Chapitre 2 - La nature du vivant

Chapitre 2

La nature du vivant

 

 

         On distingue deux grands groupes de matière :

  • la matière minérale : roches, sels minéraux, eau et gaz.
  • la matière organique, fabriquée par les êtres vivants.

La cellule est l’unité de base constituant tous les êtres vivants. Ceux-ci réalisent des échanges avec leur milieu.

 

Problématique : Comment est constitué le vivant ?

 

I – La parenté entre les espèces :      

         1) Le principe de classification :

Activité 5 : La classification du vivant                                  

Classification en groupes emboîtés, arbre phylogénétique

 

     Malgré leur très grande diversité, les êtres vivants sont classés en groupes emboîtés dont l’existence repose sur le fait que certaines espèces possèdent des caractères communs que les autres espèces ne possèdent pas.

   Voyons cela avec un exemple précis : celui de la classification des végétaux :

- la présence de chlorophylle est un attribut que possèdent certains végétaux : cela justifie de les ranger dans un même groupe : celui des plantes vertes dont font partie les mousses, les fougères, les angiospermes (plantes dites « à fleurs ») et les conifères.

- parmi les plantes vertes, les mousses, les fougères, les angiospermes et les conifères possèdent des tiges alors que les algues n’en ont pas. Le partage de cet attribut justifie de les classer dans un même sous-groupe dont les algues ne font pas partie.

- parmi les plantes vertes à tige, les fougères, les angiospermes et les conifères ont des feuilles avec des nervures : le partage de cet attribut justifie de les classer dans un même sous-groupe, dont les mousses ne font pas partie.

         Au sein de la biodiversité, les espèces qui partagent la même organisation sont plus proches parentes entre elles qu'avec d'autres espèces. Ces espèces, issues d'un même ancêtre commun, forment un groupe de la classification du vivant. 10

 

         2) Diversité et parentés au sein des Vertébrés :    

 

Activité 6 : L'unité d'organisation chez les Vertébrés

Mettre en œuvre un protocole de dissection pour comparer l’organisation de quelques vertébrés.

Manipuler, recenser, extraire et organiser des informations sur l’organisation de quelques vertébrés actuels.

 

                   a) La morphologie des Vertébrés :

 

   Les Vertébrés ont tous un corps bâti selon le même plan général : ils partagent un plan d’organisation morphologique commun. Le corps comporte trois parties, la tête, le tronc et la queue et possède des membres ou des nageoires.

Remarque : L’existence d’une queue n’est pas toujours vérifiée : il existe des exceptions comme les grenouilles et les grands singes Hominoïdes (dont l’Homme fait partie) qui ne possèdent pas de queue.

Les trois parties du corps sont organisées autour de deux polarités :

- la polarité antéro-postérieure : le corps possède une orientation avant/arrière,

- la polarité dorso-ventrale : le corps possède une orientation dos/ventre.

Les deux polarités définissent un plan de symétrie bilatérale : le corps possède donc deux moitiés semblables : la droite et la gauche. Elle est repérable grâce à la présence d’organes pairs.

      Les squelettes de différents vertébrés possèdent une organisation de base commune. On retrouve dans l’organisation du squelette les deux polarités et la symétrie bilatérale.

 

                   b) L’anatomie des Vertébrés :     

   Tous les vertébrés présentent une anatomie comparable. Leurs organes se ressemblent et sont disposés de la même façon par rapport aux axes de polarité du corps :

- l’appareil digestif est en position ventrale de même que le cœur (appareil circulatoire) et les organes respiratoires,

            - le système nerveux central (encéphale et moelle épinière) est en position dorsale. Pour de nombreux appareils on identifie la symétrie bilatérale grâce aux organes pairs. L’appareil digestif est impair, les organes qui le composent sont en positon asymétrique.

                  c) Un plan d’organisation commun : 

 

   Chez les animaux, il existe plusieurs plans d’organisation. Les Vertébrés partagent tous un même plan d’organisation, les insectes partagent tous un même plan d’organisation différent de celui des Vertébrés. Ainsi, malgré leur diversité, les Vertébrés ont un plan d’organisation commun. Cela justifie de les regrouper dans un même ensemble de la classification.

   Lorsque plusieurs espèces partagent un ou des caractères communs exclusifs, c’est-à-dire non partagés par d’autres, on dit qu’elles sont apparentées. Les espèces de Vertébrés sont apparentées par leur plan d’organisation (on peut parler de parenté d’organisation).

 

II – L'unité cellulaire du vivant :

 

Activité 7 : L'unité cellulaire du vivant

A – Les différents types de cellules : Réaliser une préparation microscopique pour distinguer les échelles.

B – La parenté entre les êtres vivants : Comparer des ultra structures cellulaires pour illustrer la parenté entre les êtres vivants.

 

         Tous les êtres vivants sont constitués d’une ou plusieurs cellules. Les cellules eucaryotes (végétaux, animaux et champignons) sont limitées par une membrane plasmique et contiennent :

  • du cytoplasme,
  • un noyau qui renferme l’information génétique,
  • des mitochondries où a lieu la respiration.

 

Les cellules végétales chlorophylliennes contiennent en plus :

  • une paroi (squelette externe),
  • des chloroplastes où se déroule la photosynthèse,
  • une ou plusieurs vacuoles (réserves d’eau).

 

Les cellules procaryotes (bactéries) ne possèdent ni noyau ni d’autres organites délimités par une membrane.

 

L’unité cellulaire des êtres vivants est un indice de leur parenté.

 

 

III – Les transformations chimiques dans la cellule :

 

Activité 8 : Le métabolisme

A – Les types de métabolisme chez les levures

            B – L’influence du substrat.

 

Le métabolisme est l’ensemble des réactions chimiques qui se déroulent à l’intérieur d’une cellule. Au cours de ces réactions, la cellule échange de la matière et de l’énergie avec son environnement. Il existe trois grands types de métabolisme cellulaire :

       - la respiration : la cellule prélève du dioxygène et du glucose pour les transformer en énergie utilisable et rejette de l’eau, du dioxyde de carbone et de la chaleur.

       - la fermentation : en l’absence de dioxygène, la cellule prélève du glucose pour le transformer en énergie utilisable et rejette du dioxyde de carbone, de l’éthanol et de la chaleur.

 

       - la photosynthèse : chez les cellules chlorophylliennes, l’énergie solaire est utilisée pour transformer des molécules minérales (sels minéraux, eau et dioxyde de carbone) en molécules organiques (rejet de dioxygène).

L’énergie issue des réactions métaboliques permet la réalisation des activités cellulaires comme la synthèse de molécules ou les divisions cellulaires.

 

Le métabolisme est soumis à un double contrôle :

- il est influencé par les conditions du milieu (nature du substrat, température, teneur en dioxygène…)

- l’information génétique détermine le type de transformations chimiques réalisables.

 

IV – L’ADN :

 

Activité 9 : L’ADN

A – Extraire l’ADN : Manipuler, modéliser, recenser, extraire et organiser des informations pour mettre en évidence l’universalité de l’ADN.

B – Les caractéristiques de la molécule d’ADN : Approcher la structure de l’ADN et la nature du message codé.

 

         Dans le noyau de toutes les cellules, les chromosomes sont composés d’ADN (Acide DésoxyriboNucléique).

C’est une molécule constituée de deux brins (chaînes) parallèles enroulés en double hélice. Chaque brin est un enchaînement de nucléotides complémentaires :

  • A adénine est toujours associé à T thymine
  • C cytosine est toujours associé à G guanine

 

       L’information génétique est codée par la séquence des nucléotides c’est-à-dire leur succession le long d’une chaîne. Le changement d’un seul nucléotide suffit à changer l’information génétique : c’est une mutation.

 

         La transgénèse permet de transférer un gène (portion d’ADN) d’un organisme donneur vers un organisme receveur qui acquiert alors une nouvelle capacité (Organisme Génétiquement Modifié). L’ADN, langage universel, est donc un indice de la parenté entre les êtres vivants.

V – L'unité chimique du vivant :

 

Activité 10 : L'unité chimique du vivant

BO : Expérimenter, modéliser, recenser, extraire et organiser des informations pour comprendre la parenté chimique entre le vivant et le non vivant.

Mettre en œuvre un processus (analyse chimique et/ou logiciel de visualisation moléculaire et/ou pratique documentaire) pour repérer quelques caractéristiques des molécules du vivant.

 

       Le monde inerte et le monde vivant sont constitués d’éléments chimiques disponibles sur Terre, mais dans des proportions très différentes :                                  

  • le globe terrestre est composé de fer, d’oxygène, de silicium et de magnésium,
  • les êtres vivants sont composés de carbone, d’oxygène, d’hydrogène et d’azote.

Tous les êtres vivants sont constitués

       - d’une grande proportion d’eau (80% en moyenne),

       - de molécules minérales,

- de molécules organiques carbonées :

              * les glucides (C, H, O) représentent la principale source d’énergie pour la cellule.

              * les lipides (C, H, O) constituent des réserves énergétiques, entrent dans la composition des membranes cellulaires et sont impliqués dans la communication hormonale.

                    * les protides (C, H, O, N, S) permettent la réalisation de toutes les fonctions d’une cellule.

L’unité chimique est un indice de la parenté des êtres vivants.