LA NAISSANCE DE L'UNIVERS : LE BIG BANG

Il y a environ 13,7 milliards d'années, un événement souvent comparé à une explosion permet le début de l'expansion de l'Univers : le Big Bang. C'est l'époque la plus chaude et la plus dense qu'ait connu l'Univers. Cette phase a été désignée pour la première fois sous le nom de "Big Bang" par le physicien anglais Fred Hoyle, en 1950. Avant le Big Bang, l'ensemble de la matière actuellement présente dans l'Univers (ou les composés qui en sont à l'origine puisque, selon Lavoisier, "rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme") se serait trouvée concentrée en un espace ponctuel de volume infinitésimal.

vue d'artiste du big bang

Vue d'artiste du Big Bang

Le concept général du Big Bang, à savoir que l'Univers est en expansion et a été plus chaud et plus dense dans le passé, doit être attribué au russe Alexandre Friedmann et au prêtre catholique belge Georges Lemaître qui,  respectivement en 1922 et en 1927, décrivirent l'expansion de l'Univers avant que celle-ci ne soit mise en évidence par Edwin Hubble en 1929. Cependant, la théorie du Big Bang ne fût établie définitivement qu'en 1965, avec la découverte du fond diffus cosmologique, le "pâle écho du Big Bang" selon les termes de Lemaître. Aujourd'hui, c'est la théorie la plus appréciée et la plus généralement admise par la communauté scientifique.

Il existe cependant d'autres théories, mais jusqu'à aujourd'hui aucune n'a été jugée suffisamment sérieuse, c'est-à-dire à la fois fondée théoriquement

et capable d'expliquer l'ensemble des observations actuelles. A noter cependant que les théories nouvelles de gravité quantique supposent l'existence d'un Univers "avant" le Big Bang, ce qui signifie que le Big Bang ne serait pas le début de toute chose (espace, temps, matière), mais une phase de transition. En effet, selon un autre modèle cosmologique théorique, dit du "Big Bounce", notre Univers serait la descendance de dizaines d'autres avant lui, qui se seraient succédés de façon cyclique. Chaque Univers aurait connu une phase d'expansion, avant d'entrer en compression jusqu'à redevenir ponctuel : c'est ce qu'on appelle le Big Crunch. Il se serait alors produit un nouveau Big Bang et un "nouvel" Univers serait né à partir de l'ancien, avant de se comprimer à son tour.

LES PREMIERS ÂGES DES LA TERRE

vue d'artiste de la formation de la terre

Vue d'artiste de la formation de la Terre

La Terre s'est formée il y a environ 4,5 milliards d'années. Elle n'était alors qu'une grosse boule de gaz et de poussières en fusion tournoyant sur elle-même. Au fil des millions d'années, cette nouvelle planète se différencie. Ses couches (croûte, manteau) se mettent en place, et elle expulse ses gaz. Dans le même temps, les matériaux dits "lourds" s'enfoncent profondément pour former le noyau de la Terre. La planète se gorge d'eau par condensation, et les courants atmosphériques et marins se mettent en place. Une longue phase d'érosion crée alors les toutes premières roches sédimentaires. La vie peut dès lors apparaître dans les mers : les cyanobactéries apparaissent il y a 3,5 à 3,8 milliards d'années. Ces premières formes de vie, capables de réaliser la photosynthèse à partir de la lumière du Soleil et du dioxyde de carbone présent en abondance, amorcent l’oxygénation de l'atmosphère. La croûte terrestre, formée de granite, de silice et de fer achève de se former. Au cours des milliards d'années, elle va peu à peu ressembler à la planète sur laquelle nous vivons et gagner son surnom de "planète bleue".

 

LES PREMIERES FORMES DE VIE

Il y 3,5 à 3,8 milliards d'années, pendant le  Précambrien, la vie s'installe sur Terre...ou, plus précisément, dans les océans. Les premières formes de vie ne sont guère impressionnantes : il s'agit des cyanobactéries. Bien que microscopiques, elles sont très importantes pour l'évolution de la vie. En effet, ce sont elles qui ont contribué à l'expansion des formes actuelles de vie sur Terre,  grâce à leur production d'oxygène par photosynthèse, et par leur contribution au premier puits biologique de carbone, l'élément de base de la vie sur Terre.

En s'organisant en colonies fixes appelées stromatolithes, elles permettent une désacidification des océans en produisant des carbonates de calcium CaCo3, et permettent ainsi l'apparition de nouvelles formes de vie.

stromatolithes

Stromatolithes actuels, en Australie

L'ECHELLE DES TEMPS GEOLOGIQUES

Les géologues ont découpé la très longue histoire de la Terre en ères : Précambrien (-3.8 milliards d'années à -542 millions d'années), Paléozoïque (-542 à -250 millions d'années), Mésozoïque (-250 à -65 millions d'années), et Cénozoïque (-65 à aujourd'hui, le Quaternaire étant maintenant considéré comme une période du Cénozoïque). Chacune de ces ères est subdivisée en périodes.

 

Une échelle des temps géologiques animée : http://www.johnkyrk.com/evolution.fr.html

echelle chronostratigraphique internationale

Échelle chronostratigraphique internationale (cliquez pour agrandir)

LA THEORIE DE L'EVOLUTION

La théorie de l'évolution fait partie des théories les plus acceptées aujourd'hui. Pourtant, cela n'a pas toujours été le cas... Les Grecs de l'Antiquité avaient reconnu l'origine biologique des fossiles, mais ne l'avaient pas intégrée dans un processus de transformation des espèces. Ainsi, Anaximandre (610 - 546 av.JC) postula que les premiers animaux vivaient dans l'eau, et que les animaux terrestres en étaient issus. Cependant, il ne s'agissait là que de réflexions philosophiques, sans réelles observations. Aristote, l'un des philosophes les plus influents du monde grec ancien, était lui fixiste, c'est-à-dire qu'il pensait que les animaux avaient tous été créés en même temps par une intelligence supérieure et n'avaient pas subi de changements depuis.

 

Par la suite, la pensée évolutionniste émerge dans le monde musulman du Moyen Âge, notamment chez les Frères de la Pureté, au Xe siècle, qui s'appuient sur les écrits hérités de la Grèce antique.

En Occident, ces écrits sont perdus pendant le Haut Moyen Âge. Cependant, les contacts avec la civilisation musulmanes conduit dès le XIIe siècle à une vague de traductions latines. Cependant, les traductions se faisaient à l'époque par des moines copistes, qui n'hésitaient pas à passer sous silence tous les passages contraires au point de vue de l'Eglise...

Au XVIe siècle, en Occident, la pensée scientifique se libère en partie de la tutelle ecclésiastique, sans toutefois s'en affranchir totalement. On peut ainsi mener des raisonnements empiriques sans risquer d'offusquer l'Eglise, en prenant garde de préciser que les choses dont on parle auraient pu être possibles si telle était la volonté de Dieu (on se protège en prenant une certaine distance avec ce qu'on écrit). Tout ce qui existe est alors placé dans une grande "échelle de la vie",suivant un ordre de complexité croissante. Tout en haut se trouvait Dieu, puis venaient les anges, l'humanité, les animaux, les plantes, les minéraux et enfin l'Enfer. L'Univers créé par Dieu étant parfait, cette chaîne était également parfaite, et les espèces ne pouvaient donc pas changer de place et se transformer...

échelle de la vie

Échelle de la vie selon Valades, Rhetorica Christiania (1579) (cliquez pour agrandir)

des oyseaux pierre belon

Puis viennent la Renaissance et les Lumières. En 1555, Pierre Belon, un naturaliste français, observe et décrit les similitudes entre le squelette de l'homme et celui des oiseaux dans son Histoire de la nature des oyseaux, avec leurs descriptions et naïfs portraicts retirez du naturel. Cependant, il s'arrête à l'observation et ne pousse pas la réflexion.

Planche de Pierre Belon, tirée de son Histoire de la nature des Oyseaux, avec leurs descriptions et naïfs portraicts retirez du naturel (1555) (cliquez pour agrandir)

buffon
linné

Georges Louis Leclerc, comte de Buffon (à gauche), et Carl von Linné (à droite)

cuvier

Parmi les grands penseurs de la géologie du début du XIXe siècle, le français Georges Cuvier, père de la paléontologie moderne et de l'anatomie comparée, publie en 1796 ses découvertes sur les différences entre les éléphants actuels et leurs "ancêtres" fossiles. Il montra que le mammouth et le mastodonte étaient deux espèces différentes et ne correspondaient à aucune espèce actuelle, prouvant ainsi la réalité de l'extinction des espèces. Cependant, Cuvier est et restera toute sa vie un partisan du catastrophisme, théorie selon laquelle il y aurait eu  plusieurs créations, entrecoupées de catastrophes planétaires (déluges). Cela permet de concilier les présence de fossiles d'espèces éteintes et les récits bibliques. De plus, les espèces créées ne se transforment pas.

lamarck
charles darwin
alfred russel wallace

Charles Darwin

Alfred Russel Wallace

on the origin of species

Première édition de On The Origin Of Species (cliquez pour agrandir)

A l'heure actuelle, on considère que l'évolution est conduite par quatre facteurs :

  • la sélection naturelle (voir plus haut) ;

  • les mutations : des changements, bénéfiques, neutres ou le plus souvent délétères, interviennent au hasard, dans la séquence de nucléotides des gènes, induisant des variations de génotypes et parfois de phénotypes ;

  • la dérive génétique : c'est la modification de la fréquence d'un gène au sein d'une population, indépendamment de la sélection naturelle, des mutations ou des migrations d'individus ; ses effets sont d'autant plus importants que la population es petite ;

  • le flux de gènes (ou migration) : l'arrivée d'un individu extérieur au sein d'une population permet un renouvellement du pool génique.

L'acceptation de ces quatre mécanismes constitue la base de la théorie la plus acceptée à l'heure actuelle, le néodarwinisme.

Theodosius Dobzhansky, l'un des pères de la théorie synthétique de l'évolution

Georges Cuvier (à gauche) et Jean-Baptiste de Monet, chevalier de Lamarck (à droite)

Jean-Baptiste Pierre Antoine de Monet, chevalier de Lamarck, proposa dans sa Philosophie zoologique de 1809 la première théorie sur la transformation des espèces. Selon lui, la fonction crée l'organe. Ainsi, le cou des girafes s'expliquerait par la nécessité de brouter les feuilles des arbres. A force de s'étirer le cou pour atteindre la cime des arbres, le cou des girafes se serait agrandi au cours des générations, chacune transmettant à sa descendance un cou de plus en plus long. Cette transmission des caractères acquis sera l'argument de base du Lamarckisme ultérieur. Cependant, la pensée fixiste reste encore et toujours dominante. De grands penseurs de l'époque, comme Louis Agassiz ou Richard Owen, sont ainsi persuadés que les espèces sont fixes car elles représentent la volonté du Créateur.

Les idées fixistes restent dominantes. C'est ainsi le cas du français Georges Louis Leclerc de Buffon, l'un des naturalistes les plus influents de son temps. Le suédois Carl von Linné, à l'origine de la nomenclature binominale encore utilisée aujourd'hui dans la classification des espèces, était lui aussi fixiste.

Depuis Darwin, de nombreux progrès ont été faits en matière d'évolution. La théorie de l'évolution fut ainsi plusieurs fois refondue pour intégrer de nouvelles découvertes et de nouvelles disciplines, notamment la génétique et la biologie moléculaire, pour former la théorie synthétique de l'évolution. On découvrit aussi que la sélection naturelle n'était pas le seul mécanisme de l'évolution (la théorie synthétique de l'évolution n'admet que la sélection naturelle et les mutations).

Dans les années 1830 - 1840, son voyage sur le HMS Beagle commença à semer le doute dans l'esprit du jeune Charles Darwin à propos de la fixité des espèces. Il commença la rédaction de carnets sur le transformisme, mais ne publia pas ses interprétations.

 

Alfred Russel Wallace, lui, était déjà persuadé de la transformation des espèces lorsqu'il entama sa carrière de naturaliste. Ses observations biogéographiques en Amérique du Sud et en Insulinde le poussèrent à développer des idées similaires à celles de Darwin. En 1858, ignorant l'existence les travaux non-publiés de Darwin, lui envoie ses travaux pour lui demander son avis. Le résultat fut la publication conjointe de On the Tendancy of Species to Form Varieties.

 

Puis, en 1859, Darwin condensa ses travaux et formula sa théorie de l'évolution dans son livre On the Origin of Species by Means of Natural Selection, or the Preservation of Favoured Races in the Struggle for Life. Il y expose le fait que les espèces subissent continuellement d'infimes variations, qui sur un temps très long finissent par se révéler bénéfiques ou délétères à mesure que l'environnement change. Les animaux qui possèdent les caractères les plus adaptés au nouvel environnement ont plus de chances de survivre et de se reproduire, transmettant ainsi leurs caractères à leurs descendants, jusqu'à ce que la différence avec la population originelle soit si grande qu'il y a apparition d'une nouvelle espèce. C'est ce qu'il appelle la sélection naturelle.

 

Si le concept d'évolution des espèces fut margement accepté par la communauté scientifique dans les années qui suivirent la publication de L'Origine des espèces, la sélection naturelle eut beaucoup plus de mal à s'imposer. Elle fut cependant plusieurs fois démontrée dans les années qui suivirent, et fait aujourd'hui consensus pour la plus grande majorité des scientifiques.