A1263200932aqSVc

1
SV2 A Organisation du monde vivant Aix-
Montperrin Année 2006-2007
Introduction à la systématique Larbre du
vivant Caractéristiques de la lignée verte
Caractéristiques des Métazoaires
E. Franquet
2
Introduction à la systématique
3
Les caractéristiques du vivant
- Constitués de cellule(s) unité fondamentale
de la vie
- Capables de recopier par eux mêmes leur
séquence dADN et de propager leur séquence dADN
dans lespace et dans le temps
- Capables de traduire linformation génétique en
protéines enzymatiques ou constitutives.
CES 3 PROPRIETES DAUTONOMIE DEFINISSENT LA VIE
Introduction à la systématique
4
Organisation du monde vivant
Organites
Atomes
Molécules
Cellules
Tissus
Organe
Organisme
Biosphère
Population
Ecosystème
5
Quelques chiffres...
Daprès Lecointre et Le Guyader 1 747 851
organismes vivants
Nombre despèces estimée entre 7 et 100
millions !!!
10 000 nouvelles espèces par année !!!
Introduction à la systématique
6
Quelques définitions
Taxon et taxinomie (ou taxonomie)
Délimitation, description, inventaire et
dénomination des taxons dans un système de
nomenclature scientifique La nomenclature
binominale de LINNE (1750)
TAXONS Les groupes dorganismes définis par la
taxinomie Exemple Espèce Homo
sapiens Genre Homo Famille des
Hominidae Ordre des Primates
Introduction à la systématique
7
Quelques définitions...
La systématique Objectifs 1) TAXINOMIE 2)
Comprendre les relations de parenté entre les
organismes tant vivants que fossiles
PHYLOGENIE 3) Comprendre les mécanismes
dEVOLUTION qui sont à lorigine des espèces
Introduction à la systématique
8
Quelques définitions (suite)
Qui sont les systématiciens ? Biologistes
moléculaires Généticiens Ecologues Naturalistes
Introduction à la systématique
9
La systématique pour faire quoi ?
Rendre intelligible limmense diversité du monde
vivant
Applications
Santé publique lutte contre les épidémies
parasitaires

Agronomie lutte contre des attaques parasitaires
Pharmacie recherche de nouvelles molécules
Ecologie Indicateurs de pollutions
Sciences de lenvironnement reconstruction des
climats
10
Il existe 6 espèce jumelles dans le complexe
Anophèles
11
BIOINDICATEUR Désigne des taxons du fait de leurs
particularités écologiques, constituent l'indice
précoce de modifications biotiques ou abiotiques
de l'environnement dues à des activités humaines.
Exemple IBGN
12
Comment classer les organismes vivants ?
Méthode divisive Diviser lensemble des
organismes suivant des critères prédéfinis, en
répétant cette opération jusquà ce quon arrive
aux seules espèces (Définition Dérivée
dAristote). Chaque étape correspond à un
partage dichotomique dont lun des terme est
défini négativement par rapport à
lautre. Exemple plantes à fleurs/plantes sans
fleurs
Introduction à la systématique
13
Méthode divisive
14
Comment classer les organismes vivants ?
Méthode agglomérative
Rassembler les espèces en différents groupes sur
des critères de similarité, puis réitérer
lopération en prenant comme nouvelle unité les
groupes définis à létape précédente. Dans ce
cas les critères de regroupement sont défini à
posteriori et peuvent être le résultat de
lobservation des organismes
Introduction à la systématique
15
Méthode agglomérative
16
Principe de la systématique cladistique
Objectif classer les espèces en groupes
monophylétiques ou clades un ancêtre et tous
ses descendants.
1 Branche un groupe monophylétique clade
Les clades sont basés sur les SYNAPOMORPHIES
caractères dérivés partagés entre les espèces
(actuelles ou fossiles) connues. Ce sont les
caractères que plusieurs espèces ont hérité dun
ancêtre commun.
Introduction à la systématique
17
Notion de caractères dérivés
Quest ce quun caractère ?
Tout structure observable, sur laquelle on peut
faire une hypothèse dhomologie, a un caractère
particulier (forme, composition biochimique).
Notion dhomologie Lorsquon compare des
organismes de même plan dorganisation, ces
structures entretiennent les même connexions avec
les structures voisines, et ce quelles que soient
leurs formes et leurs fonctions. Elles sont
héritées dun ancêtre commun
Introduction à la systématique
18
(No Transcript)
19
Principe de la systématique cladistique
Synapomorphie
Symplésiomorphie
a
a
a
b
b
Espèces
A
B
C
b
A
B
C
a
b
1er cas caractère ancestral a
2eme cas caractère ancestral b
20
Principe de la systématique cladistique
1 Branche un groupe monophylétique clade
1 noeud Cladogenèse Formation dune nouvelle
lignée
1 groupe est monophylétique si toute espèce lui
appartenant est plus étroitement apparentée à
nimporte laquelle des espèces du groupe quà
tout autre espèce nen faisant pas partie.
21
Principe de la systématique cladistique
Hypothèses les clades proviennent de la
descendance des taxons déjà présents. la
formation dun clade se fait par bifurcation.
les caractères changent progressivement,
notamment sous leffet de la sélection naturelle.
Attributs étudiés anatomiques,
physiologiques embryologiques.
moléculaires basés sur les séquences
génomiques. Calcul des arbres Plusieurs
algorithmes de calcul (Cf S5 module de
systématique phylogénétique)
Introduction à la systématique
22
Larbre du vivant
23
Les 3 EMPIRES (Domaines)
Archées
Eucaryotes
Eubactéries
Procaryotes
Larbre du vivant
24
Arbre phylogénétique universel introduction
Deux avancées ont permis cela Avancée
conceptuelle systématique phylogénétique on
recherche des clades un ancêtre et ses
descendants ayant tous le même caractère dérivé
propre synapomorphie (différent de
symplesiomorphie, caractère commun mais plus
ancien déjà partagé par dautres
clades) Avancée technique biologie
moléculaire permet de comparer des organismes qui
ne se ressemblent pas du tout
Larbre du vivant
25
ARNr 16sAvancée technique biologie moléculaire
permet de comparer des organismes qui ne se
ressemblent pas du tout
Un Ribosome comprends deux sous-unités de tailles
différentes, constituées d'ARNr associés à des
protéines ribosomales. La taille relative,
mesurée par le coefficient de sédimentation (s)
La plus grosse sous-unité (50S chez les
procaryotes, 60S chez les eucaryotes) est
constituée de 2 chaînes ARN (5S 23S / 5S 28S
).
La plus petite sous-unité (30s/40S) contient une
chaîne d'ARN (16S / 18S)
Larbre du vivant
26
REMISE EN
CAUSE DE CETTE CLASSIFICATION
Larbre du vivant
27
Larbre du vivant
28
Quest ce quun grade ?
Un grade est groupe dorganismes ayant une même
organisation générale et un même avancement
évolutif. Le grade peut être paraphylétique par
opposition au clade Exemple Le grade des
reptiles
REPTILES GRADES et non PHYLUM
Larbre du vivant
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Les 3 EMPIRES (Domaines)
Archées
Eucaryotes
Eubactéries
Procaryotes
Larbre du vivant
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Les Eubactéries
Définitions
Structure cellulaire sans noyau structure
PROCARYOTES
Larbre du vivant
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Les Eubactéries
Diversité
9021 espèces (suivant lARN 16S)
La taille des Eubactéries varie de 0,05 µm
(nanobactéries) à 600 µm pour une bactérie
symbiote de lintestin d un poisson-chirurgien
Diversité des ressources énergétiques
Selon les lignées, on trouve
- des phototrophes (tirant leur énergie de la
lumière),
- des chimiotrophes (trouvant leur énergie de
gradients chimiques non organiques),
- des hétérotrophes (trouvant leur énergie dans
la matière organique, qu'elle soit vivante
(parasitisme) ou morte)
- des aérobies ou des anaérobies strictes.
Larbre du vivant
32
Les Eubactéries
Ecologie
Les eubactéries occupent la plupart des milieux,
Elles constituent certainement en nombre de
cellules, et peut-être en masse, la plus grande
partie du vivant.
Elles remplissent des fonctions fondamentales
dans l'écosystème terrestre le cycle de
l'azote ou du soufre. Les mitochondries et les
chloroplastes étant des eubactéries symbiotiques,
cela inclut aussi la photosynthèse et le
métabolisme de l'oxygène (les eubactéries sont à
l'origine de tout l'oxygène de l'atmosphère), et
elles sont donc la porte d'entrée de toute
l'énergie qui fait marcher le vivant.
Elles jouent aussi un rôle prépondérant dans le
recyclage des déchets organiques (Chaîne
doxydation de la matière organique azotée).
Larbre du vivant
33
Les archées
découvertes à la fin des années 1970, par Carl
Woese (l'Université de l'Illinois à Urbana,
États-Unis).
Définitions
Les archéobactéries ou archées ou archeas (du
grec archaios, ancien et backterion, bâton)
constituent un taxon du vivant caractérisé par
des cellules sans noyau, comme les Eubactéries
mais en diffèrent génétiquement et chimiquement
Photo en microscopie électronique de Pyrodictium
connecté par un réseau de fibres protéinique
(Rieger 1995)
Larbre du vivant
34
En quoi les archéobactéries se différencient-elles
des bactéries et des eucaryotes ?
la structure et la chimie des parois cellulaires
atypiques (absence de peptidoglycane classique
chez les bactéries)
leur métabolisme (méthanogènes...)
la présence d'ARN-polymérases inhabituelles,
beaucoup plus complexes que les ARN-polymérases
des bactéries, et étonnamment proches de celles
des eucaryotes.
un chromosome circulaire de type bactérien mais
comportant des gènes en mosaïque similaires à
ceux des eucaryotes.
Larbre du vivant
35
Les Archées
Elles peuvent être sphériques, spirales, en forme
de bâtonnet... Leur taille varie entre 0,1 et 15
µm (filaments jusqu'à 200 µm).
D'un point de vue nutritionnel, elles se
répartissent en de très nombreux groupes, depuis
les chimiotrophes aux organotrophes.
Elles font preuve d'une grande diversité de modes
de reproduction, par fission binaire,
bourgeonnement ou fragmentation.
D'un point de vue physiologique, elles peuvent
être aérobies, anaérobies facultatives ou
strictement anaérobies.
Larbre du vivant
36
Les Archées
Ecologie
Les archéobactéries se développent de préférence
dans des niches extrêmes, où les conditions de
vie sont très difficiles ou impossibles pour la
plupart des autres organismes.
le Pyrobaculum provient de réservoirs profonds de
pétrole chaud. Le Methanopyrus se développe dans
un fumeur en mer profonde (les fluides
hydrothermaux y émergent des chambres magmatiques
à des températures allant de 200C à 350C). Le
Pyrobolus peut proliférer à 113C.
Les Archées méthanogènes vivent dans le rumen des
ruminants, elles produisent du méthane à partir
du CO2 et de lH2
Dans une acidité pH0,
De même, certaines archéobactéries prolifèrent
dans des sels à 30 HALOBACTERIE, elles sont
photosynthétiques
Larbre du vivant
37
Références bibliographiques
Lecointre G., Le Guyader H. 2001. Classification
phylogénétique du vivant. Belin, Paris, 543
pp. Lévêque C. Mounolou J.C. 2001.
Biodiversité. Dunod, Paris, 248 pp. Tassy P.
1998. Larbre à remonter le temps. Latitude,
Paris, 388 pp.
38
Les Eucaryotes
Définition
Les eucaryotes organismes unicellulaires ou
pluricellulaires définis par leur structure
cellulaire. Taille variable de quelque µm à
100m Forme variable
Quelques caractères dérivés propres
1- LADN, sous forme de chromosome, est contenu
dans un noyau, délimité par une membrane nucléaire
2- Les mitochondries assurent la fonction de
respiration
3- La division cellulaire est une mitose
Larbre du vivant
39
Les Eucaryotes
Ecologie
Répartition mondiale, à toutes latitudes,
profondeurs ou altitudes Fondamentalement
Aérobie
Larbre du vivant
40
Les Eucaryotes
Arbre simplifié daprès Lecointre et Le Guyader
p.97
Lignée verte
Champignons
Métazoaires
Lignée brune
Autres Unicellulaires
Larbre du vivant
41
La lignée verte  
Descendant direct de l organisme qui a effectué
la première endosymbiose chloroplastique (une
cyanobactérie)
42
La lignée verte  
Glaucophytes
Rhodobiontes
Algues vertes
Métabiontes
Chlorobiontes
Embryophytes
Larbre du vivant
43
Les Embryophytes
44
Les Champignons  
Larbre du vivant
45
Les Métazoaires
Larbre du vivant

46
Bilatériens        
Deutérostomiens
Protostomiens
Larbre du vivant
47
La lignée brune
Diatomées
Fucus vesiculosus
48
Les autres unicellulaires
49
(No Transcript)
50
Les hypothèses de lancêtre commun LUCA
LUCA Last universal common ancestor
Larbre du vivant
51
situer LUCA sur l'arbre universel, Et les
hypothèses sur la position phylogénétique des
hyperthermophiles.
Larbre du vivant
52
Portrait robot de LUCA possédait un génome à
ADN . était capable dassurer le maintien de
son information génétique les mécanismes
moléculaires doxydation devaient déjà être en
place, malgré un environnement dépourvu doxygène.
53
Chapitre 3 Caractéristiques de la lignée
verte Généralités Les caractéristiques des
Embryophytes
54
La lignée verte  
Glaucophytes
Rhodobiontes
Algues vertes
Métabiontes
Chlorobiontes
Embryophytes
Caractéristiques de la lignée verte
55
La cellule végétale
La cellule végétale se distingue de la cellule
animale par trois caractéristiques cytologiques
majeures Les plastes et pigments
assimilateurs, la paroi et la vacuole
Cellule végétale observée en microscopie optique
(x100).
Caractéristiques de la lignée verte
56
Autotrophie et Photosynthèse
Ils synthétisent leur matière organique à partir
de substances minérales qu'ils puisent dans le
sol (eau et sels minéraux) et dans l'air (carbone
sous forme de CO2).
L'énergie requise à cette synthèse, apportée par
le soleil, est captée par les pigments
assimilateurs (chlorophylles) au cours de la
réaction de photosynthèse que l'on peut résumer
par la formule
nCO2H2O Energie lumineuse -gt CH2On nO2
Caractéristiques de la lignée verte
57
(No Transcript)
58
(No Transcript)
59
(No Transcript)
60
Caractéristiques des Embryophytes
Les tissus végétaux
Alternance de phases chromosomiques
61
Les Embryophytes
62
Les tissus
Les cellules d'un végétal vont se différencier,
se spécialiser pour former différents tissus.
les méristèmes les tissus superficiels les
tissus vasculaires les tissus assimilateurs et
de réserve les tissus de soutien
Coupe transversale tige
La formation des organes et des tissus résultent
de l'activité des méristèmes et a lieu tout au
long de la vie de la plante.
Le regroupement de ces tissus en vue d'assurer
les différentes fonctions donneront naissance aux
organes racines, tiges, feuilles et fleurs.
Caractéristiques des végétaux
63
Les tissus
Totipotentialité et multiplication végétative
Facilité de régénération qui contrebalance
lincapacité de fuir.
Caractéristiques des végétaux
64
Alternance de phases chromosomiques et
alternance de générations
SPOROPHYTE Individu végétal issu d'un oeuf
fécondé, et qui, à maturité, porte des
spores. Le sporophyte est réduit à un sporogone
chez les mousses chez les plantes supérieures,
il constitue la plante presque entière. Cest
le stade diploïde, 2N chromosomes
65
Le gamétophyte est le stade haploïde du cycle
reproductif des plantes. Il produit les gamètes
de la plante. Chaque cellule du gamétophyte
contient un seul lot de chromosomes. Chez les
mousses (Bryophytes), le gamétophyte est
constitué par l'axe feuillé, qui est la partie la
plus visible de la plante. Chez les
angiospermes, plantes à fleur, gamétophyte mâle
est réduit au grain de pollen.
66
Alternance de phases chromosomiques et
alternance de générations
Caractéristiques des embryophytes
67
(No Transcript)
68
Caractéristiques des Animaux (Métazoaires)
Animaux pluricellulaire Mobiles Hétérotrophes
La méiose donne des gamètes et non des
spores Plus ancien fossile connu 680
millions dannées
69
Caractéristiques des Animaux (Métazoaires)
Le nombre de feuillets embryonnaires
Le coelome
Protostomien et deutérostomien
La symétrie
La céphalisation
La métamérie
70
Diploblastiques et triploblastiques
Blastula
Gastrulation
Gastrula
Caractéristique des animaux
71
(No Transcript)
72
(No Transcript)
73
Protostomiens et deutérostomiens
Le tube digestif primitif, l'archenteron,
communique avec le milieu extérieur par le
blastopore.
Toutefois, un tube digestif  normal comporte deux
orifices, la bouche et l'anus.
L'autre extrémité de l'archenteron fusionnera
avec l'ectoderme pour percer ce deuxième orifice.
chez les protostomiens le blastopore deviendra la
bouche de l'adulte, chez les deutérostomiens il
donnera l'anus.
Caractéristique des animaux
74
Les Protostomiens
Autres
75
Exemple de Protostomiens
MONOPHYLETIQUE
Caractéristique des animaux
76
Exemples de deutérostomiens
Ascidie (Urochordés)
Échinodermes
Amphioxus (céphalochordés)
MONOPHYLETIQUE
CHORDES
VERTEBRES
Caractéristique des animaux
77
Symétrie radiée, bilatérale et pentaradiée.
Symétrie de type radiée ou circulaire. Les
animaux sont des sacs avec un orifice, la bouche,
orienté vers le haut et une couronne de tentacule
autour. On ne peux distinguer chez eux ni avant,
ni arrière, ni cotés droits et gauche.
La symétrie bilatérale, caractéristique de tous
les autres animaux, apparaît avec le troisième
Feuillet embryonnaire. N'étant plus limité à une
forme circulaire, les animaux vont pouvoir avoir
une morphologie très variée.
Un groupe d'animaux, les échinodermes (oursins,
étoiles de mer), a abandonné la symétrie
bilatérale pour revenir à une symétrie radiée
d'ordre 5 ou pentaradiée.
Caractéristique des animaux
78
(No Transcript)
79
Triblastiques acoelomates ou coelomates
coelomates
acoelomates
Plathelminthes (vers plats) Némathelminthes (vers
ronds)
NON MONOPHYLETIQUES
Caractéristique des animaux
80
Schémas dacoelomates et Coelomates
81
Céphalisation
Ce phénomène désigne l'importance croissante de
la partie antérieure du corps au cours de
l'évolution.
Pour qu'il ait céphalisation, il faut qu'il y ait
partie antérieure et donc symétrie bilatérale.
Ce phénomène se manifeste de deux façons
1) le regroupement de la plupart des organes
sensoriels dans la partie antérieure, autour de
la bouche
mieux surveiller ce qui y rentre ou de mieux
diriger ses mouvements pour y amener les proies,
Caractéristique des animaux
82
Céphalisation
2) le développement du système nerveux devient
alors inévitable pour traiter toutes les
informations qui proviennent à la tête
Caractéristique des animaux
83
Céphalisation
Caractéristique des animaux
84
Métamérie
Le corps d'un animal métamérisé est constitué
d'une succession de segments (métamères)
clairement discernables.

• Primitivement, les métamère étaient tous
  identiques, ils contenaient
• une portion de tube digestif,
• une portion du tégument,
• une paire d'organe excréteur,
• une portion de système circulatoire
• son ganglion nerveux,
• ses muscles,
• ses glandes et sa paire de gonades (quand
  l'animal en possède des différenciées).
• Les animaux qui se rapprochent le plus de cette
  structure sont les annélides

Les métamères primitivement identiques vont se
spécialiser. Les métamères vont devenir tous
différents aux points que la structure
métamérisée de l'animal n'est plus discernable,
comme c'est le cas chez les mammifères.
Caractéristique des animaux
85
(No Transcript)
86
Conclusions
Une nouvelle approche pour structurer le monde
vivant la cladistique Une complexité résultat
de lévolution Des outils moléculaire et
statistique à développer
87
Connaissances attendues
Les caractéristiques du vivant autonomie du
vivant Structure hiérarchique du vivant Cellule
végétale Savoir utiliser la méthode
cladistique Les tissus des végétaux Le
développement embryonnaire (morula, blastula
Gastrula) Origine thermophile du monde
vivant? LUCA Etre capable de définir et
dillustrer les notions suivantes Systématique Ta
xinomie Monophylie Paraphylie Symplésiomorphie Syn
apomorphie Archéobactérie Eubactérie Procaryotes E
ucaryotes Endosymbiose primaire, secondaire
ARN ribosomaux Grade Phototrophe Chimiotrophe Auto
trophe Hétérotrophes Lignée verte Lignée
brune Métazoaire Eumétazoaires Champignon Chlorobi
ontes Rhodobiontes Spermaphytes Gymnosperme Angios
permes Bryophytes Fougères
Eponges Cnidaires Bilatériens Protostomiens
Deutérostomiens Hyperthermophilie Dernier
ancêtre commun universel Gamétophytes Sporophytes
Coelomates Acoelomates Céphalisation Cérébralisati
on Métamérisation
88
1) Expliquer le principe de la systématique
cladistique (2 points). 2) Quelle sont les trois
branches de larbre universel, pourquoi a t-on
réussi à construire cet arbre (2 points) ? 3)
Quest ce qui caractérise la lignée verte (2
points). 4) Quest ce qui caractérise les
métazoaires (2 points). 5) Compléter cet arbre
(simplifié daprès Lecointre et Le Guyader) en
replaçant  la lignée verte ,  la lignée
brune ,  les autres unicellulaires  et  les
Métazoaires . Donner et placer le 5ème groupe.
Sil y a plusieurs possibilités, donner en une
seule (2 points).
89
Références bibliographiques
Lecointre G., Le Guyader H. 2001. Classification
phylogénétique du vivant. Belin, Paris, 543
pp. Lévêque C. Mounolou J.C. 2001.
Biodiversité. Dunod, Paris, 248 pp. Tassy P.
1998. Larbre à remonter le temps. Latitude,
Paris, 388 pp. http//www.imep-cnrs.com