Les relations entre organisation et mode de vie, résultat de
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Les relations entre organisation et mode de vie, résultat de l'évolution : l'exemple de la vie fixée chez les plantes Laurence Comte L aurenceCom te EEM CP 2 Laurence Comte Etre vivant et fixé : vivre à une interface • Une contrainte majeure : ne pas pouvoir se déplacer • Les contraintes de tous les êtres vivants : – Se nourrir – Se reproduire – Se défendre des agressions : climat, prédateurs Sélection naturelle Mécanismes de diversification du vivant Biodiversité Etres vivants fixés Survie et reproduction différentielles Processus trophiques Systèmes de protection et de communication Modalités de reproduction O rganisation del’êtrevivant = R ésultatdel’évolution 2 Rappel 2nde : Energie solaire : • ubiquiste donc cela ne nécessite pas de recherche •de haute qualité mais de flux faible (moyenne 1 kW par M2) échanges avec l’air échanges avec le sol échanges avec l’air • Grandes surfaces d’échanges avec l’atmosphère et avec le sol •Contraintes mécaniques et thermodynamiques → volume modeste pour surface aérienne et souterraine très importante Source du schéma : http://svt.laroche.free.fr CO2 : • 0,035% du volume de l’atmosphère Solution du sol : •eau + ions minéraux •Diluée : quelques mg/L des ions nécessaires aux plantes 3 « Une homologie fonctionnelle indiscutable unit la surface interne et digestive de l’animal à la surface externe et assimilatrice de la plante. Sur le plan de l’appropriation de l’énergie, ces deux surfaces s’équivalent . L’animal? Une plante ahurissante retournée comme un gant, qui aurait enfoui ses feuilles et ses racines dans son tube digestif La plante ? Une sorte d’animal fabuleux retourné dedans dehors, et qui porterait ses entrailles en guise de pelage. » Francis Hallé, Eloge de la plante, coll. Science ouverte, éd. Seuil, 1999 4 Attention : La photosynthèse n’est pas réservée aux végétaux 5 Source : Dossier Pour la Science n°77 – octobre décembre 2012 L’endosymbiose 6 Source : Dossier Pour la Science n°77 – octobre décembre 2012 Rappel 2nde : échanges avec l’air Etude morphologique échanges avec l’air Echanges dans la plante : -d’eau et de sels minéraux entre les racines et les feuilles -de composés organiques entre les feuilles et toutes les autres parties de la plante → systèmes conducteurs Source du schéma : http://svt.laroche.free.fr 7 Recherche des structures : – Optimisant la capture des photons • Coupes transversales dans la feuille – Permettant les échanges entre la plante et l’air : • Coupes de feuilles : stomates. • Observation de l’épiderme d’une feuille – Permettant les échanges entre la plante et le sol : • Observation de poils absorbants et de mycorhizes. – Permettant les échanges entre les racines et les feuilles, depuis les feuilles vers toutes la plante : • Observation de coupes dans des tiges, des pétioles… 8 Coupes transversales de feuilles – Couper une bande de tissu dans l’axe de la feuille – La poser à plat, la plaquer avec l’index et, à la lame de rasoir, réaliser de nombreuses coupes fines (hachis) à partir de l’extrémité de l’échantillon, en faisant avancer l’échantillon doucement avec l‘index. – Recueillir les coupes dans un verre de montre rempli d’eau. – Monter dans une goutte d’eau entre lame et lamelle Feuilledepoireau Faisceau conducteur Parenchyme chlorophyllien épiderme cuticule Cliché : http://histoiresnaturelles.net/ 9 Observation de stomates • Feuille de Tradescantia – Plier la feuille pour la casser en deux. – A partir de la cassure prélever un lambeau d’épiderme avec des pinces fines – Monter dans une goutte d’eau entre lame et lamelle Feuilledepoireau Cliché : http://histoiresnaturelles.net/ Laurence Comte Observation microscope optique x100 10 Poils absorbants : Longueur 1mm Diamètre : 10 à 20 millièmes de mm Nature : une cellule Coupe dans la zone pilifère d’une 11 racine de radis Cliché : http://histoiresnaturelles.net/ Observation de poils absorbants à la loupe binoculaire • 90% de la nutrition des plantes se fait par les mycorhizes R éinvestissem entdesacquissur la sym biose • 80 % des végétaux possèdent des endomycorhizes à arbuscules Protocole : ressources 1ère S Nourrir l’humanité Protocole Selosse et Helme 12 Laurence Comte Protocole d’observation microscopique Dolisi ou Ressources 1ère S Nourrir l’humanité 13 • Coupes dans des pétioles de feuilles de persil préalablement plongées dans de l’eau contenant de l’éosine Observation loupe binoculaire x20 14 Laurence Comte Exploration plus précise avec une coloration carmino-vert • L ecarm ino-vertd’iodecolore: en roseles structures cellulosiques (parenchymes, collenchymes, phloèm e). en vertles structures lignifiées (parenchymes lignifiés, sclérenchymes, xylèm e). 15 Coupes transversales dans des tiges d’Inula observées au microscopes optique Laurence Comte 16 Coupes transversales dans des tiges d’Inula observées au microscopes optique Laurence Comte Laurence Comte 17 Surfaces • Calcul de surface foliaire avec Mesurim : scan des feuilles d’une plante annuelle. Exemple : un Hêtre de 110 ans • surface couverte au sol 150m2 • Surface des feuilles : 1200m2 • Surface des chloroplastes (thylakoides) : 18 000 m2 18 S tructuresetm écanism esdedéfense: physiqueetchim ique … contreles prédateurs Koudou A cacia m oléculestoxiques,répulsives, tanins… poils,épines, m utualism eou sym bioseavec un insecte protecteur… nectar insecteprotecteur Vesce fourm is cuticuleépaisse,feuille charnue,poils,tige chlorophyllienne… feuille … contrelesagressionsdu m ilieu dontlesvariations saisonnières chutedesfeuilles fleur vieralentie tige rhizom e,bulbe bourgeon aérien écailles au rasdu sol 19 Myrmécophilie 20 Source : Dossier Pour la Science n°77 – octobre décembre 2012 Acacias et Koudou • Antilope d’Afrique du sud (densité 3/100 ha) • Broutage d’un Acacia A puis quelques minutes après passage à un autre Acacia de la même espèce en remontant le vent. • Koudous décédés en 1980 après clôture des ranchs par des barbelés. Animaux maigres mais dont l’estomac est plein de feuilles. • Broutage=> émission d’éthylène => synthèse de tanins qui empêchent la digestion des feuilles • Défense induite qui disparait au bout de quelques jours 21 La plante, la chenille et la guêpe 22 Source : Dossier Pour la Science n°77 – octobre décembre 2012 Se reproduire quand on est immobile • Francis Hallé : « Comment ça fait l’amour un arbre? » 23 Se reproduire quand on est immobile • La fleur : 24 Source http://www.ac-besancon.fr/crdp/flore/didactitiel/fleur/fleur.htm Se reproduire quand on est immobile Une organisation en 4 verticilles aux fonctions différentes : • Périanthe = sépales =protection • Corolle = pétales = attracteursdespollinisateurs • Androsée = étamines = production desgrainsde pollen à l’originedesgam ètesm âles • Gynécée = pistil = production etprotection des gam ètesfem elles Nectaires ou glandes nectarifères au niveau du réceptacle floral, des sépales, des pétales (éperons…), des étamines, des carpelles… → produc on de nectar pour a rer les pollinisateurs Structure souvent associées aux étamines de tissus tendres et juteux, étamine stérile Dissectionsetdiagram m esfloraux : http://acces.ens-lyon.fr/evolution/biodiversite/accompagnement25 pedagogique/accompagnement-au-lycee/la-biodiversite-florale/les-fleurs-des-angiospermes/ Une fleur, c’est quoi? • 1790 : Goethe : les pièces florales sont des feuilles modifiées • Botaniste moderne : fleur = rameau feuillé très condensé et modifié. Les feuilles modifiées sont les pièces florales : sépales, pétales, étamines et carpelles. A rgum ents Fleursprolifères ContinuitédespiècesfloralesdeN énuphar 26 Source : la planète fleurs, G. Guillot, éd. Quae Une fleur, c’est quoi? • Feuilles formées au niveau du méristème végéta f → transforma on du méristème végétatif en méristème floral, c’est-à-dire donnant des pièces florales au lieu de feuilles Méristème caulinaire du Pois 27 Le virage floral • Une grande découverte de la biologie de la fin du XXème siècle grâce à la « drosophile du monde végétal » : l’Arabette des Dames ou Arabidopsis thaliana, Brassicaceae L’étude des mutants a permis aux chercheurs de déterminer qu’au moins quatre gènes de développement successivement activés ou réprimés dirigent la mise en place des « bons » organes aux « bons » endroit au « bon » moment. 28 Le modèle des gènes ABC 29 Source : Biologie, Raven et al., éd. De Boeck Le modèle des gènes ABC 30 Source : Biologie, Raven et al., éd. De Boeck Le modèle des gènes de développement ABC Sélectionnés parce qu’ils permettent à la fleur d’être un organe efficace pour la reproduction : -Protection des structures -Attraction du pollinisateur -Protection des gamètes puis des embryons 31 D’autres gènes de développement • Gènes de classe D essentiels à la formation des carpelles. • Gènes des classe E ou gènes SEP : lorsque les trois gènes SEP sont mutés, il y a production de 4 verticilles de feuilles. Source : Biologie, Raven et al., éd. De Boeck Important : -Les gènes ABCDE ne sont qu’à l’origine de la production de fleurs. - Ce sont des facteurs de transcription qui induisent l’expression de nombreux autres gènes, responsables de la structure de la fleur. -Ils sont activés par les gènes LFY et AP1 qui établissent d’abord le méristème comme 32 méristème floral. Se reproduire quand on est immobile • • • • • - Pollinisation par le vent : fleurs le plus souvent apétales Pollinisation par les animaux : COEVOLUTION Différenciation selon pollinisateurs : formes, couleurs, parfums, odeurs, nourriture offerte… Insectes : papillons, abeilles, mouches… Oiseaux Chauve-souris Symbioses : l’exemple du Figuier Dispositifs favorisant la pollinisation croisée : autoincompatibilité (reconnaissance stigmatique), protandrie, protogynie, monoécie, dioécie… Laurence Comte 33 Laurence Comte Fleurs et animaux pollinisateurs : coévolution • • • • • • Fleurs à L épidoptères: de couleur pâle, offrent du nectar au fond de fleurs plus ou moins profondes, offrent un parfum capiteux. S’adressant à des papillons nocturnes, le parfum n’est émis que le soir. Fleurs à Hym énoptères: offrent du pollen (comme nourriture) et du nectar dans des corolles peu profondes ou assez larges pour laisser entrer l’insecte; parfum léger intégrant parfum des molécules proches des phéromones. Fleurs à Diptères: rouge-brunâtre- noirâtre et nauséabondes avec une forte odeur de pourriture, de viande avariée. Très profondes, elles sont souvent munies de dispositifs qui interdisent aux insectes de ressortir facilement. Fleurs à Coléoptères: soit des grosses fleurs à pièces florales nombreuses, soit des fleurs très ouvertes sans spécialisation particulière. Parfum pesant. Fleurs à O iseaux : phénomène essentiellement tropical. Fleurs le plus souvent inodores, aux couleurs éclatantes, de taille diverse produisant toujours de grandes quantités de nectar. Certaines, fermes et coriaces, proposent un support à l’oiseau. Le bec de certains colibris a la courbure et la longueur de la fleur qu’ils visitent préférentiellement. Fleurs à M am m ifères(Chauve-souris - cheiroptérogamie) : fleurs souvent pendantes, blanches, pâles ou brun terne. Parfum fort et peu agréable. Sépales et pétales grands et épais pour résister aux griffes et aux poids des animaux. Organes sexuels et nectar largement exposés et disponibles. http://www.cerimes.fr/le-catalogue/pollinisation-du-baobab.html 34 Pollinisation ornithophile Laurence Comte Laurence Comte 35 Ophrys et hyménoptères 36 Source : Dossier Pour la Science n°77 – octobre décembre 2012 Pollinisation par les diptères La chaleur modifie le comportement des pollinisateurs et favorise l’attraction des mouches dans la chambre florale. En effet, la production de chaleur, entre 13 et 20°C au-dessus de la température ambiante, est comparable à celle d’un cadavre de mouette ou de goéland en décomposition. 37 Se reproduire quand on est immobile • Fleur → fécondation → fruits (avec graines) : • Dissémination des graines : – Vent – Animaux : différenciation – COEVOLUTION • Graines disséminées par les oiseaux : graine entourée d’une arille rouge ou noir brillant reflétant la lumière porté par un pédoncule rouge (attracteur) • Graines d’euphorbes et caroncule lipidique pour être transportées par les fourmis Graines d’Euphorbe Fruit de fusain d’Europe 38
