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I/ Plan

A) Les embryons de vertébrés se ressemblent

Les premières étapes du développement des vertébrés sont très semblables. Peu à peu, les embryons deviennent de plus en plus différents.

B) Les vertébrés présentent le même plan d'organisation

Au-delà de différences bien visibles, les vertébrés présentent le même plan d'organisation. Les organes ont en commun leur disposition par rapport aux axes de polarité et de symétrie.

C) La cellule est la plus petite unité de vie

Chez tous les êtres vivants, la cellule est l'unit é d'organisation et de fonctionnement.

D) Un programme génétique existe dans chaque cellule

Le fonctionnement des cellules est soumis à un programme, une information codée sur la molécule d'ADN par la séquence  des bases azotée. Le gène est l'unité de codage de l'information.

E) Le développement est contrôlé génétiquement

Les transformations complexes qui conduisent d'un œuf à un organisme pluricellulaire résultent de l'accomplissement d'un programme qui fait intervenir des gènes architectes, des gènes maîtres et des gènes ouvriers.

II/ Début du cours

A) Les embryons de vertébrés se ressemblent

Le développement embryonnaire est le moment de la vie qui sépare la fécondation de la naissance. Pendant cette période, des similitudes remarquables s'observent chez les embryons de vertébrés. Dans le monde animal, les vertébrés représentent un groupe d'animaux caractérisés par la présence de vertèbres. Ils sont subdivisés en 5 grandes classes : les poissons, les amphibiens, les reptiles, les oiseaux et les mammifères.

  • La cellule œuf se multiplie pour donner un clone de cellules : très vite après la fécondation, la cellule œuf va subir des mitoses (=multiplications) à un rythme très rapide. L'embryon devient alors une petite sphère de milliers de cellules. L'embryon devient pluricellulaire mais sa taille n'a pas augmenté par rapport à celle de la cellule œuf. Les embryons des différentes espèces de vertébrés se ressemblent alors beaucoup ( doc. 1).
  • L'organogenèse : Après cette multiplication cellulaire, les cellules se spécialisent. C'est l'étape de mise en place des organes, avec notamment celle du système nerveux constitué par l'encéphale à l'avant et la moelle épinière vers l'arrière. La croissance de l'embryon s'accélère. Les différences entre les espèces de vertébrés deviennent alors visibles (doc. 2).

Ainsi, pendant les premiers stades de leur développement, les vertébrés montrent de grandes ressemblances. Qu'en est-il chez les animaux adultes ?

III/ Les vertébrés présentent le même plan d'organisation

A) Tous les vertébrés présentent les mêmes axes de polarité (doc. 3)

Les différences entre les vertébrés sont les plus visibles, elles concernent :

leur milieu de vie (aquatique, terrestre, aérien)

leur aspect général (présence de poils, plumes, peau ; taille ; couleur…)

leur mode de vie…

Cependant des similitudes existent, une comparaison montre :

Une disposition des organes et des différents appareils selon trois axes:

n l'axe antéro-postérieur = avant-arrière : tête, tronc, queue

               2 l'axe dorso-ventral = dos-ventre

               lk l'axe droite-gauche ou symétrie bilatérale définie grâce aux autres axes

La présence d'un squelette interne (à l'opposé des insectes par exemple, qui possèdent un squelette externe, la carapace).

B) Les principaux organes sont disposés par rapport aux axes de polarité

Les organes des vertébrés sont disposés de la même façon par rapport aux axes du corps :

n axe antéro-postérieur :le système nerveux  central est constitué en avant par l'encéphale et en arrière par la moelle épinière située dans la colonne vertébrale.

2 axe dorso-ventral : le tube digestif, le cœur et les poumons sont ventraux, le tube nerveux est dorsal.

lk l'axe droite-gauche (symétrie bilatérale) : cela concerne les organes pairs: les reins, les poumons, etc.…Les organes dits impairs comme le cœur ou le foie sont en position asymétrique.

Ainsi, les vertébrés sont des animaux au corps régionalisé et polarisé, présentant une symétrie bilatérale.

C) Il existe des plans d'organisation différents

D'autres groupes d'animaux se différencient des vertébrés par leur plan d'organisation. Ils appartiennent au groupe des Invertébrés (animaux sans vertèbres).

  • Les organes n'ont pas la même disposition ; par exemple, le système nerveux est en position ventrale chez les insectes et les vers.
  • Le corps peut être recouvert d'une cuticule rigide constituant le squelette externe comme chez le criquet ou au contraire être complètement mou comme chez le lombric.

Nous avons vu que les vertébrés présentent des ressemblances au cours de leur développement embryonnaire mais aussi au niveau de leur plan d'organisation. Qu'en est-il au niveau microscopique ?

D) La cellule est la plus petite unité de vie

1 Tous les êtres vivants sont constitués de cellules

q       Certains êtres vivants sont constitués d'une seule cellule (=unicellulaires), d'autres sont formés d'un nombre très important de cellules (=pluricellulaires). Le corps humain est constitué d'au moins 100 millions de millions de cellules.

  • Les cellules animales (doc. 4) et végétales présentent la même organisation de base :
  • La membrane plasmique sépare le compartiment intracellulaire du milieu extracellulaire.
  • Le noyau contient le programme génétique indispensable au fonctionnement de la cellule. Il est limité par l'enveloppe nucléaire. La présence d'un noyau définit les cellules eucaryotes.
  • Le cytoplasme contient des organites variés : mitochondries, golgi, réticulum endoplasmique…
  • Les cellules végétales possèdent en plus quelques caractéristiques remarquables (doc. 5) :
  • Une paroi rigide double la membrane, elle forme une sorte de squelette cellulaire
  • Les chloroplastes sont des organites spécialisés qui réalisent la photosynthèse
  • Les vacuoles sont des réserves d'eau et d'ions
  • Certains êtres vivants comme les bactéries n'ont pas de noyau : ce sont des procaryotes (doc. 8).
  • Dans un organisme pluricellulaire, les cellules sont spécialisées :cellules musculaires, osseuses, épidermiques… Elles sont regroupées en ensembles appelés tissus.

Quels sont les besoins en matière première nécessaires au fonctionnement des cellules ?

2 Tous les êtres vivants ont besoin d'énergie

  • Tout organisme a besoin d'énergie pour réaliser la synthèse (=fabrication) de nouvelle matière et pour satisfaire les autres dépenses liées à son activité.
  • Les êtres vivants peuvent être classés en deux catégories en fonction de leur type de métabolisme (= ensemble des réactions chimiques se déroulant dans la cellule)

·Cellule hétérotrophe : C'est le cas des animaux. Ils se nourrissent de la matière organique fabriquée par d'autres êtres vivants. Leurs cellules la dégradent pour se fournir en énergie au cours d'un phénomène appelé respiration qui consomme de l' O2 et rejète du CO(doc. 6).

Cellule autotrophe : C'est le cas des cellules végétales chlorophylliennes qui produisent leur glucose grâce aux chloroplastes à partir de matière uniquement minérale, c'est à dire d'eau (H2O), de dioxyde de carbone (CO2) et d'énergie lumineuse. C'est la photosynthèse, au cours de laquelle de l'O2 est rejeté (doc. 7).

Placée dans des conditions favorables, une culture de cellules prolifère tout en maintenant ses caractères de générations en générations. Cela suggère l'existence d'un programme génétique.

 E) Un programme génétique existe dans chaque cellule

1 Les chromosomes contiennent le programme génétique

F L'information génétique est portée par les chromosomes contenus dans le noyau de la cellule. Le nombre et la forme des chromosomes d'une cellule est caractéristique de son espèce. Ce dernier est identique pour toutes les cellules de l'organisme, excepté les gamètes (doc. 9).

ðL'Homme possède 46 chromosomes soit 23 paires (=2n) sauf pour les gamètes qui ne présentent que 23 chromosomes (=n).

 F L'information génétique est conservée lors des mitoses de la cellule. Avant la mitose, les chromosomes sont dupliqués. Ils sont alors constitués de deux chromatides.

2 L'ADN est le support de l'information génétique (doc. 10)

F Le support de l'information génétique est constitué par les chromosomes formés d'Acide DésoxyriboNucléique (ADN). Chaque chromosome est constitué par une molécule d'ADN.

F La molécule d'ADN est formée de deux brins torsadés en une double hélice. C'est une très grosse molécule (=macromolécule) constituée de 4 types de sous unités appelées nucléotides. Un nucléotide comporte une des 4 bases azotées, Adénine, Thymine, Cytosine, Guanine qui sont symbolisées par les lettres A,T,C,G. Chaque brin d'ADN est une chaîne formée d'une succession de nucléotides liés entre eux.

F Chaque base azotée d'une chaîne est également liée par des liaisons faibles à la base qui lui « fait face » sur l'autre chaîne : A DT et C D G. Les deux chaînes de l'ADN sont donc complémentaires.

3 L'information génétique est codée

F Les  4 bases A,T,C,G forment un alphabet de 4 «lettres». L' ordre d'enchaînement  ou séquence permet de rédiger des « instructions » appelées gènes. Le gène constitue une unité d'information génétique. Chaque chromosome porte de nombreux gènes.

ð Le génome de l'Homme est constitué d'environ 20000 gènes

F Cette information génétique contient :

- des gènes du développement (programme de construction de l'organisme à partir de la cellule œuf)

- des gènes qui permettent la synthèse des molécules de chaque cellule.

4 La molécule d'ADN est universelle

F L'ADN est une molécule de codage universelle : l'ADN d'une espèce est décodé par la cellule d'une autre espèce. Les expériences de transgénèse en apportent la preuve.

F L'Homme peut volontairement modifier le génome d'un organisme grâce à la transgénèse (doc. 11). Un gène appartenant à un être vivant est introduit dans la cellule d'un être vivant appartenant à une autre espèce pour y fonctionner. On obtient alors un Organisme Génétiquement Modifié (O.G.M).

ð Pour : introduire le gène de l'insuline humaine dans une bactérie afin de produire en grande quantité cette hormone pour les diabétiques

ð Contre : méconnaissance des conséquences des manipulations génétiques, dérives possibles de la technique

5 La molécule d'ADN peut présenter des variations

q       Au sein d'une espèce, tous les individus possèdent les mêmes gènes, mais ceux-ci peuvent exister sous différents allèles c'est à dire différentes versions du même gène.

  • Les allèles d'un gène diffèrent par quelques bases : ces différences sont les mutations.
  • Certaines mutations entraînent la mort de l'individu (=mutations létales). Seules les mutations qui affectent les cellules sexuelles sont transmissibles à la descendance.

  Certains gènes n'interviennent qu'à un seul moment de la vie d'un individu, au cours de son développement. Quels sont ces gènes de développement et existe t'il au niveau de ces gènes des similitudes entre des espèces différentes ?

5. Le développement est contrôlé génétiquement
5.1 Les gènes architectes contrôlent la construction d'un organisme
 
…Des anomalies de développement étonnantes sont parfois observées comme chez la Drosophile (doc. 12) qui possède des pattes parfaitement formées à la place des antennes. Cette anomalie est le résultat de la mutation d'un gène contrôlant le développement ou gène maître. Ce gène est chargé de décider si la cellule et sa descendance va devenir une cellule d'antenne, de patte …

@ Les gènes architectes contrôlent le développement des organes à leur juste place le long de l'axe antéropostérieur. Le gène maître commande de nombreux gènes ouvriers qui construisent l'organe.

ð Ex : Le gène maître décide de construire un œil à un endroit donné : il active les 2500 gènes ouvriers des cellules placées à cet endroit. Par des réactions complexes, ces gènes construisent un œil. Si le gène maître décide de placer un œil sur une patte, certaines cellules de la patte construisent un  œil.

éLa mutation d'un gène maître peut se traduit par une anomalie importante comme l'absence totale de l'organe en question.

5.2 Les gènes architectes présentent des similitudes chez des espèces très différentes

öóòCes gènes existent chez tous les êtres vivants pluricellulaires (animaux, végétaux). Il en existe une vingtaine chez la souris. Ils présentent de nombreuses similitudes dans:

leur organisation : ils sont regroupés en complexes (appelé Hox  chez la souris ou Hom chez la drosophile). Dans ce complexe, les gènes sont disposés sur le chromosome dans l'ordre :

  • des endroits du corps où ils s'expriment
  • de leur expression au cours du développement

v       leur séquence : des similitudes peuvent être observées dans la séquence des gènes de développement chez des espèces aussi différentes que la souris et la drosophile.

v       leur activité : le greffe d'un gène de développement humain par transgénèse peut remplacer un gène muté de la Drosophile.
ð Ainsi, le gène qui commande la formation d'œil de Drosophile sur la tête de Drosophile peut commander la formation d'un œil de vertébré s'il est implanté dans la cellule œuf de vertébré. Le message du gène maître de Drosophile est compris par les gènes ouvriers d'un vertébré.

" Les gènes de développement sont qualifiés de gènes homologues. En effet, les similitudes entre les gènes de développement de différentes espèces conduisent à penser qu'ils proviennent d'un même gène ancestral. Cela suggère une origine commune aux êtres vivants.

6. Les êtres vivants ont une origine commune

q       Faits :

  • Certaines étapes du développement sont les mêmes chez les êtres vivants.
  • Le plan d'organisation des êtres vivants appartenant à un même groupe, les vertébrés par exemple, est semblable.
  • Tous les êtres vivants sont formés de cellules dont l'organisation et le fonctionnement sont les mêmes.
  • L'information génétique est codée sur l'ADN.
  • Toutes les cellules sont capables de décoder l'information codée sur l'ADN.
  • Les gènes architectes sont communs à presque tous les êtres vivants

q       Conclusion :

] Toutes ces similitudes donnent à penser qu'il existe une relation de parenté entre les êtres vivants : ils ont un ancêtre commun.

] Les espèces ont dérivé les unes des autres au cours de l'évolution.

] La reconstitution de la généalogie d'un groupe par l'identification des parentés s'appelle la phylogenèse. Elle est illustrée graphiquement par des arbres dont les ramifications représentent les parentés.

 

 

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Olivier

Professeur en lycée et classe prépa, je vous livre ici quelques conseils utiles à travers mes cours !