Chap III –Biodiversité et parenté des vertébrés

Rappel

Les êtres vivants possèdent de nombreux caractères indiquant une parenté et donc une histoire commune :

-unité chimique

-unité cellulaire structurale et fonctionnelle

-unité génétique (ADN)

Au sein du monde vivant, des organismes présentent un plus grand nombre de caractères communs, ils sont donc plus proche entre eux qu’avec l’ensemble des êtres vivants.

Pb I – Quels sont les différents niveaux de la biodiversité ?

I- La biodiversité à différents niveaux TP 8

La biodiversité est observée à plusieurs échelles :  la diversité  écosystèmes, la diversité génétique au sein des espèces et la diversité des espèces.

A-La diversité des milieux et des écosystèmes TP 8

Bilan

  • Un écosystème se définit par une communauté d’organismes vivants (= la biocénose) en équilibre avec les conditions de l’environnement dans lequel elle vit (= le biotope)

 

a- Les biotopes :

Exemples d’écosystèmes: prairie ; forêt sèche ; forêt d’altitude ; lande ; plein océan ; littoral rocheux ; récif corallien ; sol ; champ cultivé …

Mais aussi : flaque d’eau ; tronc d’arbre ; fromage ; tube digestif animal ou humain.

Bilan :

  • Ils correspondent aux facteurs mesurables de l’environnement (température, altitude, pluviométrie…) et à l’espace occupé.

b- La biocénose :

Les interactions entres espèces sont alimentaires ; coopératives (exemple : symbiose ; pollinisation…) ou compétitives (compétition pour l’occupation du milieu ou pour la nourriture ; parasitisme …)

Bien qu’un biome ne constitue pas un écosystème, à l’échelle de la planète les biomes constituent des zones où les conditions du milieu (biotope) permettent aux espèces présentes des interactions comparables entre elles et avec le milieu

Bilan :

  • La biocénose correspond à une combinaison d’espèces végétales, animales et microbiennes qui interagissent entre elles (chaînes alimentaires – réseaux trophiques) en occupant des fonctions précises = production, consommation, décomposition.
  • De grands types de formations végétales, caractéristiques des grandes zones climatiques de la biosphère constituent des phytocénoses.
  • Les associations d’organismes végétaux, avec la faune qui leur est associée, sont appelés les biomes.

La définition des écosystèmes se fait donc à différentes échelles, la plus grande étant la Terre.

Du pôle à l’équateur se succèdent en bandes parallèles de grands types de formations végétales, caractéristiques des grandes zones climatiques de la biosphère.

Ces phytocénoses (associations d’organismes végétales) constituent, avec la faune qui leur est associée, les biomes.

 

B- La diversité des espèces TP 8

Suivant la définition d’Ernst Mayr (1942), une espèce est un groupe de populations naturelles au sein duquel les individus peuvent, réellement ou potentiellement, échanger du matériel génétique ; toute espèce est séparée des autres par des mécanismes d’isolement reproductif (chez les microorganismes où la reproduction sexuée n’existe pas, la distinction entre les espèces est basée sur la différence de leur patrimoine génétique).

Bilan :

  • Elle correspond au nombre d’espèces vivantes ; à la position des espèces dans la classification du vivant et à la répartition en nombre d’espèces et en effectifs de chaque espèce par unité de surface.
  • La diversité des espèces est directement liée à la génétique .
  • Elle est le résultat de l’évolution.

 

C-La diversité des gènes

Dans un écosystème on a rencontré des groupes d’êtres vivants qui possèdent souvent des caractéristiques communes (ce qui nous a permis de les classer) S’il existe des caractéristiques génétiques communes à deux groupes distincts c’est qu’ils possèdent en commun certains gènes donc qu’ils ont des relations de parenté qui expliquent l’héritage de ces gènes. (voir aussi  chapitre V sur la  nature du vivant et le rôle de l’ADN)

Bilan :

  • Au sein d’une population d’individu chez une espèce, de nombreux gènes existent sous plusieurs versions différentes que l’on nomme des allèles.

Les mutations des gènes sont à l’origine des différents allèles On parle aussi de biodiversité intraspécifique

 

Pb II- Quels sont les caractères partagés par les vertébrés 😕

II- La diversité  des vertébrés

TP 9

TP 9 docs-ANNEXES

TP 9 corrigé

  • Au sein du groupe des vertébrés, on observe une grande diversité.
  • Pourtant les vertébrés représentent une toute petite part de la diversité du vivant, seulement 4% des 950 000 espèces animales connus. Selon les estimations le nombre d’espèces présentes sur Terre varie de 3 à 100 millions. 
  • Le plan d’organisation externe des vertébrés

Bilan :

Les vertébrés présentent une organisation externe générale : 

-le corps est divisé en trois parties : tête, tronc et queue selon l’axe antéro-postérieur.

-le corps présente un axe de polarité dorso-ventral définissant une face ventrale (présence de la bouche) et une face dorsale.

-le corps présente un plan de symétrie bilatérale qui sépare le corps en deux côtés symétrique : côté droit et côté gauche.

 

B Le plan d’organisation interne des vertébrés TP 9

Etude d’un exemple d’organisation interne chez la sardine

  • le cœur est situé à l’avant de la cavité abdominale, dont il est séparé par une cloison,
  • les branchies sont situées à l’avant, sous les opercules,
  • le foie est également situé dans la partie antérieure, en arrière du cœur,
  • le tube digestif forme une boucle (œsophage + estomac + intestin),
  • reliée à l’œsophage par un canal, on trouve une vessie natatoire,
  • les deux reins sont accolés et situés dorsalement,
  • les deux gonades sont situées à la face ventrale des reins, qu’elles recouvrent plus ou moins.

La Souris et la Grenouille disséquées en TP ont une organisation interne semblable .

  • des organes pairs (ex : poumons) disposés de part et d’autre du plan de symétrie bilatérale,
  • des organes impairs (ex : cœur).
  • La position de ces organes le long des axes antéro-postérieur et dorso-ventral est similaire chez chacun d’eux et chez l’ensemble des vertébrés.
  • Le système nerveux central des vertébrés comprend le cerveau (encéphale) et la moelle épinière. Il est situé en position dorsale.
  • Le cœur est situé en position ventrale.

Si on avait disséqué une crevette ou un insecte, qui appartiennent au groupe des arthropodes, on aurait obtenu le schéma suivant : 

  • Le système nerveux est composé d’une chaîne nerveuse ventrale. 
  • Le cœur est en position dorsale.
  • L’organisation interne des arthropodes est très différente de l’organisation interne des vertébrés. Les arthropodes et les vertébrés n’ont pas le même plan d’organisation.

1-­ le squelette interne :

Le squelette des vertébrés est constitué :

-d’un crâne qui protège le cerveau ;

-d’une colonne vertébrale qui protège la moelle épinière et qui est  constituée d’unités qui se répètent : les vertèbres.

– 4 paires de membres : les membres antérieurs et les membres postérieurs.

– Les membres s’insèrent sur la colonne vertébrale au niveau de ceinture. 

La comparaison des membres antérieurs de différents tétrapodes montrent qu’ils présentent tous la même organisation, on parle de membre chiridien.

Cette organisation commune est un indice de la parenté des tétrapodes.

Les tétrapodes possèdent un ancêtre commun qui avait des membres chiridiens.

 

Remarque :

L’organisation plus archaïque des nageoires des poissons comparée à l’organisation des membres des autres vertébrés indique une parenté plus lointaine entre les poissons et les autres vertébrés.

Cette hypothèse est confirmée par l’absence de régions cervicales et pelviennes chez les poissons (voir schéma)

Bilan :

  • Les des vertébrés sont des tétrapodes qui possèdent :
  • Un crâne, une colonne vertébrale et quatre membres (tous sauf les poissons)
  • Les membres des tétrapodes possèdent une organisation très semblable malgré les formes différentes dues aux modes de locomotion adoptés par les différentes espèces.
  • Les différentes parties du membre antérieur sont :
  • – Un « bras » avec un os = l’humérus ;
  • – Un « avant-bras » avec deux os parallèles = le radius et le cubitus ;
  • – Une « main » avec les carpes; les métacarpes et les phalanges

2-­ Le système nerveux 

Bilan :

  • Chez tous les vertébrés, le système nerveux est dorsal. Il a une organisation semblable.
  • L’encéphale (hémisphères cérébraux + cervelet + bulbe rachidien) est logé dans le crâne et la moëlle épinière est protégé par la colonne vertébrale.

3- L’appareil digestif

Bilan :

Chez tous les vertébrés, sans exception :

1- Quel que soit l’appareil ou le système il est composé des mêmes organes.

2- la disposition des appareils et des systèmes est identique et se fait selon les 3 axes de polarités.

  • -Un axe de polarité antéro-postérieur (avant-arrière)
  • -Un axe de polarité dorso-ventral (dos-ventre)
  • -Un plan de symétrie bilatérale (droite-gauche)
  • Ces axes et ce plan se croisent en un seul point et sont perpendiculaires les uns par rapport aux autres.
  • Ces similitudes dans le plan d’organisation sont des arguments qui prouvent que les vertébrés ont des relations de parentés importantes.

III- classification et parenté des vertébrés

A- Classification des vertébrés : TP 10

tp 10_parenté_correc -ok

Remarque : tous les vertébrés qui possèdent 2 paires de pattes (tous les vertébrés sauf les poissons) sont qualifiés de tétrapodes.

Bilan :

-Les vertébrés sont des êtres qui possèdent un squelette osseux organisé autour d’un axe vertébral (colonne vertébrale).

  • Si on se base sur leurs productions épidermiques, les vertébrés peuvent être divisés en 5 classes.
  • – Les Poissons possèdent des écailles libres.
  • – Les Amphibiens ont une peau nue.
  • – Les Reptiles possèdent des écailles soudées.
  • – Les Oiseaux ont des plumes (mais aussi des écailles sur les pattes)
  • – Les Mammifères possèdent des poils.

 

B- Parenté des vertébrés TP 10

Rappel du chapitre précédent : Le partage d’un caractère commun permet de former des groupes de parentés = groupes frères qui forment une ramification sur l’arbre.

Chaque groupe frère possède donc un ancêtre commun, il partage un caractère commun.

Etant donné que toutes les caractéristiques anatomiques, embryologiques ou métaboliques sont le résultat de l’expression de gènes (voir chapitre précédent) on peut donc affirmer que toute innovation évolutive a une origine génétique.

À partir d’un ancêtre commun (L.U.C.A pour Last UniCellular Ancestor) se sont différenciés les trois groupes principaux, les Eubactéries, les Archéobactéries et les Eucaryotes.

Bilan : classification  phylogénétiques

  • Avec les données anatomiques, embryologiques mais aussi moléculaires (comparaison des séquences des gènes ou des séquences des protéines), on peut ainsi établir une classification phylogénétique plus proche de la réalité.
  • Les nouveaux caractères ou innovations ont conduit à la grande biodiversité que l’on observe chez les vertébrés actuels et fossiles.
  • Les espèces qui partagent les mêmes innovations évolutives sont plus proches parentes entre elles qu’avec d’autres espèces.
  • Ces espèces qui partagent les mêmes innovations évolutives forment un groupe dans la classification du vivant.
  • Les arbres phylogénétiques ou arbres de parentés représentent les relations de parentés entre des groupes d’êtres vivants.

 

BILAN : l’ancêtre commun des vertébrès

  • Le plan d’organisation commun à tous les vertébrés est un indice de leur parenté.
  • Les vertébrés partagent donc un ancêtre commun qui avait ce plan d’organisation et qui leur a transmis.
  • Le dernier ancêtre commun à deux groupes frères se situe au nœud à la base de ces deux groupes.

 

Défini-tions Axe de polarité/Axe antéro-postérieur/Axe dorso-ventral/Symétrie bilatérale/ Vertébrés/Ancêtre commun, Arbre phylogénétique, Squelette, crâne, colonne vertébrale (vertèbre), ceinture, membre.
Connai-ssances Savoir reconnaître un Vertébré d’un non Vertébré en observant son squelette
Savoir reconnaître la tête, le tronc, la queue et les membres en observant un squelette de Vertébré
Savoir montrer que les Vertébrés présentent une symétrie bilatérale
Connaître quelques organes pairs et impairs
Savoir expliquer à partir de document pourquoi on peut regrouper les Vertébrés entre eux à partir de la notion d’ancêtre commun
Capa-cités Savoir tracer sur un animal (entier ou squelette) les 3 axes de polarités
Savoir disséquer une grenouille ou/souris ou/poisson et repérer les principaux organes

 

Bilan :

De fait, la richesse d’un milieu et son évolution sont évaluées par :

le nombre d’espèces différentes peuplant un milieu,

le nombre d’individus de chaque espèce.

Un milieu peut être occupé par des espèces végétales, animales et des microorganismes. Toutes jouent un rôle dans la biodiversité.

Conclusion

La biodiversité est à la fois la diversité des écosystèmes, la diversité des espèces et la diversité génétique au sein des espèces.

La biodiversité se modifie au cours

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