Fiche de révision : Théorie cellulaire et arbre du vivant

📋 Plan du Cours

1. Définition et unité du vivant
2. Unicité, diversité et évolution
3. Théorie cellulaire et classification
4. Lire un arbre phylogénétique
5. Construire et évaluer un arbre
6. Les trois domaines du vivant
7. Bactéries et archées
8. Diversité des eucaryotes

📖 1. Définition et unité du vivant

🔑 Notions clés & Définitions

• Être vivant : Système circonscrit par une membrane, autonome, capable de se reproduire et doté de capacités évolutives d’adaptation.
• Théorie cellulaire : La théorie cellulaire affirme que tous les organismes sont constitués de cellules et que toute cellule provient d’une autre cellule.

★ À maîtriser

• Les caractéristiques communes du vivant sont : une membrane constituant un système clos, un métabolisme énergétique et nutritionnel propre, un matériel héréditaire transmissible et reproductible

• La cellule est l’unité :

  • structurale
  • fonctionnelle
  • reproductrice

📌 Les virus ne sont pas considérés comme vivants car ils n’ont pas de membrane plasmique et sont dépourvus d’autonomie reproductive.

Compléments

• Schleiden en 1838 et Schwann en 1839 ont énoncé que tous les organismes sont constitués de cellules.

📖 2. Unicité, diversité et évolution

🔑 Notions clés & Définitions

• Évolution : Transformation et modification des organismes de génération en génération au cours du temps.

📝 Points essentiels

📌 L’unicité du vivant repose sur l’existence d’un ancêtre commun à tous les êtres vivants, tandis que la diversité résulte notamment des mutations qui entraînent des divergences.

• L’arbre phylogénétique permet d’organiser la diversité du vivant et de représenter les relations de parenté évolutive.

💡 Astuce mémo

Unicité par l’ancêtre commun, diversité par les mutations

📖 3. Théorie cellulaire et classification

🔑 Notions clés & Définitions

• Phylogénie : Représentation de l’histoire évolutive des êtres vivants permettant de reconstruire leurs liens de parenté.
• Taxon : Ensemble d’organismes reconnu et défini dans une catégorie de la classification biologique hiérarchisée.

★ À maîtriser

• 🔄 La classification va :

  1. de l’espèce
  2. au genre
  3. à la famille
  4. à l’ordre
  5. à la classe
  6. à l’embranchement
  7. au règne

• La dénomination binomiale attribuée à chaque espèce par Carl von Linné associe le nom du genre et le nom de l’espèce, comme dans Felis catus.

• Charles Darwin a fait émerger au XIXe siècle la notion d’évolution des espèces en soulignant l’importance des caractères héréditaires transmis de génération en génération plutôt que des caractères acquis.

Compléments

• Au XVIIIe siècle, Carl von Linné, Bernard de Jussieu et Georges Cuvier ont contribué à des classifications fondées sur des critères morphologiques, des modes de vie et des modalités de reproduction.

💡 Astuce mémo

Espèce → Genre → Famille → Ordre → Classe → Embranchement → Règne

📖 4. Lire un arbre phylogénétique

🔑 Notions clés & Définitions

• Caractère homologue : Structure héritée d’un ancêtre commun et présentant une similitude chez plusieurs organismes.

📝 Points essentiels

📌 L’état primitif d’un caractère n’a pas changé par rapport à l’ancêtre précédent, tandis que l’état dérivé correspond à une innovation ou à une transformation.

• Une phylogénie est une hypothèse représentée sous la forme d’un arbre phylogénétique traduisant les relations de parenté entre des organismes vivants ou fossiles.

💡 Astuce mémo

État primitif conservé, état dérivé innovant

📖 5. Construire et évaluer un arbre

🔑 Notions clés & Définitions

• Extra-groupe : Organisme extérieur aux groupes étudiés qui sert à déterminer l’état primitif ou ancestral et l’état dérivé d’un caractère.

• Synapomorphie : Caractère dérivé partagé par plusieurs organismes et hérité d’un ancêtre commun exclusif.

• Groupe monophylétique : Comprend un ancêtre commun hypothétique, l’ensemble de ses descendants et au moins une synapomorphie.

📝 Points essentiels

• 🔄 La construction d’un arbre suit les étapes :
  1. poser le problème phylogénétique
  2. sélectionner les organismes et les caractères
  3. choisir un extra-groupe
  4. construire une matrice
  5. analyser les caractères
  6. représenter l’arbre

• Dans une matrice de caractères, 0 indique un état partagé avec l’extra-groupe et donc primitif, tandis que 1 indique un état dérivé partagé dans le groupe étudié.

📌 La méthode de la parcimonie choisit l’arbre qui minimise le nombre de transformations de caractères, c’est-à-dire l’arbre le plus court.

💡 Astuce mémo

Problème → matrice → analyse → arbre

📖 6. Les trois domaines du vivant

★ À maîtriser

• Les trois domaines du vivant ont été mis en évidence grâce à des données moléculaires portant notamment sur les séquences 16S et 18S.

📌 Les eucaryotes possèdent un noyau, des organites et un cytosquelette, tandis que les bactéries et les archées ne possèdent pas cette organisation cellulaire eucaryote.

Compléments

• Les lipides membranaires des archées possèdent des chaînes d’acides gras ramifiées, tandis que celles des bactéries et des eucaryotes sont non ramifiées.

• La classification actuelle ne considère plus nécessairement les archées comme un groupe monophylétique, alors qu’elles étaient auparavant présentées avec les bactéries et les eucaryotes dans trois domaines monophylétiques.

💡 Astuce mémo

Eucaryotes avec noyau, bactéries et archées sans noyau

📖 7. Bactéries et archées

★ À maîtriser

• Les morphologies bactériennes comprennent :

  • coque
  • bacille
  • spirille
  • spirochète

• Les bactéries présentent des métabolismes photo-autotrophes, photo-hétérotrophes, chimio-autotrophes ou chimio-hétérotrophes et peuvent être aérobies ou anaérobies.

• Les bactéries jouent un rôle majeur dans la décomposition, la digestion et les cycles biogéochimiques, notamment le cycle de l’azote.

📌 Les bactéries sont les seuls organismes capables de fixer l’azote atmosphérique N₂ en nitrates utilisables par les plantes.

📐 Formule - La photosynthèse des cyanobactéries s’écrit $6\,CO_2 + 6\,H_2O + lumière \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6\,O_2$.

• Les cyanobactéries, apparues il y a environ 2,5 Ga, possèdent de la chlorophylle a et des photosystèmes et ont contribué à l’enrichissement de l’atmosphère terrestre en oxygène.

• Les archées extrêmophiles comprennent : les thermophiles, entre 45 et 80 °C, les hyperthermophiles, entre 80 et 105 °C, les halophiles, dans des milieux hypersalés, les acidophiles, dans des milieux hyper-acides de pH inférieur à 2

Compléments

• Les nodosités des trèfles contiennent des bactéries du genre Rhizobium qui établissent une symbiose avec la plante.

• Les archées sont unicellulaires, peuvent être solitaires ou coloniales, présentent des formes variées et vivent dans des milieux terrestres, marins ou extrêmes.

• Aucun archée pathogène n’est connu dans le cours, tandis que les archées méthanogènes ont un impact écologique.

💡 Astuce mémo

Fixation ou décomposition bactérienne → cycles biogéochimiques

📖 8. Diversité des eucaryotes

🔑 Notions clés & Définitions

• Eucaryotes : Organismes unicellulaires ou pluricellulaires dont les cellules possèdent un noyau, une compartimentation cellulaire et un cytoplasme avec un cytosquelette.

★ À maîtriser

• Les eumycètes sont des champignons aérobies et hétérotrophes, unicellulaires ou pluricellulaires, dont la paroi contient de la chitine.

• Les eumycètes sécrètent des enzymes lytiques qui permettent une digestion extracellulaire appelée exodigestion.

• Les archéoplastidés possèdent des chloroplastes à deux membranes résultant d’une endosymbiose primaire et regroupent des organismes phototrophes vivant dans des milieux éclairés.

• Les straménopiles possèdent deux flagelles, l’un lisse et l’autre plumeux, et peuvent être phototrophes ou hétérotrophes.

• Les ochrophytes comptent environ 17 000 espèces, sont surtout unicellulaires, possèdent des plastes à quatre membranes et contiennent les chlorophylles a et c ainsi que des caroténoïdes.

📌 La pluricellularité et la photosynthèse ont été acquises plusieurs fois au cours de l’évolution, et les algues ne forment pas un groupe monophylétique.

📌 Dans un arbre phylogénétique, toutes les espèces sont aussi évoluées, car seules certaines formes d’états de caractères peuvent être primitives ou dérivées.

Compléments

• Les oomycètes comptent environ 800 à 1 000 espèces et sont saprophytes ou parasites de vertébrés et de plantes.

• Un arbre phylogénétique est théorique et peut être réévalué lorsque les hypothèses ou les caractères utilisés sont modifiés.

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des trois domaines