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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