UCG 2 OI 2.1 Sciences Cours 1 Le vivant réalisé par Carine Travert réalisée par Carine TRAVERT Adresse : Le Cabirol, Route de Belpech - 09 100 PAMIERS Courriel : [email protected] Site : www.pamiers.educagri.fr/cfppa Tél : 05.61.67.04.60 Fax : 05.61.67.49.87 1 Table des matières 1.Introduction................................................................................................................................... 3 2.Caractéristiques du vivant :....................................................................................................... 3 3.Principaux types d'organismes vivants: ................................................................................... 4 4.Les principaux niveaux d’organisation du vivant :................................................................. 6 4.1 La cellule : .............................................................................................................................. 6 4.1.1 Structure de la cellule eucaryote animale :............................................................ 6 4.1.2 Architecture de la cellule eucaryote végétale :.................................................... 7 4.1.3 La morphologie des cellules eucaryotes : ............................................................... 7 4.2 Les organismes unicellulaires : ........................................................................................ 11 4.2.1 La cellule procaryote : les bactéries .................................................................... 11 4.2.2 Particularité : les virus ............................................................................................ 12 4.2.3 Les protozoaires : ..................................................................................................... 14 4.3 Les tissus :............................................................................................................................ 15 4.3.1 Définition : .................................................................................................................. 15 4.3.2 Exemples :.................................................................................................................... 15 4.4 Les organes :........................................................................................................................ 15 4.4.1 Définition : .................................................................................................................. 15 4.4.2 Exemples :.................................................................................................................... 16 4.5 Les appareils ou systèmes: .............................................................................................. 17 4.5.1 Définition : .................................................................................................................. 17 4.5.2 Exemples :.................................................................................................................... 17 4.6 Les organismes pluricellulaires :...................................................................................... 17 4.6.1 Définition : .................................................................................................................. 17 4.6.2 Exemples : ................................................................................................................... 18 4.6.3 Les niveaux d'organisation du vivant : ................................................................. 19 4.6.4 Un petit entraînement: ........................................................................................... 20 2 Ce qui est écrit en rouge est à connaître absolument pour l'évaluation 1.Introduction Le métier d'agriculteur est de produire des êtres vivants, il est donc important d'appréhender cette notion afin de valoriser de manière optimale leur développement. 2.Caractéristiques du vivant : • Mais qu'est-ce qu'un être vivant ? Si l'on essaye de répondre à cette question on va chercher des critères qui définissent le vivant. A partir de ces critères on peut construire une grille d'observation comme ci dessous. - Si au moins un de ces critères est choisi, alors on a affaire à un être vivant. - Si aucune croix alors être non vivant ( règne minéral ). Mais on peut aller plus loin dans cette réflexion et définir un être vivant par les notions suivantes : - Frontière : Tout être vivant est délimité des conditions environnementales par une frontière qui peut être appelée, selon le niveau auquel on fait référence, membrane, paroi, peau, ... Cette frontière non étanche, délimite une individualité et définit un milieu intérieur où les conditions physico-chimiques et autres seront différentes de celles du milieu extérieur. - Organisation : L'organisation biologique repose sur une hiérarchie de niveaux structuraux, chacun s'édifiant à partir d'un niveau inférieur. - Besoins à satisfaire : Pour se maintenir en vie, tout être vivant doit absolument satisfaire ses besoins en énergie et en éléments. 3 - Croissance : Tout être vivant "entre dans la vie" par une naissance résultat de la reproduction. Puis il entreprend une croissance et un développement et finalement, généralement après s'être reproduit une ou plusieurs fois, meurt. - Reproduction : Se reproduire signifie produire des exemplaires identiques. - Réaction : Les êtres vivants répondent ou réagissent plus ou moins rapidement à des variations des facteurs environnementaux. - Autonomie : un système autonome sait "quoi faire, quand le faire, où le faire et comment le faire", il trouve à l'intérieur les instructions et les mécanismes nécessaires à son fonctionnement sans recourir à l'extérieur. En résumé un être vivant se caractérise par ses capacités d'auto-conservation, d'auto-régulation et d'auto-reproduction. 3.Principaux types d'organismes vivants: Groupes taxonomiques Exemples Virus Grippe aviaire, mosaïque de la tomate Bactéries Staphylocoque doré, Brucella (causant la brucellose) Champignons Aspergillus, rouille, oïdium Protozoaires nosema apis (parasite de l'abeille : nosémose) Algues Laitue de mer Plantes fétuque, tomate Arachnides Acariens : varroa (parasite des abeilles), araignée Crustacés Crabe, crevette Insectes Pucerons, Mollusques Limaces, escargots Nématodes Ascaris, ténias, strongles, oxyures Poissons Truite, cabillaud Amphibiens Grenouille, crapaud Reptiles Lézard, tortue Oiseaux Buse, moineau Mammifères Vache, mouton, chèvre, cheval 4 4.Les principaux niveaux d’organisation du vivant : 4.1 La cellule : La cellule est l'unité biologique de base des êtres vivants. On distingue deux types de cellules : les cellules procaryotes (bactéries), simples, dépourvues de noyau et de compartiments organisés (les organites), et les cellules eucaryotes (tous les autres organismes), qui possèdent un noyau et des organites cellulaires. 4.1.1 Structure de la cellule eucaryote animale : ou cytoplasme Représentation dans l'espace 5 4.1.2 Architecture de la cellule eucaryote végétale : ou cytoplasme (avec des ribosomes) Représentation dans l'espace Les éléments constitutifs des cellules eucaryotes à savoir reconnaître et expliquer leur rôle sont : noyau, membrane plasmique, mitochondrie, chloroplaste, vacuole, paroi cellulosique, cytoplasme, ADN, ribosomes 4.1.3 La morphologie des cellules eucaryotes : Limitée par une enveloppe externe, la membrane plasmique, la cellule eucaryote comprend une masse centrale, le noyau, entourée par le cytoplasme. Ce dernier a l'aspect d'une gelée qui renferme de nombreux organites (= petits organes). Un système de cloisons membranaires, constituant le réticulum endoplasmique et l’appareil de Golgi, le compartimente. Un réseau de nature protéique, le cytosquelette, le quadrille. 6 - La membrane plasmique : Une cellule eucaryote est séparée du milieu extérieur par une membrane périphérique, la membrane plasmique. - Le réticulum endoplasmique Présent chez toutes les cellules eucaryotes. - Le réticulum endoplasmique rugueux ou granulaire est le siège de la synthèse des protéines car on trouve associé à ce réticulum des ribosomes sur la face externe de sa membrane. Le réticulum endoplasmique lisse dépourvu de ribosomes joue un rôle dans la fabrication des lipides. - L'appareil de Golgi Il ressemble à des croissants empilés. L'une de ses fonctions essentielles semble être le tri des protéines. L'appareil de Golgi 7 - Les différents organites : les mitochondries Elles jouent un rôle essentiel dans les processus énergétiques de la cellule. Une mitochondrie mesure 1-2 à 10 μm de long et de 0,5 à 1 μm de large. photo au microscope électronique Le noyau Le noyau de la cellule est une petite poche souple qui contient le matériel génétique porteur de l'hérédité : l' ADN . Il est entouré d'une membrane : la membrane nucléaire qui assure les échanges entre le noyau et le cytoplasme . Il est le centre de contrôle de la cellule : il contient toutes les informations nécessaires à son fonctionnement. Certaines cellules, comme les bactéries , n'ont pas de noyau. le noyau 8 les ribosomes : Ce sont des petites sphères (3 anströmgs) présentent en chainettes dans le cytoplasme ou collées sur le réticulum endoplasmique. Leur fonction est la fabrication des protéines. Photo au microscope électronique Représentation schématique d'un ribosome les chloroplastes : Organite prenant souvent la forme de disques aplatis de 2 à 10 microns de diamètre pour une épaisseur d'environ 1 micron contenant des sortes de sacs aplatis remplis de chlorophylle (pigment vert), localisé dans le cytoplasme des cellules de plantes vertes. Le chloroplaste est le siège de la photosynthèse. Photo de cellules végétales, avec des chloroplastes les vacuoles : La vacuole est une cavité remplie d'eau et de sels minéraux dans les cellules végétales et dans certaines cellules animales (mais très petites), et dont la fonction est d'emmagasiner les éléments nutritifs et l'eau. La vacuole représente entre 80 et 90% du volume cellulaire de la cellule végétale. La vacuole centrale des cellules végétales et des champignons a une fonction homéostatique, assurant la turgescence cellulaire, c'est à dire une certaine pression quand la vacuole est bien gonflée. En effet quand un végétal manque d'eau ces feuilles s'étiolent, ce phénomène s'explique car la vacuole n'est plus remplie, les liquides n'exercent donc plus cette pression qui assurait une certaine rigidité. 9 Cellules végétales avec leurs vacuoles colorées en rouge 4.2 Les organismes unicellulaires : 4.2.1 La cellule procaryote : les bactéries - DEFINITION D'UNE BACTÉRIE Etre unicellulaire de petite taille (microorganisme) et dépourvu de noyau, de l'ordre du micron, (0.000001 m) de morphologie différente qui présente des caractéristiques propres (Procaryote). - CARACTERISTIQUES DES PROCARYOTES Bactéries au microscope électronique 10 Quelques caractères distinctifs des procaryotes et eucaryotes - EXEMPLES DE MALADIES FREQUENTES EN AGRICULTURE CAUSEES PAR DES BACTERIES PATHOGENES La brucellose chez les caprins et les bovins est induite par une bactérie du genre Brucella. La loque américaine : maladie du couvain d'abeille La tuberculose et paratuberculose : maladies bovine et humaine Les mammites peuvent être induites par de nombreuses bactéries : Mycoplasma, Staphylocoque doré L'IBR ou Rhinotrachéite infectieuse bovine Le feu bactérien chez les arbres fruitiers 4.2.2 Particularité : les virus - définition Les virus sont de petites particules biologiques de 20 à 300 nm de diamètre dont la structure résulte de l'assemblage de deux ou trois éléments : le génome, une capside, et parfois une enveloppe. Le terme "virus" concerne l'agent infectieux à tous les stades du cycle viral, extracellulaire ou intracellulaire. - morphologie : Le terme "virion" définit la particule virale infectieuse complète. - Un virion est constitué par : 1° : un génome, un acide nucléique (ARN ou ADN) qui est protégé par : 2° : une capside de nature protéique : l'ensemble, appelé nucléocapside, définit les virus nus. - Pour certains virions, 3° : une enveloppe, de nature lipidique, peut entourer la nucléocapside : sa présence définit les virus enveloppés. 11 • Il existe donc des virus nus et des virus enveloppés. - mode de vie : Pour se reproduire (vivre, c'est se reproduire), un virus doit pénétrer dans une cellule vivante : Les virus sont-ils des microbes ou des molécules ? En un mot, sont-ils vivants ? réponse : " Les virus sont... des virus " (André Lwoff - Prix Nobel en 1970) Un virus se résume à une information génétique protégée : • aucun virus ne peut fabriquer de ribosomes et donc des protéines • aucun virus ne peut générer de l'énergie. C'est la cellule, dans laquelle ils ont introduit leur génome, qui multiplie les virus. 1° - dans le milieu extérieur : les virus sont des particules inertes : les virions au sein d'une population virale appartenant à la même espèce, forme et taille sont identiques parce que les virions ne sont concernés ni par des phénomènes de croissance, ni par des processus de division. c'est à cause de cette identité de forme et de taille que, dans certaines conditions, on peut cristalliser des virus. 2° - à l'intérieur d'une cellule : le génome viral s’exprime : - le génome est libéré de sa capside - la synthèse des macromolécules cellulaires s'interrompt - la cellule réplique le génome viral - la cellule synthétise les protéines de structure virales génome et protéines virales s'assemblent ensuite pour former de nouvelles particules virales qui sont libérées dans le milieu extracellulaire. ce n'est qu'à l'intérieur d'une cellule que l'information génétique des virus peut s'exprimer : à ce moment-là seulement on peut considérer que les virus sont " vivants ". Toutefois, il ne convient pas de considérer les virus comme des organismes vivants : ce sont des gènes parasites. Ils s’apparentent aux éléments génétiques mobiles : le génome de certains virus (le virus du sida en particulier) peut s’intégrer dans celui de la cellule-hôte ! - EXEMPLES DE MALADIES FREQUENTES EN AGRICULTURE CAUSEES PAR DES VIRUS La grippe aviaire touchant tous les oiseaux. 12 Virus de la paralysie chronique qui provoque la maladie plus connue sous le nom de "maladie noire" chez l'abeille. L'herpès La grippe Le rhume La fièvre catarrhale La fièvre aphteuse Mais il existe des virus spécifiques des végétaux : le virus de la mosaïque du tabac La structure des virus des plantes ou phytovirus, est similaire à celle des virus bactériens et animaux. Beaucoup de virus végétaux se présentent sous la forme de minces et longues hélices. Les virus de végétaux peuvent être disséminés par le vent ou par des vecteurs comme les insectes et les nématodes, parfois par les graines et le pollen. Les virus peuvent aussi contaminer la plante par l’intermédiaire d’une blessure ou d’une greffe. Différents types de symptômes peuvent apparaître sur la plante infectée. Les virus peuvent provoquer des taches ou des flétrissements sur les feuilles et les fleurs. Des tumeurs peuvent survenir sur les tiges ou les feuilles. Microscopie électronique de particules du virus de la mosaïque du tabac. 4.2.3 Les protozoaires : Les protozoaires sont une grande famille d’organismes unicellulaires plus complexes que les bactéries. Certains peuvent causer des maladies comme la malaria ou la maladie du sommeil. Indétectables à l’œil nu, la plupart d’entre eux mesurent entre 0.01 et 0.05 mm. Les amibes et les flagellés sont quelques exemples de protozoaires. Plasmodium falciparum : agent du paludisme 13 4.3 Les tissus : 4.3.1 Définition : Ensemble des cellules adaptées à une fonction particulière. Par exemple le tissu musculaire a la capacité de se contracter et de s'étirer. 4.3.2 Exemples : Coupe de tissu musculaire lisse L'épiderme, le derme et l'hypoderme sont 3 tissus constituant la peau (un organe). 4.4 Les organes : 4.4.1 Définition : Partie d'un corps destiné à remplir une fonction déterminée. 14 4.4.2 Exemples : Chez les animaux : le cœur, le foie, les poumons, la rate… Le cœur est un organe musculaire creux, situé entre les poumons au milieu du thorax. C'est le moteur du système cardio-vasculaire, dont le rôle est de pomper le sang qu'il fait circuler dans tous les tissus de l'organisme. Les poumons, ces organes spongieux, volumineux et côniques, jouent un rôle vital puisqu'ils sont chargés de l'apport en oxygène dans l'organisme. Chez les végétaux : la tige, la feuille, la racine, la fleur les fleurs les fruits les bourgeons 15 4.5 Les appareils ou systèmes: 4.5.1 Définition : Ensemble d’organes destiné à remplir une fonction déterminée. 4.5.2 Exemples : Les systèmes composant les animaux et l’homme sont les suivants : circulatoire, digestif, endocrinien, musculaire, nerveux, respiratoire, squelettique et urinaire. Représentation des organes composant l’appareil digestif Le système endocrinien Le corps humain est un système complexe d'organes en relation les uns avec les autres, qui doivent travailler ensemble pour fonctionner correctement. Les glandes endocrines contrôlent les fonctions de l'organisme par l'intermédiaire de substances chimiques appelées hormones, qui sont libérées dans la circulation générale. Les hormones agissent comme des messagers chimiques qui voyagent dans tout le corps grâce à la circulation sanguine. 4.6 Les organismes pluricellulaires : 4.6.1 Définition : Les organismes pluricellulaires sont constitués d'un ensemble de cellules qui proviennent des divisions successives de la cellule œuf unique. Ces cellules ne se séparent pas et restent unies. Ces cellules possèdent théoriquement toute l'information génétique contenue dans la cellule œuf. Cependant certaines cellules vont extérioriser certaines fonctions et d'autres pas. 16 Il y a durant la vie embryonnaire une spécialisation. Cette spécialisation cellulaire correspond à une différenciation cellulaire, morphologique et fonctionnelle due à l'expression d'une partie seulement des gènes. Selon leur spécialité, les cellules d'un organisme pluricellulaire peuvent être regroupées dans des systèmes bien individualisés assurant des fonctions particulières. On en distingue plusieurs types : · Fonctions végétatives : nutrition, respiration, excrétion, circulatoire. · Fonctions de relation : elles mettent l'individu avec le milieu extérieur : le système nerveux (organes des sens, fonction sensitive), le système musculaire (fonction motrice). · Fonction de reproduction qui assure la pérennité de l'espèce. La multiplicité des cellules et leur spécialisation appellent des processus de coordination pour préserver le fonctionnement de l'unité : l'intégration ou régulation. Cette coordination peut se faire selon différentes voies de communication : · Relation directe basée sur le contact physique ou chimique dans leur voisinage immédiat (médiateur chimique, facteur de régulation) · Relation hormonale · Relation nerveuse Chez les organismes pluricellulaires, les échanges entre le milieu intracellulaire et le milieu extérieur (marin ou terrestre) ne se font pas directement. Il y a un troisième milieu qui s'interpose entre le milieu intracellulaire et le milieu extérieur. Celui s'appelle le milieu intérieur. 4.6.2 Exemples : Les animaux et les végétaux bien sur, mais il existe aussi des êtres vivants pluricellulaires microscopiques, comme la douve, parasite des ovins en particulier. 17 4.6.3 Les niveaux d'organisation du vivant : niveau écologique La population, société d'individus en évolution niveau anatomo-histophysiologique L'organisme, société de cellules en développement Un organisme pluricellulaire (animal Ces individus cohabitent ou plante) est constitué de cellules, dans un milieu particulier. groupées en tissus eux même formant des organes s’assemblant entre eux pour donner des systèmes. Tous Etres vivants et milieu ces systèmes constituants un orgaforme un écosystème. nisme. sociétés ethnies, groupes, familles organismes pluricellulaires (mycètes, plantes, animaux) niveau cellulaire, ultrastructural et moléculaire La cellule, unité de travail Elle est constituée d'organites, eux même constitués de molécules, elles même formées d’atomes. organismes unicellulaires assemblages moléculaires, en colonies, organismes cellules molécules unicellulaires solitaires 18 atomes, particules 4.6.4 Un petit entraînement: – Exercice 1 : Annoter et titrer le schéma ci dessous : Titre : 7 9 8 6 1 3 4 2 5 – Exercice 2 : Identifier les 9 niveaux d'organisation du vivant Conception et réalisation: Jean-Claude Le Hir Correction des exercices : page suivante 19 Appareil de Golgi 9 8 NOYAU 1 2 CYTOPLASME Exercice 2 : 20