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

SOURCE

Bernadette Féry Automne 2008

Chapitres 24, 25 et 26Campbell, 3 e édition

LA TAXINOMIE, LA SPÉCIATION ET LES ORIGINES DE LA VIE

Cours 11

1. Taxinomie et biodiversité2. Car von Linné est l’inventeur du système taxinomique

actuel3. L’espèce est l'unité de base de la classification en

biologie4. La nomenclature binomiale inventée par Linné est

encore en vigueur aujourd’hui5. Dans la classification, les espèces sont regroupées en

groupes de plus en plus généraux : les taxons6. Les règnes du monde vivant sont divisés en trois

domaines7. Les objectifs de la taxinomie

Partie 1 : La taxinomie

1. Taxinomie et biodiversité

La science de la classification (taxinomie), est née du besoin de mettre un peu d’ordre dans la biodiversité.

2. Linné est l’inventeur du système taxinomique actuel

Naturaliste et médecin suédois (1707 - 1778)

Fils d'un pasteur passionné de botanique, il s'intéresse très tôt au règne végétal.Études en médecine (diplôme en 1735).Entreprend la classification des vivants en 1729 avec Peter Artedi (1705-1735). Linné se réserve les oiseaux, les insectes et les fleurs, laissant à Artedi les espèces qu'il considère comme répugnantes : les reptiles, les poissons et …..

Sa bibliographie

Il publie son système taxinomique dans Systema naturae (1735) grâce à la générosité du Néerlandais J.F. Gronovius et de l'Anglais I. Lawson qui publient l'ouvrage à leurs frais.En 1738, Linné rentre en Suède et exerce la médecine durant trois ans. C'est à cette période qu'il fonde l'Académie des Sciences de Suède. Il obtient en 1741 la chaire de médecine de l'université d'Uppsala. L'année suivante, il abandonne cette chaire pour celle de botanique. Particulièrement féconde, la carrière de Linné s'achèvera le 10 janvier 1778 après quatre ans de maladie.

3. L’espèce est l'unité de base de la classification en biologie

L’espèce regroupe les organismes qui se ressemblent et qui peuvent se reproduire en engendrant une descendance féconde.

Ne vous y trompez pas. Malgré leur ressemblance, ils ne sont pas de la même espèce.

4. La nomenclature binomiale inventée par Linné est encore en vigueur aujourd’hui

Chaque organisme est désigné par deux mots latins soulignés ou en italique.

• Le premier mot désigne le genre auquel appartient l’espèce. C’est le nom générique ; ce nom est commun à plusieurs espèces voisines comme le chien et le loup.

• Le second mot désigne l’espèce. C’est le nom spécifique. Ce nom est différent pour chaque espèce.

Canis lupus

Canis familiaris

5. Dans la classification, les espèces sont regroupées en groupes de plus en plus généraux : les taxons

Campbell (2e

éd.) — Figure 1.10 : 11

Les taxons supérieurs, en haut de l’arbre de classification, présentent des critères de plus en plus nombreux et spécifiques. Ainsi, le taxon correspondant à l’espèce permet de discriminer de façon précise une espèce donnée.

Taxon correspondant à l’espèce Canis lupus.

Taxon correspondant au règne des animaux

• Un taxon est un groupe d’organismes montrant des points communs.• Chaque taxon supérieur englobe les traits distinctifs du taxon inférieur.

Les taxons inférieurs, à la base de l’arbre de classification, présentent peu de critères et ceux-ci sont généraux. Ces taxons regroupent de nombreuses espèces.

Présence d’une corde

Présence d’une corde, poils et glandes mammaires

Présence d’une corde, poils et glandes mammaires et mangent de la viande

D

R

E

C

OFGE

Les groupes hiérarchiques de la classification ! Domanus régnait sur les embranchements et les classes mais l’ordre des familles générait les espèces ! Domaine (regroupe les règnes)

EucaryotesCHAT

EucaryotesCHIEN

EucaryotesAGARIC

EucaryotesMARGUERITE

Règne (regroupe les embranchements)

Animaux Animaux Eumycètes Végétaux

Embranchement(regroupe les classes)

Cordés Cordés Basidiomycètes Anthophytes

Classe(regroupe les ordres)

Mammifères Mammifères Homobasidiomycetes Magnoliopsida

Ordre(regroupe les familles)

Carnivores Carnivores Agaricales Asterales

Famille(regroupe les genres)

Félidés Canidés Agaricaceae Asteraceae

Genre(regroupe les espèces)

Felis Canis Agaricus Leucanthemum

Espèce Felis silvestris Canis familiaris Agaricus arvensis Leucanthemum vulgare

Deux autres félidés : Panthera leo (Lion) et Acinonyx jubatus (Jaguar)

Domaine des eucaryotes

6. Les règnes du monde vivant sont divisés en trois domaines

Domaine des bactéries et domaine des archéobactériesDes unicellulaires autotrophes ou hétérotrophes à paroi cellulaire, souvent mobiles.

Règne des protistesSouvent unicellulaires, souvent paroi cellulaire, souvent mobiles, nutrition autotrophe (algues) ou nutrition hétérotrophe (protozoaires).

Règne des mycètesSouvent multicellulaires, paroi cellulaire de chitine, non mobiles, hétérotrophes par absorption.

Règne des végétauxDes multicellulaires autotrophes, organes complexes (racines, fleurs…), paroi cellulaire de cellulose, non mobiles.

Règne des animauxDes multicellulaires, pas de paroi cellulaire, mobiles, organes complexes, hétérotrophes par ingestion. Images

Procaryotes

a) Nommer et classer les espèces.Il est important d’attribuer un nom scientifique à un organisme afin de pouvoir transmettre des informations à son sujet tout en s’assurant que les interlocuteurs parlent bien de la même espèce.

b) Identifier rapidement une espèce.Situer une espèce par rapport aux autres grâce à des clés d’identification.

c) Comprendre les liens de parenté (la phylogenèse) entre les espèces. Quelle espèce a engendré les autres ? CETTE ASPECT PARTICULIER DE LA TAXINOMIE EST LA SYSTÉMATIQUE.

7. Les objectifs de la taxinomie

8. Deux définitions de l’espèce9. Les facteurs d’isolement reproductif maintiennent la limite

génétique entre les espèces10. La spéciation (par cladogenèse et anagenèse)11. Cladogenèse par spéciation allopatrique : sur un territoire

différent de celui de la population mère «autre patrie»12. Cladogenèse selon le mode sympatrique : sur le même

territoire que celui de la population mère «même patrie»13. Radiation adaptative. De multiples épisodes de spéciation à

partir d’un ancêtre commun produisent une explosion de nouvelles espèces.

Partie 2 : La spéciation

8. Deux définitions de l’espèce

Définition morphologique• Se fonde sur des traits anatomiques observables et mesurables.• Groupe d’organismes ayant la même apparence.

Mais est-ce toujours aussi simple ?

Les individus de la même espèce ont une apparence différente (par polymorphisme). On y voit plusieurs espèces alors qu’il n’y en a qu’une.

Les individus d’espèces différentes ont la même apparence. On y voit une même espèce alors qu’il y en a plus d’une.

Sturnelle de l’Ouest

Sturnelle des prés

Campbell : 514 (3e éd.) — Figure 24.03a

Définition biologique• Se fonde sur l’isolement reproductif.• Groupe de populations dont les membres peuvent produire, en

conditions naturelles, des descendants féconds.

Cette définition possède aussi ses limites !

Artemisiae ne peut se reproduire borealis

Cline de la souris sylvestre

Peromyscus maniculatus

On considère que toutes ces souris appartiennent quand même à la même espèce puisqu’il existe un courant génétique entre elles.

Campbell (1eéd.) — Figure 22.5 : 459

1. Ne convient pas aux organismes à reproduction asexuée (bactéries).

2. Ne convient pas aux fossiles ni aux populations géographiquement séparées car on ne peut vérifier leur capacité à se reproduire.

3. Ne peut être appliquée sans discernement aux sous-populations d’un cline car certaines peuvent s’accoupler et d’autres non.

OUI

OUI

OUI

En résumé, il faut se servir des deux définitions de l’espèce !

Lorsque la définition morphologique de ne convient pas, on se sert de la définition biologique.

Lorsque la définition biologique ne convient pas, on se sert de la définition morphologique.

• Facteurs intrinsèques aux individus c’est-à-dire qui font partie de la biologie de l’espèce.

• Empêchent les espèces différentes de se croiser en produisant des hybrides féconds.

• Maintiennent la limite génétique entre les espèces.

9. Les facteurs d’isolement reproductif maintiennent la limite génétique entre les espèces

Facteurs qui s’exercent avant la formation du zygote

Facteurs prézygotiques

Facteurs qui s’exercent après la formation du zygote

Facteurs poszygotiques

Zygote

Isolement écologiquePas dans le même habitat.

SourceSource

Le doré jaune se reproduit en avril.

Le doré noir se reproduit en juin.

Isolement temporelNe se reproduisent pas en même temps.

A- Facteurs prézygotiques

Le campagnol des champs vit dans les champs.

Le campagnol des rochers vit sur les rochers.

Source

Isolement éthologique Pas le bon comportement.

Campbell : 516 (3e éd.) — Figure 24.4

Les fous à pieds bleus des Galápagos ne s’accouplent qu’après une parade nuptiale bien précise.

Les lucioles femelles ne répondent qu’aux signaux spécifiques des mâles de leur espèce.

Source

Isolement mécaniquePas la bonne formePrincipe de la clé et de la serrure.

Isolement gamétiqueLes gamètes mâles et femelles ne se rencontrent pas ou ne survivent pas. Source

Tout comme, souvent, l’anatomie florale est adaptée à un pollinisateur particulier, les insectes d’espèces voisines qui tentent de s’accoupler ne peuvent pas le faire de façon efficace car leurs organes génitaux ne concordent pas.

Les gamètes libérés par les mâles des poissons ne fécondent que les œufs de leur espèce.

Source

Non-viabilité des hybridesLes zygotes hybrides ne se développent pas normalement ou n’atteignent pas la maturité sexuelle.

Stérilité des hybridesLes hybrides ne produisent pas de gamètes fonctionnels.

B- Facteurs postzygotiques

Déchéance des hybridesLa progéniture des hybrides est malingre ou stérile.

Cas des cotonniers

Gossypium herbaceum

Cheval + ânesse = Bardot

Âne + JumentMulet

Rana catesbeiana Écoutez(Ouaouaron)

Rana pipiens Écoutez(Grenouille léopard du Nord)

Photos

Ces deux grenouilles s’hybrident occasionnellement.

10. La spéciation

1. Une population scissionniste (PSC) se forme.2. Le pool génique de cette population, à l’abri de l’apport

génétique des autres populations de la même espèce, diverge graduellement sous l’effet des agents de l’évolution (sélection naturelle, mutations et dérive génétique).

3. Lorsque les changements génétiques deviennent assez importants pour créer un isolement reproductif entre les descendants de la population scissionniste et ceux de la population mère, la spéciation a eu lieu.

Apparition d’une ou de plusieurs nouvelles espèces à partir d’une espèce mère qui subit de la microévolution.

Changement du pool génique d’une espèce, avec le temps, sous l’effet des agents de l’évolution.

Campbell (3e éd.) — Figure 24.2 : 513

Cladogenèse

a) Spéciation par cladogenèse (source de biodiversité)

PSC

Évolution par accumulation de changements héréditaires dans une population.

Celle-ci se modifie graduellement au cours des générations successives sous l’effet des agents de l’évolution : sélection naturelle, mutations et dérive génétique.

b) Spéciation par anagenèse

Campbell (3e

éd.) — Figure 24.2 : 513

Anagenèse

1. L’entrave au flux génétique entre la population mère et la population scissionniste est une barrière géographique : dérive des continents, descente d’un glacier, baisse de niveau d’un lac, construction d’une route, un habitat défavorable à l’intérieur de l’aire de répartition de l’espèce…

2. La population scissionniste évolue (dérive génétique, sélection naturelle et mutations) et devient une nouvelle espèce.

3. Le plus important mode de spéciation chez les animaux.

11. Cladogenèse par spéciation allopatrique : sur un territoire différent de celui de la population mère «autre patrie»

Campbell (3e éd.) — Figure 24.5 : 518

Espèce A

Espèce B Espèce A

Barrière géographique, facteurs évolutifs et temps

Spéciation «allopatrique» de l'écureuil-antilope dans le Grand Canyon

Campbell (3e éd.) — Figure 24.6 : 518

A. harrisi A. leucurus

Spéciation «allopatrique» des poissons Cyprinodontidés dans des points d’eau de la «Death Valley» aux Etats-Unis

Cyprinodon diabolis

• Death Valley, aux Etats-Unis, a été formé il y a 10 000 ans par l’assèchement d’un grand lac dont il ne reste que quelques points d’eau isolés.

• La température et la salinité des points d’eau varie considérablement. • Chaque point d’eau habité contient une espèce de Cyprinodontidés adaptée à

ce milieu et qui ne se trouve nulle part ailleurs dans le monde. • Les différentes espèces descendent d’une même population ancestrale qui

s’est fragmentée en sous-populations à cause de l’assèchement du lac. • Les populations isolées ont divergé par dérive génétique et sélection naturelle

et sont devenues des espèces différentes.

Barrière géographique

1) Un anneau d'espèces se déploie en plusieurs populations autour d'une vaste barrière géographique (montagnes, vallée, désert, étendue d'eau).

2) Les populations locales ne sont pas isolées génétiquement des autres populations mais elles ont tendance à se reproduire entre elles (endogamie).

3) La dérive génétique, la sélection naturelle et les mutations favorisent la divergence génétique entre les populations de l'anneau.

4) De proche en proche les populations sont reproductibles entre elles mais, aux extrémités de l'anneau, les divergences génétiques peuvent être si grandes que la reproduction devient impossible. Les populations des extrêmes peuvent alors être considérées comme des espèces distinctes.

5) Plusieurs biologistes considèrent que ces populations « non reproductibles » font quand même partie de la même espèce puisqu'il existe un flux génétique entre elles.

Spéciation allopatrique en voie de réalisation : l'anneau d'espèces

Campbell (2e éd. ) — Figure 24.8 : 511

Les populations sont redevenues sympatriques et sont reproductibles : la spéciation n’a pas eu lieu.

Population mèreLes populations sont redevenues sympatriques et ne sont pas reproductibles : la spéciation a eu lieu.

Populations allopatriques

Un exemple d’anneau d’espècesLa Salamandre variable «Ensatina eschscholtzii»forme un anneau à peu près continu de (7) sous-espèces autour de la Vallée de San Joaquin.

Sourceoregonensis

xanthoptica

oregonensis

platensis

Campbell (2e éd.) — Figure 24.9 : 511

Dans les parties septentrionale et centrale de l’anneau, les populations sont interfécondes comme si elles appartenaient à une espèce unique.

croceater

Klauberi

Dans l’extrémité sud de l’anneau, là où les populations côtière et de l’intérieur se chevauchent, il n’y a pas d’hybridations. Les (2) populations se comportent comme deux espèces distinctes.

De belles photos de chacune des espèces

1. L’entrave au flux génétique entre la population mère et la population scissionniste est un isolement reproducteur à cause d’une altération chromosomique, d’une préférence dans l’utilisation de l’habitat ou d’un accouplement non aléatoire qui réduit le flux génétique.

2. La population, isolée sexuellement, évolue et devient en peu de temps une nouvelle espèce.

3. Le plus important mode de spéciation chez les végétaux.

12. Cladogenèse par spéciation sympatrique : sur le même territoire que celui de la population mère «même patrie»

Campbell (3e éd.) — Figure 24.5 : 518

Espèce A

Espèce B

Espèce A

Isolement reproductif, facteurs évolutifs et temps «assez court»

Des anomalies surviennent lors de la division cellulaire : les chromatides sœurs ne se séparent pas ou la cytocinèse ne se produit pas. Cela se traduit par un assortiment supplémentaire de chromosomes.

Cas d’autopolyploïdie : une seule espèce végétale est impliquée

Cette branche produit des fleurs dont les gamètes seront diploïdes.

Chaque cellule de la plante est diploïde au départ.

Un rameau tétraploïde apparaît sur la plante parce qu’une cytocinèse ne se produit pas.

Les gamètes diploïdes se fécondent et produisent un hybride, viable et fécond, le premier d’une nouvelle espèce C.

Campbell (3e éd.) — Figure 24.8 : 520

a) Spéciation sympatrique par polyploïdie chez les plantes

2n = 62n = 6

4n = 124n = 12 (Tétraploïde)

Cas d’allopolyploïdie : deux espèces végétales impliquées

Espèce A2n = 4

Gamète diploïde à 4 chromosomes

Gamètes normaux

Hybride stérile à (7) chromosomes qui se reproduit de façon asexuée pendant plusieurs générations.

Espèce C2n = 10

Hybride viable et fécond, le premier d’une nouvelle espèce C.

Non disjonction

Non disjonction

Espèce B2n = 6

Gamète diploïde à 7 chromosomes

n = 3

Campbell (3e éd.) — Figure 24.9 : 520

n = 3

Des facteurs génétiques amènent les animaux à exploiter un habitat différent, à l’intérieur de l’aire de distribution de la population mère.

Un exemple.La spéciation sympatrique de la mouche de la pomme dans la vallée du fleuve Hudson (région de New-York).

b) Spéciation sympatrique par sélection de l'habitat chez les animaux

• Avant 1850, les drosophiles pondaient sur les aubépines.

• De grands vergers ont été plantés.

• Quelques drosophiles ont pondu sur les pommes.

• Maintenant il y a deux espèces sympatriques de drosophiles ; l'une se nourrit des fruits d'aubépines et l'autre se nourrit des pommes.

13. Radiation adaptative (fréquente dans les archipels)

Quelques individus arrivent sur une île, loin de leur milieu d’origine. Ils évoluent et s’adaptent à ce milieu en se transformant ainsi en une autre espèce qui se disperse à son tour sur une autre autre île. Les invasions répétées suivies d’épisodes de spéciation déclenchent une radiation adaptative «explosive».

Campbell (3e éd.) — Figure 24.12 : 523

Radiation adaptative dans les îles hawaïennesUne plante de l’Amérique du Nord a colonisé l’archipel (- 5 ma) et s’est différenciée en 28 espèces.

Dubautia laxa

Dubautia waialealae

Dubautia scabra

Argyroxiphium sandwicense

Dubautia linearis

Hawaii0,4 ma

Kaua’i5,1 ma

Maui1,3 ma

O’ahu3,7 ma

De multiples épisodes de spéciation à partir d’un ancêtre commun produisent une explosion de nouvelles espèces.

Radiation adaptative dans l’archipel des Galápagos. Une espèce d’oiseau du continent (Geospiza fortis) a colonisé l’archipel il y a 2 ou 3 ma. Elle s’est différenciée en 14 espèces, chacune se nourrissant d’une manière différente.

Geospiza fortis

Camarhynchus parvulusGeospiza magnirostris

PhotosGros bec adapté au cassage des graines qui tombent au sol. Attrape des insectes avec son

bec.

Camarhynchus pallidus

Utilise une épine de cactus ou une brindille pour trouver termites et autres insectes dans le bois.

1) Évolution des espèces.2) Sur quelques dizaines ou centaines de générations.3) Explicable par la théorie synthétique de l’évolution.

L’apparition de nouvelles espèces se fait par des changements ténus mais cumulatifs dans le pool génique.

MICROÉVOLUTION

1) Évolution des grands groupes taxinomiques : famille, ordre ...2) Sur des millénaires ou des millions d’années.3) Peut s’expliquer par les changements accumulés pendant des milliers

d’épisodes de spéciation mais aussi par d'autres théories que le néodarwinisme.Actuellement on soupçonne les gènes responsables du contrôle de la vitesse du développement des parties du corps de même que ceux qui contrôlent leur emplacement d'avoir un énorme rôle à jouer dans les grands changements évolutifs.

MACROÉVOLUTION

14. De la spéciation à la macroévolution La spéciation se situe à la frontière de la microévolution et de la macroévolution.

Campbell (3e éd.) — Figure 24.15 : 526

Il suffit de modifier légèrement les vitesses de croissance des différentes parties de l'organisme pour changer considérablement la forme de l'adulte.

Modification de la vitesse de croissance

Fœtus de chimpanzé

Chimpanzé adulteLa mâchoire grandit plus vite que les autres os du crâne.

Fœtus humain

Humain adulteMême processus mais moins prononcé

A) Un processus influençant la macroévolution : l’hétérochronieModifications dans la durée et la vitesse du développement.

La croissance du pied chez la salamandre fouisseuse se termine plus tard que pour la salamandre grimpeuse.

Campbell (3e éd. ) — Figure 24.16 : 527

Les organes reproducteurs chez la salamandre axolotl se développent avant la métamorphose. L’organisme conserve son état juvénile (pédomorphose).

Arrêt de croissance

Croissance précoce

Salamandre grimpeuse(doigts plus courts)

Salamandre fouisseuse(doigts plus longs)

Elle est adulte mais conserve ses branchies(un état juvénile)

Campbell (3e éd. ) — Figure 24.17 : 527

Les gènes homéotiques (gènes HOX) sont les gènes architectes des organismes. Ils régissent l’emplacement et l’organisation des parties corporelles (pattes, ailes, antennes, parties florales…). Leur activation est séquentielle ; c’est d’abord le gène 1 qui est mis en activité, puis le 2, le 3 et ainsi de suite. Si le premier ne s’exprime pas, les autres demeurent aussi inhibés. Source

B) Un processus influençant la macroévolution : les gènes homéotiques

Campbell (3e éd. ) — Figure 24.19 : 528

Développement du premier ensemble Hox (-600 ma). Aurait permis le développement selon un axe antérieur-postérieur.

Invertébrés

Duplication de l’ensemble Hox (- 520 ma). Aurait fourni les gènes associés au développement des vertèbres.

Duplication de l’ensemble Hox (- 425 ma). Aurait fourni les gènes associés au développement des mâchoires et des membres.

Premiers vertébrés (sans mâchoires)

Vertébrés (à mâchoires)

De légères modifications du développement embryonnaire via les gènes homéotiques peuvent être la source de changements génétiques majeurs : des monstres prometteurs ou formes innovatrices qui peuvent être appelées à survivre et à engendrer de nouveaux grands groupes évolutifs.

Une mutation homéotique produit une drosophile ayant une authentique pairede pattes à la place des antennes.

Pattes

Antennapedia

Tête

Source

14. L’évolution physique de la terre influence l’évolution biologique (évolution des êtres vivants)

15. L’évolution biologique influence l’évolution physique de la terre

16. Les grands épisodes de l’histoire du vivant17. Les plus anciennes traces de vie seraient des fossiles

de procaryotes18. Les théories explicatives de l'apparition de la vie

a) GÉNÉRATION SPONTANÉEb) ABIOGENÈSE

Partie 3 : Les origines de la vie

14. L’évolution physique de la terre influence l’évolution biologique (évolution des êtres vivants)

Campbell (3e éd.) — Figure 26.20 : 570

Les plaques continentales se déplacent parce que le fond des mers s'étend de part et d'autre des dorsales océaniques (les volcans sous-marins).

1) L’influence du déplacement des plaques tectoniques

À d'autres moments, les plaques s’éloignent. La Pangée a commencé à se scinder, il y a 180 ma et depuis, les continents continuent de s’éloigner. Les groupes évolutifs peuvent alors évoluer de façon distincte. La diversité biologique s’accroît.

Pangée

Gondwana

Laurasie

À certains moments, les plaques se rapprochent. La formation du mégacontinent Pangée, il y a 250 ma, a entraîné des extinctions massives pour plusieurs raisons : • rigueur du climat sur la terre ferme• abaissement des eaux (l’habitat )• changements de circulation des courants océaniques• compétition nouvelle entre espèces qui avaient

auparavant évolué dans l'isolement (élimination des espèces moins compétitrices)

Les marsupiaux seraient apparus en Amérique du nord et se seraient dispersés sur l’ensemble des terres émergées. Lorsque la dérive des continents a isolé l’Australie (50 ma), ils ont continué d’évoluer sur ce continent alors qu’ailleurs ils étaient supplantés par les mammifères placentaires. Il reste cependant des marsupiaux en Ontario, les opossums.

Un exemple de radiation évolutive à cause de l’éloignement des continents

Source

Un exemple d’élimination d’espèces à cause du rapprochement des continents

L’isthme de Panama s’est formé entre les deux Amériques, il y a environ 3 ma. Il a entraîné l’extinction de certaines espèces alors que d’autres se sont mises à prospérer. La majorité des espèces floristiques et d'insectes présentes de nos jours au Panama dérivent de l'Amérique du Sud alors que les mammifères (écureuils, pécaris, chevreuils, tapirs et quelques espèces de carnivores) sont venus du Nord.

L’histoire de la Terre a été ponctuée de périodes de glaciation et de réchauffement.

Lors des glaciations, les glaciers progressent et le niveau des mers chute. Il y a des extinctions massives.

Une douzaine d'épisodes d'extinctions massives sont relatées par les fossiles. Chaque fois, la vie a ressurgi, plus diversifiée et plus complexe, en quelques millions d'années (ma).

Extinction massive du Permien

Extinction des Dinosaures

Tria

s

Crét

acé

Perm

ien

Jura

ssiq

ue

Carb

onifè

re

Dévo

nien

Silu

rien

Paléozoïque MéséozoïqueCéno-zoïquePr

otéo

zoïq

ue

Néog

ène

Ord

ovici

en

Cam

brin

Campbell (3e éd.) — Figure 26.8 : 559

Millions d’années ma

Taux d’extinction

600 500 400 300 200 100 0

Actuellement la planète se réchauffe (augmentation des taches solaires et combustion des combustibles fossiles). Quel en sera l'impact sur la vie ?

2) L’influence des changements de climat sur les vivants

Source

Nombre de familles taxinomiques

L’extinction des dinosaures à la fin du Crétacé (-65 ma) serait peut-être dû à l'impact de plusieurs comètes.

Campbell (3e éd.) — Figure 26.9 : 561

Certains chercheurs croient détenir la preuve que ce cratère a été formé au moins 300 000 ans avant la disparition des Dinosaures.

Donc les dinosaures seraient disparus pour une autre raison…

3) L’influence des impacts extra-terrestres (comètes, astéroïdes)

Cratère de Chicxulub (-65 ma)

1) L’influence de la photosynthèse

Les humains transforment «physiquement» la Terre.

2) L’influence des sociétés humaines

15. L’évolution biologique influence l’évolution physique de la terre

Campbell (3e éd.) — Figure 26.1 : 553

Lors de sa formation, la Terre ne contenait que des traces d’oxygène. Notre atmosphère à 20 % d’O2 (avec sa couche d’ozone, un dérivé de l'oxygène) provient des organismes photosynthétiques.

3) L’influence des communautés animales et végétales

Les communautés écologiques transforment un habitat vide, dénudé de sol, après le passage d’un glacier par exemple, en un habitat riche et rempli d’espèces variées.

Fossiles d’Eucaryotes les plus anciens

Accumulation de dioxygène dans l’atmosphère Fossiles des Procaryotes les plus anciensRoches les plus anciennes

Origine de la Terre

2 200

2 7003 5003 800

4 600

Cén

ozoï

que

Més

ozoï

que

Palé

ozoï

que

Préc

ambr

ien

Phanérozoïque

Archéen

Protérozoïque

Néogène

Paléogène

Crétacé

JurassiqueTrias

Permien

CarbonifèreDévonienSilurien

OrdovicienCambrien

0,01

65,5

251

542

2 500

Campbell (3e éd.) — Tableau 26.1 : 560

HolocènePléistocènePliocèneMiocèneOligocène

ÉocènePaléocène

Début du genre Homo

Radiation adaptative des Mammifères, Oiseaux et Insectes pollinisateurs

Radiation adaptative des Reptiles

Apparition des plantes à fleurs et extinction des Dinosaures

Présence d’Algues et d’Invertébrés à corps mou

Premiers Tétrapodes

Colonisation de la terre ferme par les Végétaux et les Arthropodes

Premiers humains

Domination des Conifères, premiers reptiles mammaliens

Ère Période Époque ma 16. Les grands épisodes de l’histoire du vivant

Tableau des temps géologiques En ligne 1En ligne -2

17. Les plus anciennes traces de vie seraient des fossiles de procaryotes

Campbell (3e éd. ) — Figure 26.11 : 563

STROMATOLITHERoche formée par des couches de sédiments, superposés et fossilisés, abandonnés par les bactéries lorsqu’elles migrent vers la surface. Les sédiments adhèrent aux Procaryotes et les submergent. Ils doivent donc, continuellement, migrer vers le haut pour s’en débarrasser.

Les cyanobactéries sont des bactéries filamenteuses photosynthétiques. Elles libèrent donc du dioxygène. Pour cette raison, on croît qu’il a commencé à s’accumuler sur la Terre, il y a 3,500 ma.

Les bactéries des stromatolithes ressemblent aux cyanobactéries actuelles.

Enfermés dans des stromatolithes «tapis de pierre» retrouvés en Australie et vieux de 3 500 ma : probablement des cyanobactéries.

Stromatolithes du Précambrien «morts». Les formes mortes s’oxydent et prennent des teintes rouges.

Stromatolithes de la baie de Shark Bay, en Australie occidentale «vivants»

Ont commencé à se former, il y a 3 000 ans.Environnement très salin, inhospitalier pour la plupart des formes de vie.Stromatholithes du Québec,

près du pont Champlain

Photo : Bruce Starling

Campbell (3e éd. ) — Figure 26.11 : 563

18. Les théories explicatives de l'apparition de la vie

Par quel processus les premières cellules «originelles» sont-elles apparues ?

Genèse de la vie à partir de la matière inerte et d’un principe actif

Théorie de la génération spontanée

Genèse de la vie à partir de la matière inerte et des conditions de la Terre primitive

Théorie de l‘abiogenèse

A- LA GÉNÉRATION SPONTANÉE

Aristote (384-322 av.JC)La vie apparaît de façon courante à partir de la matière inanimée et d'un principe actif qu'elle contient.

Exemples de génération spontanée tirés de la littérature ancienne

1. En Chine, les bambous génèrent des pucerons.2. En Inde, les mouches naissent des ordures et de la sueur.3. À Babylone, des vers sont engendrés par la boue des canaux.4. En Égypte antique, les grenouilles et crapauds naissent du limon

déposé par le Nil.

Médecin et chimiste flamand On lui doit l’invention du thermomètre, l’invention

du mot « gaz » et la description du CO2. Un des premiers à développer une méthode de

recherche.

Quelques grains de blé + chemise sale imprégnée de sueur (principe actif vital) + humidité + chaleur + 21 jours

Recette de Jean Baptiste Van Helmont (1577-1644) pour faire des souris

• Très ancienne théorie des philosophes grecs : Thalès, Platon...• Aristote réalise la synthèse des idées développées avant lui et érige la

génération spontanée en véritable théorie.• La génération spontanée passe le Moyen Âge et la Renaissance.• La célèbre expérience de Louis Pasteur, en 1862, sonne le glas de la

génération spontanée.

Pour autant que nous le sachions aujourd'hui, tous les organismes sont issus de la reproduction d'organismes préexistants.

La vie vient de la vie = BIOGENÈSE.

Ballon à col de cygne de Pasteur

La théorie de la génération spontanée est très vieille ! LIRE

Source

Imaginons un voyage dans le temps, il y a 4 milliards d’années et des poussières !

Oparin (Russe) et Haldane (Britannique), indépendamment l’un de l’autre ( 1920) émettent l’hypothèse que la vie serait apparue, à partir de la matière inanimée, dans les conditions particulières de la Terre primitive. C’est la théorie de l’abiogenèse.

Présentement, l'abiogenèse serait impossible car les conditions terrestres ont changé. La vie se perpétue « à l’heure actuelle » par biogenèse.

B- L’ABIOGENÈSE

Les conditions de la Terre primitive sont « dantesques » Les conditions de la Terre primitive sont « dantesques » (-4,6 à -4,1 ma)(-4,6 à -4,1 ma)

1. La Terre est chaude et effervescente.2. Elle se refroidit graduellement.3. La croûte terrestre commence à se former.4. La vapeur d’eau se condense et la pluie tombe sans arrêt (déluge

primitif).5. Les mers apparaissent comme des flaques d’eau chaude.6. Le volcanisme et les bombardements météoritiques sont intenses.7. L’atmosphère est formée de gaz échappés des volcans : CH4, NH3,

CO2, CO, H2O, N2, H2, H2S . Il y a peut-être des traces d’O2.

UDL9_21_03a.jpg

De la chaleur provenant de l’activité volcanique, des sources thermales et du rayonnement solaire.

Plusieurs sources Plusieurs sources d’énergie sont présentes.d’énergie sont présentes.

Campbell (image hors-série : 26_x1Lightning_XUP.jpgUn rayonnement UV intense dû à

l'absence de la couche d'ozone.

Des décharges électriques provenant des orages électriques violents.

Source

Source

FORMATION DE MONOMÈRES. FORMATION DE MONOMÈRES. L’atmosphère primitive est réductrice car elle est riche en ions hydrogène. Il cède facilement son électron ce qui est favorable à la formation de liaisons chimiques.

Pendant des millions d’années, des molécules organiques, simples, se des molécules organiques, simples, se forment dans cette atmosphère très réductriceforment dans cette atmosphère très réductrice et sont entraînées dans les océans primitifs par le déluge primordial— des monomères.

Monomères formés dans l’atmosphère et accumulés dans les océans primitifs, des flaques d’eau chaude.

Source

Flamme et ballon empli d’eau(imite les mers chaudes et peu profondes)

Système réfrigérant (imite la pluie)

CH4

NH3

H2

Ballon de gaz(imite l’atmosphère primitive)

Électricité(imite les orages électriques)

Vapeur d’eau

Eau froide

H2O

Un échantillon recueilli après une semaine d’expérience faite sans interruption révèle des acides aminés comme l’alanine de même que des sucres et des acides gras.

Échantillon destiné à l’analyse chimique

Campbell (3e éd.) — Figure 26.2 : 554

Eau contenant des composés organiques

En 1953, Stanley Miller et Harold Urey vérifient l’hypothèse d’Oparin et Haldane en recréant en laboratoire, les conditions de la Terre primitive.

L'atmosphère artificielle de Miller et Urey était sans doute trop réductrice. Plusieurs doutent que l'atmosphère ait joué un rôle important à cause des conditions inhospitalières. Les scientifiques pensent plutôt que les volcans sous-marins qui crachent de l'eau chaude et des minéraux (sources hydrothermales) auraient fourni des matières essentielles.

Un bémol !

Source hydrothermale ou fumeur noir

FORMATION DE POLYMÈRES. FORMATION DE POLYMÈRES. Les monomères accumulés dans les océans primitifs se seraient assemblés en polymères lorsque la pluie, ou des vagues, les auraient déposés sur de la lave chaude ou sur d’autres substrats ayant un certain pouvoir catalytique comme l’argile et la pyrite.Volcan de l’île de la Réunion

Polymérisation par la chaleur Expérience de Sydney Fox Sydney Fox a placé une solution d’acides aminés sur des billes de verre chauffées à 170oC

pendant quelques heures. De longues chaînes d'acides aminés se sont formées : les protéinoïdes de Fox.

Polymérisation par l'argile L’argile présente des sites électriques qui attirent les monomères et les concentrent. Plusieurs de ces sites présentent des atomes métalliques (fer ou zinc). Ces atomes se comportent comme des catalyseurs : ils libèrent des électrons qui favorisent

les réactions de polymérisation des monomères.

Polymérisation par la pyrite Expérience de Günter La pyrite est formée de soufre et de fer. Présente des sites chargés électriquement (comme l'argile). Un peu à la manière de l’argile, la pyrite aurait pu permettre la synthèse de polymères

organiques.

FORMATION DE PROTOBIONTES. FORMATION DE PROTOBIONTES. Dans les mers primitives, les ressacs des vagues mélangent les monomères et les polymères en protobiontes : gouttelettes présentant certaines caractéristiques de la vie. Source

Un protobionte est un regroupement spontané de monomères et de polymères (formés en conditions abiotiques) en gouttelettes délimitées par une membrane lorsque ces monomères s’agitent dans l’eau.

Plusieurs types de protobiontes ont été fabriqués en laboratoire !

Coacervats. Mélange de polypeptides, d’acides nucléiques, de polysaccharides et d’eau.

Liposomes . Mélange de lipides dans l’eau.Campbell (3e éd.) — Figure 26.4 : 556

Microsphères. Mélange de protéinoïdes et d’eau.

Les protobiontes de la soupe primitive ont certaines caractéristiques du vivant mais ne sont pas «encore» vivants ! Par exemple, ce liposome :Membrane ressemblant à celle des cellules : faite de deux couches de lipides, pouvant présenter une forme de sélectivité — se gonfle ou se dégonfle d’eau selon la salinité du milieu, mais aussi une forme d’excitabilité — différence de charge de part et d’autre de la membrane (potentiel de membrane).

Campbell (3e éd.) — Figure 26.4 : 556

Un métabolisme rudimentaire : si le protobionte contient des molécules ayant un certain pouvoir catalytique.

Glucose-phosphate

Amidon

MaltosePhosphate

Maltose

Phosphorylase

Amylase

Une forme de reproduction : les liposomes se scindent en liposomes plus petits lorsqu’ils atteignent une taille instable.

C’est une blague !

Les protobiontes ayant un Les protobiontes ayant un métabolisme rudimentaire métabolisme rudimentaire et dotés de molécules et dotés de molécules capables d’une forme de capables d’une forme de réplicationréplication (probablement de l’ARN) ont pu se ont pu se perpétuer plus que d’autresperpétuer plus que d’autres (sélection naturelle) et et évoluer graduellement en évoluer graduellement en cellules vivantes. cellules vivantes.

Voilà la cellule originelle dont Voilà la cellule originelle dont nous dérivons tous ! Elle s’est nous dérivons tous ! Elle s’est formée il y a 3 650 ma, à 5 formée il y a 3 650 ma, à 5 heures du matin. heures du matin.

Résumé de l’abiogénèse !

1. Formation puis accumulation de monomères et de polymères dans les océans primitifs (évolution biochimique).

2. Formation de protobiontes (évolution pré-biologique).3. Développement des premières vraies cellules grâce au développement

d’une forme de réplication et d’un rudiment de métabolisme via la sélection naturelle des protobiontes (évolution biologique) :• d’abord des hétérotrophes se nourrissant des molécules organiques :

par fermentation (ne requiert pas d’O2)• ensuite des chimioautotrophes fabriquant leur propre nourriture : par

chimiosynthèse (source d’énergie et d’H : substances chimiques)• plus tard des photoautotrophes fabriquant leur propre nourriture : par

photosyntèse (source d’énergie : soleil, source d’H : H2O O2)• et enfin des hétérotrophes se nourrissant des molécules organiques :

par respiration cellulaire (requiert O2)

FIN

Partie 1 :Révision du chapitre 25 : p. 550, concepts 25.1 et 25.2Révision du chapitre 24 : p. 530, concepts 24.1 et 24.2Retour sur les concepts du chapitre 25 : 25.1et 25.2Retour sur les concepts du chapitre 24 : 24.1 et 24.2Autoévaluations du chapitre 25 : 1 et 2Autoévaluations du chapitre 24 : 1 à 11

Partie 2 :Révision du chapitre 26 : p. 573, concepts 26.1 à 26.4Retour sur les concepts : 26.1 (1 et 2), 26.2 (2) et 26.3Autoévaluations du chapitre 26 : 1 , 2, 3, 6, 7, 10