Chapitre 1 : Diversité du Vivant et classification 3 niveaux de biodiversité : dans le cours biodiversité des espèces. figure 1. Grande diversité morphologique, taille, fonctionnement, génétique et d’habitat. Diversité du Vivant : catalogue. Identifier, décrire et faire l’inventaire des êtres vivants dans la nature présente et passée. + nommer les organismes. -> comprendre la biodiversité -> regrouper / sens 10 millions d’Eucaryotes et un nb inconnu de Procaryotes. Nombreuses espèces inconnues, restent à découvrir notamment dans forêts humides. 1. Définition du Vivant Les êtres vivants définissent la biosphère en étant présents de l’atmosphère jusqu’à la limite inférieure du sol. 1.1. Structure cellulaire La cellule est l’unité fondamentale de la Vie. figure 2. 2 types cellulaires : - Procaryotes : structure simple avec membrane plasmique (+/- paroi) + matériel génétique (ADN un unique chromosome) dans cytosol - Eucaryote : structure complexe avec membrane plasmique (+/- paroi) + matériel génétique (ADN px chromosomes) contenu dans le noyau délimité par une enveloppe et nombreux organites (compartimentation) dans cytosol. -> Voir cours BUT1 TC S1 R104 et R105 1.2. Reproduction autonome a. Capables de recopier par eux-mêmes leur ADN par réplication b. Capables d’assurer eux-mêmes la traduction de leur information génétique en protéines enzymatiques ou constitutives. figure 3. Transcription et traduction c. Capables de se multiplier par reproduction sexuée ou assexuée. figure 4. -> Voir cours BUT1 TC S1 R104 et S2 R205 1.3. Diversité des conditions de développement Nombreux habitats présentant des conditions physico-chimiques et disponibilités de nutriments diversifiés. Ex : quantité de lumière, aérobie, anaérobie, milieux aérien, aqueux salés ou acides, températures de - 268,5°C à 110°C, des pressions élevées. La Vie se développe dans tous les milieux terrestres même les plus contraints -> Vers de Pompéi figure 6. 1.4. Diversités des ressources énergétiques et des voies métaboliques Les êtres vivants sont composés d'eau et de sels minéraux, substances organiques (glucides, lipides, protéines, acides nucléiques, etc). Or les composés organiques sont continuellement renouvelés : - par dégradation au cours de réactions cataboliques qui libèrent de l’énergie – exergoniques – et - par synthèse au cours de réactions anaboliques qui consomment de l’énergie – endergoniques. Ce fonctionnement nécessite des échanges constants de matière et d'énergie avec le milieu extérieur. figure 5. Différents types d'organismes/de métabolisme en fonction de la source d'énergie et de Carbone utilisées. UE 1.2 R 1.06 Chapitre 1 1/4 •Les organismes hétérotrophes : ils sont incapables d'effectuer eux-même les synthèses de leurs constituants à partir d'élément minéraux. Ils sont en général chimiotrophes, ils utilisent comme source d'énergie l'énergie chimique récupérée au cours de l'oxydation des composés organiques réduits présents dans leur alimentation. •Les organismes autotrophes : ils sont capables d'utiliser des éléments inorganiques (minéraux) pour synthétiser leurs propres constituants organiques. Ils sont en général phototrophes = capables d'utiliser l'énergie lumineuse et de convertir cette énergie en étapes chimiques. 1.5. Interactions et interdépendance entre les êtres vivants figure 7. Aperçu de la diversité du vivant en milieu terrestre ou aquatique. Nombreux types d’interactions : - Trophiques -> chaîne alimentaire et cycle de la matière et des minéraux - Associations symbiotiques ou chaque partenaire tire profit de l’association. Mycorhize, microbiotes. - Agents pathogènes bactériens comme Salmonella, Listeria monocytogenes, - Parasites : vers plats type ténia, douve ou nématodes comme Globedera pallida. 2. Classification phylogénétique du Vivant Rendre intelligible (compréhensible) la diversité d’une collection. La classification permet le regroupement cohérent d’espèce en groupes appelés « Taxons » ou clades. Carl von Linné (1707-1778) naturaliste suédois codifie la hiérarchie du vivant. -> 7 rangs taxonomiques (nb arbitraire !! super-familles ou sous-classes !!) fig 8. Règne, Embranchement, Classe, Ordre, Famille, Genre, Espèce - RECOFGE -> Nomenclature binominale pour TOUS les êtres vivants : association du nom de Genre + nom d’espèce en latin italique ou souligné 2.1. Principes de la classification phylogénétique 2.1.1. Classification selon l'origine des espèces La classification phylogénétique établit des relations de parenté entre les taxons (actuels et fossiles) en les comparant : elle permet de tracer leur histoire évolutive. Elle est liée aux progrès des techniques scientifiques d’observation (microscope) et d’identification (découverte de nouveaux organismes microscopiques, ADN et classification phylogénétique...). Remarque : Il n’y a donc pas d’espèces primitives ni d’espèce évoluées, toutes les espèces actuelles sont le fruit de la même durée d’évolution : mosaïques de caractères ancestraux et dérivés. 2.1.2. Différents types de caractères Diversité biologique (régime alimentaire, mode de reproduction...) ou morphologiques (type d'organe locomoteur, type de formations cutanées...) ou comparaison de séquences ARN ou ADN = critères de classification des êtres vivants. Les espèces sont rassemblées dans un même groupe sur la base de caractères partagés par ces espèces. MAIS tous les caractères ne sont pas pertinents figure 9 : - Hérité d’un ancêtre commun : homologie. - Si non hérité d’un ancêtre commun : analogie / évolution convergente -> critère non retenu. Caractère homologue peut soit être hérité de l’ancêtre commun exclusif des espèces considérées -> Synapomorphie, si non exclusif on parle de Symplésiomorphie. Figure 10. UE 1.2 R 1.06 Chapitre 1 2/4 2.2. Arbres phylogénétiques 2.2.1. Définitions Un arbre phylogénétique ou cladogramme est construit de façon à identifier des relations évolutives entre des taxons à différents niveaux de la classification. Chaque point de ramification ou nœud représente la perte ou le gain d’un caractère correspondant à des chemins évolutifs distincts. Figure 10. Groupes frères, monophylétique ou clade = groupe valide, paraphylétique et polyphylétique. 2.2.2. Exemples de méthode de construction d'un arbre Figure 11 • Première étape : définition des groupes -définir un groupe d’étude, le groupe intérieur -Choix du groupe extérieur – espèces ou groupe d’espèces avec un lien proche du groupe intérieur. Il fournit une base pour distinguer les caractères ancestraux des caractères dérivés partagés. • Deuxième étape : création d’un tableau des caractères. Dans un tableau des caractères, l’information est transformée selon un système binaire comme dans un ordinateur. Le chiffre 1 est traditionnellement utilisé pour indiquer que le caractère est présent. Sinon 0 • Troisième étape : construction d’un cladogramme. Les données du tableau des caractères sont utilisées pour construire le cladogramme, le plus souvent analysées par ordinateur. Souvent, plusieurs cladogrammes peuvent être construits à partir des données du tableau de caractères. Le cladogramme le plus parcimonieux, le plus simple – avec le moins de changements évolutifs- est généralement celui retenu par les systématiciens. Il s’agit donc d’une hypothèse. Csq : les clado varient selon les caractères choisis. Systématiciens : en désaccord pour classer les organismes !! 2.3. Trois domaines : Archaea, Bactéries et Eucaryotes Fin année 1970, Woese 1977 : études moléculaires sur les séquences d’ADN et d’ARN (comparaison) ont montré que organismes procaryotes des milieux extrêmes sont très différents des autres bactéries notamment /ARN 16s. Super règne ou domaine. 3 groupes monophylétiques qui dérivent de LUCA, dernier ancêtre commun. Figure 12. Les eucaryotes constituent un groupe monophylétique Figure 13 3. "Monde animal" et "Monde végétal" 3.1. Monde animal Les animaux ou métazoaires sont un groupe monophylétique. Arbre phylogénétique. Figure 13 et 14 Règne animal : espèces connues > 1,5 millions, 35 Embranchements /critères anatomiques – plan d’organisation et embryologiques. Rque : 95 % animaux ne possèdent pas de colonne vertébrale. Eucaryotes hétérotrophes pluricellulaires Corrélation entre la structure et la fonction. S’adapte à leur milieu à court moyen et long terme Animaux Animés et sensibles : tissus nerveux - conduction des influx nerveux (communication cellulaire) - et musculaires - production de mouvements (locomotion) - spécifiques de ces organismes. Cellules animales dépourvues de paroi mais présentent des jonctions intercellulaires (jonctions serrées, desmosomes et communicantes). Réserves de glucides sous forme de glycogène. Reproduction sexuée avec stade diploïde prédominant Figure 4. UE 1.2 R 1.06 Chapitre 1 3/4 3.2. "Monde végétal" 3.1.1."Végétaux historiques" Historiquement les végétaux sont des organismes vivants autotrophes : Figure 13 - capables de produire leurs aliments, - incapables de se déplacer activement « végétatifs » - immobilité et insensibilité conséquence de l’absence de système nerveux. Mais les organismes autotrophes ou "Végétaux historiques" sont dispersés, ils n’ont pas d'ancêtre commun exclusif et ne constituent pas un groupe monophylétique. 3.1.2. La lignée verte et les Viridiplantae « Lignée verte » : organismes eucaryotes avec chlorophylle a, verte, mais couleur verte peut être masquée par d’autres pigments. Figure 13 et 17. Les Chlorobiontes = Viridiplantae (plantes « vraies ») = les Algues vertes + Embryophytes (= les Plantes terrestres) et constituent donc un groupe monophylétique. Constitués de cell eucaryotes particulières les cell vég – voir + loin) qui s’assemblent pour former des tissus. Photosynthèse et sont autotrophes au carbone. Chlorophylle a et b, amidon = réserve de glucides stockés dans des compartiments - plastes 2 types d’appareils végétatifs ou plan d’organisation existent chez les Viridiplantae. Appareil végétatif : ensemble des structures bâtissant un organisme et accomplissant ses fonctions vitales hors reproduction. Figure 16. - thalles présents chez de nb veg aqua et quelques terrestres. App vegétatif d’organisation simple peu différencié. Pas de tige feuillée, petit nb de types cell diff et donc pas de tissus au sens strict. - cormus : caractéristiques de la majorité des Plantes terrestres – Embryophytes. App vég à tige feuillée, différents types cell qui peuvent être associés en tissus. 3.1.3. Les Plantes terrestres ou Embryophytes Figure 17 : Arbre phylogénétique des Plantes terrestres = embryophytes. Figure 18 Cycle de reproduction sexuée. Embryophytes sont : Cormophytes, archégoniates. Adaptation à la gravité, archégones, embryon végétal Bryophytes (Mousses) pas de tissu ligneux -> pas de grande hauteur. Tapis de mousse spongieux, absorbe et retient l'eau ; fixation au substrat grâce à des rhizoïdes. Prédominance de la phase haploïde (vu au semestre 2). Trachéophytes = plantes vasculaires -> 2 réseaux un souterrain (eau sel mnx et un aérien pour chercher la lumière - absente / souterrain). Présence de lignine dans les parois (rigidité) assure le port des plantes en milieu terrestre (inutile en milieu aq) Filicophytes sans graines -> exple Fougères. plus de 12000 espèces. feuille composée = fronde peut germer directement à partir du rhizome (tige souterraine). Besoin d'eau pour la fécondation. Spermaphytes : vasculaires à graines -> présence de réserves nutritives -> diminution de la taille du gamétophyte par rapport aux autres Embryophytes -> pollinisation indépendante de l'eau Gymnosperme (conifères) + Angiospermes. Plantes à fleurs / fruit -> Angiospermes les plus variés et les plus répandus des vgx : environ 235000 espèces connues contre 721 de Gymnosperme ! UE 1.2 R 1.06 Chapitre 1 4/4
