SV2 A Organisation du monde vivant Aix- Montperrin Année 2006-2007

1. SV2 A Organisation du monde vivant Aix- Montperrin Année 2006-2007 Introduction à la systématique L’arbre du vivant Caractéristiques de la lignée verte Caractéristiques des Métazoaires E. Franquet

2. Introduction à la systématique

3. Croissance et reproduction, réaction à des stimuli, métabolisme, adaptation et évolution Les caractéristiques du vivant - Constitués de cellule(s): unité fondamentale de la vie - Capables de recopier par eux mêmes leur séquence d’ADN et de propager leur séquence d’ADN dans l’espace et dans le temps - Capables de traduire l’information génétique en protéines enzymatiques ou constitutives. CES 3 PROPRIETES D’AUTONOMIE 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... D’après Lecointre et Le Guyader : 1 747 851 organismes vivants Nombre d’espèces 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 d’organismes définis par la taxinomie Exemple : EspèceHomo 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 d’EVOLUTION qui sont à l’origine 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 l’immense 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 l’environnement : 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 l’ensemble des organismes suivant des critères prédéfinis, en répétant cette opération jusqu’à ce qu’on arrive aux seules espèces (Définition Dérivée d’Aristote). Chaque étape correspond à un partage dichotomique dont l’un des terme est défini négativement par rapport à l’autre. Exemple : plantes à fleurs/plantes sans fleurs Introduction à la systématique

13. OUI Critère B NON OUI Critère A NON OUI Critère C NON Méthode « divisive » :

14. Comment classer les organismes vivants ? Méthode « agglomérative » : Rassembler les espèces en différents groupes sur des critères de similarité, puis réitérer l’opération en prenant comme nouvelle unité les groupes définis à l’étape précédente. Dans ce cas les critères de regroupement sont défini à posteriori et peuvent être le résultat de l’observation des organismes Introduction à la systématique

15. Les carrés Les triangles Les losanges Méthode « agglomérative » :

16. A B Groupes paraphylétiques C D 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 d’un ancêtre commun. Introduction à la systématique

17. Notion de caractères dérivés Qu’est ce qu’un caractère ? Tout structure observable, sur laquelle on peut faire une hypothèse d’homologie, a un caractère particulier (forme, composition biochimique). Notion d’homologie : Lorsqu’on compare des organismes de même plan d’organisation, ces structures entretiennent les même connexions avec les structures voisines, et ce quelles que soient leurs formes et leurs fonctions. Elles sont héritées d’un ancêtre commun Introduction à la systématique

18. Membre antérieur des Mammifères Humérus Cubitus Radius Carpe Métacarpe Phalange

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. A Groupe monophylétique B C Groupes paraphylétiques D Groupe monophylétique Principe de la systématique cladistique 1 Branche = un groupe monophylétique = clade 1 noeud = Cladogenèse = Formation d’une nouvelle lignée 1 groupe est monophylétique si: toute espèce lui appartenant est plus étroitement apparentée à n’importe laquelle des espèces du groupe qu’à tout autre espèce n’en faisant pas partie.

21. Principe de la systématique cladistique Hypothèses * les clades proviennent de la descendance des taxons déjà présents. * la formation d’un clade se fait par bifurcation. * les caractères changent progressivement, notamment sous l’effet 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. L’arbre du vivant

23. Les 3 EMPIRES (Domaines) Archées Eucaryotes Eubactéries Procaryotes L’arbre 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 d’autres clades) Avancée technique : biologie moléculaire permet de comparer des organismes qui ne se ressemblent pas du tout L’arbre 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) L’arbre du vivant

26. REMISE EN CAUSE DE CETTE CLASSIFICATION L’arbre du vivant

27. L’arbre du vivant

28. Qu’est ce qu’un grade ? Un grade est groupe d’organismes 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 L’arbre du vivant

29. Les 3 EMPIRES (Domaines) Archées Eucaryotes Eubactéries Procaryotes L’arbre du vivant

30. Fischerella (Eubacteria, Cyanobacteria). Susan M. Barns. Les Eubactéries Définitions Structure cellulaire sans noyau: structure PROCARYOTES L’arbre du vivant

31. Les Eubactéries Diversité 9021 espèces (suivant l’ARN 16S) La taille des Eubactéries varie de 0,05 µm (nanobactéries) à 600 µm pour une bactérie symbiote de l’intestin 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. L’arbre 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 d’oxydation de la matière organique azotée). L’arbre 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) L’arbre 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. L’arbre du vivant

35. Diversité Les archéobactéries constituent un groupe très hétérogène, regroupant peu d'espèces connues (mais la liste augmente). 259 espèces (suivant l’ARN 16S) 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. L’arbre 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 200°C à 350°C). Le Pyrobolus peut proliférer à 113°C. Les Archées méthanogènes vivent dans le rumen des ruminants, elles produisent du méthane à partir du CO2 et de l’H2 Dans une acidité pH=0, De même, certaines archéobactéries prolifèrent dans des sels à 30 % = HALOBACTERIE, elles sont photosynthétiques L’arbre 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. L’arbre 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- L’ADN, 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 L’arbre du vivant

39. Les Eucaryotes Ecologie Répartition mondiale, à toutes latitudes, profondeurs ou altitudes Fondamentalement Aérobie L’arbre du vivant

40. Les Eucaryotes Arbre simplifié d’après Lecointre et Le Guyader p.97 Lignée verte Champignons Métazoaires Lignée brune Autres Unicellulaires L’arbre du vivant

41. ENDOSYMBIOSE PRIMAIRE Chlorobiontes Rhodobiontes La lignée verte   Descendant direct de l’ organisme qui a effectué la première endosymbiose chloroplastique (une cyanobactérie)

42. Unicellulaire avec deux flagelles inégaux Spirogyra La lignée verte   Glaucophytes Rhodobiontes Algues vertes Métabiontes Chlorobiontes Embryophytes L’arbre du vivant

43. Mousse Fougère Hepatica Les Angiospermes Les Conifères Les Embryophytes

44. Mycélium Rond de sorcière Les Champignons   L’arbre du vivant

45. Les Métazoaires L’arbre du vivant

46. Bilatériens   Deutérostomiens Protostomiens L’arbre du vivant

47. La lignée brune Diatomées Fucus vesiculosus

48. Amibe Euglène : Flagellés Cilié : Paramécie Foraminifères Les autres unicellulaires

50. Les hypothèses de l’ancêtre commun : LUCA LUCA : Last universal common ancestor L’arbre du vivant