TP génétique n°4 - Sciences de la Vie et de la Terre, Biologie
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Nom : Prénom : Classe : TP n°4: des mécanismes de diversification des êtres vivants Une équipe scientifique internationale estime le nombre d’espèces eucaryotes peuplant la Terre à 8,7 millions (dont 7,77 espèces animales). La grande majorité de cette richesse spécifique, notamment chez les arthropodes, n’a pas été décrite ni même découverte. Le brassage génétique, effectué lors de la méiose et la fécondation, contribue à la diversification du vivant. De même, les mutations sont la source aléatoire de la diversité des allèles, base de la diversité des espèces et de la variabilité au sein même de ces espèces. Cependant, ces deux phénomènes biologiques ne suffisent pas à expliquer la grande diversité des organismes présents sur Terre. D’autres mécanismes, d’origine génétique ou non, permettent cette diversification des êtres vivants. Problème posé : Quels mécanismes d’origine génétique ou non, permettent de créer une grande diversité d’espèces, mais aussi d’augmenter la variabilité au sein de celles-ci? Compétences : (2 séances de TP) Pratiquer une démarche scientifique. Communiquer dans un langage scientifique : schéma fonctionnel. Extraire et exploiter des informations pour comprendre différentes modalités d’une modification du génome. Utiliser le logiciel Anagène 2 pour comparer des gènes du développement et identifier les homologies de séquences. Raisonner et interpréter un changement évolutif en termes de modification du développement. Extraire et exploiter des informations pour comprendre des exemples de diversification du vivant sans modification du génome. Construire un graphique avec un logiciel type tableur (fiche méthode). Comprendre la nature provisoire, en devenir, du savoir scientifique. Etre conscient de sa responsabilité face à l’environnement. Savoir d’autres mécanismes de diversification des génomes. Savoir le rôle des gènes dans le développement et les conséquences de variation dans la chronolgie et l’intensité d’expression de ces gènes. Savoir une diversification possible des êtres vivants sans modifications des génomes. Ressources : Documents. Logiciels : Anagène, type tableur. Matériel : Matériel informatique. Matériel d’acquisition et de numérisation d’images. Matériel d’observation : microscope… Activité 1: la polyploïdisation, exemple de la spartine. 1. Quel problème soulève l’histoire évolutive du blé (document 1) concernant l’apparition de l’espèce Triticum aestivum à partir des deux espèces Triticum turgidum et Tritucum tauschii ? On parle généralement d’hybridation pour désigner le croisement entre deux variétés différentes d’une même espèce. Toutefois, le croisement entre deux individus d’espèces différentes est possible. Dans la très grande majorité des cas, l’hybridation interspécifique conduit à des descendants infertiles en raison d’un mauvais appariement des chromosomes homologues lors de la méiose. Pourtant, dans certains cas, la stérilité des hybrides peut être contournée par la polyploïdisation. 1 2. A partir de votre livre p 40 et 41 : - Combien de chromosomes peut posséder l’espèce Spartina anglica ? - Expliquer comment la méiose est-elle devenue possible chez l’espèce Spartina anglica contrairement à Spartina townsendii. 3. Combien de chromosomes peut posséder l’espèce Triticum aestivum ? 4. Montrer, sous forme de schémas légendés, qu’une hybridation suivie d’une polyploïdisation peut engendrer une diversification des génomes sans mutation (à partir de deux espèces , X avec 2n=4 et Y avec 2n=6). Activité 2 : Elysia chlorotica. Les limaces de mer sont des mollusques gastéropodes (ordre Nudibranches) qui ont perdu leur coquille au cours de l’évolution (document 2). Leurs couleurs fascinent biologistes marins et plongeurs ! Elysia chlorotica vit le long de la côte atlantique nord-américaine du Canada jusqu’à la Floride. Sa taille adulte minuscule (entre 1 et 3 centimètres) et sa couleur verte pourraient la rendre insignifiante comparativement à ces autres espèces colorées. Pourtant, cette limace de mer réalise un exploit. Elle peut se nourrir une fois, puis n’a besoin que de lumière, d’eau et de dioxyde de carbone pour vivre. En effet, elle produit sa propre matière organique uniquement à partir de matière minérale. Une équipe de chercheurs américains a découvert comment cette limace de mer est capable d’une telle activité. Montrer comment les différents documents permettent d’expliquer l’activité exceptionnelle de cette limace de mer. Activité 3 : les gènes du développement. A. Les serpents, une variation du plan d’organisation des vertébrés. (académie Nantes F. Buron-Mousseau) Vous avez donc à disposition un squelette de lézard et un squelette de serpent. Lézards et serpents appartiennent à la lignée des squamates et les lézards forment le groupe de reptiles le plus important et le plus diversifié. 1. Observer et comparer le plan d’organisation de ces deux animaux. Le python sera donc utilisé comme modèle pour étudier la variation du plan d’organisation au sein des vertébrés. Les documents sont issus des travaux scientifiques de Martin.J.Cohn et Cheryll Tickle chercheurs en zoologie à l’Université de Londres et Dundee. 2. A partir des documents A et B (document 3), déterminer (en justifiant) à quel groupe appartient le python. 3. A partir des documents C et D, expliquer la mise en place et le contrôle de l’expansion du nombre de vertèbres thoraciques. 4. A partir du document E, expliquer la mise en place et le contrôle du développement du membre. B. Plan d’organisation et morphologie 1. A partir du document A (document 4), expliquer le rôle des gènes homéotiques. 2. Comparer les gènes de développement chez différents animaux avec le logiciel ANAGENE : Ouvrir thème d’étude puis thèmes personnels Sélectionner et ouvrir Gènes homéotiques Sélectionner les fichiers Faire une comparaison par alignement avec discontinuité Construire le tableau de comparaison des séquences 3. Conclure 4. Etablir un lien entre les variations dans la chronologie et l’intensité d’expressions de gènes impliqués dans le développement, et les caractères propres au Chimpanzé et à l’Homme (document B). Activité 4 : symbiose et diversité des êtres vivants. 1. ECE (ECE 2013 modifié de nodosités et diversification du vivant). Document 5 2. Montrer que, dans chaque cas présenté, le phénotype est modifié par l’association symbiotique (document 6). 2 Document 1 : histoire évolutive du blé. Blé diploïde sauvage Blé diploïde sauvage Triticum monococcum Triticum speltoïdes Blé tétraploïde sauvage Triticum turgidum Blé tétraploïde dur Blé diploïde sauvage cultivé Triticum tauschii Triticum turgidum Hybridation 9000 ans avant JC Blé hexaploïde Triticum aestivum Métaphase de mitose Triticum tauschii Métaphase de mitose Triticum turgidum 3 Document 2 : limaces de mer. v Voici notre cas d’étude : Elysia chlorotica Document A Cycle de développement : A larve B juvénile après la métamorphose sur l’algue Vaucheria. C juvénile après 5 jours de la première prise de nourriture D adulte 4 Quatre jours après la ponte, des larves éclosent et mènent une vie planctonique. Elles se nourrissent d’algues unicellulaires microscopiques. Au bout de 3 semaines, elles se fixent sur des filaments de l’algue Vaucheria et se métamorphosent. Les juvéniles affichent plutôt un brun translucide, étoilé de points rouges. Puis, elles se nourrissent des filaments de l’algue dont elles sont friandes. Leur corps change alors de couleur et virant progressivement au vert intense qu’elles garderont toute leur vie. Parallèlement, un phénomène surprenant se produit : une fois ce repas terminé, elles peuvent rester plusieurs semaines voire plusieurs mois sans manger de nouveau. La durée de vie de l’adulte est de 9 à 10 mois. Document B : localisation de chloroplastes. Chloroplastes de l’algue Vaucheria vus au microscope électronique Photographies de chloroplastes au niveau de filaments de l’algue Vaucheria. Au niveau d’une cellule épithéliale de l’appareil digestif du mollusque vue au microscope électronique Document C : échanges gazeux des limaces avec leur environnement. Les chercheurs ont quantifié les échanges de dioxygène de la limace adulte avec leur environnement en fonction de l’intensité lumineuse à laquelle ont été soumis les animaux. Le tableau indique les résultats obtenus : Intensité lumineuse en % de l’intensité maximale Intensité des échanges de O2 (En µmol de 02/mgchl/h) + :dégagement de 02 100 50 25 10 0 +17 +12 +6 +0.5 -7 - : absorption de 02 5 Document D : apport de cellules de mollusques aux chloroplastes. - - - Des chloroplastes isolés de l’algue Vaucheria, placés dans un milieu physiologique, gardent leur structure et restent capables d’effectuer les réactions de la photosynthèse pendant une dizaine de jours. Puis ils se dégradent et cessent d’être fonctionnels. Les chloroplastes sont des organites dont la structure est très complexe et dont les constituants, notamment des protéines associées aux pigments chlorophylliens dans les membranes des lamelles sont constamment renouvelées. Ces organites possèdent de l’ADN (une molécule d’ADN circulaire de 115341 paires de nucléotides pour l’ADN chloroplastique de l’algue Vaucheria). Cet ADN est le support de gènes codant pour des protéines chloroplastiques impliquées dans la photosynthèse. Cependant, la majorité des protéines chloroplastiques sont codées par des gènes situés dans le noyau. Ces protéines sont synthétisées au niveau des ribosomes cytoplasmiques puis adressées aux chloroplastes. PsbO est une protéine chloroplastique constamment renouvelée indispensable à la photosynthèse. Elle est codée par un gène chez tous les organismes photosynthétiques, situé normalement dans le noyau des cellules et absent du règne animal. Pour rechercher la cause de la longévité de chloroplastes fonctionnels chez Elysia, les chercheurs ont séquencé le génome chloroplastique de l’algue (ci-dessous) et identifié les gènes et enfin, pour voir si le gène Psb0, indispensable à la longévité des chloroplastes, s’y trouvait. 6 - Ils ont recherché alors ce gène dans l’ADN nucléaire de l’algue et déterminé sa séquence. Enfin, ils ont cherché si ce gène était présent dans l’ADN du mollusque et pour cela, ils ont extrait l’ADN de mollusques - à jeun depuis plusieurs mois et d’œufs. Vous disposez des résultats de leurs recherches. Comparer les séquences nucléotidiques avec le logiciel Anagène 2 a. Cliquer sur : SEQUENCES PERSONNELLES REPERTOIRE PsbO Gène PsbO nucléaire Vaucheria Gène PsbO ADN extrait d’un mollusque adulte Gène PsbO ADN extrait des œufs de mollusques. b. Sélectionner les séquences nucléotidiques à comparer deux à deux en cliquant sur les boutons de sélection à gauche du nom, puis cliquer dans la barre du menu sur "Comparer les séquences" choisir "Alignement avec discontinuité ». Le transfert horizontal de gènes (ou HGT pour Horizontal Gene Transfer en anglais) est un processus dans lequel un organisme intègre du matériel génétique provenant d’un autre organisme sans en être le descendant. Par opposition, le transfert vertical se produit lorsque l’organisme reçoit du matériel génétique à partir de son ancêtre. La plupart des recherches en génétique ont mis l’accent sur le transfert vertical, mais les recherches récentes montrent que le transfert horizontal de gènes est un phénomène significatif. Une grande partie du génie génétique consiste à effectuer un transfert horizontal artificiel de gènes. 7 Document 3 : Les serpents, une variation du plan d’organisation des vertébrés. Plan d’organisation des vertébrés : lézard et serpent. En jaune : vertèbres cervicales, en bleu : vertèbres thoraciques, en vert vertèbres lombaires, et en rouge : vertèbres caudales. Document A : caractéristiques anatomiques d’un embryon de python à différents stades. a. Squelette d’un embryon de python au 24ème jour d’incubation. La flèche montre l’emplacement des rudiments des pattes arrières qui ont été enlevées pour préserver la visibilité des vertèbres. b. Détail de la région cervicale du même python. L’atlas est le nom d’une vertèbre cervicale. c. Vue centrale du python au 14ème jour d’incubation: un bassin est visible à l’intérieur du corps prolongé par deux fémurs très courts. d. Détail de la région génitale au 24ème jour d’incubation. Les rudiments des membres postérieurs ont été enlevés : la flèche montre la dernière vertèbre portant une côte flottante. Les astérisques montrent les vertèbres lombaires. e. Microscopie électronique de la région lombaire d’un embryon de python au 4ème jour d’incubation. hlb : bourgeon de membre arrière gauche ; gt :tubercule génital. Document B : Arbre phylogénétique 8 Document C : utilisation anticorps spécifiques anti-HoxC8. Cette utilisation permet de repérer et de visualiser l’expression du gène de développement HoxC8. Toutes les flèches délimitent le début et la fin de la région d’expression du gène HoxC8. a. Résultat sur un embryon de poulet. b. Résultat sur un embryon de python, partie arrière. hlb :bourgeon de membre arrière. gt :tubercule génital. c. Résultat sur un embryon de python, partie avant. Un traitement identique est appliqué pour deux autres gènes du développement : HoxC6 et HoxB5 Document D : schéma représentant les différentes zones d’expression de 3 gènes de développement : HoxB5, HoxC8 et HoxC6. 9 Document E : la différenciation du membre chez le python et le poulet, développement des doigts. - Photos a, b, e : la coloration brun-rouge est due au marquage par anticorps colorés des produits de l’expression du gène Shh. La protéine Shh est connue pour son intervention dans la croissance des doigts. - Photo a : embryon de python. Le bourgeon de membre (hlb) du python ne contient pas de protéine Shh alors que le bourgeon d’aile de poulet (photo b) montre cette protéine en quantité décroissante de la face ventrale vers la face dorsale. - Photo e : bourgeon d’aile de poulet sur lequel a été greffé une portion de tissu du bourgeon de patte arrière du python. La flèche montre la zone greffée, et la coloration brun-rouge traduit l’expression du gène Shh. - Photos c et d : ailes de poulet issu d’embryon de poulet ayant subi la greffe présentée pour la photo e. les doigts sont numérotés et les astérisques montrent les doigts surnuméraires. Membres antérieurs de vertébrés tétrapodes 10 Document 4 : gènes de développement. Document A : Chez les arthropodes comme la drosophile, animal modèle des laboratoires, les gènes homéotiques déterminent l’identité de chaque segment de l’animal : ils dirigent ainsi l’apparition de pattes, d’antennes, ou de balanciers suivant les segments. Le phénotype « pattes à la place des antennes », décrit par Bateson, est dû chez la drosophile à une mutation dans le complexe de gènes homéotiques Antennapedia. Cette spécification des segments se fait suivant un axe antéro-postérieur, et il est fortement corrélé à l’ordre des gènes sur les chromosomes : c’est la règle de colinéarité. En parcourant l’ADN de 3’ vers 5’, on trouve des gènes dont les lieux d’action s’échelonnent de l’avant vers l’arrière de l’animal. Chez les vertébrés, la majeure partie des gènes homéotiques intervient dans l’identité des différentes parties du corps, suivant l’axe antéro-postérieur, mais pas dans celle de l’axe dorso-ventral. Une partie d’entre eux joue également un rôle dans l’édification des membres. Chez la souris par exemple, les gènes homéotiques, regroupés en 4 complexes appelés HOX A à HOX D, interviennent dans la régionalisation de la colonne vertébrale et du système nerveux central. Des mutations de ces gènes entraînent par exemple l’apparition de vertèbres cervicales à l’endroit des de vertèbres dorsales ou encore des lombaires à la place de dorsales. Les gènes à homéoboîte sont des régulateurs de transcription, activateurs ou inhibiteurs suivant les cas : ils sont en quelque sorte des gènes « maîtres », qui dirigent l’expression d’autres gènes. Prenons l’exemple des gènes homéotiques animaux, qui possèdent tous l’homéoboîte : cette séquence code un peptide de 60 acides aminés, appelé homéodomaine, qui possède dans sa structure secondaire trois hélices a lui permettant de se fixer à l’ADN. L’homéodomaine régule ainsi la transcription d’autres gènes. Lorsqu’en 1983, Gehring et Kaufman découvrent « l’homéoboîte », on crible des banques connues de séquences de gènes pour savoir si cette séquence est présente chez d’autres organismes que la drosophile : on trouve d’abord des gènes à homéoboîte chez la souris, chez l’homme, puis chez tous les vertébrés. La plupart de ces gènes s’avèrent homologues chez les arthropodes et chez les vertébrés. De plus, ils sont regroupés en complexes dans les deux cas. Or les paléontologues nous disent que les arthropodes et les cordés se sont séparés il y a 540 millions d’années ! L’ancêtre commun à ces deux embranchements possédait donc déjà des gènes à homéoboîte, qui se sont probablement dupliqués au sein d’un complexe, qui se scindera plus tard en deux sous-complexes chez la drosophile, et se dupliquera pour en donner 4 chez les vertébrés, créant de la diversité. Les gènes à homéoboîte forment une famille multigénique, les gènes homéotiques en sont une sous-famille, et les gènes Hox des animaux constituent encore un sous-ensemble homogène de la famille des gènes homéotiques. Les gènes à homéoboîte sont très anciens, puisqu’on les trouve chez les plantes, chez les champignons…. Hervé Le Guyader, Professeur au Laboratoire de Biologie moléculaire et cellulaire du Développement Université Pierre et Marie Curie a/b : drosophile normale c : drosophile Antennapedia Le complexe des gènes de développement de la drosophile et les régions correspondantes chez l’adulte et l’embryon 11 Document B : modification expression des gènes du développement. Stephen Jay Gould, paléontologue américain (Université Harvard), écrit dans « Le pouce du panda » : « Le crâne de l’embryon humain diffère peu de celui des chimpanzés. Au cours de leur croissance, les formes deux espèces suivent le même chemin : diminution relative de la voûte crânienne, le cerveau se développant beaucoup plus lentement que le corps après la naissance et accroissement relatif continu de la mâchoire. Mais, alors que les chimpanzés accentuent ces transformations et que les adultes présentent un aspect extérieur profondément différent de celui du nouveau-né, nous poursuivons notre croissance beaucoup plus lentement et n’allons jamais aussi loin qu’eux. C’est-à-dire qu’à l’état adulte nous conservons des caractéristiques de la jeunesse. (…) Le ralentissement sensible de notre développement a entraîné la néoténie. Les primates comparés aux autres mammifères ont un développement lent, mais nous avons accentué cette tendance plus qu’aucun autre mammifère. Nous avons une très longue période de gestation, une enfance qui se prolonge de façon remarquable et une longévité supérieure à celle de tous les autres mammifères. Les caractéristiques de la jeunesse éternelle nous ont rendu bien des services. L’accroissement de la taille de notre cerveau est, au moins en partie, dû au report de la rapide croissance prénatale à des âges plus tardifs. Chez tous les mammifères, le cerveau croît rapidement in utero, mais souvent fort peu après la naissance. Nous avons reporté cette phase fœtale dans la vie post-natale. Mais les changements dans le temps ont été tout aussi importants. Nous sommes au tout premier chef des animaux capables d’apprendre et notre enfance prolongée permet la transmission de la culture par l’éducation. » « L’enfance si humaine du chimpanzé » Y.Sciama La Recherche. Observez un jeune chimpanzé : n’a -t-il pas des allures presque humaines ? De là à proposer que l’homme ne soit qu’une sorte de chimpanzé juvénile, il n’y a qu’un pas, franchi allègrement par nombre de paléontologues du XXème siècle… Le travail des anatomistes depuis, même si certains ont des points de vue divergents a montré que cela est seulement vrai pour les caractères crâniens, et encore pas tous. Ainsi, l’os du nez ou le menton, particularités morphologiques humaines, n’apparaissent à aucun stade du développement des singes et sont donc des acquisitions propres à Homo sapiens. Certes, ce sont là des caractères assez mineurs. Mais on ne peut pas en dire autant de l’appareil locomoteur humain, dont l’évolution a pourtant été précisément à l’inverse de la néoténie…Le passage du singe à l’homme ne résulte pas seulement d’un processus néoténique, mais de plusieurs changements contradictoires du rythme et des proportions du développement. Ce dernier tend à se ralentir en ce qui concerne le crâne, mais, à l’inverse, il s’accélère pour l’appareil locomoteur. Ces changements, qu’on nomme les hétérochronies, sont à présent très étudiés. Cependant, selon de nombreux spécialistes, le grand secret des mécanismes de l’évolution se trouve dans la génétique. Les généticiens pourront expliquer par quelles mutations se sont faites certaines évolutions importantes. Les biologistes moléculaires traquent à présent les gènes commandant le développement. Pour l’instant, selon Armand Marie Leroi (spécialiste de l’évolution du développement à l’Impérial College de Londres), on n’a pas identifié chez les mammifères de gènes donnant le type de néoténie qui nous intéresse ici…Ainsi, même si la biologie moléculaire rencontre d’indéniables succès, nous ne disposons toujours pas, pour ce qui concerne l’émergence de l’homme, d’un scénario aussi simple et global que celui offert par la théorie néoténique. « La néoténie humaine, une idée à relancer » de G. Chapouthier neurobiologiste et philosophe CNRS et A. Policar philosophe et sociologue Sciences Po (Pour la Science juin 2015). La persistance chez l’adulte de caractères juvéniles permet d’expliquer certains comportements humains. La biologie moderne l’ignore trop. Un caractère encore plus important pour notre espèce est l’extrême plasticité intellectuelle et comportementale de l’individu… 12 Document 5 : ECE Mise en situation et recherche à mener L’association des mutations, des duplications et du brassage génétique n’explique pas la totalité de la diversification des êtres vivants. La symbiose est une autre voie de diversification du vivant apportant un bénéfice aux deux partenaires. Dans l’exemple étudié, on s’intéresse à l’association entre un végétal (basilic) et un champignon du sol. Ces associations entre le système racinaire des végétaux et les champignons du sol sont appelées « mycorhizes ». On se propose de rechercher la présence de mycorhizes éventuels sur les racines de végétaux et d’en montrer les bénéfices pour le végétal. Ressources Des plants de basilic avec ou sans mycorhizes. Matériel envisageable : - De laboratoire (verrerie, instruments…) - D’observation (microscope, loupe binoculaire…) - De mesure et d’expérimentation (balance, chaîne ExAO) - Informatique et d’acquisition numérique Etape 1 : concevoir une stratégie pour résoudre une situation problème (durée maximale : 10 minutes) Proposer une démarche d’investigation permettant d’identifier la présence de mycorhizes au niveau de racines de plants de basilic et de mettre en évidence que ce végétal en tire des bénéfices. Etape 2 : mettre en œuvre un protocole de résolution pour obtenir des résultats exploitables. Mettre en œuvre le protocole d’observation microscopique fourni afin de repérer la présence de mycorhize au niveau des racines de végétaux. Construire également le graphique de croissance de cette plante qui permettra d’en montrer une éventuelle amélioration en présence de mycorhizes. Etape 3 : présenter les résultats pour les communiquer. Sous la forme de votre choix, traiter les données obtenues pour les communiquer. Etape 4 : exploiter les résultats obtenus pour répondre au problème. Exploiter les résultats permettant d’identifier les mycorhizes sur les racines des plants de basilic et d’en montrer les bénéfices pour ce végétal. 13 Fiche protocole candidat Matériel disponible et protocole d’utilisation du matériel Matériel biologique : PROTOCOLE Plants de basilic cultivés avec un mélange de champignons à mycorhizes. Couper un fragment de racine de plant avec Plants de basilic cultivés sans champignons à mycorhize et un fragment de la racine témoin. mycorhizes. Monter dans l’eau puis observer au microscope. Matériel pour l’observation : Microscope optique CONSTRUCTION D’UN GRAPHIQUE DE Lames de verre/lamelles. CROISSANCE Pince/ciseaux Construire un graphique permettant de mettre en Eau évidence l’amélioration de la croissance du plant de Matériel acquisition et de numérisation d’images basilic grâce à la symbiose avec les champignons à macroscopiques et microsopiques. mycorhizes. Matériel pour la mesure : Un ordinateur Un logiciel type tableur Le fichier associé au sujet : « mesure_croissances » à l’emplacement indiqué par l’examinateur. 14 Document 6 : symbioses et diversité des êtres vivants. 1. Le lichen Schéma coupe transversale d’un lichen Différentes espèces de lichens Différentes expériences montrent que la culture séparée des deux partenaires formant le lichen est un échec : ceci montre leur incapacité à vivre isolés. Des expériences de marquage au carbone 14 ou à l’azote lourd ont permis de mettre en évidence les échanges présentés sur le schéma ci-dessous : - Les polyols sont des composés organiques produits par l’algue par la photosynthèse. - Les substances lichéniques sont produites par le partenaire fongique. Il s’agit entre autre d’acides qui permettent au lichen de se fixer sur son support (roche, écorce…) mais aussi des substances protectrices contre les UV ou toxiques pour les animaux. CO2 Lumière H2O, sels minéraux, vitamine C H2O, Algue Champignon Sels minéraux Polyols, vitamine D Substances lichéniques Schéma des échanges effectués au sein du lichen Le champignon est donc nourri par l’algue tandis que cette dernière est protégée et ancrée par le champignon. Les lichens sont très dépendants de l’air ambiant et de la qualité de l’eau de pluie. Ils peuvent ainsi informer sur la qualité moyenne de l’air. 2 Les méduses de Palau. Caché au cœur d’une île du Pacifique, le lac aux méduses abrite plus de 8 millions de cnidaires qui, au fil de l’évolution, sont devenus inoffensifs ! La majorité des spécimens appartiennent à des espèces de méduses dorées et de méduses lunes. Voir vidéo. 15 3 Les récifs coralliens. Les coraux (cnidaires) sont des animaux solitaires ou en colonies constitués de polypes. Ils vivent en symbiose avec des zooxanthelles, algues microscopiques photosynthétiques responsables, entre autre de la coloration du corail. Lors de période de stress liés, ce qui est actuellement le cas avec le réchauffement climatique et l’acidification des océans, les algues sont éjectées du corail. Ainsi, le corail blanchit et finit par mourir. En 30 ans, la moitié des récifs coralliens a disparu, emportant avec eux des centaines de milliers d’espèces (les récifs coralliens abritent près de 30 % de la diversité marine) ! Photos de cnidaires de récifs coralliens 16 Un dernier exemple…le premier cas d’une telle endosymbiose chez un vertébré ! Une espèce d’algue microscopique vit en symbiose avec la salamandre Ambystoma maculatum. C’est un cas exceptionnel de symbiose observé chez un vertébré. Des embryons de salamandre, qui se développent dans les œufs, abritent des algues vertes (qui donnent sa couleur à cette photo) soit héritées de leurs parents, soit venues de l’extérieur. On distingue des algues sur l’enveloppe protectrice de l’ensemble des œufs. L’équipe de Ryan Kerney (University Halifax Canada) a publié que l’algue ne se contente pas d’être sur l’œuf mais qu’elle est présente dans les cellules de l’embryon (Proceedings of the National Academy of Sciences). Les chercheurs ont notamment utilisé la microscopie à fluorescence pour détecter la chlorophylle des algues dans les cellules embryonnaires de l’urodèle. Il s’agit d’un cas d’endosymbiose. Les algues profiteraient de l’azote rejeté par les œufs et ces derniers bénéficieraient de l’augmentation de la concentration de dioxygène en présence des algues. De plus, en observant les œufs au microscope électronique à transmission, les scientifiques ont montré que les mitochondries s’accumulent autour du symbionte. Les mitochondries (elles- mêmes suspectées d’avoir une origine symbiotique) peuvent ainsi récupérer rapidement les produits issus de l’algue et produire de l’énergie. Le rôle de la symbiose semble donc évident d’autant plus que les œufs de salamandre privés d’algues dans le milieu environnant sont plus lents à éclore. Ceci est un résultat étonnant car on considère généralement que le système immunitaire des vertébrés empêche l’endosymbiose, en s’opposant à l’entrée dans les cellules d’un organisme étranger. Les chercheurs canadiens ont même repéré des traces d’algues dans les organes reproducteurs des salamandres adultes. Il serait donc possible que cette endosymbiose soit héréditaire…La salamandre est-elle en train de quitter le royaume animal pour rejoindre le monde végétal ? 17
