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Evolution et diversitédes végétaux
François Bretagnolle (E.mail Francois.bretagnolle @u-bourgogne.fr)
Introduction
• 1 - Le monde des végétaux
• 2 - Qu’est ce qu’un organisme végétal?
• 3 - Notions de classification
Classification dichotomique : Toute forme vivante est soit animale, soit
végétale
Introduction - 1
1 -Le monde des végétaux
Introduction - 1
Les plantes à fleurs…
Les Angiospermes (250 000 sp.)
Introduction - 1
Les pins et les sapins…etc.
Les Gymnospermes (1000 sp.)
Introduction - 1
Les fougères…
Les Ptéridophytes (10 000 sp.)
Introduction - 1
Les lycophytes (1 200 sp.)
Introduction - 1
Les mousses (10 000 sp.) …
Les Bryophytes
Introduction - 1
Les anthocérotes et les hépatiques (6 000 sp.)
Introduction - 1
Les Bryophytes
Les algues…(150 000 sp.)
Introduction - 1
Des bactéries
Cyanobactéries (2 000 sp.)
Introduction - 1
Introduction - 1
ET LES CHAMPIGNONS?
2 – Qu’est ce qu’un organisme végétal?
Un organisme qui est vert ?
Introduction - 1
Introduction - 1
Tous les organismes verts ne sont pas des végétaux
Tous les végétaux ne sont pas verts
Introduction - 1
Vert comme chlorophylle aIntroduction - 1
Tous les organismes végétaux possèdent de la chlorophylle a
Définition
Organisme procaryote ou eucaryoteautotrophe, pratiquant une photosynthèse oxygénique
Introduction - 2
Cellule procaryote
Cellule eucaryote
Introduction - 2
Autotrophes: Capables de se nourrir par eux-mêmes
Utilisent des molécules simples (H2O, CO2, NO3-)
Trophê = Nourriture
Hétérotrophes: Se développent à partir de molécules élaborées (protéines,
lipides, glucides) (certaines bactéries, champignons, animaux)
Introduction - 2
Principe de la photosynthèse
Introduction - 2
Réaction universelle de la photosynthèse
Molécule donneur d'électrons + Source de carbone + ΣΣΣΣ solaire
Biomolécules (CHOH)n + Résidus
Photosynthèse: Convertir ΣΣΣΣ lumineuse
en ΣΣΣΣ chimique
Introduction - 2
Photosynthèse anoxygénique(bactérienne)
H2S (ou autres) + CO2 + ΣΣΣΣ solaire
Biomolécules (CHOH)n + S2
Introduction - 2
Photosynthèse oxygénique(photosynthèse des végétaux)
H2O + CO2 + Energie solaire
Biomolécules (CHOH)n + 02
Introduction - 2
Algues → Plantes à fleurs: Photosynthèse dans les chloroplastes
Plusieurs membranes (2 ou 3 ou 4)
Chlorophylles et autres pigments
ADN
ThylacoïdeGranum
Introduction - 2
Photosynthèse = D’abord une histoire de pigments
Ces pigments sont nécessaires pour capter
l’énergie lumineuse
Introduction - 2
• Chlorophylle a: Pigment principal• Autres Chlorophylles (Chl-b, Chl-c, Chl-d)
• Caroténoïdes: Antioxydants protecteurs des chlorophylles
• Phycobilines: Pigments associés à des protéines
Les pigments de la photosynthèseIntroduction - 2
Tous les autres pigments (chlb, c, d , caroténoïdes ...etc.) → Pigments
accessoires
Captent l'Σ à d'autres longueurs d'ondes
Transmettent toujours à une Chl a
Introduction - 2
Introduction - 2
Antenne collectrice (250 à 400 molécules de Chla
Photosystème
Centre réactionnel
ChlaChlaH2O
H+ H+
½ O2
e-
Cascade électronique
Introduction - 2
3 - Notions de classification
Diversité du vivant
• ≥ 2 (10-15) millions d’espèces connues
• Groupes entiers très peu décrits (insectes, arachnides, algues, bactéries…etc.)
• Probablement 10 millions d’espèces
Comment classer cette diversité?
Introduction - 3
Taxonomie
Système d’ordre hiérarchique pour nommer et classer les espèces
Classification hiérarchisée
Des critères (objectifs ou subjectifs) de ressemblance pour la taxonomie
Introduction - 3
Classification d’Aristote
• Classification dichotomique: Forme vivante animale ou végétale
• Échelle de complexité croissante de l’âme
• Matière inanimée < plantes < éponges < méduses < mollusques …< mammifères < homme
Introduction - 3
Renaissance
• Nbre sp. décrites ↑
• Découverte des nouveaux mondes
• Classification et systématique pour les êtres vivants s’impose
Introduction - 3
Linné (1707-1778)
• Classification actuelle des êtres vivants
• Système binomial• Taxon = Nom de genre + nom d’espèce
(Homo sapiens, Bellis perennis)
• Organismes groupés en rangs taxonomiques plus vastes = Hiérarchique
Introduction - 3
Classification de Linné
• Base de la classification = Espèce• Espèces → Genres• Genres → Familles• Familles → Ordres• Ordres → Classes• Classes → Embranchements• Embranchements → Règnes
Introduction - 3
Cette classification est encore utilisée actuellement
Catégorie Chène rouge Adresse postale
Règne Plantae Pays
Embranchement (Phylla)
Anthophyta Département
Classe Angiospermae Ville
Ordre Fagales Rue
Famille Fagaceae N°°°° rue
Genre Quercus Nom
Espèce rubra prénom
Introduction - 3
Règne animal
Etres ingérant de la nourriture
Règne végétal
Plantes, champignons
CRYPTOGAMA
Algae = Les algues
Fungi = Les champignons
Bryophyta = Les mousses
Pteridophyta = Les fougères
PHANEROGAMA
Gymnospermae = Ovules nus
Angiospermae = Ovules enveloppés
ThallophytesPas de différenciation en organes dans la plante
CormophytesDifférenciation
d'organes en racines, tiges et feuilles
Introduction - 3
Taxonomie évolutive
• Linné: Conception statique du monde
• Espèce = Immuable• Peut donc être classée sans erreur
possible suivant le plan divin
• Fin du 19 ème: Théorie de l’évolution(Darwin)
Introduction - 3
Darwin
Les différences biologiques entre deux espèces sont apparues au cours du temps àcause de la descendance avec modification c’est-à-dire des divergences évolutives à
partir d’un ancêtre commun sous l’influence de la sélection naturelle
Introduction - 3
Conséquences
Les espèces sont liées entre elles par leur généalogies
Arbre du vivant (tree of life)
Il faut intégrer cette information dans la taxonomie
Introduction - 3
Haeckel 1866
Arbre évolutif → Visualiser l’évolution à partir d’un ancêtre
commun
Phylogénie → La (vraie) relation entre un groupe (grec
= phyla)
Introduction - 3
Temps
Espèce fossile connue
Lignée fossile inconnue
Lignée fossile connue
A DB C E Espèces actuelles
Introduction - 3
Classification de Whitthaker(1969)
Deux domaines et 5 règnes
MoneraBactéries et
archébactéries
PROCARYOTES EUCARYOTESProtistaPlanta FungiAnimalia
Protistes: Groupe artificielTout eucaryote unicellulaire, colonial ou pluricellulaire qui
n’est ni une plante verte, ni un animal (métazoaire), ni un champignon supérieur
Introduction - 3
La révolution de la technologie de l'ADN et son apport dans la phylogénie des
êtres vivants
• Bcp de classification basées sur séquences d’ADN
• Mutations = Régulières, constantes et aléatoires
• Plus deux espèces sont séparées depuis longtemps, plus leur séquences sont différentes
Introduction - 3
Woese et Fox (1977)
Classer les bactéries → Séquences non codante d’ADN ribosomique
2 branches: Eubactéries et Archées
Introduction - 3
Methanobacteriumformicicum
Halobacterium volcaniiSulfolobussolfataricus
Archées
Escherichia coli
Zea mays mitochondrie
Zea mays chloroplaste
Bacilus subtilis
Homo sapiens
Zeamays
Saccharomyces cerevisiae
Euglena gracilis
EubactériesEucaryotes
Introduction - 3
Autant de différence (divergences) entre eubactéries et archées qu’entre eucaryotes
et eubactéries !!!
3 domaines de la vie: Archée, Eubactérie, Eucaryotes
Introduction - 3
Biolipides fossiles associés aux eucaryotes
LE TEMPS EN MILLIARDS D'ANNEES
Formation de la Terre
Isotopes du Carbones associés
à la vie
Premiers fossiles de procaryotes identifiés
- 4.7 - 3.7 - 2.1 - 1.2 - 0.7- 3.5
Grypania = Premiers fossile d'eucaryote
identifié
La vie
- 4.0 - 2.7
Premiers fossiles d'eucaryote
pluricellulaires identifiés
Monde des procaryotes
Eucaryotes unicellulaires
Eucaryotes pluricellulaires
- 1.0
Radiation des algues
pluricellulaires
Introduction - 4