose avant la vie ? Les physiciens spécialistes de l'univers (astrophysiciens) ont construit des modèles qui font remonter la formation de la terre à 4,5 milliards d'années à partir d'un nuage de poussières qui se collent les unes aux autres. Pour eux, la vie n'apparaîtrait que vers 3,5 milliards d'années, une fois déposée la couche d'eau des océans à la surface de la planète refroidie. Tous les scénarios présentés ne sont que des histoires qui n'engagent que leur auteur.

Etude de récits** de l'origine du monde : contes traditionnels de divers peuples, livre de la Genèse (une histoire, une date plus ou moins précise, un peuple).

Comment dater une roche plus ancienne que l'homme ?

Les scientifiques utilisent deux sortes de méthodes : des méthodes logiques (qui comparent des roches entre elles) et des méthodes expérimentales (voir formulation ci-dessus) qui permettent de donner un âge (possible mais jamais certain) avec plus ou moins de précision.

Un fossile est la trace ou les restes conservés d'un être vivant mort il y a très longtemps.

Les impressionnants squelettes de dinosaures reconstitués dans les musées attestent de la vérité historique des formes de vies disparues actuellement. C'est le travail des paléontologues (paléoécologistes) que d'essayer de dater les fossiles le plus précisément possible et de retrouver tous les indices nous permettant de comprendre comment vivaient les organismes du passé ayant laissé ces fossiles. Leur principal travail est d'établir des comparaisons avec les organismes vivants actuellement. La fossilisation c'est la transformation d'un être vivant mort ou de sa trace (empreinte...) en fossile.

Les cadavres actuellement se trouvent dans (ou sur) le sol ou dans (ou sur) les sédiments (des lacs ou des mers). On trouve donc des fossiles surtout dans les roches sédimentaires, formées à partir des sédiments. Les fossiles sont rares dans les roches sédimentaires et extrêmement rares dans les roches métamorphiques et on n'en trouve jamais dans les roches magmatiques. La matière organique des cadavres ne se retrouve pas dans le fossile (lorsqu'il y a beaucoup de matière organique dans un sédiment, elle peut s'accumuler et donner des roches carbonées (voir roches). Mais l'empreinte des parties molles peut rester après départ de la matière organique. Les structures du cadavre de l'être vivant peuvent aussi être remplacées par des éléments minéraux et devenir petit à petit de plus en plus dures et être ainsi conservées (c'est l'épigénie: remplacement d'un minéral par un autre; mais ce peut-être aussi une simple recristallisation d'une partie déjà minérale comme une coquille ou un os). Dans certains cas, toute trace directe de l'être vivant à disparu et l'on n'observe que son moulage qui s'est fossilisé.

Des cadavres complets de mammouths conservés dans la glace ou d'insectes conservés dans l'ambre (résine) sont des cas rares de conservation sans réelle fossilisation.

Les plus vieilles formes que certains paléontologues pensent actuellement être des fossiles sont de minuscules bâtonnets qui apparaissent en relief dans des roches très dures (schistes) et qui rappellent des bactéries actuelles (bactéries bleues). Ils sont datées de plus de 1,5 milliards d'années.

Les plus vieux fossiles incontestables sont plus gros et ressemblent un peu à des insectes ; ils sont datés de quelques 500 millions d'années.

Au primaire l'intérêt n'est pas, à mon sens, d'étudier des concepts et des théories, mais bien de donner cette envie d'étudier et de comprendre le réel: il faut donc partir des fossiles et d'activités qui peuvent aider à comprendre la fossilisation. Disposer de matériel récolté dans la région est bien sûr l'idéal.

- des fossiles, de toutes les couleurs, de toutes sortes de roches (grès, schistes, calcaires coquilliers, silex taillés...): pour chacun donner son âge estimé (le replacer dans une frise chronologique affichée... Tavernier p 371), la roche dont il est extrait et donc le sédiment d'où il est issu et par là, approcher son milieu de vie, replacer l'organisme vivant qu'il rappelle dans la classification des organismes actuels (faire des comparaisons entre ce que l'on trouve à partir de la roche et ce que l'on trouve à partir de la classification);

- de l'argile (magasins de fournitures artistiques) et des restes d'êtres vivants de toutes sortes (feuilles, rameaux, coquilles, mousses...) afin de faire comprendre la notion d'empreinte, de moule interne et externe (quelques fossiles présentant ces moules seraient aussi bienvenus).

la formidable hypothèse L'évolutionnisme ou transformisme est une théorie (une grande hypothèse) selon laquelle tous les êtres vivants actuels proviennent d'êtres vivants anciens peu nombreux et ayant disparu actuellement (ancêtres), qui se seraient diversifiés. L'évolution biologique c'est l'histoire des êtres vivants sur la terre.

la préhistoire* Aucune connaissance exigible là encore mais peut-être faire naître ou favoriser cet enthousiasme pour les premiers outils ou les premières peintures rupestres; par contre un travail sur des moulages de crânes ou sur des dessins de squelette n'est à mon avis pas adapté au primaire :

- documents sur des mégalithes : reconstitutions avec des maquettes et des textes explicatifs suggérant leur histoire

- documents de peintures rupestres : réalisation d'un atelier de peinture sur paroi recouverte de sable collé avec des pigments naturels, recherche des formes épurées...

- outils préhistoriques et atelier de taille de silex (précautions particulières du fait du danger des éclats et éviter de laisser ensuite ces "faux" dans la nature), ou réalisation de haches ou lances et faisant une étude sur les ligatures (actuellement les ouvrages de préhistoire regorgent d'études très sérieuses réalisées en dimension réelle et on est surpris de l'ingéniosité des montages...).

* la protohistoire recouvre la connaissance des hommes sans écriture contemporains des premiers hommes avec écriture. Certains y voient une période de transition, d'autres une juxtaposition.

** Le but étant de s'affranchir de l'idée selon laquelle ces récits ne sont que des contes et que la vérité vient des résultats de la science. C'est le sens de ces récits qui fonde leur différence: ce n'est pas un problème de vérité scientifique: on ne peut pas dire "cela s'est passé comme cela" (puisque personne ne peut affirmer atteindre cette vérité expérimentale à laquelle le scientifique est si attaché) mais bien un problème de message: qu'est-ce que telle ou telle société traditionnelle véhicule dans ces récits ? Qu'est-ce que les paléontologues et les astrophysiciens apportent à notre vision du l'histoire du monde ? (Il faut oser répondre qu'ils n'apportent pas la vérité scientifique, qu'il n'y a pas de vérité scientifique expérimentale pour le passé).

[le sablais]

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le sablais

[Invité]

Je trouve l'article trop sceptique sur les questions portant sur la datation. Mon professeur date des zircons micrométriques à l'Uranium-Plomb et arrive à déterminer que le coeur du zircon est âgé de 470 Ma et que la périphérie de ce même zircon est vieille de 340 Ma ; donc, 130 Ma de différence entre quelques microns du réseau de ce zircon. (La technologie évolue très rapidement). Ensuite je trouve également que l'impact provoqué par la tectonique des plaques sur notre environnement est plus important que l'impact provoqué par les êtres vivants. Je pousserai encore plus loin en disant que c'est la tectonique même qui formule la direction que les êtres vivants vont suivre. Pour terminer, les plus vieilles traces de vie ne remontent ni à 500 millions d'années, ni à 1,5 milliards, mais à 3.6 Ga, autant dire qu’elles sont 7 fois plus vieilles. Ces traces sont des stromatolithes, soit des couches de calcaire ordonnées constituées par l'activité de cyanobactéries. De plus, les gisements de fer les plus riches que l'on exploite aujourd'hui sont d'un âge compris entre 3,8 et 1,8 Ga. Époque durant laquelle la photosynthèse faite par les cyanobactéries a engendré la création de dioxygène dans l'eau ; dioxygène qui permettait l'oxydation des ions ferreux dans l'eau ainsi que leur précipitation sous forme de magnétite. Bref la vie existait déjà durant l'Archéen, même si les traces les plus évidentes datent du Cambrien.