Microscopie : zoom sur la nature et ses - Futura
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Dossier>Microscopie:zoomsurlanatureetsesincroyablespropriétés Futura-Sciences 07/04/2015-Par GilesSparrow Microscopie:zoomsurlanatureetsesincroyablespropriétés Prendresonmicroscopeetobserverdesanimaux,desplantesetdesfossilesdansleursmoindresdétails : un vrai régal pour les yeux ! À travers ce dossier, vivez une formidable aventure microscopique qui révèle la beauté de notre environnement et venez découvrir les secrets de la nature et de l’infiniment petit. Page1/12-Microscopie:zoomsurlanatureetsesincroyablespropriétés Le monde de l’infiniment petit a toujours fasciné l'Homme. Les premières théories sur la nature de la matièrefurentélaboréesdèsleVe siècleav.J.-C.parlesphilosophesgrecs.Toutefois,ilfallutattendre les années 1600 pour que les progrès de l’optique mettent ce microcosme à notre portée. Aujourd’hui encore, les nouvelles avancées de la microscopie nous permettent de visualiser non seulement les minusculesdétailsdelanaturemaisaussilespropriétésfondamentalesdelamatière. Sourced’émerveillement,lanatureestaussiuneinspirationconstantepourlascience.Eneffet,ondoitbeaucoup d’objetsdelaviequotidienneaubiomimétisme(lareproductiondemécanismesquel’ontrouvedanslanaturepour lesappliquerailleurs).Parmilesdécouverteslespluscélèbres,figurelevelcro(dérivédespetitscrochetsdufruit delabardane),descombinaisonsdenatationinspiréesdelapeauderequinouencoredesfilsaveclespropriétés delasoied’araignéeetbiend’autresencore. Larétinecomportedescônesetdesbâtonnetsquitraitentlaluminositéetlescouleurs,notammentchez l’Homme.©GilesSparrow,Dunod,DR Découvrezlesstructuresinsolitesdel’infinimentpetitdontseulelanaturealesecret.Cedossieraétéréalisépar GilesSparrow,éditeuretauteurd'ouvragesdevulgarisationcommeLaconquêtedel'espaceouCosmos.Aumenu : des animaux comme les phasmes, les mouches ou lesphoques, mais aussi des végétaux comme les mousses ou leslichens...Grâceàlamicroscopie,toussontrévéléssousunjournouveau.Partezàleurrencontre. Page2/12-Lephasmeou«bâtondudiable»etsonexosquelette L’exosqueletteestunestructurecommuneàdenombreuxinsectesetarthropodes:unecarapacedure quiabriteetsoutientlespartiesmollesdel’animal,alorsquelesvertébrésontrecours à un squelette Source:http://www.futura-sciences.com/magazines/nature/infos/dossiers/d/botaniquemicroscopie-zoom-nature-incroyables-proprietes-1610/ Page1/9 Dossier>Microscopie:zoomsurlanatureetsesincroyablespropriétés Futura-Sciences interne(l’endosquelette).Lephasme,surnomméle«bâtondudiable»,possèdeunexosquelettequilui permetdeseprotéger. Les premiersexosquelettes sont apparus il y a 550 millions d’années environ et ont permis une augmentation importante de la taille et de ladiversitédesespèces animales, tout en favorisant d’autre part leur préservation à l’étatfossile.Ledéveloppementdel’exosqueletteapermisauxanimauxaquatiquesdes’adapteràunmodedevie terrestreenleuroffrantrigiditéetsupportpouruneviehorsdel’eauetunecarapaceétanchepourleuréviterde sedéshydrater. Lephasmeestunexempled’insectedotéd’unexosquelette.Àdroite,l'extrémitédelapatted’unphasme agrandie210fois.Ondistinguedeuxcrochetsetl’exosquelettequijouelerôledecapsuleprotectrice.© GilesSparrow,Dunod,DR Au-delà de leurs rôles de soutien et de capsule protectrice, les exosquelettes peuvent remplir d’autres fonctions, commedanslecasdesphasmoptèresou«phasmes».Leurscarapacesexternesontévoluépourjouerunrôlede camouflage : certaines sont étirées pour ressembler à une brindille, d’autres aplaties pour prendre l’aspect d’une feuille. Animauxherbivores, les phasmes dépendent de cecamouflage pour leur survie. Certaines espèces ont égalementdesépinesauboutdespattespourdécouragerlesprédateurs. Page3/12-Lesyeuxàfacettesdelamouche Insectesetautresarthropodespossèdentdesyeuxcomposés,dits«àfacettes»,dontlastructureest très différente de celle d’un œil de vertébré. C'est notamment le cas de la mouche qui bénéficied'un largechampdevision. Les yeux à facettes de la mouche sont composés d’une multitude de capteurs de lumière séparés, appelés ommatidies,disposéssurunesurfaceconvexe.Cettestructureprésenteplusieursavantages,notammentunlarge champ de vision et la faculté de détecter les mouvements à mesure que les ommatidies sont activées à tour de rôleparunobjetendéplacement. Lesyeuxd’insectessontsensiblesàunelargegammedelongueursd’onde,ycomprisl’ultraviolet (ce qui est rare chezlesvertébrés).L’inconvénientmajeurdel’œilàfacettesestsamauvaiseperceptiondesdétails. Source:http://www.futura-sciences.com/magazines/nature/infos/dossiers/d/botaniquemicroscopie-zoom-nature-incroyables-proprietes-1610/ Page2/9 Dossier>Microscopie:zoomsurlanatureetsesincroyablespropriétés Futura-Sciences Lesyeuxdelamouchecomportentplusieursmilliersdefacettes.Certainscoléoptèresenpossèdentplusde 30.000.©GilesSparrow,Dunod,DR Ce gros plan d’unœil composé, chez lamouche, montre une multitude de facettes. Chacune consiste en une lentille qui focalise la lumière sur un capteur individuel, l’ommatidie. Là, elle pénètre un cône cristallin qui la dirige vers un bouquet de cellules pigmentées, sensibles à différentes longueurs d’onde – et donccouleurs – de la lumière.Lesfibresnerveusesdechaqueommatidie,rassembléesenunnerfoptique,acheminentl’informationvers lecerveaudel’insecte,oùl’imagerecueillieestinterprétée. Page4/12-Araignée:lebaisermorteldelatarentule Les arachnides constituent l’un des principaux groupes d’arthropodes : on y trouve les scorpions, les tiquesetlesmites,aveclesaraignéespourvedettes.Lamicroscopieapermisd'enapprendredavantage surcesanimauxetnotammentd'obtenirdemagnifiquesimagesdecrocsdetarentule. Tous les arachnides ont huit pattes ainsi que deux paires de membres supplémentaires à l’avant du corps : les chélicères et les pédipalpes. Les tarentules figurent parmi les plus grosses espèces d’arachnides et se distinguent par leur corps velu (y compris des poils urticants pour décourager les prédateurs), leurs longues pattes, et un veninquin’estpasmortelpourl’Hommemaisinfligeunedouleuraiguëetpersistante. Comme toutes lesaraignées, les tarentules produisent de lasoie : les espèces arboricoles l’utilisent pour se fabriquerunabritubulaire,alorsquecellesquiviventausoll’emploientpourrecouvriretstabiliserlesparoisdeleur terrier. Latarentuleestarméedecrocspoursaisirsesproies.Pendantlongtemps,onacruquelamorsuredela tarentuleplongeaitsavictimedansunétatléthargique.Elleprovoqueenfaitunedouleurpersistante.©Giles Sparrow,Dunod,DR Cettephoto d'araignée réalisée aumicroscope électronique à balayage montre les redoutables crocs à l’extrémité des chélicères de la tarentule – ses organes de préhension pour saisir ses proies. Les crocs servent à injecter du venindanslaproieafindelaparalyser. Àl’instardesautresaraignées,lestarentulesontuntubedigestifétroitetnepeuventpasavalerdelanourriture solide. Elles la préparent donc en la broyant et en l’imbibant d’enzymes digestifs que sécrètent des ouvertures situéesdansleschélicères.Ellesaspirentalorslanourritureliquéfiéepardesorificesbuccauxenformedetrompe. Page5/12-Letêtard:ledéveloppementd’unegrenouille Lesamphibienssontdesanimauxquipartagentleurvieentrel’eauetlaterreferme.Ilsontdespeaux Source:http://www.futura-sciences.com/magazines/nature/infos/dossiers/d/botaniquemicroscopie-zoom-nature-incroyables-proprietes-1610/ Page3/9 Dossier>Microscopie:zoomsurlanatureetsesincroyablespropriétés Futura-Sciences humides qui demandent à être constamment réhydratées (sauf pour quelques espèces adaptées à la sécheresse), des membres adaptés à une vie tant aquatique que terrestre, et des poumons qui permettentd’extrairel’oxygènedel’air. Tous les amphibiens, néanmoins, doivent pondre leurs œufs dans l’eau. Leur représentant le plus connu est la grenouille, dont les œufs flottent à la surface des mares et des étangs. Au sein de ces œufs gélatineux se développent des têtards : à l’éclosion, ils mènent d’abord une vie aquatique, avant de se transformer en adultes amphibies. Lestêtards,icidefuturesgrenouillesadultes,perdrontleurqueueaucoursdelacroissance.©Giles Sparrow,Dunod,DR Ce gros plan d’un jeune têtard (ci-dessus) nous montre un animal bien différent de lagrenouille adulte : sa tête estrondeetencorepeudéveloppée(avecdeuxcavitésoùseformentlesyeux),desmoignonsdemembressous le corps et une queue effilée (voir en haut à droite). Lesbranchies sont apparentes à ce stade et seront bientôt doublées d’une poche qui les protégera une fois à l’air libre. Les poumons se développeront en parallèle pour permettrelarespirationparlabouche Page6/12-Lafourrureduphoque:uneisolationparfaite La plupart des mammifères possèdent une fourrure : une matière isolante qui règle la température du corps en emprisonnant de l’air chaud au contact de la peau et en empêchant le vent froid d’atteindre celle-ci.C'estlecasduphoquequiestdotéd'unefourrureparticulièrementdense.Unecaractéristique bienvisiblesuruneimagemicroscopique. Dans les climats chauds, certains mammifères ont une fourrure minimaliste, et certains mammifères marins comme la baleine et le lamantin s’en dispensent complètement, remplaçant la fourrure par une épaisse couche de graisse sous- c utanée.Le sphoques, de leur côté, cumulent les avantages : ils possèdent l’une des fourrures les plus densesetlesplusefficacesdumondeanimal,jumeléeàunecouchedegraisse. Poilsaplatisdelafourrured'unphoque.Cesanimauxpeuventmesurerjusqu'àsixmètresselonlesespèces. Source:http://www.futura-sciences.com/magazines/nature/infos/dossiers/d/botaniquemicroscopie-zoom-nature-incroyables-proprietes-1610/ Page4/9 Dossier>Microscopie:zoomsurlanatureetsesincroyablespropriétés Futura-Sciences ©GilesSparrow,Dunod,DR Cette vue en coupe d’unepeau de phoque, au microscope électronique à balayage (ci-dessus), révèle la forme aplatiedespoilsdelafourrure.Àl’instardelacorneetdesongleschezd’autresmammifères,ilssontcomposésde kératine – uneprotéine – et chaque poil est étanche. Disposés en couches superposées, les poils emprisonnent suffisammentd’airpourempêcherlecontactdel’eaudirectementsurlapeau,lorsquelephoqueestenplongée,et leprotégerduventlorsqu’ilestàl’airlibre. Page7/12-Lephytoplanctonetsafrustuleensilice Lephytoplanctonestvisibleàl’œilnu,parfoismêmedepuisl’espace,souslaformedetacheslaiteuses, bleu turquoise, à la surface de l’océan. Il s’agit toutefois de micro-organismes dont l’une des particularitésestqu’ilstirentleurénergiedelaphotosynthèse.Desanimauxàdécouvriraumicroscope. Les micro-organismes du plancton sont donc des autotrophes qui mènent une vie semblable à celle des plantes, par opposition aux micro-organismes animaux qui constituent le zooplancton. Lephytoplancton regroupe de nombreuses espèces séparées, comme les cyanobactéries (anciennement appelées algues bleues), lesalgues vertesunicellulaires,etuncertainnombredeprotistes:lesdinoflagellésetlesdiatomées. Plusde100.000espècesdediatoméesontétérépertoriées,allantde2µmà1mm.Leursfossilesdonnentde précieusesindicationsclimatiquesauxchercheurs.©GilesSparrow,Dunod,DR Vues au microscope, les diatomées sont des phytoplanctons particulièrement esthétiques et diversifiés. On les distingue des autresmicro-organismes photosynthétiques grâce à leurs membranes cellulaires bâties en silice, appelées frustules, qui revêtent des formes et des structures variées.La coquille ou « test » d’une diatomée comportedeuxmoitiésdistinctesetasymétriques,d’oùlenomdiatoméequisignifie«endeuxparties». Lesindividuspeuventseregrouperencoloniesquidessinentdesstructuresencorepluscomplexes,enchaîne,en étoileouenéventail.Certainesespècessontmarines,d’autresviventeneaudouce,etcommeellessontsensibles à divers facteurs comme la température et la salinité, les diatomées et leurs fossiles sont d’excellents indicateurs desconditionsayantrégnédansleurenvironnementprésentoupassé. Page8/12-Lesmoussesetleursurfaceappeléeprotonéma Lesmousses,toutcommeleshépatiquesetlescornifles,sontdesbryophytes:desplantesterrestres primitivesquinedisposentpasd’unsystèmevasculairepourfairecirculerl’eauetlesalimentsàtravers leurcorpsetqui,pourcetteraison,sontlimitéesentaille.Lasurfacedesmousses,appeléeprotonéma, s'étendetsefixesurtoutcequisetrouvesursonpassage. Source:http://www.futura-sciences.com/magazines/nature/infos/dossiers/d/botaniquemicroscopie-zoom-nature-incroyables-proprietes-1610/ Page5/9 Dossier>Microscopie:zoomsurlanatureetsesincroyablespropriétés Futura-Sciences Lesbryophytesressemblentcertainementauxpremièresplantesquiontémergésurlaterrefermeilya470millions d’années, en bordure des cours d’eau et desmarécages. Il leur manque encore une couche externe cireuse et semi-étanche (la cuticule des plantes évoluées) de sorte qu’elles sont sujettes à dessiccation ; on ne les trouve quedansleszoneshumidesetombragées,àl’abriduSoleil. Cettemousseaétéagrandie13fois(photodumilieu)et490fois(photodedroite).Lesmousses affectionnentnombred'endroitshumides,desécorcesauxtoitsenpassantparlesrochers.©GilesSparrow, Dunod,DR Lemodehaploïde Àladifférencedesautresplantesetdesanimaux,lesmoussespassentlaplusgrandepartiedeleurvie,d’unpoint de vue génétique, en mode haploïde : la configuration des spermatozoïdes et des ovules chez les animaux, du pollen et des ovules chez les plantes, où les cellules ne contiennent que la moitié de l’information génétique de l’individu. D’un point de vue morphologique, lesmousses comprennent une surface plate appelée protonéma, qui s’étend et sefixesurtoutsubstrataccueillantetquiproduitdesappendicesappelésgamétophores,faitsdeminusculestiges etfeuilles.Lesorganessexuelsmâleetfemellesedéveloppentàleurextrémitéetlesspermatozoïdespassentde l’unàl’autresousl’actiondel’eauouduvent.Lesovulesfécondéssedéveloppentensporesdiploïdesadultesqui sedétachentalorspourcoloniserd’autresenvironnements. Page9/12-Leslichens:lavieensymbiose Les lichens sont des organismes composites qui associent plantes et mycètes en un partenariat mutuellement bénéfique appelé symbiose. Les lichens sont capables de survivre dans des environnementshostiles,froids,chaudsoumêmetoxiques. Les lichens sont des organismes épiphytiques, c’est-à-dire qu’ils se développent à la surface d’autres plantes – notammentlestroncsd’arbre–aulieudeposséderleurspropresracinesancréesdanslesol.Ilss’étalententapis moussus et développent souvent de petites structures en forme de feuilles qui leur donnent l’allure de plantes rudimentaires.Ilsontunmodedereproductionasexué,relâchantdessporesquicontiennentàlafoisdescellules reproductricesdeplantesetdemycètes. Source:http://www.futura-sciences.com/magazines/nature/infos/dossiers/d/botaniquemicroscopie-zoom-nature-incroyables-proprietes-1610/ Page6/9 Dossier>Microscopie:zoomsurlanatureetsesincroyablespropriétés Futura-Sciences Ladoublenaturedulichenn’aétédécouvertequ’auXIXe siècle.Aujourd’huiclassésparmilesmycètes,les lichensontlongtempsétécataloguésparmilesmoussesoulesalgues.©GilesSparrow,Dunod,DR Lephotobionteetlemycobionte:descomposésdulichen Les deux composantes dulichen s’appellent le photobionte et le mycobionte. Comme son nom l’indique, le photobionte est l’élément végétal qui produit par photosynthèse énergie et molécules organiques. Il consiste généralement en cellules apparentées à desalgues, mais peut aussi faire appel à des cellules de type cyanobactérie. De son côté, le mycobionte est l’élément fongique qui entoure et pénètre son partenaire végétal, lui servant de protection, l’aidant à retenir l’humidité, et jouant souvent le rôle de racine pour canaliser lesnutriments vers les cellules qui assurent laphotosynthèse. C’est la combinaison de leurs atouts, végétaux et fongiques, qui confère auxlichensleurgranderobustesse. Page10/12-Lacraieetsesfossilesdemicro-organismes La craie est l’une des roches sédimentaires les plus répandues en Europe du Nord, où elle constitue le substratdenombreuxbassinsetplaines,commeenChampagneetémargeenhautesfalaisessurlebord de mer. Il s’agit d’une forme de calcaire (carbonate de calcium) qui est composée des restes de nombreux micro-organismes marins, accumulés sur le fond de mers antiques et compressés en roche solideaufildesmillionsd’années. Les couches de craie visibles aujourd’hui sont exposées par la baisse du niveau marin, leur soulèvement par des forcestectoniquesetleurmiseànuparl’érosion. Lesfalaisesdecraiecommecelle-cisontconstituéesd’unempilementdefossilesdemicro-organismes(à droite).Iln’estpasrarequelesdépôtscalcairesrenfermentdesfossilesd’animauxplusgros.©Giles Sparrow,Dunod,DR Source:http://www.futura-sciences.com/magazines/nature/infos/dossiers/d/botaniquemicroscopie-zoom-nature-incroyables-proprietes-1610/ Page7/9 Dossier>Microscopie:zoomsurlanatureetsesincroyablespropriétés Futura-Sciences Ce gros plan de la craie au microscope électronique à balayage révèle les restes fossiles de petits animaux. La vaste majorité de ces derniers sont des micro-organismes unicellulaires : principalement des foraminifères qui sécrètent un minéralcalcaire – la calcite – pour se construire des exosquelettes protecteurs.Pour ce faire, ils puisent dans l’eau le carbone et lecalcium dissous dont ils ont besoin. À leur mort, leurs minuscules cadavres chutent sur le fond : il faut plusieurs millions de générations successives de ces micro-organismes pour bâtir des couches de craie épaisses de plusieurs dizaines de mètres. Parmi les débris microscopiques, on trouve parfois des fossilesdecoquillagesetdepoissonsplusgros,voired’oiseauxetdevertébrésnoyésenmer. Page11/12-Laroséeetsesgouttelettesmatinales L’eau oscille constamment entre sa phase gazeuse et sa phase liquide au gré des changements de température, comme c’est le cas le matin lorsque se condensent à partir de l’air de fines gouttes de rosée.Lesobserveraumicroscopeélectroniquepermetd'assisteràunspectaclesingulier. L’atmosphère terrestre contient en moyenne 1 % de vapeur d’eau, mais celle-ci est distribuée de façon très inégale. La grande majorité est concentrée dans la troposphère, couche inférieure de l’atmosphère qui culmine entre 7 et 20 km d’altitude selon la latitude. Elle est en outre très inégalement répartie à l’échelle régionale, minimale au-dessus des déserts et maximale au-dessus des forêts vierges. Même à l’échelle locale, sa distribution estirrégulière,affectéeparlaprésencedeplantesoudebâtiments. Détaildegouttelettesderoséeaumicroscopeélectronique.Danslespaysàfaiblepluviométrie,l’emploid’un condensateurderoséepourrécupérerdel’eaupotableestfréquent.©GilesSparrow,Dunod,DR La condensation d’eau liquide à partir de l’atmosphère dépend de la proportion devapeur d’eau dans cette atmosphèreetaussidelatempératureambiante:plusl’airestfroid,moinsilpeutcontenirdevapeurd’eau.L’eau se transforme notamment en rosée lorsqu’elle entre en contact avec un objet froid, ce qui est souvent le cas à l’aube.Aucoursdeceprocessusdecondensation,lesmoléculess’attirentpourformerdesgouttelettesderosée, sousl’influencedeforcesintermoléculairesquicréentunetensionsuperficielle.C’estlecassurcebrind’herbe (cidessus),scannéaumicroscopeélectronique. Page12/12-UnlivredeGilesSparrow:Lanaturevuede(très)près D’autres images magnifiques sont à découvrir dans le livre de Giles Sparrow,La nature vue de (très) près,paruauxéditionsDunod. Les progrès spectaculaires des moyens techniques nous permettent aujourd'hui d'observer la nature dans ses moindres détails. Ce beau livre nous invite à regarder au plus près notre environnement : animaux, plantes ou structuresgéologiquesremarquables. Source:http://www.futura-sciences.com/magazines/nature/infos/dossiers/d/botaniquemicroscopie-zoom-nature-incroyables-proprietes-1610/ Page8/9 Dossier>Microscopie:zoomsurlanatureetsesincroyablespropriétés Futura-Sciences Cliquerpouracheterlelivredel'auteur Chaque photo est accompagnée d'un texte explicatif qui nous apprend par exemple ce qu'est letropisme des plantes(capacitédesplantesàadapterleurcroissanceenfonctiondeleurenvironnement)oucommentseforme une géode (cavité rocheuse tapissée de cristaux). Au-delà de la beauté des images, ce livre nous invite à un voyageextraordinaireauxfrontièresdelavieetdelamatière. Source:http://www.futura-sciences.com/magazines/nature/infos/dossiers/d/botaniquemicroscopie-zoom-nature-incroyables-proprietes-1610/ Page9/9
