Les dernières secondes de décembre

des premières traces de vie (~3,5 Ga, candidats plus anciens contestés) à aujourd'hui

Une année, et sa règle

En 1977, dans Les Dragons de l'Éden, puis en 1980 à la télévision, dans la série Cosmos, l'astronome américain Carl Sagan ramène l'histoire de l'Univers à une seule année, douze mois où tout ce qui a eu lieu trouve sa date. Le livre s'en est servi depuis son premier chapitre, par morceaux, chaque fois qu'une durée devenait trop grande pour être lue ; ce chapitre la déplie en entier. La règle est une règle de trois : 13,8 milliards d'années pour 365 jours, le 1er janvier à minuit pour le début conventionnel, l'instant d'où l'on compte, et le 31 décembre à minuit pour le présent. Chaque jour vaut alors 37,8 millions d'années, chaque heure 1,58 million, chaque minute 26 000 ans, chaque seconde 438 ans. La conversion ne comporte aucune incertitude ; celles qu'on lira viennent toutes des âges convertis.

Le début de l'année est saturé. Les noyaux d'hydrogène et d'hélium, faits entre la troisième et la vingtième minute après le début, sont achevés dans le premier dixième de microseconde du 1er janvier ; la première lumière, celle qui arrive aujourd'hui comme fond diffus, part vers minuit et quart, quand l'Univers a 380 000 ans ; la galaxie MoM-z14, vue telle qu'elle était 280 millions d'années après le début, brille le 8 janvier vers 10 h. Puis l'année s'étire, et le Soleil arrive bien plus tard.

Les plus vieux solides du Système solaire, les inclusions réfractaires des chondrites, ont 4 567 millions d'années, peut-être un million de plus ; le chapitre du Soleil a dit comment on les date, par deux uraniums qui se défont chacun à son rythme dans un même grain. La soustraction place la naissance du Soleil environ 9,2 milliards d'années après le Big Bang, aux deux tiers de l'histoire cosmique, et sur l'année le 2 septembre vers 5 h du matin — la fin d'août, si l'on arrondit. Le million d'années de plus la recule d'une quarantaine de minutes, sur le même matin.

Ce que ce chapitre a établi de l'étoile tient en une ligne : sur mille grammes de sa surface, sept cent quarante-quatre sont d'un hydrogène sorti des premières minutes, que les étoiles consomment et ne font pas, et quatorze de tout ce qu'elles ont forgé, reçus d'un gaz mêlé où les générations ne se comptent pas, dans une région de la Galaxie plus centrale et plus riche que celle où elle tourne aujourd'hui. Et le chapitre qui demande qui raconte montrera que ce raccord, entre l'âge calculé de l'Univers et l'âge lu dans les plus vieilles pierres, a un lieu et un instant précis.

Tout ce que les chapitres précédents ont placé dans cette fin d'année tient dans ses premiers jours. Les planètes se forment le 2 septembre ; la Lune naît entre le 3 et le 5 ; le plus vieux grain de Terre, un zircon australien, cristallise le 6 septembre et porte déjà l'indice d'une eau liquide en surface. Le reste de l'année appartient au vivant.

Septembre : une vie déduite

La géologue Frances Westall place des océans « habitables » dès 4,34 milliards d'années, le 8 septembre, six jours après le Soleil, et le mot ne dit pas que ces océans étaient tranquilles. Dans le modèle de bombardement de Simone Marchi et de ses coauteurs, calé sur les cratères de la Lune et sur la chimie de la Terre, la jeune Terre reçoit trois à sept corps de plus de 500 km, et chacun peut vaporiser l'océan entier ; le dernier tombe vers 4,3 milliards d'années dans la moitié des simulations, vers 4 milliards dans une sur dix. L'eau montée en vapeur retombe ensuite en pluie. Vaporiser l'océan ne stérilise pas la planète : une vie enfouie dans la roche peut survivre, et seule la fusion de toute la surface y suffirait, qui demanderait un corps de 2 000 à 2 700 km. Au début de septembre, la vie devient possible sur Terre sans y être à l'abri.

Aucune roche de cette époque ne montre de vie, et le premier argument pour une vie très précoce vient des gènes. Tous les êtres vivants actuels descendent d'un dernier ancêtre commun universel, LUCA, et en 2024 Edmund Moody et ses coauteurs le datent par une horloge moléculaire : on compte les différences accumulées entre des gènes apparentés, et l'on convertit ce nombre en temps. Un arbre qui n'a aucun groupe extérieur ne s'enracine pas ; ils le contournent avec des familles de gènes dédoublées avant LUCA, dont les deux copies se retrouvent chez les bactéries comme chez les archées. Treize points de calibration ancrent ensuite l'arbre dans le temps géologique, le plus ancien étant l'impact qui a formé la Lune, 4 510 millions d'années à 10 millions près, avant lequel aucune vie n'aurait survécu. Le résultat tombe vers 4,2 milliards d'années, entre 4,09 et 4,33 selon le modèle d'horloge moléculaire retenu : LUCA vit entre le 8 et le 14 septembre, moins de deux semaines après la naissance du Soleil.

Pour le biologiste Greg Fournier, LUCA « n'est pas la première cellule, pas le premier microbe, pas le premier de quoi que ce soit » : il marque la fin de l'histoire de l'origine de la vie. Le portrait qu'en tirent Moody et ses coauteurs est celui d'une cellule déjà complète, sans oxygène, qui tire son énergie de l'hydrogène et du gaz carbonique et se défend déjà contre les virus. Si LUCA a 4,2 milliards d'années, la vie est plus ancienne encore ; selon Aaron Goldman et Arturo Becerra, le chemin de l'origine à LUCA aurait alors tenu en 100 à 200 millions d'années, trois à cinq jours de l'année.

Le temps n'entre dans l'arbre que par les calibrations, et l'âge bouge si l'une d'elles est révisée. Patrick Forterre, de l'Institut Pasteur, juge « très difficile d'imaginer » un LUCA antérieur à 4 milliards d'années, parce que la Terre aurait eu besoin de plus de temps pour refroidir ; Luis Delaye accepte l'ancienneté mais doute qu'il ait été aussi complexe. Ces objections sont des réserves : aucune contre-analyse publiée n'a proposé une autre date. LUCA vers 4,2 milliards d'années reste un résultat de modèle, récent, que rien dans les roches ne confirme.

Le 30 septembre

Les roches répondent plus tard, et plus sûrement. À partir de 3,5 milliards d'années, des signes de vie abondants apparaissent dans des roches mieux conservées, formées sans oxygène, et les plus anciens sont les stromatolithes de la formation de Dresser, en Australie-Occidentale, datés de 3,48 milliards d'années : des structures en couches que bâtissent des tapis de microbes en piégeant des sédiments, couche après couche. Vers 3,4 milliards d'années suivent les structures microbiennes du chert de Strelley Pool, dans la même région. Pour Dresser, la plupart des scientifiques acceptent l'origine biologique, sans que d'autres explications soient tout à fait exclues, et cette première trace largement admise tombe le 30 septembre vers 23 h. Entre LUCA et Dresser s'étendent plus de 600 millions d'années, deux semaines et demie de l'année, pendant lesquelles la vie est déduite des gènes et non vue dans les roches.

Plusieurs candidats prétendent combler cet intervalle, et aucun n'est accepté. À Isua, au Groenland, dans des carbonates de 3,7 milliards d'années que la fonte de la neige a dégagés, Allen Nutman et ses coauteurs décrivent en 2016 des stromatolithes de 1 à 4 cm de haut, antérieurs de 220 millions d'années à ceux de Dresser, le 25 septembre. En 2018, Abigail Allwood et ses coauteurs, dont le spécialiste d'Isua Minik Rosing, y voient plus plausiblement des structures de déformation, formées dans la roche longtemps après son enfouissement ; en 2020, une nouvelle étude ne trouve dans ces formes aucune lamination interne, leur litage apparent venant de l'altération inégale des surfaces ; et en août 2019, une douzaine de chercheurs des deux camps et de tiers, réunis sur l'affleurement, repartent « sans réel consensus », d'accord sur un point : les indices ne franchissent pas la barre élevée qu'exige la plus ancienne trace de vie. Ces formes ne sont pas le graphite d'Isua, un carbone que de nouvelles analyses jugent plutôt d'origine biologique.

À Nuvvuagittuq, au Québec, des filaments d'hématite, un oxyde de fer, ont été lus comme des microfossiles de bactéries qui oxydaient le fer, et des processus non biologiques pourraient expliquer à la fois leur forme et leurs isotopes ; l'âge de la roche est lui-même disputé, 3,75 milliards d'années selon les zircons des granites qui la recoupent, 4,32 selon une autre méthode, et un filon qui la traverse, daté en 2025 de 4 157 millions d'années, la fait au moins aussi vieille. À Jack Hills, en Australie, un zircon de 4,1 milliards d'années, le 14 septembre, enferme un graphite dont les isotopes du carbone s'accordent avec une origine biologique, mais aussi avec des processus de la croûte ou une origine extraterrestre. C'est la plus ancienne trace chimique proposée, et elle est contestée.

Les trois dossiers butent sur le même obstacle. Une forme, une texture ou un rapport entre isotopes peuvent naître sans vie, et dans des roches chauffées, écrasées et recristallisées, les processus physiques et chimiques produisent des signes qui imitent ceux du vivant. Dresser se distingue par des roches mieux conservées et des signes abondants et variés. Ce qui ferait avancer les candidats plus anciens est connu dans son principe : des signes indépendants qui concordent dans une même roche peu déformée, ou des cartographies chimiques assez fines pour exclure la déformation. Nutman lui-même comptait en 2019 « cinq à dix ans » pour trancher le cas d'Isua.

D'après le registre géologique, la vie est très probablement apparue sur Terre entre 4,32 et 3,48 milliards d'années, du 8 au 30 septembre, et la date est connue à trois semaines près. Le mécanisme, lui, n'a pas été observé, et les pistes présentées au chapitre précédent, le monde ARN, l'ordre entre la réplication et le métabolisme, les sources hydrothermales ou les mares de surface, n'ont pas changé de statut : aucune n'est un résultat.

Deux mois de microbes

Une fois apparu, le vivant reste microbien très longtemps. Les cyanobactéries, des bactéries dont la photosynthèse rejette de l'oxygène, existent au moins depuis 2,45 à 2,32 milliards d'années, et probablement dès 2,7, le 21 octobre ; la date de cette invention reste discutée. L'oxygène, lui, n'entre dans l'air que plus tard, et le chapitre de l'eau a raconté la Grande Oxydation : il franchit un premier seuil vers 2,43 milliards d'années, oscille pendant environ deux cents millions d'années, monte, redescend, et s'installe pour de bon vers 2,22 ; une présentation plus large la fait courir de 2,46 à 2,06. Sur l'année, l'oxygène arrive entre le 27 et le 28 octobre, s'installe le 3 novembre, et la période large s'achève le 7. Si les cyanobactéries existaient dès le 21 octobre, une semaine cosmique, plus de deux cents millions d'années, sépare les premières d'entre elles de l'oxygène libre dans l'air ; si elles n'apparaissent que vers 2,45 milliards d'années, le décalage disparaît presque. C'est leur date qui décide de sa durée.

La cellule à noyau, l'eucaryote, naît d'une union. Une archée sans oxygène, parente des archées dites d'Asgard, s'associe à une bactérie qui respire l'oxygène, une alphaprotéobactérie, et cette bactérie devient la mitochondrie, la centrale énergétique des cellules actuelles. Le moment de l'union n'est pas daté directement. Les plus anciens fossiles qui pourraient être des eucaryotes viennent du groupe de Ruyang, en Chine, et ont de 1,8 à 1,6 milliard d'années : ils placent la cellule complexe entre le 14 et le 19 novembre. Grypania, une forme spiralée jusqu'à 2,1 milliards d'années, reste contestée, et selon une autre synthèse le registre montre des eucaryotes dès 1,9 à 1,4 milliard d'années, avec une histoire ancienne « mal résolue ».

La cellule complexe reste ensuite discrète pendant près d'un mois. Pour le Protérozoïque moyen, de 1,8 à 0,8 milliard d'années, les isotopes du chrome indiquent un oxygène atmosphérique qui ne dépasse pas 0,1 % du niveau actuel ; d'autres traceurs donnent des valeurs plus hautes. La plus ancienne algue qui ait encore des descendants, l'algue rouge Bangiomorpha, est datée de 1,047 milliard d'années, le 4 décembre. Pourtant, d'après les molécules fossiles propres aux eucaryotes, les bactéries restent les seuls producteurs notables des océans jusqu'au Cryogénien, vers 720 millions d'années : pendant les deux tiers de son histoire, la vie terrestre a été microbienne.

La Terre blanche, puis les animaux

Le Cryogénien porte deux glaciations globales. La première, dite sturtienne, commence vers 717 millions d'années et dure 57 à 59 millions d'années ; la seconde, dite marinoenne, s'achève vers 635 millions d'années. Des glaciers touchent alors la mer aux basses latitudes, et la planète est blanche jusque-là. Sous un ciel où la glace bloque l'altération des roches, le gaz carbonique des volcans n'est plus consommé ; il s'accumule pendant des millions d'années, et la glaciation cède. On ignore encore si tout l'océan était gelé ou si une bande d'eau libre subsistait à l'équateur. Sur l'année, la Terre blanche occupe le 13 et le 14 décembre, revient après un répit le 14 au soir et repart le 15 vers 5 h ; entre les deux glaces, vers 659 à 645 millions d'années, les algues planctoniques prennent la mer.

Les animaux viennent ensuite, et leur date dépend de la façon dont on la cherche. Les horloges moléculaires placent l'origine du groupe actuel des animaux entre 833 et 650 millions d'années, du 9 au 14 décembre, et leurs auteurs préviennent que ces dates sont trop imprécises pour tester un lien avec les glaciations ; la plus ancienne trace attribuée aux éponges, une molécule fossile du Cryogénien, s'est révélée probablement d'origine algale. Dans les roches, les premiers grands organismes, ceux d'Avalon, apparaissent vers 575 millions d'années, le 16 décembre au soir, et un Dickinsonia de 558 millions d'années contient du cholestérol, la marque de la vie animale : l'un des plus anciens animaux confirmés, le 17 décembre vers 6 h, sous un air dont l'oxygène, intermédiaire et très variable, ne se serait stabilisé près de son niveau actuel qu'à la fin du Paléozoïque.

L'« explosion cambrienne » commence vers 538,8 millions d'années, le 17 décembre vers 18 h ; elle dure de 13 à 25 millions d'années, huit à seize heures de l'année, et presque tous les embranchements animaux y font leur première apparition dans les fossiles. Une analyse statistique la trouve pourtant « pas plus rapide » que les autres radiations animales, et les horloges moléculaires font diverger les lignées animales avant 580 millions d'années. Les animaux surgissent dans les fossiles le 17 décembre alors que leurs lignées divergent quelques jours plus tôt, et la part de cet écart qui tient à la conservation, des corps mous qui ne fossilisent pas, des coquilles qui le font, reste débattue.

Cinq coupures

La fin de l'année est rythmée par cinq grandes extinctions : à la fin de l'Ordovicien, il y a 445 à 444 millions d'années, le 20 décembre, 85 % des espèces disparaissent ; au Dévonien supérieur, il y a 372 millions d'années, le 22, au moins 70 % ; à la fin du Permien, il y a 252 millions d'années, le 25 vers 8 h, environ 81 % des espèces marines ; à la fin du Trias, il y a 201 millions d'années, le 26, 70 à 75 % ; à la fin du Crétacé, il y a 66 millions d'années, le 30 vers 6 h, 75 %. On attribue la crise du Permien au gaz carbonique des éruptions géantes de Sibérie ; celle du Crétacé est liée à l'impact d'un astéroïde. Le chiffre de cinq est une convention : aucune mesure ne sépare nettement ces cinq crises des nombreuses autres, et d'autres méthodes de calcul changent le classement.

L'astéroïde frappe le 30 décembre vers 6 h. Les mammifères existaient bien avant lui, aux côtés des dinosaures ; après lui, ils se diversifient vite. À Corral Bluffs, au Colorado, ils retrouvent leur taille d'avant la catastrophe en 100 000 ans, moins de quatre minutes de l'année. Le plus ancien fossile de la lignée des primates, Purgatorius, un petit mangeur d'insectes et de fruits du Montana, vit 105 000 à 139 000 ans après l'extinction, quatre à cinq minutes après l'impact ; les génomes placent l'ancêtre commun de tous les primates actuels entre 68 et 65 millions d'années, autour de l'impact. Vers midi, pendant un brusque réchauffement de 5 à 8 °C, il y a 56 millions d'années, les premiers primates d'aspect moderne se répandent sur trois continents.

Le 31 décembre vers 2 h 30, l'Antarctique se couvre de glace. Vers 8 h, il y a 25,2 millions d'années, la lignée des grands singes et celle des singes de l'Ancien Monde sont déjà séparées, et l'après-midi les grands singes se ramifient l'un après l'autre : les gibbons se détachent entre 12 h 30 et 16 h 20, les orangs-outans vers 16 h 20, les gorilles entre 18 h 15 et 18 h 55. Ces trois dernières dates viennent d'horloges moléculaires résumées, que les sources ne donnent pas au million d'années près, et la fourchette des gorilles chevauche celle de la séparation suivante.

Le soir du 31 décembre

D'après la génétique, les lignées humaine et chimpanzé se séparent d'un ancêtre commun entre 9 et 7 millions d'années, le 31 décembre entre 18 h 17 et 19 h 33 : le soir du dernier jour est commencé. L'homme ne descend pas du chimpanzé ; d'un même ancêtre partent deux branches sœurs, et chacune des deux espèces se tient au bout de la sienne. Sahelanthropus tchadensis, au Tchad, âgé d'environ 7 millions d'années, est le plus ancien fossile que certains rattachent à la lignée humaine, et ce rattachement est disputé.

Le genre Homo paraît à 22 h 13, avec son plus ancien représentant documenté, la mâchoire de Ledi, en Éthiopie, datée de 2,75 à 2,8 millions d'années. Homo erectus sort d'Afrique le premier, entre 1,8 et 1,3 million d'années, entre 22 h 51 et 23 h 10. En 2025, la reconstruction du crâne de Yunxian 2, en Chine, vieux d'environ un million d'années, conclut que les lignées menant à Homo sapiens, aux Néandertaliens et à Homo longi, le groupe des Dénisoviens, étaient déjà séparées il y a plus d'un million d'années, avant 23 h 22. Le coauteur Chris Stringer souligne que des fossiles africains de la même période n'ont pas pu être inclus ; le résultat recule l'âge de la lignée de sapiens, pas celui de l'espèce reconnaissable, et rouvre la question du lieu.

Homo sapiens apparaît en Afrique vers 300 000 ans, entre 260 000 et 350 000 selon les indices. Les plus anciens fossiles attribués à l'espèce viennent de Jebel Irhoud, au Maroc ; Daniel Richter et ses coauteurs les datent de 315 000 ans à 34 000 près et en concluent que l'émergence de l'espèce et celle des industries du Middle Stone Age sont proches dans le temps, peut-être à l'échelle de toute l'Afrique. Sur l'année, sapiens arrive à 23 h 48 ; la version de Sagan disait 23 h 52, avec l'ancienne date d'environ 200 000 ans. Les humains modernes quittent l'Afrique il y a 100 000 à 50 000 ans, entre 23 h 56 et 23 h 58, et se mêlent en chemin à d'autres humains : tous les non-Africains portent 1,5 à 2,6 % d'ADN néandertalien, et certaines populations de Mélanésie jusqu'à 6 % d'ADN dénisovien. On ignore encore si l'art, les parures et les outils complexes sont apparus brusquement vers 50 000 ans ou peu à peu au cours du Paléolithique moyen ; ce qui départagerait serait des traces de ces comportements nettement plus anciennes que 50 000 ans, assez nombreuses pour ne pas passer pour des exceptions.

L'écriture arrive à la toute fin, inventée quatre fois sans que l'une copie l'autre : en Mésopotamie vers 3400 à 3100 avant l'ère chrétienne, en Égypte vers 3250, en Chine avant 1250, en Mésoamérique avant le début de cette ère. L'écriture véritable, celle dont un lecteur ultérieur peut reconstituer exactement l'énoncé, succède à des systèmes de symboles qui servaient d'aide-mémoire. L'écriture mésopotamienne tombe à 23 h 59 min 48 s, douze secondes avant minuit, là où Sagan la plaçait à 23 h 59 min 47 s.

Trois histoires

On dit souvent que « toute l'histoire humaine tient dans les dernières secondes du 31 décembre », et la formule confond trois histoires que l'année sépare. L'histoire au sens des historiens, celle qu'on lit dans des textes, commence avec l'écriture et occupe les douze dernières secondes ; l'ère chrétienne en prend 4,6, une vie de quatre-vingts ans un peu moins de deux dixièmes de seconde. L'histoire de l'espèce, depuis les premiers Homo sapiens de Jebel Irhoud, occupe les douze dernières minutes, soixante fois plus. L'histoire de la lignée, depuis la séparation d'avec les chimpanzés, occupe les quatre heures et demie dernières, près de six si l'on retient la date la plus ancienne ; entre les deux, le genre Homo occupe 1 h 47. La formule est exacte pour la première histoire et fausse pour les deux autres, et elle reste vraie dans un sens : à l'échelle de l'année, même la lignée humaine est un événement du dernier soir.

L'année situe aussi la matière dont ces humains sont faits. Le chapitre précédent a compté les atomes d'un corps : six sur dix sont des atomes d'hydrogène, faits dans le premier dixième de microseconde du 1er janvier, entre la troisième et la vingtième minute de l'Univers ; les quatre autres ont été forgés dans des étoiles, de janvier à la fin d'août, et « nous sommes poussière d'étoiles » ne vaut que pour ces quatre-là. Ce corps qui écrit depuis 23 h 59 min 48 s le 31 décembre est fait, pour la majorité de ses atomes, de matière du premier instant de l'année.

Une dernière date encadre tout le chapitre, parce que l'Univers ne s'est pas contenté d'attendre pendant que la Terre se peuplait. Au fil de l'expansion, la matière se dilue ; l'énergie noire ne se dilue pas, et elle finit par l'emporter. L'ère qu'elle domine commence un peu moins de 10 milliards d'années après le Big Bang, deux semaines après la naissance du Soleil, vers le 16 septembre, et depuis l'expansion accélère ; la découverte date de 1998, quand des supernovas lointaines se sont révélées de 10 à 15 % plus éloignées que prévu sans énergie noire. Dresser, l'oxygène, les animaux et les humains appartiennent tous à un Univers dont l'expansion accélère.