L'atmosphère terrestre est composée d'azote (78%), d'un peu d'oxygène (21%), d'une éclaboussure d'argon (0, 93%), d'une petite quantité de dioxyde de carbone (0, 038%) et de traces d'autres gaz . Mais cela n'a pas toujours été le cas. La composition des gaz dans l'atmosphère peut changer (et change maintenant avec la combustion de combustibles fossiles), et les archives fossiles révèlent comment une chose aussi simple que l'air peut influencer l'histoire de la vie.
Si vous aviez visité ce qui est aujourd'hui l'Amérique du Nord il y a 300 millions d'années, vers la fin de la période carbonifère, vous auriez été accueilli par une scène très inconnue. Le paysage était dominé par de vastes marécages remplis d’énormes lycopodes (apparentés à des mousses de la taille d’un arbre), de vertébrés amphibies d’une longueur maximale de 20 pieds et d’énormes arthropodes. La Méganeura, une parente de la libellule dont l'envergure avait plus de deux pieds de largeur, bourdonnait dans les airs au-dessus du gigantesque Arthropleura, un mille-pattes de neuf mètres de long. Jamais auparavant ni depuis, les invertébrés terrestres n'ont atteint une taille aussi prodigieuse.
Ce gigantisme généralisé a été déclenché par une caractéristique particulière, nouvellement évoluée, de plantes conduisant à des niveaux d'oxygène atteignant 35% de l'atmosphère dans le Carbonifère tardif. Les forêts équatoriales luxuriantes produisaient une quantité considérable d'oxygène en tant que sous-produit de la photosynthèse, mais cela ne suffisait pas à lui seul pour amener l'oxygène atmosphérique à des niveaux aussi élevés. La cause en était le composé chimique lignine, que les plantes utilisent pour se construire. Les bactéries de l'époque étaient si inefficaces pour décomposer la lignine dans les plantes mortes qu'elles ont laissé une énorme quantité de matière végétale riche en carbone pour être séquestrées dans les marécages (et pour se transformer en riches gisements de charbon qui ont donné son nom au Carbonifère). . Les bactéries utilisent l'oxygène pour décomposer les matériaux riches en carbone, mais la lignine a empêché ce processus jusqu'à ce que les bactéries développent la capacité de décomposer le composé. Cette bizarrerie biologique a fait grimper les niveaux d'oxygène.
Le surplus d'oxygène a permis aux amphibiens, qui absorbent une partie des gaz à travers leur peau, de respirer plus efficacement et d'atteindre des tailles plus grandes. Les arthropodes respirent différemment: ils possèdent un réseau de tubes de branchement appelés trachées qui connectent les petites ouvertures d'un exosquelette d'invertébré à ses cellules, et de l'oxygène pénètre à travers le corps via ce système. Dans une atmosphère riche en oxygène, une plus grande quantité d'oxygène pourrait être diffusée par ce réseau de ramifications, ce qui a ouvert des voies d'évolution permettant également aux arthropodes d'atteindre des proportions gigantesques. Le fait que l'oxygène aurait également augmenté la pression atmosphérique signifiait que les grands insectes volants de l'époque auraient eu plus de portance à chaque battement d'ailes, permettant ainsi aux arthropodes en vol d'atteindre des tailles structurellement impossibles pour leurs parents actuels. .
Pendant que les arthropodes géants rampaient et bourdonnaient, les premiers amniotes - des vertébrés en forme de lézard qui avaient rompu leur lien avec l'eau par leur capacité de reproduction via des œufs en coquille - se diversifiaient également. Au cours du prochain chapitre de l'histoire de la Terre, le Permien (il y a environ 299 millions à 251 millions d'années), ces premiers parents de dinosaures et de mammifères ont donné naissance à diverses formes nouvelles, parmi lesquelles les parents de jeunes mammifères (connus sous le nom de synapsides), en particulier, gagner la domination écologique. Pour la première fois, les écosystèmes terrestres alimentaient un réseau interconnecté de prédateurs et d'herbivores de différentes tailles. Il y a environ 250 millions d'années, environ 40 familles de vertébrés terrestres habitaient le globe. Mais à la fin de la période, presque toute cette diversité a été éteinte par la plus grande catastrophe naturelle de cette planète.
Aux débuts de la paléontologie, les naturalistes ont tracé des limites dans l'histoire de la géologie par la disparition brutale et massive de certaines espèces des archives fossiles, suivie de l'apparition d'une nouvelle faune différente. Ils ne s'en rendaient pas compte à l'époque, mais ils marquaient des extinctions massives, et celle qui a mis fin au Permien était peut-être la pire de l'histoire de la Terre. Jusqu'à 95% de toutes les créatures marines connues ont été éliminées, de même que 70% des animaux terrestres. Le paléontologue de l'Université de Bristol, Michael Benton, a qualifié cet événement de "quand la vie est presque morte".
Identifier un événement d'extinction de masse n'est pas la même chose que l'expliquer, cependant, et la catastrophe à la fin du Permien est peut-être le mystère du meurtre le plus déroutant de tous les temps. Les scientifiques ont proposé une liste de déclencheurs d'extinction possibles, y compris le refroidissement global, le bombardement par les rayons cosmiques, le déplacement des continents et les impacts d'astéroïdes, mais le principal suspect de nombreux paléontologues est maintenant les éruptions intenses des pièges de Sibérie, des volcans couvrant près de 800 000 miles carrés. de ce qui est maintenant la Russie avec la lave.
La terre était beaucoup plus chaude à la fin du Permien qu'aujourd'hui. L'atmosphère était relativement riche en dioxyde de carbone, ce qui alimentait un monde de serre dans lequel il n'y avait presque pas de glaciers. L'éruption des pièges de Sibérie aurait ajouté de grandes quantités de gaz à effet de serre dans l'atmosphère, entraînant un réchauffement de la planète supplémentaire, une acidité accrue des océans et une baisse des niveaux d'oxygène atmosphérique. Ces changements radicaux dans l'atmosphère et les effets environnementaux qui en ont résulté auraient provoqué l'asphyxie de nombreux organismes du fait du manque d'oxygène, tandis que d'autres seraient morts d'un excès de dioxyde de carbone dans le sang ou auraient péri autrement parce qu'ils étaient physiologiquement incapables de faire face à ces nouvelles conditions. conditions. Lorsque des communautés d'organismes riches et diversifiées ont prospéré, l'extinction n'a laissé que des communautés de «crise» de quelques espèces qui ont proliféré dans les habitats vacants.
Bien que ces changements dans l'atmosphère aient grandement élagué l'arbre évolutionnaire il y a 251 millions d'années, ils n'ont pas rendu la planète inhospitalière de façon permanente. La vie a continué d'évoluer et les niveaux d'oxygène, de dioxyde de carbone et d'autres gaz ont continué de fluctuer, faisant ainsi passer de nombreuses fois le climat «d'étrange» à «glacier».
La Terre est peut-être en train d'entrer dans une nouvelle ère de serre, mais ce qui est unique dans le présent, c'est que les humains jouent un rôle actif dans la formation de l'air. L’appétit pour les combustibles fossiles modifie l’atmosphère de manière à modifier le climat, en ajoutant plus de dioxyde de carbone et d’autres gaz à effet de serre, et ces fluctuations pourraient avoir des conséquences majeures pour l’extinction et l’évolution.
Les conditions actuelles de la Terre sont suffisamment différentes de celles du Permien supérieur pour rendre improbable une catastrophe similaire, mais plus nous en apprenons sur les climats anciens, plus il est clair que des changements soudains dans l'atmosphère peuvent être mortels. Une récente étude menée par la biogéochimiste Natalia Shakhova, du Centre international de recherches sur l'Arctique, suggère que nous approchons peut-être d'un point critique qui pourrait accélérer rapidement le réchauffement planétaire qui altère déjà les écosystèmes du monde entier. Un immense stock de méthane, l'un des gaz à effet de serre les plus puissants, se trouve sous le pergélisol du plateau arctique de la Sibérie orientale. Le pergélisol agit comme un bouchon gelé sur le gaz, mais Shakhova a constaté que le bouchon avait une fuite. Les scientifiques ne savent pas si la fuite de méthane est normale ou est un produit récent du réchauffement planétaire, mais si les prévisions actuelles sont correctes, le niveau de la mer augmentera et inondera le plateau arctique de la Sibérie orientale, ce qui fera fondre le pergélisol et libérer encore plus de gaz. À mesure que de plus en plus de gaz à effet de serre s'accumulent, la planète se rapproche de plus en plus de ce basculement qui pourrait déclencher des modifications rapides des habitats dans le monde entier.
Peut-être que les conditions particulières qui ont permis à des arthropodes géants de voler dans des airs composés de 35% d'oxygène ne se reproduiront jamais, et nous pouvons espérer que la Terre ne rejouera pas la catastrophe à la fin du Permien, mais en favorisant un climat de serre chaude, notre espèce changer activement l'histoire de la vie sur terre. Les conséquences de ces changements sur nous, ainsi que sur le reste de la biodiversité mondiale, seront finalement consignées dans les archives de fossiles en constante expansion.
