Évolution et Diversité du Vivant

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1 Évolution et Diversité du Vivant
(101-NYA-05) Cours 11 Chapitres 24, 25 et 26 Campbell, 3 e édition LA TAXINOMIE, LA SPÉCIATION ET LES ORIGINES DE LA VIE Bernadette Féry Automne 2008 SOURCE

2 Partie 1 : La taxinomie Taxinomie et biodiversité
Car von Linné est l’inventeur du système taxinomique actuel L’espèce est l'unité de base de la classification en biologie La nomenclature binomiale inventée par Linné est encore en vigueur aujourd’hui Dans la classification, les espèces sont regroupées en groupes de plus en plus généraux : les taxons Les règnes du monde vivant sont divisés en trois domaines Les objectifs de la taxinomie

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

4 2. Linné est l’inventeur du système taxinomique actuel
Naturaliste et médecin suédois ( ) 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 ( ). 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.

5 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.

6 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 familiaris Canis lupus

7 5. Dans la classification, les espèces sont regroupées en groupes de plus en plus généraux : les taxons Un taxon est un groupe d’organismes montrant des points communs. Chaque taxon supérieur englobe les traits distinctifs du taxon inférieur. 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. E G F Présence d’une corde, poils et glandes mammaires et mangent de la viande O C Campbell (2e éd.) — Figure 1.10 : 11 Présence d’une corde, poils et glandes mammaires E Présence d’une corde R Taxon correspondant au règne des animaux 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. D

8 Deux autres félidés : Panthera leo (Lion) et Acinonyx jubatus (Jaguar)
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) Eucaryotes CHAT CHIEN AGARIC MARGUERITE Règne (regroupe les embranchements) Animaux Eumycètes Végétaux Embranchement (regroupe les classes) Cordés Basidiomycètes Anthophytes Classe (regroupe les ordres) Mammifères Homobasidiomycetes Magnoliopsida Ordre (regroupe les familles) 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)

9 6. Les règnes du monde vivant sont divisés en trois domaines
Domaine des bactéries et domaine des archéobactéries Des unicellulaires autotrophes ou hétérotrophes à paroi cellulaire, souvent mobiles. Procaryotes Domaine des eucaryotes Règne des protistes Souvent unicellulaires, souvent paroi cellulaire, souvent mobiles, nutrition autotrophe (algues) ou nutrition hétérotrophe (protozoaires). Règne des mycètes Souvent multicellulaires, paroi cellulaire de chitine, non mobiles, hétérotrophes par absorption. Règne des végétaux Des multicellulaires autotrophes, organes complexes (racines, fleurs…), paroi cellulaire de cellulose, non mobiles. Règne des animaux Des multicellulaires, pas de paroi cellulaire, mobiles, organes complexes, hétérotrophes par ingestion. Images

10 7. Les objectifs de la taxinomie
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. Identifier rapidement une espèce. Situer une espèce par rapport aux autres grâce à des clés d’identification. 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.

11 Partie 2 : La spéciation Deux définitions de l’espèce
Les facteurs d’isolement reproductif maintiennent la limite génétique entre les espèces La spéciation (par cladogenèse et anagenèse) Cladogenèse par spéciation allopatrique : sur un territoire différent de celui de la population mère «autre patrie» Cladogenèse selon le mode sympatrique : sur le même territoire que celui de la population mère «même patrie» Radiation adaptative. De multiples épisodes de spéciation à partir d’un ancêtre commun produisent une explosion de nouvelles espèces.

12 8. Deux définitions de l’espèce
Définition morphologique Se fonde sur des traits anatomiques observables et mesurables. Groupe d’organismes ayant la même apparence. 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. Mais est-ce toujours aussi simple ? Les individus d’espèces différentes ont la même apparence. On y voit une même espèce alors qu’il y en a plus d’une. Campbell : 514 (3e éd.) — Figure 24.03a Sturnelle des prés Sturnelle de l’Ouest

13 Cette définition possède aussi ses limites !
Définition biologique Se fonde sur l’isolement reproductif. Groupe de populations dont les membres peuvent produire, en conditions naturelles, des descendants féconds. Cline de la souris sylvestre Peromyscus maniculatus Cette définition possède aussi ses limites ! Ne convient pas aux organismes à reproduction asexuée (bactéries). Ne convient pas aux fossiles ni aux populations géographiquement séparées car on ne peut vérifier leur capacité à se reproduire. Ne peut être appliquée sans discernement aux sous-populations d’un cline car certaines peuvent s’accoupler et d’autres non. Artemisiae ne peut se reproduire borealis OUI OUI OUI Campbell (1eéd.) — Figure : 459 On considère que toutes ces souris appartiennent quand même à la même espèce puisqu’il existe un courant génétique entre elles.

14 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.

15 9. Les facteurs d’isolement reproductif maintiennent la limite génétique entre les espèces
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. Facteurs prézygotiques Facteurs qui s’exercent avant la formation du zygote Facteurs qui s’exercent après la formation du zygote Zygote Facteurs poszygotiques

16 A- Facteurs prézygotiques
Source Source Isolement écologique Pas dans le même habitat. Le campagnol des rochers vit sur les rochers. Le campagnol des champs vit dans les champs. Isolement temporel Ne se reproduisent pas en même temps. Le doré jaune se reproduit en avril. Le doré noir se reproduit en juin. Source

17 Isolement éthologique Pas le bon comportement.
Les lucioles femelles ne répondent qu’aux signaux spécifiques des mâles de leur espèce. Isolement éthologique Pas le bon comportement. Source Les fous à pieds bleus des Galápagos ne s’accouplent qu’après une parade nuptiale bien précise. Campbell : 516 (3e éd.) — Figure 24.4

18 Principe de la clé et de la serrure.
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. Isolement mécanique Pas la bonne forme Principe de la clé et de la serrure. Source Isolement gamétique Les gamètes mâles et femelles ne se rencontrent pas ou ne survivent pas. Les gamètes libérés par les mâles des poissons ne fécondent que les œufs de leur espèce. Source

19 B- Facteurs postzygotiques
Photos Non-viabilité des hybrides Les zygotes hybrides ne se développent pas normalement ou n’atteignent pas la maturité sexuelle. Ces deux grenouilles s’hybrident occasionnellement. Rana catesbeiana Écoutez (Ouaouaron) Rana pipiens Écoutez (Grenouille léopard du Nord) Stérilité des hybrides Les hybrides ne produisent pas de gamètes fonctionnels. Cheval + ânesse = Bardot Âne + Jument Mulet Cas des cotonniers Déchéance des hybrides La progéniture des hybrides est malingre ou stérile. Gossypium herbaceum

20 10. La spéciation 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. Cladogenèse a) Spéciation par cladogenèse (source de biodiversité) 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. PSC Campbell (3e éd.) — Figure 24.2 : 513

21 b) Spéciation par anagenèse
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. Anagenèse Campbell (3e éd.) — Figure 24.2 : 513

22 11. Cladogenèse par spéciation allopatrique : sur un territoire différent de celui de la population mère «autre patrie» 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… La population scissionniste évolue (dérive génétique, sélection naturelle et mutations) et devient une nouvelle espèce. Le plus important mode de spéciation chez les animaux. Espèce A Barrière géographique, facteurs évolutifs et temps Espèce B Espèce A Campbell (3e éd.) — Figure 24.5 : 518

23 Spéciation «allopatrique» de l'écureuil-antilope dans le Grand Canyon
Spéciation «allopatrique» des poissons Cyprinodontidés dans des points d’eau de la «Death Valley» aux Etats-Unis A. harrisi A. leucurus Barrière géographique Cyprinodon diabolis Campbell (3e éd.) — Figure 24.6 : 518 Death Valley, aux Etats-Unis, a été formé il y a 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.

24 Spéciation allopatrique en voie de réalisation : l'anneau d'espèces
Un anneau d'espèces se déploie en plusieurs populations autour d'une vaste barrière géographique (montagnes, vallée, désert, étendue d'eau). Les populations locales ne sont pas isolées génétiquement des autres populations mais elles ont tendance à se reproduire entre elles (endogamie). La dérive génétique, la sélection naturelle et les mutations favorisent la divergence génétique entre les populations de l'anneau. 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. Plusieurs biologistes considèrent que ces populations « non reproductibles » font quand même partie de la même espèce puisqu'il existe un flux génétique entre elles. Population mère Campbell (2e éd. ) — Figure 24.8 : 511 Les populations sont redevenues sympatriques et ne sont pas reproductibles : la spéciation a eu lieu. Les populations sont redevenues sympatriques et sont reproductibles : la spéciation n’a pas eu lieu. Populations allopatriques

25 Un exemple d’anneau d’espèces
La Salamandre variable «Ensatina eschscholtzii»forme un anneau à peu près continu de (7) sous-espèces autour de la Vallée de San Joaquin. Dans les parties septentrionale et centrale de l’anneau, les populations sont interfécondes comme si elles appartenaient à une espèce unique. oregonensis Source oregonensis platensis croceater xanthoptica 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. Klauberi Campbell (2e éd.) — Figure 24.9 : 511 De belles photos de chacune des espèces

26 12. Cladogenèse par spéciation sympatrique : sur le même territoire que celui de la population mère «même patrie» 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. La population, isolée sexuellement, évolue et devient en peu de temps une nouvelle espèce. Le plus important mode de spéciation chez les végétaux. Espèce A Isolement reproductif, facteurs évolutifs et temps «assez court» Espèce B Campbell (3e éd.) — Figure 24.5 : 518 Espèce A

27 a) Spéciation sympatrique par polyploïdie chez les plantes
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 Les gamètes diploïdes se fécondent et produisent un hybride, viable et fécond, le premier d’une nouvelle espèce C. Un rameau tétraploïde apparaît sur la plante parce qu’une cytocinèse ne se produit pas. Cette branche produit des fleurs dont les gamètes seront diploïdes. Chaque cellule de la plante est diploïde au départ. 2n = 6 2n = 6 4n = 12 (Tétraploïde) 4n = 12 Campbell (3e éd.) — Figure 24.8 : 520

28 Cas d’allopolyploïdie : deux espèces végétales impliquées
Hybride stérile à (7) chromosomes qui se reproduit de façon asexuée pendant plusieurs générations. Espèce A 2n = 4 Gamète diploïde à 4 chromosomes Gamète diploïde à 7 chromosomes Espèce C 2n = 10 Non disjonction Non disjonction Hybride viable et fécond, le premier d’une nouvelle espèce C. n = 3 n = 3 Gamètes normaux Espèce B 2n = 6 Campbell (3e éd.) — Figure 24.9 : 520

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

30 13. Radiation adaptative (fréquente dans les archipels)
De multiples épisodes de spéciation à partir d’un ancêtre commun produisent une explosion de nouvelles espèces. Argyroxiphium sandwicense 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». O’ahu 3,7 ma Maui 1,3 ma Dubautia laxa Kaua’i 5,1 ma Hawaii 0,4 ma Dubautia waialealae Dubautia scabra Dubautia linearis Radiation adaptative dans les îles hawaïennes Une plante de l’Amérique du Nord a colonisé l’archipel (- 5 ma) et s’est différenciée en 28 espèces. Campbell (3e éd.) — Figure : 523

31 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. Camarhynchus pallidus Geospiza fortis Geospiza magnirostris Utilise une épine de cactus ou une brindille pour trouver termites et autres insectes dans le bois. Camarhynchus parvulus Gros bec adapté au cassage des graines qui tombent au sol. Attrape des insectes avec son bec. Photos

32 14. De la spéciation à la macroévolution
La spéciation se situe à la frontière de la microévolution et de la macroévolution. MICROÉVOLUTION Évolution des espèces. Sur quelques dizaines ou centaines de générations. 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. MACROÉVOLUTION Évolution des grands groupes taxinomiques : famille, ordre ... Sur des millénaires ou des millions d’années. 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.

33 A) Un processus influençant la macroévolution : l’hétérochronie
Modifications dans la durée et la vitesse du développement. Modification de la vitesse de croissance Il suffit de modifier légèrement les vitesses de croissance des différentes parties de l'organisme pour changer considérablement la forme de l'adulte. Chimpanzé adulte La mâchoire grandit plus vite que les autres os du crâne. Fœtus de chimpanzé Humain adulte Même processus mais moins prononcé Campbell (3e éd.) — Figure : 526 Fœtus humain

34 Salamandre fouisseuse (doigts plus longs) Salamandre grimpeuse
Arrêt de croissance Campbell (3e éd. ) — Figure : 527 La croissance du pied chez la salamandre fouisseuse se termine plus tard que pour la salamandre grimpeuse. Salamandre fouisseuse (doigts plus longs) Salamandre grimpeuse (doigts plus courts) Elle est adulte mais conserve ses branchies (un état juvénile) Croissance précoce Les organes reproducteurs chez la salamandre axolotl se développent avant la métamorphose. L’organisme conserve son état juvénile (pédomorphose). Campbell (3e éd. ) — Figure : 527

35 B) Un processus influençant la macroévolution : les gènes homéotiques
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 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. Premiers vertébrés (sans mâchoires) Duplication de l’ensemble Hox (- 425 ma). Aurait fourni les gènes associés au développement des mâchoires et des membres. Vertébrés (à mâchoires) Campbell (3e éd. ) — Figure : 528

36 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. Source Une mutation homéotique produit une drosophile ayant une authentique paire de pattes à la place des antennes. Pattes Tête Antennapedia

37 Partie 3 : Les origines de la vie
L’évolution physique de la terre influence l’évolution biologique (évolution des êtres vivants) L’évolution biologique influence l’évolution physique de la terre Les grands épisodes de l’histoire du vivant Les plus anciennes traces de vie seraient des fossiles de procaryotes Les théories explicatives de l'apparition de la vie GÉNÉRATION SPONTANÉE ABIOGENÈSE

38 L’évolution physique de la terre influence l’évolution biologique (évolution des êtres vivants)
1) L’influence du déplacement des plaques tectoniques 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). 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) Pangée Laurasie 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. Gondwana Campbell (3e éd.) — Figure : 570

39 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. 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

40 2) L’influence des changements de climat sur les vivants
Source 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). Millions d’années ma Nombre de familles taxinomiques Extinction massive du Permien Taux d’extinction Extinction des Dinosaures Actuellement la planète se réchauffe (augmentation des taches solaires et combustion des combustibles fossiles). Quel en sera l'impact sur la vie ? Silurien Dévonien Carbonifère Permien Jurassique Crétacé Néogène Cambrin Ordovicien Trias Protéozoïque Céno- zoïque Paléozoïque Méséozoïque Campbell (3e éd.) — Figure 26.8 : 559

41 3) L’influence des impacts extra-terrestres (comètes, astéroïdes)
L’extinction des dinosaures à la fin du Crétacé (-65 ma) serait peut-être dû à l'impact de plusieurs comètes. Cratère de Chicxulub (-65 ma) Campbell (3e éd.) — Figure 26.9 : 561 Certains chercheurs croient détenir la preuve que ce cratère a été formé au moins ans avant la disparition des Dinosaures. Donc les dinosaures seraient disparus pour une autre raison…

42 15. L’évolution biologique influence l’évolution physique de la terre
1) L’influence de la photosynthèse 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. 2) L’influence des sociétés humaines Les humains transforment «physiquement» la Terre. 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. Campbell (3e éd.) — Figure 26.1 : 553

43 16. Les grands épisodes de l’histoire du vivant
Ère Période Époque ma Holocène Pléistocène Pliocène Miocène Oligocène Éocène Paléocène 0,01 65,5 251 542 2 500 Premiers humains Néogène Paléogène Crétacé Jurassique Trias Permien Carbonifère Dévonien Silurien Ordovicien Cambrien Début du genre Homo Cénozoïque Radiation adaptative des Mammifères, Oiseaux et Insectes pollinisateurs Apparition des plantes à fleurs et extinction des Dinosaures Mésozoïque Phanérozoïque Domination des Conifères, premiers reptiles mammaliens Radiation adaptative des Reptiles Tableau des temps géologiques En ligne 1 En ligne -2 Premiers Tétrapodes Paléozoïque Colonisation de la terre ferme par les Végétaux et les Arthropodes Protérozoïque Présence d’Algues et d’Invertébrés à corps mou 2 200 2 700 3 500 3 800 4 600 Fossiles d’Eucaryotes les plus anciens Accumulation de dioxygène dans l’atmosphère Fossiles des Procaryotes les plus anciens Roches les plus anciennes Origine de la Terre Précambrien Archéen Campbell (3e éd.) — Tableau 26.1 : 560

44 17. Les plus anciennes traces de vie seraient des fossiles de procaryotes
Enfermés dans des stromatolithes «tapis de pierre» retrouvés en Australie et vieux de ma : probablement des cyanobactéries. STROMATOLITHE Roche 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 bactéries des stromatolithes ressemblent aux cyanobactéries actuelles. 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. Campbell (3e éd. ) — Figure : 563

45 Ont commencé à se former, il y a 3 000 ans.
Stromatolithes du Précambrien «morts». Les formes mortes s’oxydent et prennent des teintes rouges. Campbell (3e éd. ) — Figure : 563 Stromatolithes de la baie de Shark Bay, en Australie occidentale «vivants» Ont commencé à se former, il y a ans. Environnement très salin, inhospitalier pour la plupart des formes de vie. Stromatholithes du Québec, près du pont Champlain Photo : Bruce Starling

46 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 des conditions de la Terre primitive Théorie de l‘abiogenèse Genèse de la vie à partir de la matière inerte et d’un principe actif Théorie de la génération spontanée

47 A- LA GÉNÉRATION SPONTANÉE
Aristote ( 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 En Chine, les bambous génèrent des pucerons. En Inde, les mouches naissent des ordures et de la sueur. À Babylone, des vers sont engendrés par la boue des canaux. En Égypte antique, les grenouilles et crapauds naissent du limon déposé par le Nil. Recette de Jean Baptiste Van Helmont ( ) pour faire des souris Quelques grains de blé + chemise sale imprégnée de sueur (principe actif vital) + humidité + chaleur + 21 jours 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.

48 La théorie de la génération spontanée est très vieille !
LIRE 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. Ballon à col de cygne de Pasteur 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. Source

49 B- L’ABIOGENÈSE 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. Imaginons un voyage dans le temps, il y a 4 milliards d’années et des poussières !

50 Les conditions de la Terre primitive sont « dantesques » (-4,6 à -4,1 ma)
UDL9_21_03a.jpg La Terre est chaude et effervescente. Elle se refroidit graduellement. La croûte terrestre commence à se former. La vapeur d’eau se condense et la pluie tombe sans arrêt (déluge primitif). Les mers apparaissent comme des flaques d’eau chaude. Le volcanisme et les bombardements météoritiques sont intenses. 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.

51 Plusieurs sources d’énergie sont présentes.
De la chaleur provenant de l’activité volcanique, des sources thermales et du rayonnement solaire. Source Des décharges électriques provenant des orages électriques violents. Campbell (image hors-série : 26_x1Lightning_XUP.jpg Un rayonnement UV intense dû à l'absence de la couche d'ozone. Source

52 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. Monomères formés dans l’atmosphère et accumulés dans les océans primitifs, des flaques d’eau chaude. Source Pendant des millions d’années, des molécules organiques, simples, se forment dans cette atmosphère très réductrice et sont entraînées dans les océans primitifs par le déluge primordial— des monomères.

53 En 1953, Stanley Miller et Harold Urey vérifient l’hypothèse d’Oparin et Haldane en recréant en laboratoire, les conditions de la Terre primitive. Ballon de gaz (imite l’atmosphère primitive) CH4 H2 Vapeur d’eau NH3 Électricité (imite les orages électriques) 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. Système réfrigérant (imite la pluie) Eau froide Eau contenant des composés organiques H2O Flamme et ballon empli d’eau (imite les mers chaudes et peu profondes) Échantillon destiné à l’analyse chimique Campbell (3e éd.) — Figure 26.2 : 554

54 Un bémol ! 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. Source hydrothermale ou fumeur noir

55 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.

56 Plusieurs types de protobiontes ont été fabriqués en laboratoire !
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 Plusieurs types de protobiontes ont été fabriqués en laboratoire ! 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. Liposomes . Mélange de lipides dans l’eau. Coacervats. Mélange de polypeptides, d’acides nucléiques, de polysaccharides et d’eau. Microsphères. Mélange de protéinoïdes et d’eau. Campbell (3e éd.) — Figure 26.4 : 556

57 Les protobiontes de la soupe primitive ont certaines caractéristiques du vivant mais ne sont pas «encore» vivants ! Par exemple, ce liposome : Un métabolisme rudimentaire : si le protobionte contient des molécules ayant un certain pouvoir catalytique. 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). Glucose-phosphate Phosphorylase Amidon Amylase Phosphate Maltose Campbell (3e éd.) — Figure 26.4 : 556 Une forme de reproduction : les liposomes se scindent en liposomes plus petits lorsqu’ils atteignent une taille instable. Maltose

58 Les protobiontes ayant un métabolisme rudimentaire et dotés de molécules capables d’une forme de réplication (probablement de l’ARN) ont pu se perpétuer plus que d’autres (sélection naturelle) et évoluer graduellement en cellules vivantes. Voilà la cellule originelle dont nous dérivons tous ! Elle s’est formée il y a ma, à 5 heures du matin. C’est une blague !

59 Résumé de l’abiogénèse !
Formation puis accumulation de monomères et de polymères dans les océans primitifs (évolution biochimique). Formation de protobiontes (évolution pré-biologique). 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)

60 FIN Partie 1 : Révision du chapitre 25 : p. 550, concepts 25.1 et 25.2 Révision du chapitre 24 : p. 530, concepts 24.1 et 24.2 Retour sur les concepts du chapitre 25 : 25.1et 25.2 Retour sur les concepts du chapitre 24 : 24.1 et 24.2 Autoévaluations du chapitre 25 : 1 et 2 Autoévaluations du chapitre 24 : 1 à 11 Partie 2 : Révision du chapitre 26 : p. 573, concepts 26.1 à 26.4 Retour sur les concepts : 26.1 (1 et 2), 26.2 (2) et 26.3 Autoévaluations du chapitre 26 : 1 , 2, 3, 6, 7, 10