HPT - enseignement Catholique

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HPT
Formation scientifique
UAA6
AUTEURS : Brigitte Janssens, Pascale Papleux
Clarifications conceptuelles à l’usage du professeur
Biodiversité et évolution
Biodiversité
La diversité biologique (ou biodiversité) désigne la diversité de toutes les formes du vivant.
Elle est habituellement subdivisée en trois niveaux :
a) la diversité génétique correspond à la diversité des individus appartenant à une même espèce.
Par exemple, les différentes races de chiens ;
http://www.lefigaro.fr/assurance/2013/04/05/05005-20130405ARTFIG00317-chiens-les-maladies-selon-la-race-de-l-animal.php
b) la diversité spécifique correspond à la diversité
des espèces, c’est-à-dire à la variété des espèces
qui existent par exemple dans un milieu donné ;
https://annesof.wordpress.com/culture-scientifique/
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c) la diversité écosystémique qui correspond à la diversité des écosystèmes et des biomes
présents sur Terre.
http://www.astrosurf.com/luxorion/terre-biodiversite.htm
http://www.aires-marines.fr/Partager/Relations-internationales/Convention-sur-ladiversite-biologique
Biodiversité…État des lieux
Voici un tableau qui fait un état des lieux très succinct sur le nombre actuel d’espèces.
Groupes
Espèces connues
Estimation des
espèces existantes
% d’espèces
inconnues
Virus
4 000
400 000
99%
Bactéries
4 000
1 000 000
99%
Algues
40 000
400 000
90%
Plantes
270 000
320 000
15%
Protozoaires
40 000
200 000
80%
Mollusques
100 000
200 000
50%
Insectes
950 000
8 000 000
88%
Poissons
23 250
25 000
8%
Amphibiens
5 000
6 000
17%
Reptiles
7 400
8 000
8%
Oiseaux
9 900
10 000
1%
Mammifères
4 600
5 000
8%
(source du tableau :UNEP, Global Biodiversity, Assessment, 1995)
Plus de 10 000 nouvelles espèces sont découvertes chaque année (dont plus de 1 500 espèces
marines). Mais, il faut savoir que 10 à plus de 100 espèces disparaissent aussi chaque année. La
durée de vie d’une espèce varie entre 10 000 ans et quelques millions d’années.
Depuis l’apparition des premières traces d’êtres vivants à la surface de la Terre, il y a plus de
3 milliards d’années, 99% des espèces ont disparu.
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Quelques espèces récemment découvertes …
http://www.maxisciences.com/r
http://www.zoopraha.cz/aktualne/pohledemreditele/9102-za-tajemnym-kha-nyou
http://www.worldwildlife.org/species/saol
a
Laonastes aenigmamus (Kha-nyou)
Pseudoryx nghetinhensis
(Saola)
Megachasma pelagios
(requin grande gueule)
Découvert en 1992 au Vietnam
Découvert en 1976 à
Hawaï
Découvert en 1996 au Laos
equin/requin-grande-gueulemegachasma-pelagios-uneespece-rarissime-decouverteen-1976_pic1018.html
Quelques espèces récemment disparues …
https://fr.wikipedia.org/wiki/Incilius_periglenes
Incilius periglenes (crapaud doré)
Espèce considérée comme éteinte
depuis 2001
http://planete.gaia.free.fr/animal/mamari
ns/dauphin.chine.html
https://fr.wikipedia.org/wiki/Tigre
_de_Java
Lipotes vexillifer (dauphin de
Chine)
Panthera tigris
sondaica (Tigre de
Java)
Espèce
considérée
éteinte depuis 2006
comme
Espèce
comme
1980
considérée
éteinte depuis
Biodiversité et évolution
L’évolution de la vie est à l’origine de la biodiversité (voir le point suivant).
C’est principalement Darwin qui a donné une première explication de l’évolution des êtres vivants (en
1859 lors de la publication de son ouvrage « De l’origine des espèces »). Les espèces y sont décrites
comme se transformant au cours du temps. Depuis cette époque, de nombreuses nouvelles
connaissances scientifiques ont conforté et complété la théorie de l’évolution de Darwin (génétique,
géologie, biologie moléculaire,…).
Les espèces actuelles dérivent d’espèces ancestrales différentes. La biodiversité actuelle résulte
donc de la disparition de certaines espèces (lors de périodes d’extinction) et de la naissance de
nouvelles espèces (spéciation).
En effet :
-
d’une part, un brusque changement de l’environnement, un cataclysme naturel, une grave
épidémie, le manque de ressources… peuvent causer la disparition d’une espèce dans un milieu
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donné ou même son extinction à l’échelle de la planète. Les espèces qui disparaissent laissent un
vide, une niche écologique que d’autres espèces s’empresseront sans doute d’occuper ;
-
d’autre part, le phénomène complexe de « spéciation » conduit à la naissance de nouvelles
espèces, suite par exemple à un isolement géographique de quelques individus (une population)
appartenant à une espèce initiale qui se transforment suite aux mécanismes des mutations et de la
sélection naturelle.
Cependant, si la disparition des espèces est un phénomène naturel normal, le rythme avec lequel les
espèces disparaissent aujourd’hui est 100 à 1000 fois plus élevé que le rythme « naturel ».
La cause principale de cette accélération de la disparition des espèces semble bien liée aux activités
humaines et aux changements globaux que celles-ci entrainent. On retiendra principalement la
surexploitation des ressources naturelles, la fragmentation des habitats, la pollution, les invasions
biologiques et les changements climatiques. 1
Biodiversité et recherche de liens de parenté entre êtres vivants
Les êtres vivants font preuve d’une grande diversité
aussi bien en ce qui concerne leur apparence que leur
mode de vie.
L’observation et la comparaison de certains caractères
sont essentielles pour pouvoir établir une relation de
parenté entre individus appartenant à des espèces
différentes. Darwin a particulièrement étudié la forme
des becs des espèces de pinsons peuplant les îles de
l’archipel des Galápagos. En effet, l’idée que les
espèces actuelles de ces pinsons soient différentes de
l’espèce ancestrale venue du continent voisin conduit
Darwin à abandonner la thèse « fixiste » de l’époque
(thèse à laquelle il adhérait avant de débuter son
voyage de 5 ans à bord du Beagle) pour envisager une
théorie proposant l’évolution des espèces au cours du
temps.
http://www.futurasciences.com/magazines/sante/infos/dossiers/d/biologie
-darwinisme-theorie-bien-vivante-767/page/5/
S’en est suivi la naissance d’une nouvelle discipline, la phylogénie, qui étudie les filiations entre des
organismes appartenant à des espèces différentes basée sur la recherche des liens de parenté entre
les êtres vivants.
Ces liens de parenté s’établissent à partir de différents types de comparaisons : anatomiques,
morphologiques, paléontologiques, cellulaires, embryologiques, génétiques…
a) Comparaison morphologique
La morphologie est l'étude de la forme et de l'aspect visuel de la structure externe d'un animal, d'une
plante ou d'un organe. En comparant la morphologie d’un groupe d’espèces, on peut remarquer des
ressemblances qui s’expliquent par l’héritage d’une population ancestrale commune.
Par exemple, de nombreux vertébrés possèdent cinq doigts à l’extrémité de leurs membres antérieurs
et cinq orteils à l’extrémité de leurs membres postérieurs. Ci-après quelques exemples de membres
antérieurs.
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3
Main de l’Homme
Main du
chimpanzé
Patte antérieure
d’un gecko
Patte antérieure
de la taupe
Voir le site consacré à l’évaluation des écosystèmes pour le millénaire: http://www.millenniumassessment.org/fr/About.html.
Voir également le dossier « Quelles espèces faut-il sauver ? », Science et Vie Junior n°312, septembre 2015.
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b) Comparaison anatomique
Contrairement à la morphologie, l'anatomie s'intéresse à la
structure interne d'un animal, d'une plante ou d'un organe.
Tout comme
les comparaisons morphologiques, les
comparaisons anatomiques montrent des ressemblances
entre des espèces différentes.
Les éléments qui composent les vertébrés sont disposés
dans chaque cas d’une certaine manière les uns par rapport
aux autres. Par exemple, chez la souris, la colonne vertébrale
se situe dans un plan de symétrie et porte la tête qui indique
l’avant de l’animal. L’ensemble de ces caractéristiques
constitue le plan d’organisation de l’individu. Certains êtres
vivants partagent ainsi le même plan d’organisation. C’est le
cas par exemple des vertébrés (souris, grenouille, truite…) ;
Ces caractéristiques anatomiques communes (qui sont donc
des faits scientifiques) permettent de mettre en évidence
l’existence d’un lien de parenté entre ces différents vertébrés.
En effet, elles ne peuvent s’expliquer qu’à la lumière de
l’évolution : une nouvelle structure anatomique apparue chez
les individus d’une espèce ancestrale est transmise aux
individus d’espèces plus récentes qui ont évolué à partir de
cette espèce ancestrale.
Illustration du « Petit Larousse » de 1922 :
http://soutien67.free.fr/svt/animaux/zoo/vertebres/
vertebre.htm
c) Comparaison paléontologique
L’histoire des êtres vivants est aussi étudiée par la
paléontologie, au travers des fossiles (et donc des animaux et des végétaux du passé). Un fossile est
le reste (coquille, os, dent, graine, feuilles...) ou le simple moulage d'un animal ou d'un végétal
conservé dans une roche sédimentaire. La paléontologie nous montre que le monde vivant s’est
constamment transformé depuis que la vie existe sur Terre : des animaux et des végétaux ont
disparu, d’autres sont apparus. Par exemple, l’étude des fossiles nous montre que seuls les êtres
vivants aquatiques étaient présents sur Terre au cours des 3 premiers milliards d’années.
Un autre exemple est celui de l’évolution des équidés qui a
été étudiée dans les terrains datant du tertiaire en Amérique
du Nord. Le cheval actuel apparait comme un animal très
spécialisé : sa denture est celle d’un herbivore « brouteur
d’herbe » et ses membres sont adaptés à la course. On
considère souvent « l’Eohippus » (qui vivait au début de l’ère
tertiaire et dont la taille est celle d’un chat) comme l’ancêtre
le plus éloigné du cheval actuel. Si l’Eohippus présente de
grandes différences avec le cheval actuel, on peut
cependant lui rattacher « un ensemble d’espèces fossiles »
dont les premiers différent peu de l’Eohippus et les plus
récents différent peu du cheval actuel. Certaines de ces
espèces fossiles sont des mangeurs de feuilles qui ont vécu
en même temps que des brouteurs d’herbe, certaines
espèces tridactyles ont vécu en même temps que des monodactyles.
d) Comparaison cellulaire
La comparaison de tous les êtres vivants au niveau microscopique aboutit également à une
constatation frappante : ils sont constitués de cellules dont l’organisation interne et le fonctionnement
ont des points communs (présence d’une membrane cytoplasmique, présence de cytoplasme,
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présence d’un noyau ou pas, présence d’organites cellulaires…)2. Ces cellules ont aussi la propriété
d’avoir un métabolisme et de pouvoir se diviser.
Ces constatations réalisées à partir de l’observation et de faits scientifiques permettent de metrtre en
évidence une origine commune à tous les êtres vivants.
Cellules d’oignon
http://microscopieroger.emonsite.com/pages/cellulesvegetales.html
Cellules d’épiderme de grenouille
Cellules de levures
http://www.acgrenoble.fr/disciplines/svt/file/ancien_site/log/6eme/e
nvironnement/chap1/activ-eleves/activ4.htm
http://www.futurasciences.com/magazines/sante/infos/
actu/d/biologie-levure-rajeunitchaque-fois-quelle-reproduit-49061/
e) Comparaison embryologique
L’illustration ci-contre montre une ressemblance frappante entre
les différents embryons des vertébrés lors d’un stade précoce de
leur développement. Ces ressemblances permettent de mettre en
évidence l’existence d’un lien de parenté entre ces différents
vertébrés.
http://svtmarcq.over-blog.com/article-phylogenese-evolution-et-parente-desespeces-i-term-s-58339680.html
f) Conclusion
Remonter le passé et retrouver des ancêtres communs à plusieurs espèces est devenu possible
grâce à l’accumulation des découvertes de fossiles, grâce à des données morphologiques,
anatomiques ou embryologiques mais aussi grâce au séquençage des génomes. Des liens de
parentés peuvent aussi être établis à partir de données moléculaires (étude comparée des protéines
ou de l’ADN).
Remarque : Apprendre à distinguer une théorie scientifique et une croyance
La science est faite de connaissances objectives reconnues par le monde scientifique. Le scientifique
expérimente, observe la nature, analyse des faits. Dans la plupart des cas, Il pratique des
expériences reproductibles par ses collègues. Les résultats obtenus ont donc une dimension collective
et sont reconnus par l’ensemble de la communauté scientifique. Les théories s’élaborent suivant des
processus complexes, qui ont une histoire et une dimension collective. La science tente de donner
une explication rationnelle du monde réel. Un scientifique, s’il croit dans sa théorie, doit
continuellement rester sceptique par rapport à celle-ci et doit rester prêt à la modifier ou même la
réfuter si des nouveaux faits viennent contredire un modèle jusque-là reconnu.
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Voir l’UAA3. Tout être vivant est composé d’unités de base appelées cellules ayant des fonctions spécifiques.
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La religion repose, quant à elle, sur des convictions et sur des doctrines auxquelles chacun est libre
d’adhérer ou pas. Elle a donc une dimension individuelle. En outre, une doctrine ne se vérifie pas
expérimentalement. On est cette fois dans le registre des valeurs et chacun peut défendre des valeurs
qui lui sont personnelles.
En ce qui concerne l’évolution des êtres vivants, le processus est loin d’être reproductible. Nous
savons tous que la moindre modification de l’environnement à une époque du passé ou à une autre
peut avoir des conséquences sur le déroulement de l’évolution. Nous ne possédons pas de machine à
remonter le temps et on est donc incapable de rembobiner le film de l’évolution des êtres vivants à la
surface de la Terre. Les scientifiques sont amenés, à partir des similitudes remarquables observées
entre les êtres vivants (actuels ou fossiles), à construire des relations de parenté les plus cohérentes
possibles entre ces vivants. Ils établissent ainsi une série d’arguments qui prouvent l’évolution des
espèces.
Classification des êtres vivants
Introduction
La classification du vivant a débuté il y a plus de 2000 ans avec le philosophe grec Aristote, qui
répartissait les êtres vivants en deux catégories : les plantes et les animaux.
Les grecs et les romains ont élargi ce système simple en groupant les animaux et les plantes en
« unités de base » comme les chats, les chevaux, les écureuils, les chênes…
La taxonomie (ou taxinomie) est la science qui s’occupe de la classification des êtres vivants : décrire
les organismes vivants, les regrouper en entités appelées taxons afin de les identifier, les nommer et
enfin les classer, et les reconnaitre via des clés de détermination dichotomiques. Elle complète la
systématique qui est la science qui organise le classement des taxons et leurs relations.
Très rapidement, est apparue la nécessité de nommer les êtres vivants selon des règles précises.
A partir du Moyen Âge, des noms latins ont été utilisés, parce que le latin était la langue de
l’enseignement. Les chats ont donc été classés en genre « Félis », les chevaux en genre « Equus »,
les écureuils en genre « Sciurus » et les chênes en genre « Quercus ».
Ensuite, quand un biologiste voulait parler d’une espèce particulière appartenant à un genre donné
(par exemple le genre Sciurus), il ajoutait un terme descriptif au nom du genre. Il définissait ainsi
« une espèce » et utilisait une nomenclature particulière : la nomenclature binomiale (par exemple
l’espèce : Sciurus vulgaris).
C’est un naturaliste suédois, Karl von Linné (1707-1778), qui en 1750 est à l’origine de la
nomenclature binomiale.
Règle utilisée : Le premier terme est le nom du genre auquel appartient l’organisme. Ce terme porte
toujours une majuscule. Le second terme est le nom de l’espèce particulière et ne porte pas de
majuscule. Ensemble, ces deux termes sont imprimés en italique.
Il existe aussi une autre façon de nommer les êtres vivants : la nomenclature vernaculaire. Il s’agit
du nom courant des animaux (par exemple : chouette, souris, écureuil roux …). Ces noms sont
propres à chaque langue et sont apparus au
cours des siècles sans se soucier de la
science ! Par exemple, la chauve-souris
s'appelle comme cela car elle ressemble un
peu à la souris. Pourtant, elle n'appartient
absolument pas à la même espèce !
Exemple :
Nomenclature binomiale : Sciurus vulgaris
Nomenclature vernaculaire : Ecureuil roux
http://protectiondesoiseaux.be/ecureuil-roux-sciurusvulgaris/
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Suite à une convention entre taxonomistes du monde entier, deux espèces distinctes ne peuvent
porter le même nom.
Après Linné, les taxonomistes ont commencé à grouper les organismes en catégories plus vastes.
Les genres possédant des caractéristiques semblables ont été groupés dans un ensemble appelé
famille, les familles qui se ressemblent ont été groupées dans le même ordre. Les ordres
semblables ont été réunis en classes, les classes semblables dans un même embranchement. Les
embranchements ont été répartis dans des grands groupes les règnes et les règnes sont regroupés
aujourd’hui en domaines.
Exemple : classification classique (ou classification taxinomiste) du « Tigre »
Domaine : eucaryote
Règne : animal
Embranchement : vertébré
Classe : mammifère
Ordre : carnivore
Famille : félin
Genre : Panthera
Espèce : Panthera tigris
http://www.canstockphoto.fr/bengale-tigre-23055653.html
Actuellement, les biologistes reconnaissent six règnes vivants (les Archéobactéries, les
Eubactéries, les Protistes, les Champignons, les Plantes et les Animaux.)
Les biologistes reconnaissent aussi trois domaines (les Archéobactéries, les Eubactéries et les
Eucaryotes).
Brève approche historique de la classification des êtres vivants
a) L’échelle des êtres dans l’antiquité et au Moyen Âge (Scala Naturae
par Didacus Valades, Rhetorica Christiana (1579))
C'est une conception de la structure du monde largement acceptée par la
plupart des savants européens depuis l’Antiquité (Lucrèce) jusqu'à la
renaissance et les révolutions scientifiques de Copernic et de Darwin.
La scala naturæ, signifiant littéralement l'échelle des êtres mais souvent
traduite par "chaîne des êtres" ou "grande chaîne de la vie", est datée de
l'époque médiévale. Elle donne une illustration de l'ordre de l'univers, dont la
principale caractéristique est la stricte hiérarchie entre les niveaux.
On trouve en bas de l’échelle les quatre éléments (eau, air, terre et feu), puis
les minéraux, suivis des végétaux. Les animaux sont rangés selon leur plus
ou moins grande ressemblance avec l’Homme (vers, poissons, amphibiens
et reptiles, oiseaux et mammifères). L’Homme se trouve bien évidemment au
plus haut de l’échelle des êtres matériels. Au Moyen Âge, on y ajoute vers le
sommet les anges et Dieu
https://en.wikipedia.org/wiki/Great_chain_of_being
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b) L’échelle des êtres de Leibniz (1646-1716)
Voici une autre représentation de l’échelle des êtres naturels, très
populaire au 17e siècle. Leibniz place l’Homme au sommet de
l’échelle. Les autres organismes se disposent le long de l’échelle
et sont classés en comparaison avec les caractéristiques
physiques qu’ils ont en commun avec les êtres situés en dessous
et par les caractères qu’ils ne possèdent pas par rapport aux
êtres vivants situés au-dessus d’eux. Il s’agit là d’une vision
exclusivement anthropocentriste.
http://acces.ens-lyon.fr/acces/formation/formations/formateurs/colloqueenseigner-levolution/apres-colloque-1/imagesateliers/echelle%20etres.JPG/view?searchterm=None
c) La classification naturelle de Linné (1707-1778) ou la classification linnéenne
Au 18e siècle, sciences et théologie sont fortement liés. La classification du vivant est une science
divine qui doit refléter un ordre divin : « Les espèces ont été créées par Dieu et elles n’évoluent pas ».
La majorité des scientifiques de l’époque ont une vision fixiste du monde. Pour eux, les espèces sont
immuables. De plus, l’Homme est la créature « la plus parfaite » qui existe sur Terre. Il doit donc se
trouver au sommet de l’échelle et tous les autres êtres vivants seront classés en comparaison avec
l’Homme. On obtient ainsi une échelle représentant une perfection croissante des êtres vivants.
Linné est fortement inspiré par cette vision du monde. Il crée alors un système descriptif universel
pour classer, identifier et nommer les êtres vivants : la
nomenclature binomiale (genre et espèce) (voir ci-avant, page
7). Cette nomenclature est toujours utilisée aujourd’hui.
d) L’arbre de Haeckel, inspiré des travaux de Lamarck et
de Darwin (théorie de l’évolution)
Dans la seconde moitié du 18e siècle, une nouvelle vision du
monde apparait peu à peu, suite aux travaux de Lamarck : « la
nature pourrait avoir modifié les espèces tout comme le font les
agriculteurs et les éleveurs », avec comme conséquence que
les espèces ne peuvent plus être considérées comme
immuables.
Pour donner une explication sur la transformation des espèces
au cours du temps, Charles Darwin propose en 1859 une
théorie (la théorie de l’évolution) qu’il publie dans son ouvrage
intitulé « De l’origine des espèces ». En corollaire, Darwin
poursuivit alors un second objectif : réaliser une classification
du vivant qui reflète le plus fidèlement possible la longue
histoire de la vie.
Cette nouvelle manière de classer les êtres vivants sera
appelée « phylogénie », à la fin du 19e siècle, par un biologiste
et philosophe allemand : Haeckel.
Haeckel a contribué à faire connaitre la théorie de l’évolution de
Darwin, notamment lors de la publication d’un « arbre
représentant des liens de parenté entre les êtres vivants », en 1879. L’Homme y occupe bien
évidemment la cime !!!
http://acces.ens-lyon.fr/evolution/logiciels/phylogene/archives-non-utilisees/lechelle-des-etres-dhaeckel
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e) La classification phylogénétique
L’échelle des êtres (Aristote, Leibniz, Linné, Haeckel,…) est solidement ancrée dans notre culture
judéo-chrétienne et dans nos esprits. Cette représentation conduit très souvent aux trois idées
suivantes :
a) l’anthropocentrisme, l’Homme est l’être vivant le plus évolué ;
b) le finalisme, l’évolution a pour but l’émergence de l’Homme ;
c) le sentiment que certaines espèces sont plus évoluées et d’autres plus primitives (alors que toutes
les espèces contemporaines ont subi le même temps évolutif).
La classification classique utilisée aujourd’hui a pour origine la classification binomiale créée par
Linné. Inévitablement, elle est encore fortement imprégnée par cette conception anthropocentriste.
Le principe de base de la classification classique est toujours de classer les êtres vivants en les
comparant avec l’Homme. Seront donc réunis dans un même groupe, les êtres vivants qui ne
possèdent pas un attribut présent chez l’Homme (par exemple, les invertébrés ne possèdent pas de
vertèbres, les agnathes ne possèdent pas de mâchoire, les procaryotes ont des cellules sans
noyau…).
La création de groupes (de taxons) à partir de l’absence d’un caractère est un procédé qui aujourd’hui
est scientifiquement dépassé. Cela ne semble pas très objectif et judicieux de regrouper un ensemble
d’êtres vivants dans un groupe, en fonction de ce qu’ils ne possèdent pas…
À la fin des années 1960, Willi Hennig, un biologiste allemand pose les fondements de la classification
phylogénétique en utilisant la biologie comparée et en faisant l’hypothèse que les espèces portent en
elles l’héritage de leur passé. L’apparentement entre espèces ne peut être trouvé que grâce aux
caractères que les espèces partagent. On va donc regrouper des êtres vivants en fonction de
caractères (anatomiques, embryologiques, moléculaires…) qu’ils ont en commun (appelés également
attributs communs).
Principes de la classification phylogénétique
a) Décrire et faire l’inventaire des êtres vivants.
b) Classer les êtres vivants en fonction de leurs ressemblances et de leurs caractères communs, afin
de mettre en évidence des liens de parenté entre eux.
Comment ?
À partir des caractéristiques biologiques communes (appelées attributs) présentes chez différents
vivants, on établit des liens de parentés entre ces derniers afin de donner une image la plus fidèle
possible de l’évolution biologique.
Cette façon de travailler nécessite de la part des biologistes de faire le pari suivant :
« Un caractère trouvé à l’identique chez plusieurs espèces actuelles a été légué par un ancêtre
commun. »
La classification phylogénétique raconte « Qui partage quoi avec qui ? » et jointe à la théorie de
l’évolution « Qui est plus proche de qui ? ».
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Exemple : Arbre phylogénétique des vertébrés
Source :
http://www.intellego.fr/soutien-scolaire-terminale-s/aide-scolaire-svt/corrige-bac-s-2009-svt--sujet-et-corrigedetaille--question-i-restitution-de-connaissances/35036
Remarque importante :
Contrairement aux classifications antérieures, la classification phylogénétique n’est pas une
classification « figée ». Elle se modifie au fur et à mesure des nouvelles découvertes scientifiques. Ce
qui est important d’enseigner ce n’est pas le résultat final de cette classification, mais les principes qui
permettent de la réaliser.
HPT UAA6 CC 150918 final
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Ecosystème, biotope, biocénose
Un écosystème est constitué par toutes les espèces animales et végétales qui habitent un même
milieu, mais aussi par les relations que ces espèces établissent entre elles et avec le milieu.
Les écosystèmes peuvent être très petits ou très grands : la mare dans la cour d’école est un
écosystème, de même que la totalité de l’océan Atlantique. L’ensemble de tous les écosystèmes
forme la biosphère (voir l’UAA11. Activités humaines et modifications environnementales).
Dans un milieu donné, on distingue les facteurs abiotiques et les facteurs biotiques.
Les facteurs abiotiques sont des facteurs indépendants des êtres vivants. Ils comprennent les
facteurs climatiques (température, humidité, éclairement…), les caractéristiques du sol (facteurs
édaphiques), la composition chimique de l’eau
Les facteurs biotiques sont des facteurs liés aux relations (prédation, compétition, parasitisme…)
que les êtres vivants exercent entre eux.
Les êtres vivants animaux et végétaux qui peuplent un milieu
dépendent les uns des autres, mais aussi des facteurs du milieu.
L’ensemble de ces organismes, en équilibre entre eux et avec
leur milieu commun, forme une biocénose. Si l’une des
conditions du milieu est modifiée, la biocénose est transformée.
L’habitat de la biocénose, avec ses différents éléments, aussi
bien abiotiques que biotiques, est appelé le biotope.
Prenons l’exemple de la grenouille verte (voir l’illustration cicontre3). Ses relations avec son environnement sont multiples.
La grenouille se nourrit d’insectes, de vers et d’autres petits
animaux. Elle sert à son tour de nourriture à la cigogne, à la
couleuvre à collier ou au brochet. Ces interactions alimentaires
constituent un réseau alimentaire, encore appelé réseau
trophique (voir le point suivant). La grenouille verte est par ailleurs dépendante de ses congénères.
Ceux-ci peuvent être par exemple des concurrents pour la nourriture ou des partenaires sexuels.
L’ensemble de ces relations (avec ses congénères et avec les autres espèces) forment les facteurs
biotiques.
De plus, un milieu géographiquement déterminé ne pourra accueillir des grenouilles que s’il remplit
certaines conditions concernant le climat, la nature du sol, la qualité de l’eau ou encore la taille même
du milieu. Ces facteurs abiotiques déterminent les propriétés spécifiques du milieu de vie de la
grenouille et caractérisent son biotope. Les composants abiotiques d’un étang ou d’une rive ne
caractérisent pas seulement le biotope de la grenouille, mais aussi celui de tous les organismes vivant
dans ce milieu. L’ensemble de ces organismes forme une communauté vivant dans un même biotope,
appelée biocénose.
Par conséquent, une biocénose et un biotope en fonctionnement forment un écosystème :
Ecosystème = Biotope + Biocénose
Un écosystème (ou milieu) est caractérisé par les points suivants :
-
Chaque écosystème a un peuplement spécifique : un milieu donné offre aux êtres vivants qui
l’habitent des conditions de vie particulières et chaque espèce présente une organisation en
rapport avec ces facteurs du milieu. Par exemple, les plantes d’un sous-bois sont soumises à des
conditions particulières d’éclairement ; celui-ci peut, en région tempérée, descendre à 2 % de
l’éclairement reçu en terrain découvert ; il peut atteindre 0,1 % sous les frondaisons d’une forêt
tropicale. Les espèces qui vivent là sont donc capables de s’accommoder d’une luminosité très
réduite.
-
Les écosystèmes présentent une organisation dans l’espace : prenons l’exemple du milieu
forestier qui présente une stratification verticale marquée. Elle est caractérisée par plusieurs
couches horizontales, appelées strate, donc cinq sont plus ou moins distinctes suivant la taille des
végétaux :
o strate arborescente comprenant des arbres de plus de 10 mètres (chêne, hêtre…) ;
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Illustration tirée de Miram W. et Scharf K.-H., Biologie, des molécules aux écosystèmes, Ed. LEP Loisirs et Pédagogie,
Lausanne, 1998, p.114.
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o strate arbustive pour les végétaux de 1 à 10 mètres (jeunes arbres, houx…) ;
o strate herbacée pour les plantes atteignant au maximum 1 mètre (fougère, graminées…) ;
o strate muscinale pour les mousses, lichens ou champignons ;
o strate hypogée ou souterraine pour les racines et autres parties souterraines (bulbe,
tubercules…).
Ci-dessous, un schéma représentant les quatre premières strates
(Source : http://python.espe-bretagne.fr/blog-tice-56/2013/g2foret/co/module_Foret_2.html,
page visitée le 07/09/2015)
-
Les écosystèmes présentent une organisation fonctionnelle : dans tout peuplement, il existe
des interactions entre individus ou entre espèces. Les relations des organismes entre eux ou avec
leur environnement sont nombreuses et variées. Citons entre autres les soins prodigués aux
jeunes par les parents, la pollinisation des fleurs assurée par des insectes, la compétition entre
végétaux vis-à-vis de la lumière, les phénomènes de vie sociale… sans oublier les relations
trophiques fondées sur les rapports alimentaires.
En conclusion, étudier un écosystème, revient à préciser :
-
ses éléments constitutifs (faune, flore, facteurs physico-chimiques) ;
sa structure, c’est-à-dire la distribution spatiale de ses divers éléments ;
sa taille et donc ses limites ;
son fonctionnement, et en particulier les multiples interactions entre ses éléments.
Les relations entre les êtres vivants
a) La compétition
Les ressources d’un écosystème étant limitées, des animaux qui consomment les mêmes aliments et
qui vivent dans un même milieu, en forêt par exemple, entrent en compétition pour la recherche de
leur nourriture. Cette compétition dépend de la répartition de l’espace vital entre les différentes
espèces qui est fonction :
-
d’un partage de la forêt en territoires pour chaque animal d’une même espèce ; ainsi un rougegorge ne peut supporter qu’un autre rouge-gorge empiète sur son territoire ;
-
d’une exploitation de tous les niveaux et de toutes les zones du milieu concerné ;
-
d’une répartition différente des moments d’activité : certains animaux recherchent leur nourriture
pendant le jour, d’autres pendant la nuit.
Cependant, chaque plante et chaque animal ne doit son salut qu’à sa capacité incessante à puiser
dans le milieu de quoi survivre, au détriment de ceux qui ont aussi besoin de ces ressources, tout en
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échappant à ceux pour qui il est la ressource vitale. Le quotidien de tout organisme est donc « manger
et ne pas être mangé ».
b) La prédation
Dans n’importe quel écosystème, tout être vivant est la proie d’un autre qui cherche à le manger.
Seuls les prédateurs au sommet des chaines trophiques (voir plus loin) échappent à cette règle.
Cependant, leurs petits sont souvent la proie d’autres prédateurs. Ainsi, la majorité des jeunes
guépards se fait tuer par les lions. On parle également de prédation pour la consommation de plantes
par les herbivores ou de graines par les granivores.
Les proies dépendent autant des prédateurs que les prédateurs des proies. Sans une source de
nourriture, les prédateurs ne survivraient pas. Mais, à l’inverse, sans une régulation par les
prédateurs, les proies risqueraient de pulluler, ce qui les conduirait soit à l’épuisement de leurs
propres ressources (souvent la végétation), soit au déclenchement d’épidémies.
A noter qu’un aspect intéressant des relations proie-prédateur concerne les adaptations des proies
pour échapper à leurs prédateurs. La sélection naturelle a favorisé une très large gamme de
stratégies pour éviter d’être mangé.
c) La symbiose
Des organismes différents peuvent avoir des relations étroites entre eux : ils sont en symbiose. Il
existe plusieurs types de symbiose :
-
le mutualisme est une relation qui est bénéfique pour les deux espèces ;
-
le parasitisme est une relation dans laquelle une espèce vit au détriment d’une autre ;
-
le commensalisme est une relation où une espèce trouve un avantage dans la relation, sans
porter préjudice à l’autre.
Cas du parasitisme
Les parasites sont des animaux (ce sont presque uniquement des invertébrés) ou des végétaux
(surtout de champignons microscopiques) qui vivent sur un organisme animal (homme ou autre
animal) ou sur un végétal et se nourrissent à ses dépens. Celui qui héberge le parasite fournit à la fois
la nourriture et le milieu de vie. C’est l’hôte du parasite. Il ne tire aucun bénéfice de l’association entre
les deux êtres vivants.
Contrairement à la prédation, le parasite est en général beaucoup plus petit que son hôte. Il se
reproduit plus rapidement et en plus grand nombre.
La présence d’un parasite provoque chez l’hôte des troubles plus ou moins importants. Le parasite
peut prélever seulement des aliments, sans autre conséquence pour l’hôte ; il peut entrainer une
maladie plus ou moins grave, parfois mortelle ; il peut aussi, par sa présence, favoriser l’installation
d’autres parasites.
Les parasites se nourrissant aux dépens de leurs hôtes, on peut les considérer comme des
prédateurs ; mais une différence distingue prédation et parasitisme : dans le cas de la prédation, la
proie (animale) meurt lors de la capture alors que dans le cas du parasitisme, s’il y a mort de l’hôte,
c’est généralement après une longue exploitation.
Certains parasites (les poux, les pucerons…) vivent à l’extérieur de leur hôte mais la plupart d’entre
eux vivent à l’intérieur (champignons installés dans les feuilles des végétaux, parasites du sang…).
Les parasites sont présents partout, ont un rôle considérable dans les chaines trophiques et donc les
écosystèmes. Les parasites contribuent à une forte mortalité dans les populations animales. Ils
peuvent changer les rapports de force entre deux espèces. Ils peuvent par exemple réduire la
dominance des prédateurs se situant au sommet d’une chaine trophique, permettant ainsi la
coexistence d’espèces qui ne pourraient cohabiter sans eux.
La plupart des parasites semblent jouer un rôle important dans la sélection naturelle et l'évolution. On
parle même de coévolution, car la sélection naturelle favorise l'apparition constante de moyens de
défense chez les hôtes ; le parasite évolue pour continuer à pouvoir rencontrer son hôte et survivre
sur ou dans l'hôte. Dans le même temps, l'hôte évolue pour ne pas rencontrer le parasite, s'en
débarrasser ou s'en défendre (y compris via le système immunitaire chez l'animal, ou la production de
toxines chez la plante).
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Cas de mutualisme
La symbiose peut être, selon les cas, une association entre deux végétaux, entre deux animaux ou
entre un animal et un végétal. Cette association durable entre deux partenaires d’espèces différentes
ne se fait aux dépens d’aucun des deux ; chacun des associés en tire un profit non négligeable.
Tout un groupe de plantes, les lichens, est le résultat d’une symbiose entre une algue et un
champignon. Un très grand nombre d’arbres de nos forêts et de nombreuses plantes (graminées et
autres plantes herbacées) ont une croissance nettement améliorée par la symbiose avec des
champignons (mycorhizes).
La nutrition des ruminants, qui se réalise à partir d’herbe, n’est efficace que grâce à la symbiose avec
des micro-organismes. Par ailleurs, l’intestin de la plupart des animaux, celui de l’Homme compris,
abrite des microorganismes qui jouent un rôle non négligeable dans la digestion (flore intestinale,
appelée encore microbiote intestinal).
L’association de certaines plantes (trèfle, luzerne, pois…) avec des bactéries, fixatrices d’azote libre et
présentes dans des nodosités de leurs racines, leur permet de pousser sur des sols pauvres en
azote4.
Dans le monde animal, l’association entre une anémone de mer et le bernard l’ermite est un exemple
typique de mutualisme. L’anémone fixée sur la coquille habitée par le bernard l’ermite est véhiculée
dans des endroits divers, ce qui lui permet de trouver plus facilement sa nourriture, tandis que le
crustacé bénéfice d’une protection grâce aux tentacules urticants de l’anémone qui éloignent les
prédateurs.
Cas de commensalisme
Chez les animaux, on peut trouver les insectes qui peuplent les terriers des mammifères. Ces insectes
recherchent, dans les gîtes, un microclimat particulier et une source de nourriture qui peut provenir
des restes des repas de l’hôte ou de ses excréments. Par exemple, les terriers des marmottes dans
les Alpes peuvent contenir une centaine d’espèces différentes de coléoptères.
On peut aussi citer le cas d’un crabe minuscule (Pinnotheres pisum) qui vit à l’intérieur des moules.
Installé sous le manteau du mollusque, près des branchies, il se nourrit des matières nutritives qui
filtrent au travers des lamelles branchiales.
Chez les végétaux, on peut trouver les mousses et les lichens qui vivent sur les troncs ou les
branches d’un arbre sans parasiter ce dernier.
Les réseaux trophiques
Quelle que soit la relation trophique, manger et être mangé est l’une des lois de la nature. La
succession des êtres vivants liés entre eux par des besoins nutritifs constitue la chaine alimentaire.
La chaine alimentaire est constituée de plusieurs maillons : chaque organisme constitue un maillon de
la chaine (appelé également niveau trophique) et schématiquement, on relie deux maillons successifs
par une flèche (qui signifie « être mangé par ») qui traduit le transfert de matière organique et donc
d’énergie. Dans un écosystème, on trouve un ensemble de chaines alimentaires qui partagent
certains maillons. Cet enchevêtrement de chaines alimentaires constitue le réseau trophique de
l’écosystème. C’est à partir de ce réseau que l’équilibre de l’écosystème s’établit.
A la page suivante, un exemple de réseau trophique d’un terrain arboré.
Les maillons successifs des chaines alimentaires, et donc du réseau trophique, sont :
1. Les végétaux sont à la base de tout réseau trophique. Ces végétaux fabriquent leur propre
nourriture ; on les appelle les producteurs.
2. Les herbivores (ou consommateurs primaires) sont des animaux qui se nourrissent de végétaux.
La chenille, le lapin, le chevreuil sont des herbivores. Les herbivores représentent le deuxième
maillon de la chaîne alimentaire.
3. Les carnivores ou consommateurs secondaires sont des animaux, souvent des mammifères,
qui se nourrissent des herbivores. Les carnivores mangent de la viande. On les appelle aussi
prédateurs car ils chassent ce qu’ils mangent. L’herbivore qui est chassé devient alors la proie. Les
carnivores primaires représentent le troisième maillon de la chaîne.
Des chercheurs tentent de réaliser des symbioses qui n’existent pas à l’état naturel, par exemple entre plantes alimentaires
(blé, maïs, riz…) et des bactéries fixatrices d’azote afin d’augmenter le rendement des cultures de ces plantes.
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4. Les carnivores secondaires sont des prédateurs qui se nourrissent des carnivores primaires et
aussi parfois des herbivores. Les carnivores secondaires ont très peu de prédateurs sauf l’homme.
Les carnivores secondaires représentent le quatrième maillon de la chaîne alimentaire.
5. Les décomposeurs représentent le dernier maillon de la chaîne alimentaire. Les décomposeurs
sont de petits organismes tels que les cloportes, les vers de terre, les bactéries et les champignons
qui se nourrissent de plantes mortes, des cadavres d’animaux mais aussi d’excréments d’animaux.
Ces organismes, que l’on peut appeler recycleurs, fabriquent de l’humus qui est tout simplement la
nourriture pour les végétaux. Et les végétaux absorbent cet humus par les racines. Et c’est ainsi
que la chaîne alimentaire (et par conséquent le réseau trophique) poursuit son cycle sans fin.
Mais dès qu’un maillon de la chaîne alimentaire est manquant, l’équilibre de l’écosystème est menacé.
On peut citer comme exemple les superprédateurs qui sont souvent trop chassés par les hommes.
Dans nos forêts tempérées, la disparition du loup a entraîné une dangereuse prolifération des
sangliers et des cerfs mangeurs de jeunes pousses.
Exemples de chaines alimentaires :
-
Les feuilles dévorées par la chenille qui sera elle-même dévorée par la mésange qui sera ensuite
dévorée par l’épervier. Les feuilles, la chenille, la mésange et l’épervier forment une chaîne
alimentaire à 4 maillons et 5 maillons si l’épervier est mangé par un faucon pèlerin.
-
Le gland est mangé par l’écureuil qui sera mangé à son tour par un renard. Le gland, l’écureuil et
le renard forment une chaîne à 3 maillons.
-
La baie est mangée par le mulot qui sera dévoré par une chouette. La baie, le mulot et la chouette
forment une chaîne à 3 maillons et 4 si la chouette est dévorée par un grand-duc.
(Source : http://alloprof.biz/ImagesDesFiches/bv3/s1195i2.gif, page consultée le 07/09/2015)
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