Name: mass extinction and the fossil record
Uploaded: 2019-01-29T11:04:46.000Z
Duration: 5 min 25 s
Channel: JoVE

K12 Standards

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NC K-12 Science Standard Course of Study

9-12

Biology

Biological Evolution- Unity and Diversity

LS.Bio.10.1

Extinction

Qu’ont en commun les dinosaures, les tigres de Tasmanie et les étourneaux fasciolés ? La réponse est le sujet du laboratoire d'aujourd'hui, l'extinction. L’extinction se produit lorsqu’une espèce ne peut pas survivre dans son environnement pour se reproduire et ne peut pas se déplacer vers un nouveau. On pensait que les mammouths laineux, par exemple, étaient morts à cause du changement climatique qui rendait leur habitat et le reste de la planète trop chauds. L’extinction s’est produite aussi longtemps qu’il y a de la vie sur terre. En fait, on estime que 99 % de toutes les espèces qui ont jamais existé ont disparu. 
La plupart de ces extinctions se sont produites au fil du temps en raison de changements environnementaux comme notre mammouth laineux. Mais d’autres facteurs, tels que la concurrence pour les ressources avec d’autres espèces et l’incapacité d’éviter la prédation, peuvent également conduire une espèce à l’extinction. Prenez ces poissons, par exemple. Les deux espèces partagent un habitat, mais le poisson vert est plus apte à échapper aux prédateurs, ce qui rend sa survie plus probable et finit par entraîner l’extinction du poisson orange. La surchasse et d’autres phénomènes d’origine humaine tels que la pollution peuvent également provoquer l’extinction d’une espèce. 
Les extinctions qui se produisent au niveau mondial sont appelées extinctions massives et sont généralement causées par des événements catastrophiques majeurs tels que des impacts de l’espace, une activité volcanique importante et d’autres phénomènes qui causent le changement climatique mondial. Au cours de ces événements, les taux élevés d’extinction dépassent les taux de nouvelle spéciation, ce qui entraîne une perte mondiale d’espèces. 
L’extinction de masse la plus connue est l’extinction du Crétacé-Paléogène ou K-Pg, célèbre pour avoir mis fin au règne des dinosaures. Cette extinction peut même être observée dans les couches rocheuses ou les strates de la terre, où nous assistons à une perte soudaine d'espèces des archives fossiles il y a environ 66 millions d'années, ce qui coïncide également avec une couche de sédiments unique contenant de l'iridium, un métal que l'on ne trouve pas souvent dans la croûte terrestre. L’iridium est cependant présent en grande quantité dans les astéroïdes, ce qui donne aux scientifiques un indice sur la cause de l’extinction. L’impact dans la péninsule du Yucatan au Mexique a créé le cratère Chicxulub de 180 kilomètres de large et a déclenché une série d’événements catastrophiques qui allaient modifier la terre pour toujours. Tout d’abord, des tempêtes de feu auraient ravagé le continent nord-américain, créant un énorme nuage de fumée et de poussière. Les débris éjectés de la collision se seraient retrouvés piégés dans la haute atmosphère, provoquant un effet de couverture, qui a piégé des quantités mortelles de rayonnement infrarouge dans l’atmosphère. Les éruptions volcaniques et l’instabilité géologique généralisée qui a suivi l’impact ont encore alimenté l’étouffement de la terre et, comme la suie, la fumée et les cendres volcaniques ont bloqué le soleil, de nombreuses plantes n’ont plus été en mesure de photosynthétiser et ont donc péri. Sans nourriture, les herbivores étaient les prochains à disparaître, suivis de près par les prédateurs. Les émissions volcaniques et le smog qui en a résulté ont provoqué des pluies acides qui ont acidifié les océans, anéantissant de nombreuses espèces aquatiques. Bientôt, l'atmosphère acide et le brouillard dense bloquant la chaleur du soleil ont conduit à un gel profond avec des températures mondiales tombant en dessous de zéro pendant plusieurs années. L’extinction de masse causée par ces changements environnementaux drastiques a affecté toutes les espèces connues et les trois quarts de toutes les espèces vivantes à l’époque ont disparu en un clin d’œil. 
Au fil du temps, alors que le climat de la Terre revenait lentement à la normale, les espèces restantes, y compris les petits mammifères, ont rebondi et ont subi une radiation adaptative pour remplir les nombreuses espèces nouvellement libérées. De cette façon, la perte d'un grand nombre d'espèces au cours de l'extinction de masse a ouvert la voie à l'expansion et à la spéciation d'autres. 
Dans cet atelier, vous allez examiner les données de diversité de plusieurs taxons distincts à différentes périodes autour de l’extinction du Crétacé-Paléogène.

extinction

<h4>L’histoire de la vie sur Terre</h4>
Des fossiles d’organismes différents de tout ce qui est vivant aujourd’hui ont été documentés dès le XVIIe siècle, mais ce n’est qu’au début du XIXe siècle que les scientifiques ont commencé à reconnaître que les couches successives de roches fossilifères étaient comme des pages successives de l’histoire de la vie sur terre. Bien que cette reconnaissance ait donné naissance au domaine de la paléontologie, l’idée d’une extinction mondiale complète d’une espèce n’avait pas encore été pleinement acceptée. À cette époque, il restait viable de faire valoir que notre connaissance du monde était limitée, donc les scientifiques ont envisagé la possibilité que des organismes connus uniquement à partir de fossiles puissent encore vivre dans une partie inexplorée de la terre.
Lorsque Charles Darwin a publié « De l’origine des espèces » en 1859, le concept d’extinction des espèces était de plus en plus accepté, mais la cause des extinctions restait un mystère. L’extinction continue faisait partie intégrante de la théorie de la sélection naturelle de Darwin, car il la considérait comme le résultat logique de l’évolution d’espèces plus compétitives, de meilleurs prédateurs ou plus en forme que leurs ancêtres d’une autre manière. Par conséquent, les ancêtres s’étaient éteints pour être remplacés par leurs descendants supérieurs. La seule illustration que Darwin a incluse dans son livre est celle d’un arbre phylogénétique ancien, auquel il s’est référé à plusieurs reprises pour soutenir son argument selon lequel l’extinction est un sous-produit de l’évolution.
Tout organisme vivant vient à l’existence, prévaut pendant un certain temps et finit par périr. Il en va de même pour les espèces, donc le destin ultime de toutes les espèces est l’extinction. Une espèce disparaît lorsqu’elle ne peut plus survivre et se reproduire dans son environnement et qu’elle ne peut pas se déplacer vers un nouveau. On estime que plus de 99 % de toutes les espèces qui ont jamais existé ont disparu, la plupart ayant une « durée de vie » moyenne de 1 à 10 millions d’années. L’extinction peut être progressive en raison de changements environnementaux lents ou d’une incapacité à rivaliser avec une espèce émergente, ou elle peut être soudaine en raison d’événements catastrophiques, de la destruction de l’habitat, de la pollution ou de la chasse excessive.
<h4>Extinction à grande échelle</h4>
Les extinctions massives, ou événements d’extinction, sont de grandes diminutions mondiales de la biodiversité, lorsque les taux d’extinction dépassent les taux de spéciation. Les extinctions massives sont généralement causées par des événements géologiques ou astronomiques, tels que des éruptions volcaniques, des changements dans la composition atmosphérique, l’élévation ou la baisse du niveau de la mer, le refroidissement et le réchauffement de la planète et les impacts d’astéroïdes.
Cinq événements majeurs d’extinction de masse ont été identifiés et ont été utilisés pour subdiviser le temps géologique en ères distinctes ou en périodes imbriquées dans des ères. Lorsque plusieurs espèces disparaissent très brusquement, elles disparaissent des archives fossiles, fournissant une mesure pour la fin d’une subdivision donnée de l’échelle des temps géologiques et le début d’une nouvelle période de temps.
<h4>L’extinction du Permien-Trias</h4>
La plus grande extinction de masse, l’extinction Permien-Trias, également connue sous le nom de « La Grande Mort » ou « Catastrophe Permien-Trias », a eu lieu il y a environ 252 millions d’années à la fin de la période permienne, conduisant plus de 90 % de toutes les espèces à l’extinction1. Une autre extinction de masse bien connue est l’extinction du Crétacé-Paléogène (K-Pg) ou du Crétacé-Tertiaire (KT), qui s’est produite il y a environ 66 millions d’années2. Alors que la cause de l’extinction de K-Pg a été largement débattue, le consensus s’est établi sur un impact d’astéroïde sur la péninsule du Yucatan au Mexique comme la cause la plus importante de l’événement. Cet impact massif a entraîné une instabilité géologique dans certaines régions, entraînant des tremblements de terre, des quantités importantes d’activité volcanique, ainsi qu’une élévation spectaculaire du niveau de la mer. En outre, il a également déclenché des incendies massifs, qui à leur tour ont rempli l’air d’une épaisse couche de cendres, de fumée et de poussière, bloquant le soleil et entraînant une période de refroidissement global.
Le moment de l’impact de l’astéroïde fait suite aux éruptions volcaniques massives qui ont provoqué la formation des pièges du Deccan, dans le centre-ouest de l’Inde. Ces éruptions se sont produites sur un intervalle pouvant aller jusqu’à 30 000 ans et ont commencé avant l’impact de l’astéroïde. Ils ont provoqué la plus grande formation volcanique sur terre qui couvre une superficie de plus de 200 000 miles carrés. Ces éruptions auraient également provoqué un changement climatique durable et sont donc considérées soit comme une cause alternative à l’impact de l’astéroïde, soit comme une augmentation des perturbations environnementales qui ont suivi l’impact.
<h4>Disparition mondiale d’espèces</h4>
L’événement K-Pg est surtout connu pour l’extinction des dinosaures ; cependant, les dinosaures n’étaient pas les seuls taxons touchés – environ 75 % de toutes les espèces ont disparu au cours de cet événement. Néanmoins, tous les taxons n’ont pas été touchés de la même manière, et certains ont bénéficié par la suite de l’ouverture de niches précédemment occupées2. Les mammifères et les amphibiens faisaient tous deux partie de ce dernier groupe. Bien que la diversité ait disparu pendant l’extinction, ces deux taxons ont perdu de la diversité à un rythme plus faible que de nombreux autres taxons et les deux groupes ont subi une radiation adaptative après la disparition d’autres grands tétrapodes, tels que les archosaures. Parmi les archosaures, seules les lignées qui ont conduit aux oiseaux et aux crocodiles ont survécu. Par conséquent, les dinosaures non aviaires ne sont pas observés au-delà de la limite K-Pg dans les archives fossiles, et on pense qu’ils ont disparu rapidement et complètement en raison de leur incapacité à s’abriter et de leur dépendance aux régimes carnivores. Les archives fossiles d’insectes montrent de grandes fluctuations au début du Paléogène. Il est possible que cette variation soit due à l’imperfection des archives fossiles et que certains stades étaient plus enclins à préserver les fossiles que d’autres. On sait également, cependant, que les insectes ont connu des tendances similaires à celles d’autres taxons, diminuant immédiatement après l’extinction du K-Pg, puis rebondissant. Un point culminant au Maximum Thermique peut également être observé pour ce taxon. Les Osteichthyes, ou les poissons osseux, connaissent également un modèle irrégulier de diversité. Les fossiles marins d’eau profonde en particulier sont difficiles à trouver, ce qui pourrait contribuer à cette irrégularité, mais il convient de noter que la plus grande diversité de poissons osseux se situe au maximum thermique. On pense que les mers peu profondes ont subi les pires effets lors de l’extinction en raison de l’impact plus important de l’élévation du niveau de la mer et de la réduction de la photosynthèse par rapport à d’autres habitats marins. Les mollusques ont connu un énorme déclin après l’extinction du K-Pg et ces nombres ne sont pas retrouvés à la fin du Paléogène. Les échinodermes et les crustacés connaissent des niveaux de déclin similaires, mais ces nombres peuvent également être affectés par l’absence de structures fossilisantes dans ces deux groupes.
Certains scientifiques ont suggéré que nous sommes entrés dans une nouvelle ère géologique connue sous le nom d’Anthropocène, en même temps que la « sixième extinction de masse »1-2. Cette suggestion est basée sur les changements mondiaux ainsi que sur le taux élevé d’extinction mondiale résultant de l’activité humaine, notamment la chasse excessive, la pollution, la destruction de l’habitat, les espèces envahissantes et le changement climatique. Parce que l’extinction actuelle est causée par l’activité humaine, elle est différente des autres extinctions de masse, qui ont largement résulté de processus astronomiques et géologiques. Le taux actuel d’extinction est jusqu’à 100 fois plus élevé qu’il ne l’aurait été sans l’influence humaine et il est probablement plus élevé, compte tenu des espèces qui n’ont pas encore été découvertes. Étant donné que le taux d’extinction de l’Anthropocène est égal ou supérieur à celui associé aux événements d’extinction de masse précédents, une action rapide est nécessaire pour inverser les énormes pertes subies par les populations vulnérables.
<h4>Références</h4>
<ol class="références">
	<li>Benton, Sarda Sahney et Michael J. Récupération de l’extinction de masse la plus profonde de tous les temps. Proc Biol Sci. 2008, vol. 275 , (1636) 759 à 765.</li>
	<li>Thomas John Dixon Halliday, Paul Upchurch et Anjali Goswami. Les Euthériens ont connu des taux d’évolution élevés au lendemain de l’extinction massive du Crétacé-Paléogène. Proc Biol Sci. 2016, vol. 283, (1833) 20153026.</li>
	<li>Barnosky AD, Matzke N, Tomiya S, Wogan GO, Swartz B, Quental TB, Marshall C, McGuire JL, Lindsey EL, Maguire KC, Mersey B, Ferrer EA. La sixième extinction de masse de la Terre est-elle déjà arrivée ? nature. 2011, vol. 471, (7336) 51-7.</li>
	<li>Madliger CL, Franklin CE, Hultine KR, van Kleunen M, Lennox RJ, Love OP, Rummer JL, Cooke SJ. La physiologie de la conservation et la quête d'un « bon » Anthropocène. Conserv Physiol. 2017, vol. 5, (1) cox003.</li>
</ol>

L’histoire de la vie sur Terre
Des fossiles d’organismes différents de tout ce qui est vivant aujourd’hui ont été documentés dès le 17ème siècle, mais il ...

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mass extinction and the fossil record

Mass extinction is a major loss of species, and the fossil record shows how these events changed life on Earth. Fossils from different rock layers helped scientists see that life has a long history. In the early 19th century, that idea helped launch paleontology, the study of fossils and ancient life.

At first, many scientists did not fully accept that a species could disappear forever. They thought unknown organisms seen only in fossils might still live in unexplored places on Earth. By 1859, when Charles Darwin published On the Origin of Species, extinction was becoming more accepted, but its cause was still unclear. Darwin linked extinction to natural selection, where better-adapted species outcompete older ones and replace them over time.

A species goes extinct when it can no longer survive and reproduce in its environment and cannot move to a new one. Over 99% of species that have ever existed are estimated to have gone extinct. Most species last about 1 to 10 million years. Extinction can happen slowly because of environmental change or competition, or suddenly because of disasters, habitat loss, pollution, or overhunting.

Mass extinctions, also called extinction events, are global drops in biodiversity. They happen when extinction rates become higher than speciation rates, which is the rate at which new species form. These events are often linked to volcanic eruptions, changes in air composition, sea level changes, global cooling or warming, and asteroid impacts. Five major mass extinctions are recognized, and they help divide geologic time into eras and periods. When many species disappear at once, they also leave a clear signal in the fossil record.

The largest known mass extinction was the Permian-Triassic extinction, also called the Great Dying, about 252 million years ago. It happened at the end of the Permian Period and eliminated over 90% of species. Another famous event was the Cretaceous-Palaeogene, or K-Pg, extinction about 66 million years ago. Scientists now agree that a huge asteroid impact on the Yucatan Peninsula of Mexico was a major cause. The impact likely triggered earthquakes, major volcanic activity, and sea level rise, and it also caused fires that filled the air with ash, smoke, and dust. That blocked sunlight and led to global cooling.

The K-Pg event also came after the Deccan Traps eruptions in west-central India. These eruptions lasted as long as 30,000 years and formed the largest volcanic feature on Earth, covering more than 200,000 square miles. They likely added to long-term climate change. For that reason, some scientists view the eruptions as an alternative cause or as an added stress that worked with the asteroid impact.

The K-Pg extinction is best known for the loss of dinosaurs, but they were not the only group affected. About 75% of all species went extinct. Some groups later benefited when empty ecological niches opened up. Mammals and amphibians lost diversity at a lower rate than many other groups and then diversified after large tetrapods such as archosaurs declined. Among the archosaurs, only the lineages leading to birds and crocodiles survived. Non-avian dinosaurs do not appear above the K-Pg boundary in the fossil record, and they are thought to have died out quickly because they could not shelter well and depended on carnivorous diets.

Other groups also show the effect of the K-Pg event in different ways. Insects dropped after the extinction and then rebounded, although changes in fossil preservation may affect the pattern. Bony fish, or Osteichthyes, show an uneven diversity record, especially because deep-water fossils are hard to find. Shallow seas may have been hit hardest because sea level rise and reduced photosynthesis affected them more. Molluscs declined greatly and did not recover by the end of the Paleogene. Echinoderms and crustaceans also declined, although their fossil record may be affected by the lack of hard parts that fossilize easily.

Some scientists think Earth may now be entering the Anthropocene, along with a possible Sixth Mass Extinction. This idea is based on rapid global change and high extinction rates caused by human activity. Overhunting, pollution, habitat destruction, invasive species, and climate change all contribute. The current extinction rate may be up to 100 times higher than expected without human influence, and it could be even higher because many species have not yet been discovered. Because this rate is comparable to earlier mass extinctions, rapid action is needed to protect vulnerable populations.

Mass Extinction and the Fossil Record

animal behavior

Drosophila Taxis in Animal Behavior

Drosophila taxis behavior is a key part of animal behavior studies. The common fruit fly, Drosophila melanogaster, is a widely used model organism in biology. It is easy to keep in small tubes, it has a short generation time of about two weeks, and males and females are easy to tell apart because males have black coloration toward the posterior and females have banded abdomens. Scientists have used Drosophila for more than a century. Thomas Hunt Morgan and his students studied mutant flies in...

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Food Chain Energy Flow and Biomass

Food chain energy flow shows how energy moves through ecosystems from one organism to the next. Energy cannot be created or destroyed, so it can only change form or be passed along to another organism. When a cow grazes on grass or an osprey eats fish, energy moves to the consumer. Each transfer is part of a trophic level, and these links help explain how ecosystems stay balanced. Primary producers sit at the base of the food chain. They are autotrophs, or self-feeding organisms, because they...

measuring biodiversity

Why Biodiversity Matters in Ecosystems

Biodiversity matters because it helps keep ecosystems healthy and stable. Biodiversity is the variety of living organisms in an ecosystem, and it can be measured at the genetic, species, community, and ecosystem levels. Ecologists often focus on species richness, which is the total number of different species in a local community. They also consider evenness, which describes how similar the abundances of those species are. A community with many species is not always the most diverse if one...

Mass extinction is a major loss of species, and the fossil record shows how these events changed life on Earth. Fossils from different rock layers helped scientists see that life has a long history. In the early 19th century, that idea helped launch paleontology, the study of fossils and ancient life. At first, many scientists did not fully accept that a species could disappear forever. They thought unknown organisms seen only in fossils might still live in unexplored places on Earth. By 1859,...

species distribution and biogeography

Island Biogeography and Species Richness

Island biogeography explains why species are found in some places and not others. It looks at how biotic factors, like competition and predation, and abiotic factors, like habitat size and distance, shape birth, death, immigration, and emigration rates. For a species to avoid local extinction, births and immigration must match or exceed deaths and emigration. Edward O. Wilson and Robert MacArthur helped define this field in 1967 by studying isolated oceanic islands. Islands gave early...

population growth

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Population ecology examines how a species population changes over time. A population is a group of individuals of the same species living in the same area at the same time. To persist, a population must grow or at least stay about the same size. Ecologists study birth rate, death rate, and age distribution to understand whether a population is increasing, declining, or at risk of extinction. Population ecologists use models to predict how population size changes. Two simple models are...

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Measuring Ecosystem Health

Ecosystem health is measured by looking at how species, habitats, and nonliving conditions interact in the same area. An ecological community includes many populations that live together and affect one another. When biotic parts, or living parts, also interact with abiotic parts, or nonliving parts, they form an ecosystem. These systems can be very small, like microbes in the human digestive tract, or very large, like a forest linked by the carbon cycle. Ecologists study ecosystem health...

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Climate change affects Earth’s average temperature, sea level, and living things. Scientists distinguish climate from weather by time scale. Weather describes short-term conditions in one place, such as temperature and precipitation. Climate describes those same conditions over long periods, and global climate is measured using data from across the entire Earth. Researchers track climate change with help from meteorology, geography, oceanography, and computer models. Much of this work focuses...

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Hawk-Dove Strategy in Animal Populations

Hawk-dove strategy helps explain how animals compete and cooperate in populations. Organisms often face costs when they try to get food, shelter, or mates. Because of that, individuals can use different behavioral strategies to gain an advantage. This is clear in polymorphic mating systems, where one sex, usually males, uses more than one mating strategy. For example, dominant male sea lions defend groups of females on the beach. Non-dominant males stay in or near the water and try to mate...

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Patch use in optimal foraging explains how organisms balance food gain against the time and energy needed to search for it. Foraging is not limited to food. Animals also search for habitats, shelter, and mates. Each choice has costs and benefits. A resource provides a benefit, but finding and capturing it takes effort. Optimal Foraging Theory models how organisms reach the best balance between those costs and gains. A key idea in this theory is that resources are often clumped into patches...

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Mate Competition and Fitness Traits

Mate competition and fitness traits shape how organisms choose partners and pass genes to the next generation. Evolutionary fitness depends on surviving and producing offspring, and sexual selection is a major part of that process. It creates pressure on traits used in courtship and mating, such as bright colors, ornamentation, and other features that help attract a mate. These traits can also create sexual dimorphism, which means males and females of the same species look different. Sexual...

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Honeybee Altruism and Inclusive Fitness

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Learn how mass extinctions appear in the fossil record, from the Great Dying and K-Pg event to today’s human-driven extinction crisis.

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Ribozymes

The term ribozyme is used for RNA that can act as an enzyme. Ribozymes are mainly found in selected viruses, bacteria, plant organelles, and lower ...

Construct an explanation to illustrate how common ancestry and biological evolution are supported by multiple lines of empirical evidence.

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Use models to illustrate the conditions required for natural selection, including the overproduction of offspring, inherited variation, and the struggle to survive.

LS.Bio.9.3

Construct an explanation to explain how natural selection leads to adaptations within populations.

LS.Bio.9.4

Understand natural selection as a mechanism for biological evolution.

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