biologie intermédiaire 3 la vie 3

·         devenir mobiles, en utilisant un cil ou un flagelle, spermatozoïde par exemple). Leur flagelle est plus évolué que celui des procaryotes.

Les eucaryotes contiennent plusieurs organites. Ce sont des compartiments cellulaires baignant dans le hyaloplasme. Ils sont délimités par une membrane plasmique (simple ou double) et possèdent des fonctions spécifiques.

·         Le réticulum endoplasmique (RE) est une extension de la membrane du noyau. Il est divisé en RE lisse (REL) et RE rugueux (RER) (parfois appelé RE granuleux REG), en fonction de son apparence au microscope. La surface du RE rugueux est couverte de ribosomes qui insèrent les protéines néosynthétisées dans le RE. Du RE, les protéines sont transportées vers l'appareil de Golgi grâce à des vésicules.

·         L'appareil de Golgi est le lieu de transformation finale des protéines. La glycosylation (ajout de chaînes glucidiques complexes) se réalise à ce niveau.

Les mitochondries jouent un rôle important dans le métabolisme de la cellule. Elles contiennent leur propre petite partie d'ADN (l'ADN mitochondrial). C'est là que se déroulent la respiration cellulaire et la fabrication de l'énergie, l'ATP (Adénosine Triphosphate). Cette énergie est indispensable aux réactions métaboliques.

fig 11:Organisation d'une cellule végétale eucaryote typique

·         Le cytosquelette permet à la cellule de conserver sa forme et à se mouvoir. Il est également important lors de la division cellulaire, et dans le système de transport intracellulaire.

·         Les plastes sont présents dans les plantes et les algues. Les plus connus sont les chloroplastes, dans les cellules d'organismes photosynthétiques, qui convertissent l'énergie lumineuse du Soleil en énergie chimique utilisée pour fabriquer des sucres à partir de dioxyde de carbone (phase sombre de la photosynthèse). Ils contiennent également de l'ADN. Ils sont dérivés de cyanobactéries qui sont devenues symbiotiques.

·         Chez les plantes, les algues et les champignons, la cellule est encerclée par une paroi cellulaire pecto-cellulosique qui fournit un squelette à l'organisme. Des dépositions de composés tels que la subérine ou la lignine modulent les propriétés physico-chimiques de la paroi, la rendant plus solide ou plus imperméable, par exemple.

Les eucaryotes peuvent former des colonies multicellulaires. Ces colonies consistent soit en des groupes de cellules identiques, capables de rester en vie une fois séparées de la colonie principale (par exemple, les champignons), soit en des groupes de cellules spécialisées interdépendantes.

Les archées, bien qu'elles n'aient pas de noyau sont à rapprocher phylogénétiquement des eucaryotes : Archées et eucaryotes possèdent ainsi en commun l'épissage des ARN.

I.4 Evolution et sélection naturelle 

Selon la théorie de l'évolution par sélection naturelle, les êtres vivants sont en constante évolution, les êtres unicellulaires qui ont vécu dans les océans primitifs sur notre Terre seraient à l’origine de tous les êtres qui peuplent la Terre aujourd’hui. Cette évolution se serait faite à la fois pour des raisons matérielles. D’abord l’adaptation au milieu ambiant, dans le but d’améliorer la survie de son espèce, et aussi par le hasard qui gouverne les mutations au sein du patrimoine génétique.

Ceci se résume simplement : la population qui survit dans un milieu, est la population qui est la plus à même de se reproduire et donc de coloniser des territoires voisins. La transmission des gènes d’une génération à une autre assurant la suprématie de cette population. Et au sein même de cette population la sélection naturelle se poursuit en ne laissant se reproduire que les individus les plus résistants ce qui assure l’expansion du patrimoine génétique le plus adapté. Dès ses débuts, cette théorie est très controversée, il faut dire qu’elle va à l’encontre de certains principes religieux ancrés dans la pensée collective. Et on devra attendre les découvertes de la génétique pour pouvoir comprendre le mode de transmission des caractères d’adaptation au milieu.  

La sélection naturelle correspond simplement à un tri des individus les plus aptes à survivre ou à se reproduire, quelle que soit la raison pour laquelle ils possèdent une telle aptitude. Pour induire l'évolution d'un trait biologique particulier dans une population sous l'effet de la sélection naturelle, il faut que ce trait biologique varie d'un individu à l'autre, que cette variation individuelle soit héritable, et que cette variation soit corrélée à celle du succès reproducteur ou de la probabilité de survie des individus.
Remarquons que pour Darwin il était aussi nécessaire que les ressources soient limitées, en fait il se trompait : on peut très bien produire de l'évolution par la sélection naturelle dans une population en croissance exponentielle, par exemple en populations expérimentales de bactéries !

Ernst Mayr a décomposé la théorie darwinienne de la sélection naturelle en cinq propositions d'où découlent trois inférences (MAYR, Ernst, The Growth of Biological Tought: Diversity, Evolution and Inheritance, Mass., Harvard university Press, 1982 ):

Proposition 1

: Toutes les espèces ont une telle fertilité potentielle que leur effectif   s'accroîtrait de manière exponentielle si tous les descendants engendrés se reproduisaient.

Proposition 2

: En dehors des fluctuations saisonnières, la plupart des populations ont normalement une taille stable.

Proposition 3

: Les ressources naturelles sont limitées.

INFÉRENCE 1: La production d'un nombre d'individus trop élevé pour les ressources du milieu entraîne une lutte pour l'existence entre les membres d'une population, et une fraction seulement des descendants survivent à chaque génération.

Proposition 4

: Les caractéristiques des individus d'une population varient énormément; il n'existe pas deux individus identiques.

Proposition 5

: Les variations sont en grande partie héréditaires.

INFÉRENCE 2: Dans la lutte pour l'existence, la survie n'est pas laissée au hasard: elle dépend en partie de la constitution héréditaire. Les individus qui, grâce aux caractères dont ils ont hérité, sont les plus aptes à affronter leur milieu produisent vraisemblablement plus de descendants que les individus moins aptes.

INFÉRENCE 3: Les individus n'ayant pas la même aptitude à la survie et à la reproduction, la population se modifie graduellement, et les caractères favorables s'accumulent au fil des générations.

    La sélection naturelle correspond à l'inégalité des chances de reproduction, et son produit est l'adaptation des organismes à leur milieu. Même si certaines variations ne comportent que des légers avantages par rapport à d'autres, les variations favorables s'accumulent dans une population car, au fil des générations, la sélection naturelle les perpétue au détriment des autres.

    Par conséquent, la sélection naturelle repose sur une interaction entre le milieu et la variabilité inhérente à toute population. Les variations résultent des mécanismes aléatoires de la mutation et de la recombinaison génétique, mais la sélection naturelle quant à elle n'est pas un phénomène aléatoire. Les facteurs du milieu posent des conditions précises au succès reproductif.

    La lutte pour l'existence naît de la production excessive d'individus. La population humaine croît plus rapidement que les ressources. Ce déséquilibre entraîne des souffrances: la maladie, la famine, la misère et la guerre, Il semble que la capacité de se reproduire à l'excès caractérise toutes les espèces. Sur le grand nombre d'œufs pondus, de jeunes mis au monde et de graines disséminées, une petite fraction seulement d'individus terminent leur développement et se reproduisent à leur tour. Les autres sont dévorés, affamés, malades, inféconds ou de quelque autre manière empêchés de se reproduire.

    À chaque génération, des facteurs du milieu favorisent certaines variations héréditaires et en défavorisent d'autres. L'inégalité du succès reproductif fait en sorte que les caractères favorables se répandent davantage que les caractères défavorables dans la génération suivante. Mais la sélection peut-elle réellement causer un changement substantiel dans une population? Darwin répondit par l'affirmative en invoquant la sélection artificielle, le procédé qui consiste à croiser les organismes possédant les caractères qu'on désire perpétuer. Les espèces végétales et animales que nous cultivons et élevons pour nous nourrir ont peu de ressemblances avec leurs ancêtres sauvages.

    Si la sélection naturelle engendre autant de changements en un laps de temps relativement court, se disait Darwin, alors la sélection naturelle devrait produire des modifications considérables sur des centaines ou des milliers de générations. Darwin postulait donc que la sélection naturelle, opérant dans divers contextes et sur de très longues périodes, expliquait l'entière diversité du vivant. Pour Darwin, la nature ne faisait pas de saut: elle accumulait graduellement des changements ténus. Le gradualisme est à la base du darwinisme.

Quelques subtilités de la sélection naturelle

    La sélection naturelle comporte quelques subtilités qu'il convient d'expliquer. La première concerne l'importance des populations dans l'évolution. Pour l'instant, nous définirons une population comme un groupe d'individus interféconds qui appartiennent à une espèce donnée et qui se trouvent dans une même région géographique. La population représente la plus petite unité capable d'évolution. La sélection naturelle met en jeu des interactions entre les individus et leur milieu, mais les individus n'évoluent pas. L'évolution ne peut se mesurer qu'en termes de changement dans les proportions des variations au sein d'une population au cours de générations successives. De plus, la sélection naturelle intervient uniquement sur les variations héréditaires. Nous l'avons vu, un organisme se modifie à la suite de ses expériences, et ses caractères acquis peuvent même favoriser son adaptation au milieu; cependant, rien ne prouve que les caractères acquis se transmettent génétiquement. Nous devons faire la distinction entre les adaptations qu'un organisme acquiert du fait de ses actions et les adaptations innées qui apparaissent graduellement dans une population par sélection naturelle.

    Il faut également souligner que les rouages de la sélection naturelle dépendent du temps et de l'espace; les facteurs du milieu varient d'un endroit à l'autre et d'une époque à l'autre. Ce qui constitue une adaptation dans une situation peut devenir inutile, voire nuisible dans des circonstances différentes.

1.5 Les signes de l'évolution 

 L’évolution laisse des signes observables. Ainsi, l’histoire de la civilisation examine les écrits anciens, mais elle peut aussi reconstituer l’évolution des sociétés en décelant ce qui reste du passé dans les cultures modernes. De même, l’évolution biologique a laissé des traces : elles se trouvent dans les archives géologiques et dans les vestiges historiques que conservent les organismes modernes. Darwin s’appuya principalement sur la biogéographie et sur la paléontologie pour avancer l’idée d’ascendance commune. Mais, la biologie n’a pas cessé de progresser depuis Darwin et les découvertes modernes, notamment celles de la biologie moléculaire, continuent de renforcer l’évolutionnisme.

Biogéographie

    Le concept d’ascendance commune vint d’abord à Darwin par l’étude de la distribution géographique des espèces, la biogéographie. Les îles abritent beaucoup d’espèces endémiques, des espèces indigènes qui ne se retrouvent nulle part ailleurs, mais étroitement apparentées à des espèces du continent le plus proche ou d’une île voisine. Pourquoi les espèces peuplant une île sont-elles plus étroitement apparentées aux espèces du continent le plus proche plutôt qu’à celles d’une île écologique semblable située ailleurs dans le monde (quand bien même l’environnement du continent est parfois fort différent )? L’interprétation darwinienne veut que les espèces modernes habitent dans telle ou telle région parce qu’elles descendent d’ancêtres qui ont vécu là.

Archives géologiques

    Le darwinisme veut que les transitions évolutives laissent des marques dans les archives géologiques. De fait, les paléontologues ont découvert de nombreuses formes de transition qui relient des fossiles anciens aux espèces modernes. Par exemple, une série de fossiles révèle les changements de la forme et de la taille du crâne qui ont marqué la transition des Reptiles aux Mammifères. Chaque année, des paléontologues dévoilent d’importants chaînons reliant les formes contemporaines et leurs ancêtres. Au cours des dernières années, par exemple, les chercheurs ont trouvé des fossiles qui rattachent les Baleines à leurs prédécesseurs terrestres.

Taxinomie

    Bien que fixiste, Linné a fourni à Darwin quelques-unes des preuves les plus décisives à l’appui de l’ascendance commune. En effet, Linné avait reconnu que malgré leur diversité, on pouvait classer les organismes en « groupes subordonnés à d’autres groupes » (selon l’expression de Darwin ). Voici les principales catégories taxinomiques :

    Règne

                Embranchement

                                    Ordre

                                                Famille

                                                            Genre

                                                                        Espèce

Pour Darwin, la hiérarchie linnéenne révélait les ramifications de l’arbre évolutif : les organismes situés aux différents niveaux taxinomiques descendent d’ancêtres communs.

 

 

 

Fig 12 :Exemple d'arbre évolutif

Anatomie comparée

    L’ascendance commune se matérialise dans les ressemblances anatomiques entre les espèces d’une même catégorie taxinomique. Ainsi, les membres antérieurs de l’Humain, du Chat, de la Baleine, de la Chauve-Souris et de tous les autres Mammifères se composent des mêmes éléments osseux, bien que ces appendices remplissent des fonctions fort différentes. La similitude morphologique résultant d’une ascendance commune est appelée homologie, et les structures semblables constituent des structures homologues. L’anatomie comparative s’accorde avec toutes les autres preuves attestant que l’évolution est un processus de modification au cours duquel les structures ancestrales destinées à une fonction se modifient pour en remplir de nouvelles.

 

 

 

Fig 13 : dans l'ordre, homologie homme, chat, cheval, baleine

Embryologie comparée

    Le développement embryonnaire des organismes étroitement apparentés comprend des stades semblables. À ce stade du développement, les ressemblances entre les Poissons, les Grenouilles, les Serpents, les Oiseaux, les Humains et tous les autres Vertébrés ressortent davantage que les différences. L’embryologie comparée parvient souvent à déceler une homologie entre des structures qui se modifient tellement en cours de développement que l’examen de leurs formes adultes ne révélerait pas leur origine commune.

Biologie moléculaire

    Les évolutions évolutives entre les espèces se matérialisent dans leur ADN et dans leurs protéines, autrement dit dans leurs gènes et dans les produits de leurs gènes. Si les séquences de monomères sont semblables dans les gènes et dans les protéines des deux espèces, elles représentent probablement des copies de séquences originales appartenant à un ancêtre commun.

    L’hypothèse la plus audacieuse de Darwin, celle qui voulait que toutes les formes de vie s’apparentent dans une certaine mesure parce qu’elles descendent des mêmes organismes primordiaux, a aussi été confirmée par la biologie moléculaire. La quasi-universalité du code génétique constitue une preuve de plus à l’appui des idées de Darwin.

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