II - Les Chordés

Organisation du vivant Animal
I] Les amphibiens
1) Introduction
De nombreux organismes peuvent mêler vie terrestre et vie aquatique. Les amphibien font partie des craniates, et des
lissamphibien. On s’intéressera aux anoures et aux urodèles.
2) Problèmes liés au passage de la vie aquatique à la vie terrestre
a) Contraintes du milieu aérien
α) La variabilité de la teneur en eau
C'est la contrainte principale de la vie en milieu aérien. Ces contraintes se situent au niveau du tégument (tissu + ses
productions qui recouvrent un être vivant).
Chez les vertébré, le tégument est pluristratifié (hypoderme d'origine endoblastique, un derme d'origine mésoblastique,
un épiderme d'origine ectoblastique). Les invertébrés possèdent un tégument monostratifié.
Les amphibiens possède un tégument pluristratifié, avec des glandes muqueuses
(mucus), des glandes séreuses (sécrétion venimeuse), un derme et un épiderme.
La couche cornée est très peu épaisse.
Dans le tégument, on a des chromatophores (sécrétrices de pigments). Les
caroténoïdes donnent des couleurs allant du jaune au rouge, que l'on retrouve
généralement en surface sécrétés par des xantophores, et des pigments plus
profond noirs ou marrons, sécrétés par les mélanophores.
Le tégument est très peu kératinisé et perméable, permettant les échanges d'eau
et de gaz. Ils possèdent des vessies très volumineuse, qui permet de conserver
de l'eau. Par des phénomènes osmotiques, l'eau peut être redistribuée au corps
en cas de besoin.
β) La variabilité climatique
Le milieu aquatique subit de moins de variations de températures que le milieu aérien,par sa forte capacité calorifique.
γ) La poussée d'Archimède
Il y a besoin de squelette pour pouvoir vivre en milieu aérien, car la poussée d'Archimède y est très faible.
δ) L'air n'est pas un milieu nourricier
Avaler de l'air ne peut pas nourrir ! L'eau, elle, contient de nombreux nutriments et micro-organismes. En revanche, l'air
est riche en oxygène, facilitant sa prise.
ε) L'air est un milieu transparent
L'air sera beaucoup exposés aux rayons solaires, et notamment UV (a, b les bons, c). Le milieu aérien sera beaucoup
plus propice à la vision.
ζ) Conclusion
Ainsi, le milieu aérien implique des adaptations structurales et fonctionnelles. Le milieu aérien a des avantages
(disponibilité d'O2), et inconvénients (disponibilité en eau)
b) Description de la métamorphose
La larve :
Prémétamorphose
Prométamorphose
Elle est complètement aquatique, possède une
respiration branchiale, et l'excrétion est
permise par des ammoniotélie. La bouche
n'est pas encore percée, et on peut voir
l'intestin par transparence (le têtard utilise ses
réserves).
Pendant la prémétamorphose, membre
postérieurs au stade bourgeon. Des membres
antérieurs rudimentaires logées dans les
cavités branchiales, que recouvrent les
operculaires
(création
des
nouvelles
branchies)
Pendant la prométamorphose, allongement
des membres postérieurs, intestin vu par
transparence, et la larve utilise ses réserves.
Climax
La phase climax permet la sortie des
membres postérieurs. Élargissement de la
bouche, régression de la nageoire caudale,
régression de la queue en elle même,
disparition des branchies, différenciation du
cartilage tympanique et de la membrane du
tympan.
Rappel sur l'excrétion : Excrétion de l'azote sous forme :
• D'ammoniac pour éviter les modification physiologiques par substitution avec des ions K + ou Na+. Il faut 0,5L
d'eau pour éliminer 1g d'ammoniac.
• Urée : 0,05L pour éliminer 1g
• Acide uriqe : 0,001L Pour 1g d'azote. (oiseau)
La mâchoire se développe, la langue aussi pour capturer les proies. Les grenouilles peuvent
marcher, sauter, dans certains cas voler, les organes visuels changent de pigments et ont des
paupières, lentille, cornée, et glande lacrymales.
Le système sanguin est composé d'un cœur en série (sinus veineux, oreillette, ventricule, bulbe artériel) qui propulse le
sang vers les branchies et la peau pour la respiration. Les globules rouge sont nucléés.
Le tégument n'est pas spécialisé, mais par sa minceur, permet les échanges de
gaz. Les gaz seront pris en charges par les pigments respiratoires. Cette
respiration cutanée est essentielle, surtout lors du développement larvaire
quand les branchies ne sont pas encore présentes. Certaines salamandres ont
une respiration uniquement cutanée. L'épaisseur du tégument et la quantité de
capillaires dermiques peut varier en fonction de la quantité d'oxygène du
milieu.
Chez l'adulte, le cœur est cloisonné par un spiracle au niveau du bulbe
artériel. Le sang vient des poumons, dans l'oreillette gauche qui se
contracte. L'oreillette droite, qui récolte le sang issus des tissus et de la
peau, se contracte à son tour. Globalement, le sang irait des poumons à
l'oreillette gauche, au ventricule, au bulbe artériel, pour aller irriguer les
tissus, puis passera dans le sinus veineux, oreillette droite, ventricule,
puis préférentiellement dans le bulbe artériel qui envoie vers les
poumons et peau. Dans l'eau, la respiration pulmonaire est arrêtée.
Le poumon : la grenouille n'ayant pas de cage thoracique, la grenouille utilise un système de pompe à pression :
ouverture des narines et abaissement du plancher buccal. Les narines se ferment, le plancher buccal remonte, envoyant
l'air dans les poumons. On peut avoir plusieurs phases d'inspiration, sans expiration (permis par une grande plasticité
pulmonaire.
Le têtard a une hémoglobine à forte affinité pour l'oxygène (car milieu marin, donc peu d'oxygène). Chez l'adulte,
l'hémoglobine a une moindre affinité pour pouvoir céder plus facilement l'oxygène aux tissus.
Excrétion : ammoniac pour le têtard (ammoniotélies) et urée pour la grenouille
Conclusion : La métamorphose correspond à un ensemble de transformation morpho-anatomo-physiologiques,
accompagnés de changement des conditions de vie. Le passage du milieu aquatique au milieu terrestre a conduit à des
adaptations structurales et fonctionnelles coordonnées. Aucun des appareil ne se transformant indépendamment des
autres. Ce développement de type adaptatif implique l'existence d'un ou plusieurs « chef d'orchestre », malgré l'aspect
génétique.
c) Les déterminismes de la métamorphose
Il faut coordonner les différentes étapes de la métamorphose :
La thyroïde (glande endocrine) a un rôle déterminant (têtard + broyat de thyroïde
de cheval = développement rapide en grenouille). Les hormones principales sont
T3 (triodothyronine) et T4 (thyroxine).
Sans thyroïde : têtard géant
Sans hypophyse : têtard nain
Sans hypophyse + T4 = grenouille naine
Certains facteurs environnementaux peuvent déclencher la métamorphose
(lumière et température). Les stimuli environnementaux sont intégrés par
l'hypothalamus.
Chez les urodèles, les métamorphoses sont beaucoup plus discrètes. Les axolotl peuvent se métamorphoser en
Ambystome. Si elle se reproduit au stade larvaire (néotonie) elle restera axolotl. C'est la néotonie facultative.
Chez un triton alpestre, la néotonie est obligatoire, il n'y a pas de métamorphose. Dans certains cas d'amphibien, le
schéma de développement n'est pas classique, avec développement de la larve dans la cavité gastrique
II] Les reptiles
Ce groupe paraphylétique possède un amnios (donc ce
sont des amniotes, comme les oiseaux et les
mammifères)
Comprenant les lézard (sauriens) et serpents (ophidiens)
qui forment les squamates, les crocodiles (crocodiliens),
tortues (chélonien). Les oiseaux peuvent être considérés
comme des reptiles, formant alors un groupe
monophylétique.
On regardera la présence de fosses temporales : sans
fosse comme chez les tortues (anapsides), 4 fosses deux
par côté comme les squamates dinosaures et oiseaux
(diapsides) et deux fosses une par côté (synapsides).
1) Quelques caractéristiques morphologiques
a) La tête
Tête (yeux, narines, bouches), tronc queue, langue biphide.
Les squamates : Ont perdu la barre temporale de la fenêtre inférieur. Ils
possèdent également un os mobile (os carré) qui favorise l'ouverture de la
bouche.
Les serpents ont de plus perdu l'os entre les deux fenêtre temporales, permettant
une ouverture encore plus importante, et ils n'ont pas de dents donc utilisent le
replis de leur gencives pour accrocher la proie et utilisent les apophyses de la
colonne vertébrale pour broyer les proies.
Les sauriens peuvent perdre leur queue : une vertèbre fissuré peut être brisé par
un contraction de muscles particuliers tout en obturant les vaisseaux. La queue
repousse ensuite et peut être brisée à nouveau. On parle d'Autotomie.
Les sphénodons possèdent deux fenêtre temporales fermées par des barres temporales. Ils ont perdus leur tympans, et
au sommet de leur crâne, entre les deux yeux, un troisième petit œil (nerf optique, rétine, cornée...) protégé par une
écaille transparente qui s'opacifient avec l'âge. Ils sont à sang froid et vit à des température assez basse.
Crocodiliens : Dans la mâchoire (mandibule), ils possèdent une fosse latéro-postérieur. On reconnaît
les crocodiles des caïmans et alligator au niveau de la dentition : chez les crocodiles, on a des dents
inférieurs visibles. On a aussi les gavials, avec une mâchoire très fine qui consomment essentiellement
des poissons. Les crocodiles possèdent aussi des glandes à sel, qui permettent de réguler la salinité de
leur nourriture, et peuvent excréter du sel par cette glande. On retrouve ces glandes à sel chez certains
autres organismes (iguanes marins par exemple).
Les chéloniens : Pas de dents, mais un bec corné tranchant.
b) Le tégument
Épiderme : Les écailles des parties tégumentaires, composées de couches de kératine. Les couches superficielles
s'appellent squames, qui peuvent être arrachées facilement, et qui seront remplacée par des cellules de la couche basale.
Les desmosomes assurent une cohésion entre les cellules, qui progressent s'aplatissent et se kératinisent.
Derme : Derme vascularisé par des capillaires sanguins.Pour tous les les reptiles sauropside, la kératine est présente
sous deux formes : une forme α flexible (assure la souplesse de la peau, et se retrouve entre les écailles), et la kératine β
beaucoup plus rigide au niveau des écailles.
Ostéocules : Les crocodiles possèdent une plaque osseuse (ostéocutes) dans le tégument. Chez les tortues, les
ostéocutes sont fusionnées à la colonne vertébrale (carapace) et au niveau du plastron ventral (non soudé à la colonne
vertébrale). Certaines tortues possèdent des carapaces molles (genre cuir), et sont essentiellement aquatiques (elle peut
avoir un rôle dans la respiration).
La mue : La couche cornée se détache au niveau des lèvres et se détache le long du corps à chaque phase de croissance.
Notions de dent : font partie du système tégumentaires. Seul le groupe des mammifères mâchent. Chez les reptiles,
elles ont un rôle préhenseur, et peuvent être spécialisée (crochets à venin : dents trouées par des canaux reliées aux
glandes à venin). A part les crochets, les reptiles sont homodontes (même type de dents).
c) La respiration
Poumons cloisonnés, avec des muscles pour avoir un flux bidirectionnel.
d) Ceinture osseuses
Chez les tortues, les ceintures sont sous les côtes, et sur les côtes chez
les crocodiles (on retrouve plus généralement cette organisation.
e) Cas des oiseaux
Ils possèdent des plumes, qui sont des productions épidermiques
fine (phanères) kératinisées engendrée par des dépressions de la
peau (follicule). Les plumes sont formée par une prolifération
rapide des cellules germinatives, qui vont former un tube, entouré
d'une gaine, qui sort rapidement de la dépression du follicule. La
gaine se rompt, qui libère tout les constituants de la plume.
Les plumes de vol (les penne) ont une hampe plus
rigide. Au niveau de la queue, on les appelles rectrices.
Les plumes de recouvrement sont les tectrices et les
plumes de duvet. Il y a également des vibrisses,
composés de rachis nus, observables au niveau des yeux
et bec des rapaces. Le renouvellement des plumes
peuvent être périodique, permettant de compenser l'usure
et la décoloration.
On parle également de mues : partielles pour les
tectrices, ou complète qui affecte l'ensemble du plumage,
s'accomplissant selon un ordre déterminé pour chaque
espèce. Généralement, mue et reproduction sont
dissociées dans le temps (à cause du coup énergétique).
On retrouve des écailles au niveau des pattes (structure
quasi identique à celle des autres reptiles).
Les adaptations au vol
• Rapport surface des ailes / masse le plus grand possible
• Masse diminuée : os creux (la moelle disparaît et formation de cloison
pour renforcer la solidité)
• Excrétion d'acide urique : réduit la quantité d'eau au maximum
• Modifications squelettiques : fusion des vertèbres (résistance accrues),
cage thoracique robuste (évite l'écrasement par les muscles des ailes), et
élargissement du sternum en bréchet (ancrage des muscles)
La respiration
Le volume ne change pas lors de la respiration, mais ce sont les sacs aériens qui vont jouer le rôle de soufflet. Il
permettent la ventilation. L'air rentre par les mésobronches, permis par l'appel d'air créée par les sac pulmonaires. Les
échanges gazeux se font par un système contre-courant : l'air rentre, et le sang circule dans le sens opposé. Ce système
permet de maintenir un plus grand gradient (alors que les système concourant sont rapidement à l'équilibre), permettant
de récupérer plus d'oxygène, et donc un métabolisme plus actif (nécessité énergétique du vol, et température corporelle).
La fonction circulatoire : nous développeront dans le cours des mammifères
La fonction excrétrice : Excrétion acide urique (cours amphibiens)
Le système reproducteur : nous traiterons le développement embryonnaire chez les amniotes.
III] La vie embryonnaire chez les amniotes
L'embryon est l'organisme en développement depuis l'œuf fécondé jusqu'à l'autonomie (larve, ou jeune). On a le type
oviparité (développement dans un œuf), la viviparité (développement dans l'appareil génital femelle). L'embryon a de
nombreuses fonctions en relations avec son milieu : excrétion, nutrition, respiration. L'embryon n'est pas autonome, et
tous ses organes sont en voie de formation. Selon le type de développement, ces fonctions varient.
1) La nutrition chez les embryons amniotes
On travaillera sur le modèle des oiseaux
(suffisamment petit, temps de gestation court, facilité
d'étude...).
33 H : L'embryon a trois feuillets (endoblaste,
ectoblaste, mésoblaste) avec des feuillets extraembryonnaires non organogènes : l'endoderme
(collé au vitellus), l'ectoderme, avec le mésoderme
(une partie splanchnopleure contre l'endoderme, et
une partie somatopleure contre l'ectoderme) qui
forme une cavité cœlomique.
33 H
48 H : le vitellus est pratiquement entouré par les
feuillets extra-embryonnaires.
72 H : apparition d'un pore amniotique qui rentre
dans une cavité autour de l'embryon, avec un rôle
de l'amnios contre la dessiccation et les chocs
mécaniques
72 H
95 H : la cavité vitelline joue un rôle trophique,
et le vitellus est en étroite relation avec le tube
digestif en formation de l'embryon par le pédicule
vitellin. Des cellules endoblastique sécrètent des
enzymes digestives.
2) La respiration et l'excrétion chez les amniotes
72 H : formation d'un petit diverticule à partir de
l'endoderme et ectoderme dans le cœlome extraembryonnaire, en relation avec la partie postérieur
du tube digestif : c'est la vésicule allantoïde.
96 H : la cavité allantoïde envahit tout le cœlome
extra-embryonnaire.
Endoderme
+
splanchnopleure donne la paroi de l'allantoïde.
Ectoderme et somatopleure forment le Chorion (ou
séreuse de Von Baer). Paroi de l'allantoïde et
chorion donne le futur allanto-chorion.
15 J : La cavité amniotique est autour de
l'embryon. En avant de celui-ci, on a la cavité
vitelline, et autour de l'embryon et de la vésicule
vitelline on a l'albumen qui croit au fur et à mesure
que le vitellus diminue.
95 H
Les déchets métaboliques s'accumulent dans l'allantoïde (déchets rénaux) sous forme de cristaux d'urate, et la
respiration se fait par diffusion au travers des membranes, depuis la chambre à air (postérieur). L'allanto-chorion est
richement vascularisé, et la coquille est poreuse. Les contacts des parois avec la coquille permet la mobilisation des
minéraux (calcium notamment), avec incidemment une fragilisation de la coquille, qui favorisera l'éclosion.
3) Le déterminisme sexuel lié à la température d'incubation des œufs
Déterminisme thermique du sexe chez
les crocodiliens. Pour les chélonien,
seulement dans certains cas. Pour les
squamates, seulement dans quelques
rares cas.
4) Régulation de la températures
La chaleur peut être interne et régulé (oiseaux), ou peut être externe et non régulé (poïkilotherme).
IV] Les mammifères
1) Les monotrèmes
Comme l’ornithorynque. Pondent des œufs qui demandent un grand investissement énergétique. Ils ont un orifice anal,
et toutes les voies convergent dans une seule cavité (cloaque). Ce sont des organismes homéothermes (mais avec des
variations possible de 5 °). L'allaitement se fait par les poils de la mère.
Ils ont un bec corné, et se nourrissent de larves d'insectes, et pour certains, de fourmis. Les mâles possèdent une glande
à venin pour pouvoir paralyser la femelle pour l'accouplement.
2) Les marsupiaux
Ils se retrouvent en Australie et aux Amériques. Les voies génitales et urinaires sont séparées, avec deux oviductes
(donc deux vagins) et incidemment un hémipénis pour les mâles. Ils sont tous vivipares
Il n'y a pas de placenta, les jeunes viennent au stade larvaire peu évolué, et la gestation se réalise dans une poche
abdominale cutanée : le marsupium. Des mamelles se trouvent dans le marsupium.
3) Les placentaires
Plus qu'un seul vagin. Ce groupe contient le plus
d'espèces. Le développement embryonnaire se fait dans
l'utérus maternel, depuis le début de l'embryogenèse,
parfois jusqu'à l'autonomie totale dans certains cas.
Pendant le gestation, une liaison anatomique se fait entre
fœtus et mère : le placenta.
Au niveau de l'architecture du squelette, les membres
inférieurs ont la possibilité de soutenir le corps plus
efficacement, et avec possibilité de rotation grâce à
l'insertion du zygopode dans la ceinture pelvienne en
forme de boule.
Le neurocrâne entoure l'encéphale, il possède deux fosses temporales
(synapside). L'apparition d'un palais osseux permet la mastication et la
respiration simultanée. La mâchoire est puissante, constitué d'une mandibule
composant la mâchoire inférieur en un seul os.
Ce sont des hétérodontés (spécialisées), et les dents ne sont pas remplacées au cours de la
vie. L'articulation des dents est placée différemment selon le régime de l'animal (au niveau
des dents pour les carnassiers en bas, et au dessus des dents pour les herbivores).
On peut avoir des adaptations au milieu, comme chez le Koala arboricole (adaptation des
membres) qui se nourrit exclusivement de feuilles d'eucalyptus peut énergétiques. Il vit à la
limite de ses besoins nutritifs. Comme tous les mammifères, il est incapable de digérer la
cellulose. Il possède cependant un cæcum post-gastrique (26% de la taille de l'intestin), qui
constitue un fermenteur permettant la digestion de la cellulose par des bactéries.
Caractère dérivés : Les poils (phanère d'origine tégumentaire composés de cellules mortes recouvertes de kératine,
avec un rôle dans la mécanoréception, la thermorégulation, imperméabilisation, protection...) sont un caractère dérivé
propre. L'homéothermie est également un caractère propre, au même titre que les mamelles (et glandes associées) avec
une exception chez l'ornithorynque (pas de vrai mamelle).
Locomotion : La locomotion est très diversifiée chez les mammifères, comme la course, la marche, le saut, les
fouisseurs...
Fonction respiratoire : La peau est composée de
plusieurs couches, donc peu perméable. L'air est aspiré
par les poumons à l'aide du diaphragme. L'air passe par le
nez (chauffé et humecté), la trachée, et les bronches. La
plèvre est composée de deux feuillet : pariétal et viscéral.
Autour du cœur, ce sera le péricarde, et le péritoine
autour de l'intestin.
Le diaphragme se contracte, créant une dépression dans
les poumons. Le diaphragme se relâche passivement à
l'expiration. L'air entre dans les bronches et se retrouve
au niveau des sac alvéolaires composés de nombreuses
alvéoles richement vascularisés par des capillaires (issus
des artères pulmonaires). Des tissus conjonctifs
maintiennent le système avec des fibroblastes. On
retrouve notamment des hématies (érythrocytes sans
noyau, sauf pour les groupes des camélidés), des
macrophages et des pneumocytes. Un liquide tapisse les
alvéoles : le surfactant, d'origine lipidique, sécrété par le
pneumoncyte II, qui empêche le collapsus du poumon.
Les échanges se font par diffusion passive entre le compartiment alvéolaire et le compartiment capillaire. La barrière
entre les compartiment est composé de pneumocyte, lames basales fusionnées, et couches endothéliales. Chez l'homme
les alvéoles font 145m², 70m² de surface d'échange.
Le phoque peut rester près de 70 minutes dans une eau à température négative. Il stocke 2x plus d'oxygène par kilo.
Lors de la plongée, il n'irrigue que quelques organes (œil pour la chasse, cerveau, surrénale qui sécrèterait une hormone
pour que le cerveau résiste à la pression, moelle épinière, et placenta). De plus, la rate pourrait stocker 24L d'oxygène.
Les poumons peuvent se collapser, empêchant les problèmes liés à la pression d'azote (perte de vision, perte de
conscience, voire mort).
Excrétion : Sous forme d'urée, avec
un système optimisé pour éviter les
pertes d'eau. Le rein va faire l'urine,
qui ira dans la vessie par l'uretère.
L'urine passe par deux étapes,
primitive et définitive, dont les
composition changent (globalement,
l'urine définitive est plus concentrée,
car l'eau est réabsorbée). L'eau et les
glucides sont réabsorbées alors que
de l'ammoniac est sécrété.
Le rein est composé de très nombreux néphrons. Le glomérule, se
trouvant dans la capsule de Bowman, est composé de deux feuillets
séparés par une cavité : il reçoit l'artère efférente dont il filtrera le
contenu. Dans le feuillet interne du glomérule, il y a de nombreux
podocytes non jointifs, avec excroissance cytoplasmique : les
pédicelles. Entre les pédicelles, l'espace est appelé fente de filtration,
qui empêchera certaines molécules de passer (protéine). De plus, les
capillaires dans le glomérules sont fenestrées. Le tubule est composé de
trois segments : tubule proximal, tubule distal, et le tube collecteur. Les
cellules du tube proximal ont des microvillosités, riche en mitochondrie
pour alimenter les transporteurs actifs. Dans l'anse, les cellules sont
moins spécialisées. Dans le tube distal, il n'y pratiquement plus de
microvillosités. Le tube collecteur n'ont pratiquement plus de
microvillosités ni de mitochondries.
Le sang est à 100 mmHg dans l'artère efférente, puis il passera à 70mmHg quand il arrive dans les artérioles. L'urine
primitive elle est à 10mmHg. La filtration est dirigée par 2 forces :
• Pression sanguine (hydrostatique) : 60mmHg résultante vers l'urine primitive
• Pression oncotique : 25mmHg vers les artérioles
La résultante est de 35mmHg vers l'urine, donc permet un flux passive vers l'urine.
La vie embryonnaire : Après fécondation, l'œuf migre dans les trompes et fait la nidation dans les villosités utérines. A
partir du 8ème jour, le blastocyste s'implante, et du liquide amniotique se forme dans une cavité du blastocyte. On a une
toute petite vésicule vitelline. Le tout est entouré par le cœlome extra-embryonnaire. On retrouve toujours le chorion.
Le placenta se forme à partir du chorion et du
conjonctif allantoïdien. Il n'y a pas d'échange
physique de sang entre le fœtus et la mère. Les
échanges de substances (eau, minéraux,
plastiques, lipides, protides...) se font à travers
la barrière placentaire. Pour l'excrétion de
l'embryon. Les déchets sont transportés
seulement vers la mère, et les anticorps
seulement vers le fœtus. Des pathogènes et
toxines peuvent aussi traverser la barrière
placentaire.