CONCEPTS FONDAMENTAUX DE BIOLOGIE Évolution et Diversité du Vivant (101-NYA-05) Cours 2 (Première partie) CONCEPTS FONDAMENTAUX DE BIOLOGIE Les poupées russes s’emboîtent les unes dans les autres tout comme les niveaux structuraux du vivant. Bernadette Féry Hiver 2007

L’organisation complexe du vivant Les propriétés émergentes Les caractéristiques du vivant La théorie cellulaire Les deux grands types de cellules : procaryotes et eucaryotes La perpétuation de la vie repose sur l’ADN Corrélation entre la structure et la fonction Les domaines du vivant (classification des procaryotes et eucaryotes)

1. L’organisation complexe du vivant L’organisation biologique correspond à une hiérarchie de niveaux structuraux s’édifiant les uns à partir des autres. Cellules Tissus Organes Système Organisme Population Communauté Écosystème Si on casse une roche en plusieurs morceaux, elle garde ses propriétés. Si on altère cette organisation chez un organisme, il peut mourrir. La vie repose sur l’intégrité de ces niveaux structuraux Molécules Atomes Organites

Particules subatomiques Électron, proton, neutron ou toute autre unité fondamentale de la matière Atome Plus petite unité d’un élément qui conserve les propriétés de cet élément Atome d’oxygène Source

Atome Molécules Ensemble d’au moins deux atomes reliés par liaison chimique Molécule de chlorophylle Capte les ondes lumineuses Hydrogène Magnésium Carbone Atome d’oxygène

Organite Regroupement de molécules en une structure ayant un rôle défini (un petit organe dans la cellule) Organite : chloroplaste Organite photosynthétique qui contient la chlorophylle Molécules Carbone Magnésium Hydrogène Molécule de chlorophylle Capte les ondes lumineuses

Cellule Regroupement des organites et des molécules en une unité vivante, capable de se reproduire et jouant un rôle déterminé Cellules de la feuille Organite Organite : chloroplaste Organite photosynthétique qui contient la chlorophylle

Cellule Tissu Regroupement des cellules de même type et exerçant une fonction commune Tissus De l’épiderme et photosynthétique Cellules de la feuille

Organe Regroupement de plusieurs tissus différents accomplissant une tâche précise Feuille Les racines et la tige sont aussi des organes Tissu Tissus De l’épiderme et photosynthétique

Les racines et la tige sont aussi des organes Système conducteur Les tissus du xylème et les tissus du phloème font monter et descendre la sève chez les plantes. Système Regroupement d’organes et de tissus orientés vers une fonction globale Campbell (2eéd. fr) — Figure 35.7 : 787 Feuille Les racines et la tige sont aussi des organes

Système Organisme Regroupement des systèmes, des organes et des tissus en une entité vivante et reproductible Un tremble Système conducteur Les tissus du xylème et les tissus du phloème font monter et descendre la sève chez les plantes. Campbell (2eéd. fr) — Figure 35.7 : 787

Population Ensemble des organismes de la même espèce qui vivent dans une même région Une population de trembles Organisme Un tremble

(ensemble des vivants) Population Communauté Ensemble des populations animales, végétales et microbiennes qui habitent une même région (ensemble des vivants) Une communauté de Tanzanie Population de zèbres Population de graminées Population de gnous Une population de trembles

Regroupement d’une communauté et de son milieu physico-chimique Écosystème Regroupement d’une communauté et de son milieu physico-chimique (les vivants et leur milieu : terre, air, eau) Population de zèbres Population de gnous Population de graminées Un écosystème de Tanzanie Une communauté de Tanzanie

2. Les propriétés émergentes Apparition à chaque niveau d'organisation supérieur, de nouvelles propriétés qui n’existaient pas au niveau inférieur. Quand on grimpe l’échelle biologique, les performances augmentent. Exemple Une cellule endothéliale (constituante des capillaires sanguins) a des propriétés particulières mais seule, elle ne peut rien faire. Associée aux autres cellules endothéliales (tissu), elle devient un véritable tube qui canalise le sang, en absorbe certains produits tout en y déversant certains, aussi. Inspiré de Life, 4e éd., figure 1.2 : 5

Autre exemple Le tissu musculaire de l’estomac se contracte mais, seul, il ne peut exercer sa fonction. Associé aux autres tissus de l’estomac (nerveux, épithélial, conjonctif), il devient pleinement fonctionnel. En se contractant, il mélange les aliments aux sucs digestifs libérés par le tissu épithélial de l’estomac. Les aliments se transforment en bouillie acide. Inspiré de Life, 4e éd., figure 37.10 : 728

3. Les caractéristiques du vivant Campbell (2eéd. fr) — Figure 1.3 : 5 Croissance et développement Ordre Organisation complexe Reproduction Utilisation de l'énergie Réactions aux stimuli de l'environnement Sensibilité Homéostasie Stabilité du milieu interne Évolution et adaptation

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

4. Invention de la théorie cellulaire En 1838, Matthias Schleiden, un botaniste, suggère que tous les tissus végétaux sont faits de cellules. Un an plus tard, le zoologiste Théodore Schwann en arrive à la même hypothèse au sujet des animaux. En 1855, Rudolf Virchow suggère que toute cellule provient d'une autre cellule, préexistante. Ces scientifiques ont mené à la théorie cellulaire  : 1. La cellule est la plus petite entité vivante. 2. Tout être vivant est composé de cellules. 3. Toute cellule provient d'une autre cellule. Source

5. Les deux grands types de cellules Les cellules eucaryotes Plus récentes que les cellules procaryotes (2,5 milliard d'années) Plus grosses que les cellules procaryotes (environ 50 µm) Elles ont un véritable noyau délimité par une membrane Elles ont des organites membraneux Campbell (2eéd. fr) — Figure 7.8 : 119

Les cellules procaryotes Plus anciennes que les cellules eucaryotes (3,5 milliard d'années) Plus petites que les cellules eucaryotes (environ 5 µm) Elles n’ont pas de véritable noyau délimité d’une membrane mais une zone dite nucléoïde constituée d’un seul chromosome fortement replié Elles n’ont pas d’organites membraneux Micrographie d’une bactérie Une bactérie

Cellule procaryote Cellule eucaryote Grosseurs relatives des cellules procaryotes et eucaryotes Cellule procaryote 1 à 10 µm Au microscope électronique Cellule eucaryote 10 à 100 µm Campbell (1eéd. Française) — Figure 1.4 : 7

6. La perpétuation de la vie repose sur l’information héréditaire de l’ADN (acide désoxyribonucléique) La matière s’édifie à partir des instructions de l’ADN (dans le noyau et la zone nucléoïde). L’ADN contient les milliers de gènes de l’individu. L’ADN est héréditaire ; il est transmis des parents aux enfants mais aussi de cellules à cellules. Le message de l’ADN est codé d’où le terme de code génétique. Le code génétique est universel, des bactéries à l’homme (sauf de rares exceptions). Ce sont les gènes qui changent, d’espèces en espèces. L’universalité du code montre que les espèces ont évolué à partir d’un ancêtre commun. Campbell (2eéd. fr) — Figure 1.5 : 7

7. Corrélation entre la structure et la fonction Il y a une corrélation entre la structure (sa forme, son anatomie) et la fonction qu’exerce cette structure (sa physiologie, son fonctionnement), et ce, à tous les niveaux de l’organisation biologique. La forme aérodynamique et la grande surface portante des ailes (structure) permettent le vol (fonction). Les os creux des oiseaux les rendent plus légers (structure) et donc aptes à s’envoler (fonction). Campbell (2eéd.) — Figure 1.6 : 8

Mitochondrie Un corrollaire ! Les prolongements des neurones les rendent aptes à transmettre l’influx nerveux d’un endroit à l’autre du corps. Les replis de la membrane interne augmentent la surface et permettent de contenir plus d’enzymes pour la respiration cellulaire Mitochondrie Un corrollaire ! L’analyse d’une structure biologique nous donne des indices sur sa fonction et vice versa. L’analyse d’une fonction réalisée par une structure nous donne des indices sur la composition de cette structure.

8. Les trois domaines du vivant (archéobactéries, eubactéries et eucaryotes) correspondent à six règnes PROTISTES VÉGÉTAUX EUMYCÈTES ANIMAUX EUCARYOTES (domaine) ARCHÉOBACTÉRIES (domaine) EUBACTÉRIES (domaine) PROCARYOTES Origine de la vie Taggart — p.9

LES CELLULES PROCARYOTES Domaine des Archéobactéries Bactéries des milieux extrêmes Domaine des Bactéries Bactéries Anciennement, tous deux étaient groupés dans le règne des monères. Campbell (2eéd.) — Figure 1.11 : 12

LE DOMAINE DES CELLULES EUCARYOTES Règne des Protistes Algues et protozoaires Stentor est un protozoaire «comme un animal unicellulaire» Règne des Végétaux Règne des Eumycètes Règne des Animaux

FIN DE LA PREMIÈRE PARTIE