Le fonctionnement du vivant

Le fonctionnement du vivant
Définitions
Croissance : augmentation de la masse de matière qui se traduit par une
augmentation irréversible de la taille et/ou de la masse corporelle.
Chez les animaux : présente de la naissance à l’âge adulte. S’arrête aux alentours
de la maturité sexuelle.
Chez les plantes : se poursuit pendant toute la durée de vie. Peut être discontinue
en lien avec les saisons.
Développement : succession des transformations qui affectent la cellule-œuf à
partir de sa conception : on parle d’étapes de développement.
Chez les animaux : on distingue :
-le développement embryonnaire depuis la fécondation jusqu’à la naissance ou à
l’éclosion
-le développement post-embryonnaire ou juvénile de la naissance à l’âge adulte.
-la phase adulte est caractérisée par la maturité sexuelle
-la phase sénile où un grande nombre de fonctions sont diminuées conduit à la
vieillesse et à la mort.
Chez les végétaux : phase de dév embryonnaire réduit et dev post-embry
complexe, adaptable et flexible selon les conditions environnementales.
Les étapes de développement : différentes phases de la vie d’un individu de la
conception à la mort (représentation linéraire)
Le cycle de développement ou cycle de vie : perpétuation de l’espèce
(représentation bouclée ou le dév s’arrête à la phase de reproduction des adultes et
la production d’une nouvelle cellule-œuf, point de départ de la génération
suivante).
Les stades de développement des animaux
Le développement diffère selon les espèces en fonction de l’aspect du petit à la
naissance.
-à la naissance le petit ressemble à ses parents : développement direct avec des
transformations sans aucun changement important de forme.
-si le petit est différent de l’adulte : développement indirect avec des
transformations qui conduisent à l’âge adulte appelés métamorphoses :
Soit progressives (huître, grenouille)
Soit avec des étapes très marquées avec trois stades différents :
*stade larvaire : à l’éclosion de l’œuf, la larve est enfermée dans un exosquelette
rigide qui empêche toute croissance=mue (variable selon les espèces) pour se
débarrasser de l’exosquelette. Croissance à lieu après la mue et avant la formation
d’un nouvel exosquelette=croissance discontinue en palier. Une dernière mue et
transformation en nymphe. Le stade larvaire est la période qui sépare l’éclosion de
l’œuf de la mue nymphale.
*stade nymphal : stade de repos apparent pendant lequel la larve ne se nourrit pas
et ne se déplace pas mais intense activité métabolique interne. Durée variable. Le
stade nymphal est la période qui sépare la mue nymphale de la mue imaginale.
*stade imaginal ou adulte : croissance et développement sont achevés, l’adulte est
capable de se reproduire.
Les métamorphoses sont souvent en relation avec un changement de milieu de vie
(larve aquatique de la libellule, adulte aérien) ou de régime alimentaire (tétard
végétarien puis omnivore puis carnivore, grenouille carnivore).
Métamorphose complète avec un stade nymphal
Métamorphose incomplète avec un jeune qui ressemble à l’adulte et se développe
sans stade nymphal.
La croissance diffère selon les espèces en fonction de la présence ou pas
d’exosquelette
-croissance continue : revêtement cutané des animaux n’est pas rigide et
l’augmentation de la taille est progressive
-croissance discontinue : mue.
Exemples
Insecte type criquet :
Cellule-œuf
Fécondation
Interne
jeune
adulte
dev direct, croissance discontinue
métamorphose progressive
Insecte type coccinelle :
Cellule-œuf
larve
nymphe
adulte
Fécondation
dév indirect, croissance discontinue
Interne
métamorphose complète
Poisson ovipare type truite :
Cellule-œuf
alevin puis jeune
adulte
Fécondation
dév direct, croissance continue
Externe
Batracien ovipare type grenouille
Cellule-œuf
larve ou tétard
Fécondation externe
adulte
développement indirect,
croissance continue, métamorphose
Serpent ovipare type couleuvre et oiseau ovipare type poule
Cellule-œuf
jeune
adulte
Fécondation interne
développement direct,
croissance continue
Mammifère vivipare type homme
Cellule-œuf
jeune
Fécondation interne
adulte
dev direct, croissance continue
Les stades de développement chez les plantes
Les végétaux qui se développent à partir d’une graine
Graine (dormance puis germination)
plantule
jeune
plante
(croissance et développement des racines, puis de la tige et des feuilles)
plante adulte (croissance et développement des feuilles, des fleurs puis
des fruits contenant les graines)
mort de la plante
Les végétaux qui se développent à partir d’un organe de réserve
Organe de réserve (tubercule, bulbe, rhizome)
développement
d’un
bourgeon
jeune plante (croissance et développement des racine, puis de la
tige et des feuilles)
plante adulte (croissance et développement des racines,
tiges, feuilles, fleurs, fruits, graines)
reconstitution d’un organe de réserve
mort de la partie aérienne.
De la graine à la plantule : la germination
-les étapes de la germination : commence avec le développement de la radicule et
développement de la tige après les racines. Plantule utilise les réserves de la
graine. Dès que les feuilles vertes apparaissent la jeune plante peut fabriquer sa
propre matière organique. Le dév de l’embryon de la graine ou germination aboutit
à la formation d’une plantule avec des méristèmes responsable de la formation de
la partie aérienne (tige, feuilles, bourgeons et fleurs) et de la partie
souterraine=responsables de la croissance en longueur et en épaisseur de la plante.
-les conditions de la germination : eau, oxygène, température.
De la plantule à la plante
Les jeunes plantes grandissent en longueur et en largeur. Cette croissance
saisonnière est discontinue et illimitée, elle se poursuit jusqu’à la mort de la
plante. Elle se traduit par :
-un allongement des tiges et l’apparition des feuilles grâce aux bougeons
terminaux (méristèmes)
-un accroissement en épaisseur
-l’allongement et la ramification des racines
La croissance nécessite de la lumière comme source d’énergie pour la
photosynthèse, de l’obscurité pour la synthèse des hormones de croissance, de
l’air, de l’eau, des sels minéraux, une température convenable.
Questions :
Qu’est-ce qu’une graine ? Quelle est l’importance de ce stade dans la vie des
plantes à fleurs ?
Présentez les différents stades du cycle biologique d’un insecte à métamorphose
complète.
Qu’est-ce que la dormance des graines ? des bourgeons ?
Comment peut-on déterminer l’âge d’un rameau ? d’un arbre sur une coupe d’un
tronc ?
Expliquez à l’aide de schémas la croissance en longueur d’un rameau.
Citez et décrivez à l’aide d’exemples deux types de développement différents chez
les animaux.
La reproduction sexuée des animaux et de l’homme
Définition
Elle nécessite la rencontre de deux individus de sexe différents, produisant au
niveau de leurs gonades (testicules / ovaires) des gamètes, cellules spécialisées de
la reproduction. Les gamètes mâles (spermatozoïdes) sont petits, mobiles, et
produits en grand nombre ; les gamètes femelles (ovules) sont petits, immobiles et
produits en nombre limité.
La fécondation résulte de la rencontres des gamètes, la fusion d'un spermatozoïde
et d'un ovule engendre une cellule-oeuf (ou zygote) qui a des chromosomes pour
moitié maternels pour moitié paternels. Il y a formation d'un nouvel être
génétiquement unique (chaque gamète ne possède que la moitié des
chromosomes de l'individu, avec un seul chromatide).
Les étapes antérieures à la fécondation
-les caractères sexuels différencient les mâles et les femelles d’une même espèce
Caractères sexuels primordiaux et primaires
Gamétogenèse : formation des gamètes qui a lieu dans les glandes sexuelles ou
gonades ovaires chez la femme testicules chez le mâle
Spermatogenèse : formation des gamètes mâles ou spermatozoides ovogenèse
formation des gamètes femelles ou ovules.
-Caractères sexuels secondaires, morphologiques ou fonctionnels permettent de
reconnaître extérieurement les mâles des femelles (quand existent) : c’est le
dimorphisme sexuel.
La fécondation : un évènement fondamental
La cellule-œuf appelé zygote est le résultat de la fécondation. Provient e la fusion
de deux cellules sexuelles (mâle et femelle).
2 types de fécondation : Externe Interne
L'union a lieu à l'extérieur du corps de la femelle, avec (ex:grenouille) ou sans
accouplement
L'union a lieu dans les voies génitales de la femelle, consécutivement à un
accouplement
La cellule-oeuf (zygote) se divise de nombreuses fois : c'est la segmentation, et
engendre une masse cellulaire appelée morula (petite mûre), qui se divise encore
en tissus et organes → c'est l'embryogenèse ou développement embryonnaire.
Lieu de l'embryogenèse :
Oviparité : production d’oeufs, l'embryon se nourrit des réserves nutritives
présentes à l'intérieur de l’œuf sans aucun lien nutritionnel avec la femelle. Hors
du corps de l’animal dans le milieu extérieur.
Viviparité : phase de gestation avec échange gazeux et nutritifs entre la mère et le
petit via le placenta. L’embryon se développe en relation étroite avec l’organisme
maternel.
Ovoviviparité, l'embryon se nourrit des réserves de l’oeuf mais ce dernier est dans
l'utérus maternel (orvets, daphnies, pucerons...)
Des particularités :
L'hermaphrodisme est un cas particulier : celui, pour un même individu, de
pouvoir produire des gamètes males et des gamètes femelles. On distingue
l'escargot ou le lombric, à l'hermaphrodisme simultané (qui peuvent s'accoupler et
produire les deux types de gamètes) et les poissons de la famille des Labridés qui
sont d'abord femelles puis mâles au cours de leur vie (hermaphrodisme successif).
La parthénogenèse : certains animaux peuvent donner une descendance à partir
d’un gamète femelle non fécondé sans l’intervention des mâles.
Reproduction humaine
C'est une reproduction sexuée caractérisée par une fécondation interne et un
mode de développement vivipare.
Les appareils reproducteurs
Appareil reproducteur masculin
* il est constitué des 2 gonades (testicules) et d'un organe copulateur (pénis)
* les testicules sont à la fois le siège de la production des spermatozoïdes et d'une
hormone, la testostérone, impliquée dans les transformations à la puberté, dans le
maintien des caractères sexuels
* la maturation des gamètes se fait dans l'épididyme, les spermatozoïdes y
acquièrent leur mobilité et poursuivent leur trajet dans le canal déférent où ils se
mélangent à un liquide produit par la prostate et les vésicules séminales, contenant
fructose et prostaglandine (facilitant leur cheminement dans l'utérus de la femme
par la provocation de contractions)
* 60 à 100 millions de spermatozoïdes sont libérés par l éjaculateur ; leur
production est continue
Appareil reproducteur féminin
* il est constitué des 2 gonades (ovaires), des trompes de Fallope, de l'utérus
(organe de gestation) et du vagin (organe de copulation
* l'utérus est une cavité, sa paroi est constituée d'un muscle, le myomètre
* les ovaires produisent et libèrent les ovules, et secrètent 2 hormones,
l’oestrogène et la progestérone
* à la ménopause, et depuis la puberté, les ovaires cessent de libérer des ovules
(stock de 100,000 à la naissance)
* la femme a un cycle : le cycle ovarien dure environ 28 jours, débutant le 1° jour
des menstruations, l'ovulation de produit au 14° jour du cycle ; parallèlement le
cycle utérin (ou cycle menstruel) se caractérise par un épaississement de la
muqueuse destiné à accueillir la cellule-oeuf et le développement d'un embryon
lors de la nidation (si celle-ci n'a pas lieu l'endomètre se déchire, produisant le flux
menstruel).
Lors de la fécondation les noyaux de l'ovule et du spermatozoïde fusionnent,
formant la cellule-oeuf à 2n chromosomes qui migre dans les trompes en se
divisant, puis se fixe sur la paroi de l'utérus lors de la nidation (7 jours).
L'embryon se développe 9 mois dans une poche appelée amnios (cavité
amniotique, poche des eaux) ; à la fin des 3 premiers mois les organes sont
différenciés → on parle alors de foetus. Celui-ci croit pendant le reste de la
gestation ou grossesse et s'achève par la naissance du bébé.
Amnios, placenta et cordon ombilical sont 3 annexes essentielles au déroulement
de la grossesse : l'amnios protège des chocs et de la dessiccation, le placenta est
l'organe reliant mère et enfant, permet les échanges gazeux et nutritifs (disque de 3
cm d'épaisseur et 20cm de diamètre ; les deux sangs ne se mélangent jamais, il sert
de filtre), le cordon ombilical relie le placenta et le nombril du futur nouveau-né.
L'accouchement constitue les étapes de la sortie de l'enfant hors de la cavité
utérine, les muscles de l'utérus se contractent, le col de l'utérus se dilate, la poche
des eaux se rompt, les contractions vont permettre l'expulsion du bébé ; le cordon
ombilical sectionné formera le nombril de l'enfant ; le bébé crie car ses poumons
s'emplissent d'air ; l'accouchement se termine par le détachement et l'expulsion du
placenta, c'est la délivrance.
L'acquisition de la capacité de reproduction se fait à la puberté, où la maturation
des organes génitaux s'accompagne de signes extérieurs appelés caractères
sexuels secondaires (pilosité, seins, mue de la voix), vers 11-16 ans chez les filles
11-17 ans chez les garçons.
Éducation à la santé
La contraception : il s'agit d'empêcher la fécondation. Non hormonale, il s'agit
du préservatif (protégeant également des IST) ou de la pose du stérilet. La
contraception hormonale constitue dans l'ingestion d'hormones par voie orale chez
la femme, oestrogènes et progestérone, visant à bloquer l'ovulation, et donc toute
possibilité de fécondation. Elle nécessite une régularité que n'oblige par l'implant
sous-cutané (3 ans). En cas de fécondation non désirée ou de doute, des méthodes
d'urgence peuvent être utilisées : le RU486 bloquant la nidation ; la pilule du
lendemain (72h après le rapport) empêche fécondation et nidation.
L'aide médicalisée à la procréation : la FIVETE consiste à stimuler les ovaires par
traitement hormonal et déclencher une ovulation ; on ponctionne les ovules mis en
contact in vitro avec du sperme, puis les embryons issus de la fécondation (4
divisés au stade de 4 cellules) sont réimplantés dans l'utérus.
Le développement embryonnaire
Les spermatozoïdes présents dans le vagin suite à un rapport sexuel franchissent le
col de l'utérus lors de l'ovulation ; grâce à l'énergie du fructose contenu dans le
sperme ils poursuivent le trajet jusque dans le tiers supérieur des trompes, où l'un
d'entre eux peut féconder l'ovule libéré (ovule fécondable 24h après sa libération ;
spermatozoïde vivant 3 jours après éjaculation).
Questions:
Quels changements apparaissent à la puberté ?
Qu'est-ce que le placenta ? Quel est son rôle ?
Explicitez le trajet des gamètes mâles et femelles dans les appareils reproducteurs.
À quoi correspond le premier cri du bébé à la naissance ?
Qu'est-ce que de vrais / faux jumeaux ?
Oviparité et viviparité sont deux modalités de la reproduction sexuée. Précisez ces
notions à travers deux exemples et exposez un cas intermédaire.
La reproduction des plantes à fleurs
La reproduction sexuée des plantes à fleurs
Appareil reproducteur masculin
La pollinisation
Les étamines libèrent par leurs anthères des grains de pollen, la pollinisation est le
transport de ces grains vers le stigmate d'un pistil appartenant à la même plante ou
à un autre individu
Autopollinisation, autogamie
- le stigmate d'une fleur est pollinisé par son propre pollen phénomène fréquent
chez les graminées cultivées (blé, orge, avoine), haricot, pois
- pollinisation et fécondation se produisent dans le bouton floral (fleur non
épanouie)
Pollinisation croisée, allogamie
- stigmate pollinisé par un autre pollen de la même espèce
- obligatoire chez les plantes unisexuées et bisexuées dont les appareils
reproducteurs ne sont pas à maturité en même temps, chez celles aux obstacles
anatomiques
- nécessité d'un agent externe, vent et insectes
La double fécondation
* des pièces stériles protègent la fleur : les sépales formant le calice, et les pétales
formant la corolle
* parmi les pièces fertiles (reproductrices) on distingue :
- les organes mâles (étamines) formant l'androcée ; l'étamine est formée de
l'anthère reposant sur le filet, l'anthère renferme le pollen (contenant les gamètes
mâles)
- les organes femelles (pistil) formant la gynécée ; le pistil est en 3 partie : à la
base un ovaire renflé (contenant 1 ou plusieurs ovules), une partie allongée, le
style, et l'extrémité appelée stigmate
* toutes ces pièces sont insérées sur le réceptacle, lui-même porté par un
pédoncule
* la position du pistil diffère selon les fleurs : il est dit infère lorsque l’ovaire est
inséré dans le réceptacle qui prend la forme d'une coupe, et supère quand l'ovaire
est inséré sur le réceptacle
Le nombre de pétales, la forme et couleurs diffèrent selon les espèces. Certaines
fleurs sont unisexuées (ne possèdent qu'un type d'organe reproducteur) ; d'autres
sont composées (nombre de petites fleurs sur un même réceptacle).
* en contact avec le stigmate, le grain de pollen germe et produit un tube
pollinique qui descend dans les tissus du style jusqu'à l'ovaire
* le tube pollinique pénètre alors le sac embryonnaire contenant les gamètes
femelles
* à son extrémité se trouvent 2 noyaux ou spermatozoïdes l'un d'entre eux →
fusionne avec le noyau de l'oosphère et forme la cellule-œuf embryonnaire ;
l'autre fusionne avec les deux noyaux du sac pour former la cellule-œuf réserve
→ cette double fécondation produit une graine avec son embryon et ses
réserves
* parallèlement la paroi de l'ovaire se transforme et devient fruit ; sépales, étales,
pistil, étamines, style, flétrissent, sèchent, tombent et disparaissent
Les fruits
Fruits secs Fruits charnus
Déhiscents
S'ouvrent à maturité le long de fentes appelées déhiscences, et libèrent des graines
En forme de capsule (pavot), gousse (pois), siliques (colza)
Indéhiscents
ne s'ouvrent pas à maturité, on les nomme akènes (noisette, gland, pissenlit,
carotte)
Baies
- paroi entièrement ou partiellement charnue
- paroi au contact immédiat des graines (raisin, tomate)
Drupes
- paroi entièrement ou partiellement charnue
- paroi périphérique charnue
+ noyau renfermant une graine unique (abricot, pêche)
Les « faux fruits » résultent de l’évolution de l'ovaire et d'éléments
supplémentaires (réceptacle floral chez la pomme, la poire), ou d'un groupe
d'ovaires comme la framboise ou la mûre (polydrupes)
L'ouverture ou non du fruit conditionne la dissémination des graines. Dans le cas
des fruits déhiscents elles sont libérées puis dispersées, pour les fruits indéhiscents
elles restent avec le fruit et sont disséminées avec lui. Elles peuvent être
disséminées :
– par le vent (anémochorie), graines de petite taille pourvue parfois de
particularités anatomiques pour augmenter la prise au vent
– par les animaux (zoochorie), accrochage au plumage ou pelage (crochet présents
par ex), dans les déjections
– par l'eau (hydrochorie), pour les plantes aquatiques, les graines flottent et sont
emportées par le courant (palétuvier)
– par un système mécanique propre à la plante, chez les fruits secs déhiscents, par
éclatement et dispersion (genêt)
La graine issue de la fécondation d'un ovule
- assurant la pérennité de l'espèce elle est souvent le seul organe persistant, et
permet de coloniser de nouveaux espaces
- elle est formée de l'embryon, appelé germe ou plantule (radicule + gemmule,
dont on aperçoit les premières feuilles), de réserves stockées dans des cotylédons,
et d'une enveloppe protectrice, le tégument
- leur faible teneur en eau explique une vie ralentie marquée par l'absence de
fabrication de matière, un arrêt de croissance de la plantule, et une baisse des
échanges respiratoires, c'est la dormance ou inaptitude à germer.
La germination processus par lequel la plantule en vie ralentie dans la graine
reprend une vie active et se développe
- absence de dormance de l'embryon, conditions de milieu favorable (humidité,
température, oxygène)
- l'eau permet la réhydratation des tissus (poids * 10), l'oxygène permet les
réactions d'oxydation associées à l'utilisation des réserves, température d'au – 15°
en régions tempérées
- engrais ne sert pas car la plantule doit sa croissance à ses réserves propres, ni à la
lumière
- le tégument se déchire, le radicule s'enfonce dans le sol, il se développe, la tigelle
se développe et fait sortir les premières feuilles hors du sol, réalisant la
photosynthèse, les cotylédons flétrissent et tombent, le système racinaire se
développe ainsi que les feuilles, la plante est en autonomie nutritionnelle.
Multiplication végétative, ou reproduction asexuée
Ce type de reproduction ne fait pas intervenir d'organe sexuel, mais simplement
l'appareil végétatif. Identiques à la plante-mère dont elles sont issues, on dit que ce
sont des clones.
On utilise :
le marcottage : formation d'une nouvelle plante à partir d'éléments du végétal qui
ont tous les organes nécessaires à une vie autonome (racine, tige, feuille), chez le
lierre ou autres plantes rampantes par exemple
Le bouturage : un rameau se détache puis s'enracine, assez rare dans les
conditions naturelle.
Les stolons, rameaux à croissance horizontale s'enraçinant et donnant naissance à
un nouvel individu.
Les tubercules, organes de réserves nutritives, se multiplient par voie végétative
(pomme de terre)
Cycle de développement chez les végétaux
ce cycle de vie caractérise la perpétuation de l'espèce, représentant les étapes du
développement d'un végétal jusqu'à l'obtention d'une nouvelle génération par
reproduction sexuée et/ou multiplication végétative :
organe mâle (étamine) / grain de pollen + sac embryonnaire / 2 spermatozoïdes /
pollinisation + organe femelle (pistil) / cellule femelle oosphère / 2 noyaux
centraux double fécondation cellule-oeuf embryon + cellule-→ → oeuf réserve →
graine → germination → développement croissance → nouvel individu
Questions :
Qu'est-ce qu'une graine ?
Qu'est-ce qui distingue la reproduction sexuée de la reproduction asexuée ?
Définissez fleur, graine, fruit.
Différence fuit / légume ?