ADAPMILIEUAÉRIEN corrigé

L’adaptation des organismes au milieu aérien
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Milieu aérien :
Chaleur massique faible : variations thermiques importantes et rapides
Conductivité calorifique faible : mauvais conducteur thermique. L’air peut constituer un isolant s’il ne
circule pas (poils)
-> protection thermique
Densité faible : faible poussée d’Archimède
-> soutien, sustentation : nécessité des structures de soutien assez rigides pour maintenir une position
érigée :
- squelette
- lignine
Viscosité faible :
-> frottements réduits : locomotion aisée quand organisme soulevé au-dessus du sol
-> Vie sensorielle : diffusion aisée des odeurs,
-> Échanges gazeux : diffusion aisée des gaz respiratoires et PS
Absorption de lumière faible :
-> Vie sensorielle : transmission et réception à distance de stimuli lumineux
-> PS : énergie radiative forte, toutes les radiations du spectre visible, mais nécessité de protection contre
les UV et trop grand échauffement par les IR
Compressibilité forte :
-> Vie sensorielle : amortissement des sons : besoin d’une amplification (oreille moyenne)
Composition gazeuse de l’atmosphère oxygène abondant et CO2 très dilué (330ppm):
-> Respiration aisée
-> Approvisionnement en CO2 difficile pour les Angiospermes
Disponibilité en eau : milieu sec et instable, affecte la vie de nutrition et la reproduction :
-> Nécessité de limiter les pertes d’eaux (excrétion HP) :
- Liées aux échanges gazeux respiratoires et PS
- Aux surfaces de contact avec l’extérieur : les épidermes
-> Régionalisation du végétal aérien : prélèvement de l’eau et des ions au niveau de l’appareil souterrain,
pb du potentiel hydrique bas, variations, ensuite acheminement de la sève brute contre la pesanteur dans
les parties élevées
-> Reproduction : nécessité de maintenir les cellules libres en milieu aqueux (dessèchement et
déplacement)
- Fécondation interne chez les animaux et siphonogamie chez les Angiospermes
- Nécessité de protéger la descendance : viviparité et carpelle, graine chez les Angiospermes
Angiospermes : végétaux chlorophylliens, Chlorobiontes, Embryophytes (Cormophytes), Euphyllophytes
(Trachéophytes), Spermatophytes, Anthophytes (à fleurs), Angiospermes (à carpelles)
Mammifères : Eumétazoaires, Bilatériens, Deutérostomiens, Pharyngotrèmes, Chordés, Crâniates,
Vertébrés, Gnathostomes, Ostéichthyens, Sarcoptérygiens, Rhipidistiens, Tétrapodes, Amniotes
-> Les mieux adaptés au milieu aérien des Embryophytes et des Amniotes.
Introduction :
Reprendre les définitions des phylums retenus et les caractères du milieu aérien pour en évidence les
relations entre leurs caractéristiques structurales et fonctionnelles avec celles du milieu aérien.
L’adaptation au milieu aérien suppose le prélèvement de l’oxygène pour la respiration et du
dioxyde carbone pour les Angiospermes à l’état gazeux, ce qui pose le problème de leur dissolution au
niveau de surfaces d’échanges toujours perméables et de fait, maintenues humides. Le taux d’humidité de
l’air est variable et le plus souvent faible (air sous-saturé en eau), c’est donc un milieu desséchant.
L’adaptation au milieu aérien passe donc par la limitation des pertes d’eau au niveau de tous les organes
en contact avec le milieu mais également par des dispositifs de prélèvement de l’eau efficaces chez les
plantes.
D’autre part les échanges gazeux par diffusion sont favorisés par la faible viscosité du milieu,
mais si l’oxygène y est abondant et donc très disponible pour la respiration, le CO2 y est rare et les
végétaux doivent disposer de surfaces pour son absorption très étendues dans le milieu aérien.
La faible viscosité permet, de plus, une propagation aisée des radiations lumineuses et des molécules :
pour les végétaux, la photosynthèse est donc favorisée et, pour les animaux, les communications visuelles
et olfactives y sont facilitées mais en revanche, elle limite la propagation des ondes sonores. Les
organismes doivent aussi se protéger des radiations UV susceptibles de léser les téguments et d’altérer
l’ADN.
L’air est un fluide très peu dense, les frottements très réduits y freinent peu les déplacements en
revanche, la faible densité pose le problème de la sustentation, d’où la nécessité de formations
squelettiques chez les animaux et d’un axe dressé portant les expansions foliacées chlorophylliennes et de
structures d’ancrage chez les plantes.
Vivre dans un milieu peu dense suppose aussi se passer de l’eau comme agent de transport des formes à
disperser notamment les spermatozoïdes ou les premiers stades du développement des organismes. De
plus, les cellules isolées ne peuvent survivre en milieu aérien sans enveloppes protectrices pratiquement
imperméables ce qui pose donc le problème de l’émission des gamètes, de leur rencontre et du
développement du zygote lors de la reproduction sexuée. Les Mammifères réalisent une fécondation
interne et chez les Angiospermes, les spermatozoïdes sont véhiculés par le gamétophyte mâle ou grain de
pollen jusqu’au gamétophyte femelle comme chez tous les Spermatophytes (plantes à graines).
L’air a une chaleur massique faible, le milieu aérien présente donc de fortes amplitudes
thermiques qui, associées à la faible disponibilité en eau pose le problème de la protection des structures
et des stades fragiles et également du passage de l’hiver, les organismes devant supporter d‘importantes
variations thermiques circadiennes mais aussi saisonnières. Les Mammifères sont vivipares et l’embryon
des Angiospermes se développe dans la graine sur la plante-mère. Une protection supplémentaire, le
carpelle (futur fruit), enferme l’ovule (future graine), chez les Angiospermes. La protection des stades
fragiles est également assurée par le synchronisme des cycles de développement avec les rythmes
circadiens ou saisonniers.
Parmi les caractères du milieu aérien, caractères d’un mélange gazeux, certains sont des
avantages par rapport au milieu aquatique et d’autres posent des problèmes que les organismes ont
résolus puisqu’ils y vivent !
Il s’agit donc de mettre en relation les caractéristiques du milieu aérien : faible disponibilité en eau, faible
densité et milieu gazeux riche en O2 mais de faible capacitance en CO2 avec les caractères adaptatifs des
mammifères et des Angiospermes.
I/ Les caractéristiques des organismes en relation avec la faible disponibilité
en eau
A/ Limitation de l’évaporation au niveau des revêtements
1/ Imperméabilisation des revêtements
a/ Le tégument kératinisé des Mammifères
+ Couche cornée de l’épiderme : rôle et renouvellement
+ Les phanères (écailles de la queue de la souris)
-> Schéma de l’épiderme
b/ La cuticule de l’épiderme végétal
+ Organisation de la cuticule, composition chimique,
-> Schéma la cuticule
c/ Les assises subérifiées
+ Localisation (assise subéreuse de la racine, liège ou suber), nature chimique, apposition pariétale,
+ Couches subérifiées assurent imperméabilisation et isolation thermique
-> Schéma d’une cellule subérifiée
d/ Exine imprégnée de sporopollénine
2/ Augmentation de la résistance hydrique de la surface d’absorption
Air stable, non ventilé et donc + saturé en eau que l’atmosphère
+ Sous le pelage
+ Rôle de la couche limite
-> Schéma
B/ Invagination des surfaces d’échanges
1/ Chez les Mammifères
+ Voies aériennes invaginées revêtues d’un épithélium cilio-muqueux réchauffant et hydratant l’air
inspiré, alors que le mucus freine un peu la déshydratation.
+ Échanges limités aux extrémités aveugles et non ventilées, canaux alvéolaires et alvéoles où l’air est
renouvelé par diffusion, ce qui limite l’évaporation
+ Ventilation bidirectionnelle possible en milieu aérien
+ Élimination du CO2 limitante
-> Schéma de l’arbre aérien dans un poumon avec un détail d’une bronchiole respiratoire +
canaux alvéolaires + alvéole
2/ Chez les Angiospermes
+ Stomates : localisation, organisation, lieu des échanges gazeux entre atmosphères interne externe
+ Protection des stomates : poursuite de la cuticule dans la chambre sous stomatique, localisation au fond
de cryptes
-> Schéma CT de feuille, stomate, chambre sous stomatique, parenchyme lacuneux, atmosphère
interne
C/ Extension des surfaces d’absorption de la solution du sol chez les Angiospermes
1/ Extension des surfaces d’absorption racinaires
+ Assise pilifère
+ Mycorhizes
-> Schéma CT racine avec 1/3 assise subéreuse, 1/3 assise pilifère et 1/3 mycorhizes
2/ Les mécanismes de l’absorption
+ Absorption active d’ions
+ Absorption passive d’eau selon les potentiels hydriques décroissants
-> Schéma d’une CT de racine montrant sur une file de cellules, les trajets de l’eau et des ions, les
pompes et la décroissance du potentiel hydrique
C/ Le maintien de l’équilibre hydrique
Mammifères : ni l’alimentation, ni l’excrétion azotée ne sont au programme, problème limité aux
Angiospermes
1/ Régulation de la résistance stomatique
+ Ouverture mécanique, relation avec la structure de la paroi, origine de la turgescence, facteurs agissant
sur le fonctionnement de la pompe à protons, rôle de l’ABA
-> Schéma de la régulation de l’ouverture stomatique
2/ Régulation de l’absorption racinaire
+ Liée à la transpiration stomatique par la résistance de la colonne d’eau
+ Variation de l’activité des pompes racinaires (super acquisition)
-> Schéma des transports à l’entrée de la racine activés par la pompe à protons
D/ La protection des stades fragiles du cycle de développement
1/ Fécondation à l’abri de l’air
a/ Fécondation interne chez les Mammifères
-> Schéma du tractus femelle : fécondation dans le tiers supérieur des trompes
b/ Fécondation par siphonogamie chez les Angiospermes
+ Protection des gamétophytes (mâle : exine, femelle : carpelle et ovule), croissance du tube pollinique si
compatibilité -> siphonogamie
-> Schéma pistil, pollen sur stigmate, tube pollinique conduisant les spz jusqu’au sac embryonnaire
dans l’ovule
2/ Développement de l’embryon en milieu protégé
a/ Mammifères : viviparité et développement direct
-> Schéma
b/ Angiospermes : développement de l’embryon dans la graine et le fruit
Graine = déshydratation, vie ralentie et dormance ; réserves accumulées après la fécondation aux dépens
de la plante-mère.
Le sporophyte I constitue autour de l’embryon une protection physique aux multiples enveloppes, le
sporophyte II se développe en parasite sur le sporophyte I (comparable à la viviparité)
-> Schéma d’une graine dans un fruit
II/ Les caractéristiques des organismes en relation avec la faible densité du
milieu aérien
A/ Soutien et locomotion chez les Mammifères
+ Organisation du squelette et relation avec les muscles squelettiques : colonne vertébrale, ceintures,
squelette appendiculaire
+ Tissu osseux : minéralisation de la matrice extracellulaire d’un conjonctif spécialisé
-> Schéma
B/ Soutien et ancrage au sol chez les Angiospermes
1/ Soutien de l’appareil caulinaire
+ Le couple paroi-vacuole des cellules turgescentes
+ Les tissus de soutien :
- Les tissus spécialisés : collenchyme et sclérenchyme : importance évolutive de la lignine
- Les éléments du xylème
-> Schéma d’une CT de tige montrant les tissus de soutien et des faisceaux cribro-vasculaires
2/ Ancrage au sol
2 stratégies : appareil pivotant ou fasciculé
Dans les deux cas des molécules ou un agencement de molécules assurant la rigidité et acquisition de
structures érigées : la lignine et le tissu osseux, acquisitions qui ont pu précéder la sortie des eaux.
-> Schéma des 2 systèmes
C/ Transport des spermatozoïdes et des semences en l’absence d’eau
1/ Accouplement chez les Mammifères
2/ Transport du gamétophyte mâle et des semences chez les Angiospermes
a/ Pollinisations anémophile et entomophile
-> Schéma comparatif des 2 types de fleurs
b/ Disséminations des semences anémochore et zoochore
-> Schéma d’un exemple de chacun, ex. : akène à aigrette et baie
III/ Les caractéristiques des organismes en relation avec la vie en milieu
gazeux atmosphérique
A/ En relation avec une faible absorption des radiations lumineuses
1/ Transmission et réception à distance de stimuli lumineux : la vision
-> Schéma oeil
2/ Protection contre les UV et un ensoleillement excessif
+ Les mélanocytes des Vertébrés ( )
+ Le rougissement des feuilles, l’orientation des chloroplastes, les feuilles verticales
B/ En relation avec la faible compressibilité du milieu fluide
L’audition est favorisée par les développements du pavillon auditif et d’une oreille moyenne
C/ En relation avec la faible chaleur massique
1/ Régulation thermique
+ Protection contre l’échauffement :
- Par l’évaporation (perte de la chaleur latente de vaporisation de l’eau) par la transpiration des
Mammifères (glandes sudoripares épidermiques) mais aussi des feuilles (cf. schéma CT peau)
- Radiation thermique : vasodilatation périphérique
+ Protection contre le froid :
- Réalisation d’une couche d’air isolante (faible conductivité calorifique de l’air) : pelage des
Mammifères et poils de bourre des bourgeons des arbres
- Couche de graisse : panicule adipeux dans l’hypoderme (cf. coupe de peau de Mammifère).
2/ Synchronisme développement et saisons
+ Développement des jeunes au printemps, hibernation
+ Diversité des types biologiques et des cycles chez les Angiospermes
-> Schéma des types biologiques en positionnant les bourgeons qui passent l’hiver
+ La préparation de l’hiver : accumulation de réserves, tubérisation, chute des feuilles, entrée en
dormance des bourgeons (aériens ou souterrains), des graines, facteurs intervenant (externes et
corrélations hormonales), caractéristiques physiologiques de la vie ralentie et signification biologique
-> Schémas abscission, tubérisation, et graine
+ Reprise de la végétation au printemps : débourrement des bourgeons, montée de sève, germination des
graines
-> Schémas débourrement et germination
D/ En relation avec l’approvisionnement gazeux
1/ Prélèvement de l’oxygène à l’état gazeux
La forte PO2 autorise un système d’échanges concourant au niveau alvéolaire et l’absence de ventilation à
ce niveau puisque les échanges par diffusion sont très rapides en phase gazeuse (ne pose problème qu’à
haute altitude). Corrélativement apparaît une double circulation (capillaires alvéolaires sans contrepression hydrostatique) et un cloisonnement du coeur en 4 cavités, progressif au cours de l’évolution.
Surfactant et le pb de pressions entre l’air alvéolaire et le sang
-> Schéma système concourant, double circulation et coeur
2/ Prélèvement du dioxyde de carbone extrêmement dilué
Faible capacitance de l’atmosphère
Ramification de l’appareil aérien, extension des surfaces foliaires
Atmosphère interne dans le parenchyme lacuneux peut atteindre jusqu’à 50% du volume.
Dualité entre nutrition carbonée et limitation des pertes hydriques, la perte d’eau peut atteindre
1 à 200 kg/kg de matière végétale produite
-> Schéma CT feuille avec diffusion du CO2 et de l’eau, arbre avec ramifications
Conclusion :
Les caractères adaptatifs d’un organisme dépendent d’une part de son plan d’organisation, caractéristique
de son groupe systématique et d’autre part de son milieu de vie. Ils peuvent être moléculaires (lignine),
morpho-anatomiques (os, tissus de soutien) ou physiologiques (entrée en vie ralentie). Ces adaptations
touchent toutes les fonctions biologiques et sont souvent liées à l’approvisionnement gazeux et la
limitation des pertes d’eau. Une même structure peut constituer une réponse à 2 contraintes, ex. le
vaisseau lignifié : soutien et montée de la sève sous tension.
Le milieu aérien est beaucoup plus variable dans ses caractères physico-chimiques que le milieu
aquatique et il offre une plus grande quantité de niches écologiques. Celles-ci ont progressivement toutes
été occupées et les organismes les moins compétitifs ont été refoulés dans les niches inhospitalières.