Évolution et Diversité du Vivant (101-NYA-05)

Cours 2(Première partie)

CONCEPTS CONCEPTS FONDAMENTAUX DE FONDAMENTAUX DE

BIOLOGIEBIOLOGIE

Bernadette Féry Hiver 2007

Les poupées russes s’emboîtent les unes dans les autres tout comme les niveaux structuraux du vivant.

1. L’organisation complexe du vivant

2. Les propriétés émergentes

3. Les caractéristiques du vivant

4. La théorie cellulaire

5. Les deux grands types de cellules : procaryotes et eucaryotes

6. La perpétuation de la vie repose sur l’ADN

7. Corrélation entre la structure et la fonction

8. Les domaines du vivant (classification des procaryotes et eucaryotes)

1. L’organisation complexe du vivant

L’organisation biologique correspond à une hiérarchie de niveaux structuraux s’édifiant les uns à partir des autres.

Molécules

Atomes

Organites

Cellules

Tissus Organes Système Organisme Population

Communauté

Écosystème

Si on casse une roche en plusieurs morceaux, elle garde ses propriétés.

Si on altère cette organisation chez un organisme, il peut mourrir.

La vie repose sur l’intégrité de ces niveaux structuraux

Particules subatomiquesÉlectron, proton, neutron ou toute autre unité fondamentale de la matière

Atome d’oxygèneSource

AtomePlus petite unité d’un élément qui conserve les propriétés de cet élément

Atome d’oxygène

Atome MoléculesEnsemble d’au moins deux atomes reliés par liaison chimique

Molécule de chlorophylleCapte les ondes lumineuses

HydrogèneMagnésium

Carbone

Molécules

Molécule de chlorophylleCapte les ondes lumineuses

HydrogèneMagnésium

Carbone

OrganiteRegroupement de molécules en une structure ayant un rôle défini (un petit organe dans la cellule)

Organite : chloroplasteOrganite photosynthétique qui contient la chlorophylle

Organite

Organite : chloroplasteOrganite photosynthétique qui contient la chlorophylle

CelluleRegroupement des organites et des molécules en une unité vivante, capable de se reproduireet jouant un rôle déterminé

Cellules de la feuille

Cellule

Cellules de la feuille

Tissu Regroupement des cellules de même type et exerçant une fonction commune

TissusDe l’épiderme et photosynthétique

Tissu

TissusDe l’épiderme et photosynthétique

OrganeRegroupement de plusieurs tissus différents accomplissant une tâche précise

FeuilleLes racines et la tige sont aussi des organes

Organe

FeuilleLes racines et la tige sont aussi des organes

Système conducteurLes tissus du xylème et les tissus du phloème font monter et descendre la sève chez les plantes.

SystèmeRegroupement d’organes et de tissus orientés vers une fonction globale

Campbell (2eéd. fr) — Figure 35.7 : 787

Système conducteurLes tissus du xylème et les tissus du phloème font monter et descendre la sève chez les plantes.

Système

Campbell (2eéd. fr) — Figure 35.7 : 787

OrganismeRegroupement des systèmes, des organes et des tissus en une entité vivante et reproductible

Un tremble

Organisme

Un tremble

PopulationEnsemble des organismes de la même espèce qui vivent dans une même région

Une population de trembles

CommunautéEnsemble des populations animales, végétales et microbiennes qui habitent une même région(ensemble des vivants)

Une communauté de Tanzanie

Population de zèbres

Population de graminées

Population de gnous

Population

Une population de trembles

Communauté

Une communauté de Tanzanie

Population de zèbres

Population de graminées

Population de gnous

Un écosystème de Tanzanie

ÉcosystèmeRegroupement d’une communauté et de son milieu physico-chimique(les vivants et leur milieu : terre, air, eau)

2. Les propriétés émergentes

• Apparition à chaque niveau d'organisation supérieur, de nouvelles propriétés qui n’existaient pas au niveau inférieur.

• Quand on grimpe l’échelle biologique, les performances augmentent.

Une cellule endothéliale (constituante des capillaires sanguins) a des propriétés particulières mais seule, elle ne peut rien faire.

Associée aux autres cellules endothéliales (tissu), elle devient un véritable tube qui canalise le sang, en absorbe certains produits tout en y déversant certains, aussi.

ExempleCellule endothéliale

Feuillet de cellules endothéliales

Un capillaire sanguin

Inspiré de Life, 4e éd., figure 1.2 : 5

Le tissu musculaire de l’estomac se contracte mais, seul, il ne peut exercer sa fonction.

Associé aux autres tissus de l’estomac (nerveux, épithélial, conjonctif), il devient pleinement fonctionnel. En se contractant, il mélange les aliments aux sucs digestifs libérés par le tissu épithélial de l’estomac. Les aliments se transforment en bouillie acide.

Autre exemple

Les cellules épithéliales s’enfoncent en formant ainsi des glandes qui sécrètent de l’acide et des enzymes.

obliques

circulaires

longitudinaux

Tissu conjonctif(paroi externe de l’estomac)

Cellules épithéliales(paroi interne de l’estomac)

Muscles lisses

Inspiré de Life, 4e éd., figure 37.10 : 728

3. Les caractéristiques du vivant

Ordre Ordre Organisation Organisation complexecomplexe

ReproductionReproduction

Croissance et développement

Évolution et adaptation

Homéostasie Stabilité du Stabilité du milieu internemilieu interne

Réactions aux stimuli de l'environnementSensibilitéSensibilité

Utilisation de l'énergie

Campbell (2eéd. fr) — Figure 1.3 : 5

• Les cellules ne survivent que si le MILIEU INTERNE demeure stable• Milieu interne = sang, liquide entre les cellules, lymphe, LCR…

HOMÉOSTASIE

Gilles Bourbonnais

4. Invention de la théorie cellulaire

Ces scientifiques ont mené à la théorie cellulaire :

1. La cellule est la plus petite entité vivante.

2. Tout être vivant est composé de cellules.

3. Toute cellule provient d'une autre cellule.

Un an plus tard, le zoologiste Théodore Schwann en arrive à la même hypothèse au sujet des animaux.

En 1838, Matthias Schleiden, un botaniste, suggère que tous les tissus végétaux sont faits de cellules.

En 1855, Rudolf Virchow suggère que toute cellule provient d'une autre cellule, préexistante.

Source

5. Les deux grands types de cellules

Les cellules eucaryotes

Plus récentes que les cellules procaryotes (2,5 milliard d'années)

Plus grosses que les cellules procaryotes (environ 50 µm)

Elles ont un véritable noyau délimité par une membrane

Elles ont des organites membraneux

Campbell (2eéd. fr) — Figure 7.8 : 119

Les cellules procaryotes

Plus anciennes que les cellules

eucaryotes (3,5 milliard d'années)Plus petites que les cellules

eucaryotes (environ 5 µm)Elles n’ont pas de véritable

noyau délimité d’une membrane

mais une zone dite nucléoïde

constituée d’un seul chromosome

fortement repliéElles n’ont pas d’organites

membraneuxUne bactérie

Micrographie d’une bactérie

Campbell (1eéd. Française) — Figure 1.4 : 7

Au microscope électronique

Grosseurs relatives des cellules procaryotes et eucaryotes

Cellule eucaryote10 à 100 µm

Cellule procaryote1 à 10 µm

6. La perpétuation de la vie repose sur l’information héréditaire de l’ADN (acide désoxyribonucléique)

La matière s’édifie à partir des instructions de l’ADN (dans le noyau et la zone nucléoïde).

Campbell (2eéd. fr) — Figure 1.5 : 7

L’ADN contient les milliers de gènes de l’individu.

L’ADN est héréditaire ; il est transmis des parents aux enfants mais aussi de cellules à cellules.

Le message de l’ADN est codé d’où le terme de code génétique.

Le code génétique est universel, des bactéries à l’homme (sauf de rares exceptions). Ce sont les gènes qui changent, d’espèces en espèces.

L’universalité du code montre que les espèces ont évolué à partir d’un ancêtre commun.

7. Corrélation entre la structure et la fonction

Il y a une corrélation entre la structure (sa forme, son anatomie) et la fonction qu’exerce cette structure (sa physiologie, son fonctionnement), et ce, à tous les niveaux de l’organisation biologique.

La forme aérodynamique et la grande surface portante des ailes (structure) permettent le vol (fonction).

Les os creux des oiseaux les rendent plus légers (structure) et donc aptes à s’envoler (fonction).

Campbell (2eéd.) — Figure 1.6 : 8

Les prolongements des neurones les rendent aptes à transmettre l’influx nerveux d’un endroit à l’autre du corps.

Mitochondrie

Les replis de la membrane interne augmentent la surface et permettent de contenir plus d’enzymes pour la respiration cellulaire

Un corrollaire !L’analyse d’une structure biologique nous donne des indices sur sa fonction et vice versa. L’analyse d’une fonction réalisée par une structure nous donne des indices sur la composition de cette structure.

8. Les trois domaines du vivant (archéobactéries, eubactéries et eucaryotes) correspondent à six règnes

Taggart — p.9Origine de la vie

PROTISTES EUMYCÈTES ANIMAUX

EUCARYOTES

(domaine)

EUBACTÉRIES

(domaine)

ARCHÉOBACTÉRIES

(domaine)

VÉGÉTAUX

PROCARYOTES

Domaine des Bactéries

Domaine des Archéobactéries

Bactéries des milieux extrêmes

Bactéries

Anciennement, tous deux étaient groupés dans le règne des monères. Campbell (2eéd.) — Figure 1.11 : 12

LES CELLULES PROCARYOTES

Règne des Eumycètes

Règne des Protistes

Algues et protozoaires

Stentor est un protozoaire«comme un animal unicellulaire»

Règne des Animaux

LE DOMAINE DES CELLULES EUCARYOTES

Règne des Végétaux

FIN DE LA PREMIÈRE PARTIE