Comment la Grande Mort a condamné la « dent de bête » et a préparé le terrain pour l’aube des dinosaures

L’extrait ci-dessous est tiré de « Our Fragile Moment: How Lessons from Earth’s Past Can Help Us Survive the Climate Crisis » (Hachette Book Group, 2023), de Michael Mann. Il examine comment le changement climatique consécutif à l’explosion cambrienne a provoqué la plus grande extinction massive sur Terre – condamnant les créatures censées dominer et ouvrant la voie au règne des dinosaures.

Les mécanismes qui peuvent geler la planète, comme ce fut le cas avec Snowball Earth, peuvent également conduire à des climats inhospitaliers et chauds, lorsqu’une quantité suffisante de dioxyde de carbone pénètre dans l’atmosphère. On peut dire que le plus grand événement d’extinction de tous les temps – appelé la Grande Mort – semble avoir résulté, au moins en partie, d’une libération massive de carbone induite par la chaleur dans l’atmosphère il y a 250 millions d’années.

Cet événement ancien est-il un analogue possible d’une sixième extinction massive d’origine humaine et provoquée par le changement climatique aujourd’hui ? En répondant à cette question, nous examinerons parfois certains détails de la science, mais le résultat est que nous verrons non seulement que les scientifiques sont capables de percer de tels mystères, mais aussi comment ils le font.

À la fin du Protérozoïque, il y a environ 550 millions d’années, la Terre s’était dégelée après une série de glaciations majeures, peut-être même des conditions mondiales de boule de neige. La fin du Protérozoïque a marqué le début d’une toute nouvelle ère : le Paléozoïque, qui s’est étendu il y a environ 540 millions à 251 millions d’années.

La première période du Paléozoïque – le Cambrien – a vu une explosion remarquable de la diversité de la vie, connue à juste titre sous le nom d’explosion cambrienne. La plupart de la vie qui existe aujourd’hui a émergé au cours des 10 premiers millions d’années de cette période, y compris la première vie multicellulaire complexe et des groupes familiers tels que les mollusques et les crustacés.

L’une des raisons de cette remarquable diversification était l’augmentation soutenue de l’oxygène provenant de la vie photosynthétique. Des niveaux d’oxygène plus élevés ont permis l’apparition d’organismes multicellulaires plus diversifiés, car ils ont besoin d’oxygène à des concentrations suffisamment élevées pour pouvoir atteindre les cellules intérieures. La couche d’ozone stratosphérique, qui s’est développée au cours de l’ère néoprotérozoïque (il y a 1 à 538 millions d’années), protégeait les animaux des rayons ultraviolets nocifs du soleil et contribuait à peupler la terre. Certains chercheurs plaident même pour un possible effet de « goulot d’étranglement », dans lequel les quelques formes de vie qui ont survécu aux périodes glaciaires du Néoprotérozoïque (Terre boule de neige ou non) auraient pu rapidement remplir les niches émergentes au fur et à mesure du dégel de la Terre.

Un événement glaciaire majeur s’est produit à la fin de la période suivante du Paléozoïque, l’Ordovicien, il y a environ 450 millions d’années, alors que l’altération chimique a dépassé les émissions volcaniques de gaz et que les niveaux de CO2 atmosphérique ont chuté. Le refroidissement qui en a résulté a provoqué une accumulation de masse de glace sur le grand supercontinent du Gondwana, centré sur le pôle Sud. Le niveau de la mer a baissé. Une grande partie de l’habitat côtier qui abritait des mollusques et des crustacés primitifs a disparu. Certaines des créatures ont été grattées, mais environ la moitié de tous les genres existants ont péri. Tout comme nous ne pouvons que nous demander aujourd’hui quelles connaissances ont été perdues lors du saccage de la Bibliothèque d’Alexandrie, nous pouvons également nous demander quelle sorte de magnifiques créatures nées de l’explosion cambrienne ont été perdues. Bienvenue dans le premier des événements d’extinction massive mondiale largement reconnus. Ce ne sera pas la dernière fois que nous le rencontrerons.

L’événement d’extinction le plus connu a mis fin au règne des dinosaures il y a environ 66 millions d’années. Mais l’extinction la plus meurtrière a eu lieu à la fin du Permien, il y a environ 250 millions d’années. La communauté scientifique l’appelle l’extinction du Permien-Trias (ou PT en abrégé), mais comme on estime que 90 % de toutes les espèces du Permien ont disparu de la surface de la planète, elle a gagné un surnom : la Grande Mort. Les organismes marins ont été particulièrement touchés, puisque 96 % des espèces ont péri. Finis les trilobites si familiers aux collectionneurs amateurs de fossiles du monde entier – des arthropodes primitifs qui étaient les lointains ancêtres du limule moderne. Ayant survécu à l’extinction antérieure de l’Ordovicien, leur propre moment de près de 300 millions d’années avait pris fin.

Non seulement la grande majorité des invertébrés marins ont disparu, mais les premières espèces de poissons ont également disparu. Sur terre, plus des deux tiers des espèces d’amphibiens et de reptiles et près d’un tiers des espèces d’insectes ont été anéantis. Une autre espèce emblématique, une libellule géante appelée Meganeuropsis avec une envergure de près de trois pieds (0,9 mètre) qui est souvent incluse dans les représentations d’artistes de la période carbonifère – et qui hante encore aujourd’hui mes cauchemars – avait désormais disparu.

L’extinction du PT a anéanti de nombreux groupes qui dominaient la vie sur terre, libérant des niches écologiques qui ont été remplies par de nouveaux organismes, notamment des reptiles tels que les crocodiles et les premiers dinosaures. Une fois de plus, il y a eu des gagnants et des perdants. Dans ce cas, qui a gagné et qui a perdu, cela dépendait de la géologie et des cycles d’altération géochimiques.

Au milieu du Paléozoïque, il y a environ 420 millions d’années, nous avons vu l’émergence de plantes dotées de racines, de tiges et de feuilles qui, comme nous le savons maintenant, ont contribué à accélérer l’altération chimique en produisant des acides qui dissolvent la roche, aidant ainsi à recycler l’eau du sol vers le sol. atmosphère. Cela pourrait avoir conduit à une diminution lente et régulière des niveaux de CO2 atmosphérique jusqu’à la fin du Paléozoïque. Cependant, la propagation de ces plantes vasculaires a également conduit à une nouvelle source de matière organique qui pourrait être enfouie sur terre ou emportée dans les rivières pour être enterrée dans l’océan. L’enfouissement accru de matière organique entraîne une augmentation des niveaux d’oxygène dans l’atmosphère, car cette matière organique est le produit de la photosynthèse, qui divise les atomes d’oxygène et de carbone. Le carbone, une fois enfoui, n’est plus disponible pour cannibaliser l’oxygène libéré. Au Paléozoïque, les concentrations d’oxygène ont grimpé jusqu’à 35 % (presque le double de la concentration actuelle de 21 %).

Ces niveaux élevés d’oxygène favorisaient les synapsides, des créatures au métabolisme élevé, présentant un seul trou de chaque côté de leur crâne qui permettait d’améliorer la fonction de la mâchoire. Ils faisaient partie d’un groupe diversifié d’animaux terrestres à quatre pattes, comprenant des carnivores, des insectivores et des herbivores, apparus pour la première fois à la fin du Carbonifère et qui évolueraient vers le groupe que nous connaissons aujourd’hui sous le nom de mammifères.

Au début du Permien, ils constituaient l’espèce terrestre dominante. Au milieu du Permien, un autre groupe de proto-mammifères – les thérapsides peut-être à sang chaud, ressemblant quelque peu à des rongeurs – ont émergé et sont devenus la nouvelle espèce dominante. À la fin du Permien, ils auraient même développé une fourrure. Un groupe, connu sous le nom de Theriodontia (du latin « dent de bête »), a présenté un certain nombre d’innovations évolutives : un déplacement des os soutenant la mâchoire a permis à la mâchoire de s’ouvrir plus largement et a peut-être également facilité l’audition. Le crâne et les dents sont devenus plus gros, les dents plus spécialisées et la mâchoire plus puissante. Ils semblaient prêts à prendre le relais. Mais il ne devait pas être.

Tout a changé à la frontière Permien-Trias. Les niveaux de CO2 ont augmenté. Cela a conduit à un réchauffement massif. La tectonique des plaques avait désormais rassemblé tous les continents en un seul continent géant – la Pangée – chevauchant l’équateur. Il était déjà difficile à l’humidité maritime de pénétrer profondément au centre du continent. Le réchauffement rapide des effets de serre a rendu la planète encore plus chaude et plus sèche, selon les simulations des modèles climatiques de la fin du Permien et les analyses des dépôts fossiles des rivières des plaines inondables du Pangée. L’assèchement soudain aurait entraîné la disparition massive des forêts ténues et dépendantes de l’humidité qui s’étaient formées au cours du Paléozoïque. Cela signifiait moins d’enfouissement de matière organique sur terre, peut-être aidé par une diminution des exportations de carbone vers les océans profonds en raison de l’effondrement du réseau trophique marin. En conséquence, les niveaux d’oxygène atmosphérique semblent avoir chuté précipitamment, atteignant des concentrations aussi basses que 15 % à la limite PT.

La baisse de l’oxygène a également contribué à la mortalité massive. La combinaison du réchauffement à effet de serre et d’un faible taux d’oxygène aurait conduit à une hypoxie généralisée – un état dans lequel les organismes ne peuvent tout simplement pas absorber suffisamment d’oxygène pour soutenir leur métabolisme. C’est là que les dinosaures entrent en jeu. Les proto-mammifères qui étaient devenus dominants au Permien – les synapsides et les thérapsides – avaient prospéré grâce à des niveaux élevés d’oxygène. Mais à mesure que les concentrations d’oxygène baissaient, ils étaient désormais mal adaptés à leur environnement.

Entrez dans les diapsides, un vaste groupe de vertébrés tétrapodes apparus pour la première fois au Carbonifère il y a environ 300 millions d’années. Ils comprennent les reptiles, les oiseaux et les dinosaures aujourd’hui disparus. Ce qui les distinguait de leurs parents, les synapsides et les thérapsides, était la présence de deux trous (au lieu d’un) de chaque côté de leur crâne. Un sous-groupe de synapsides, appelés archosaures – qui comprend les crocodiliens et les premiers dinosaures – a exploité cette innovation pour développer un système respiratoire plus efficace, capable d’utiliser plus efficacement l’oxygène disponible. Cela leur a donné une longueur d’avance sur la concurrence lorsque les niveaux d’oxygène ont chuté à la limite du PT. Il s’avère que les dinosaures ont été les bénéficiaires directs de l’extinction du PT.

Seule une poignée de proto-mammifères ont survécu. Un groupe qui l’a fait était connu sous le nom de Cynodontia (« dents de chien »). Ils étaient nos ancêtres et les ancêtres de tous les mammifères. Au début, ils ressemblaient probablement à un énorme rat écailleux, mesurant jusqu’à 1,8 m de long. Vraiment un rongeur d’une taille inhabituelle s’il en est. Mais à la fin du Trias, ils avaient rétréci à la taille des mulots modernes, se cachant derrière les rochers pour échapper à leurs prédateurs reptiliens.