1,3,4/ Quelques problèmes de classification
What is Life?
Cellular Structure: the unit of life, one or many
Metabolism: photosynthesis, respiration, fermentation, digestion, gas exchange, secretion, excretion, circulation--processing materials and energy
Growth: cell enlargement, cell number
Movement: intracellular, movement, locomotion
Reproduction: avoid extinction at death
Behavior: short term response to stimuli
Evolution: long term adaptation
Structure |
procaryote |
eucaryote |
Taille cellulaire |
1-10 µm |
10-100 µm |
Paroi |
Muréine = peptidoglycane |
cellulose (plantes et algues) |
Cytoplasme |
Hyaloplasme = cytosol |
cytosquelette, cyclose, organites |
Noyau |
nucléoïde |
Enveloppe nucléaire, Nucléole |
Histones |
Histone-like proteins |
histones |
Chromosome |
Unique et circulaire (haploïde) |
Forme et nombre variables en fonction de l’espèce (en général diploïde) |
Génophores |
nucléoïde 140 à 13000 kpb, plasmides 1 à 2400 kpb |
Noyau, |
Ribosomes |
5S, 16S, 23S |
5S, 18S, 28S |
Flagelles & cils |
flagelline |
tubuline |
Respiration |
membrane cytoplasmique |
mitochondries |
Photosynthèse |
Chromatophores (Cyanobactérie) |
Chloroplastes (algues et plantes ) |
Division |
Scissiparité |
Mitose et/ou méiose |
Repr° sexuée |
Rare et très variée |
fécondation |
Transgénèse |
Conjugaison sans fusion cellulaire, transfert partiel de matériel génétique |
Formation d’un zygote diploïde à l’origine d’échanges génétiques |
domaine |
bacteria |
archaea |
eukarya |
|
Procayote |
Procaryote |
Eucaryote |
genophore |
Nucléoïde |
Nucléoïde |
noyau |
|
|
histones |
histones |
Liaison glycérol- acides gras membranaires |
ester |
éther |
ester |
paroi |
Acide muramique |
|
|
|
opérons |
opérons |
|
ADN polymérase |
I |
+s |
III |
Codon initiateur ARNt |
FormylMet |
Met |
Met |
types trophiques
Nombreux selon la source :
d’énergie (chimio/photo),
de carbone (auto/hétéro),
de nutriment (proto/auxo)
d’électron (litho/organo)...
Photosynthèses
Oxygénique (cyanobactéries)
Anoxygéniques (bact. vertes et pourpres)
Respirations
Aérobie (aerobactéries)
Anaérobie (méthanogènes)
Fermentations
Alcoolique (Saccharomyces)
HomoLactique (Lactococcus, Lactobacillus et Streptococcus)
HétéroLactique (Leuconostoc, certains Lactobacillus)
Malolactique (Oenococcus oeni)
Acétique (Acetobacter)
Propionique (Propionibacterium)
Butyrique (Clostridium)
...
4 Types majoritaires :
photolithoautotrophe (Bactéries pourpres, Bactéries vertes, Algues, Plantes)
photoorganohétérotrophe, ( Bactéries Héliobactéries Eucaryotes unicellulaires
chimiolithoautotrophe (Bactéries nitrifiantes,Bactéries thiotrophes, Bactéries oxydant le fer…)
chimioorganohétérotrophe (Bactéries pathogènes, Protozoaires, Mycètes, Animaux)
Types minoritaires (mixotrophes) : photolithohétérotrophe, photoorganoautotrophe, chimiolithohétérotrophe, chimioorganoautotrophe
Les mixotrophes sont capables de se nourrir par autotrophie aussi bien que par hétérotrophie, consécutivement ou simultanément
préférences écologiques
Luminosité [helios : soleil ; photos : lumière ; scia : ombre] → Hypersciaphile · sciaphile ou ombrophile · hémisciaphile · hémihéliophile · héliophile · hyperhéliophile
pH : Hyperacidophile · acidophile · acidocline · neutrocline · neutrophile · basocline · basophile ou alcalophile · hyperbasophile
Température [psukhros, cryos : froid ] → psychrophile · mésotherme · thermophile · hyperthermophile · eurytherme · sténotherme · · · · ·
Eau [ xeros : sec ] → hyperxérophile · xérophile · mésoxerophile
Pression : piézophile ou barophile
Salinité [ halos : sel ]→ Glycophile ou halophobe · hyperoligohalophile · oligohalophile · méso-oligohalophile · mésohalophile · euhalophile ou halophile · polyhalophile · hyperhalophile
Calcicole · calcifuge ·
extrêmophile · ·
nitrophile
pour les bactéries :
Thermophiles > 45°C
Mesophiles 15 – 45°C
Psychrophiles <15°C
Acidophile 0 - 5,5
Neutrophile 5,5 - 8
Alcalophile 8 - 11,5
Aérobie obligatoire/stricte (AS)
Microaérophile Aérobie anaérobie facultative (AAF)
Anaérobie aérotolérante (AAT)
Anaérobie obligatoire/stricte (ANAS)
Osmotolérant
Halophile
Barotolérant
Barophile
interactions biotiques
interaction biologique, biotique, écologique
bénéfique, neutre ou néfaste,
inter- ou intraspécifique
extra- ou intracelluaire
obligatoire ou facultative
occasionnelle ou permanente
coévolution induite par ces échanges
directement (ex prédateur-proie)
indirectement (ex ressource commune)
Coexistence -> Coevolution
Parasitisme, symbiose, commensalisme, mutualisme, prédation, compétition, coopération… sont des relations hétérospécifiques
Néfastes ou bénéfiques voire synergiques (Coordination d'éléments complémentaires en vue d'augmenter l'efficacité de chacun)
Il existe plusieurs formes d’interactions biotiques :
la compétition (intraspécifique ou interspécifique) : tout le monde y perd ;
l'exploitation (parasitisme et prédation) : il y a un gagnant et un ou des perdants ;
la coopération (mutualisme et symbiose) : tout le monde y gagne ;
le neutralisme : les espèces cohabitent sans s’affecter ;
le commensalisme : les espèces cohabitent, l’une d’entre elles y gagne et l’autre n’est pas affectée.
Relation |
Hôte |
cible |
effet |
remarque |
exemples |
Neutralisme |
0 |
0 |
neutre |
pas d'interaction |
|
Symbiose |
+ |
+ |
synergique |
bénef réciproque |
corail et zooxanthelles |
Mutualisme |
+ |
+ |
synergique |
bénef réciproque |
plantes nectarifères entomogames et insectes nectarivores
pollinisateurs |
Compétition |
- |
- |
néfaste |
|
|
Coopération |
+ |
+ |
bénéfique |
|
|
Commensalisme |
0 |
+ |
bénéfique |
|
poisson clown - anémone, rémora |
Amensalisme |
- |
+ |
néfaste |
Production d'inhibiteurs contre compétition |
brûlis truffe, noyer |
Parasitisme |
- |
+ |
néfaste |
|
|
Prédation |
- |
+ |
néfaste |
|
|
mutualisme : [du latin mutuus, réciproque, qui s'échange] relation durable entre deux espèces ou deux populations différentes, avantageuses pour toutes les deux, qui se rendent des services réciproques, mais qui pourraient se passer l'une de l'autre.
symbiose : [du grec βίος bio : vie ; σύν syn : ensemble] association à bénéfice réciproque, obligatoire ou permanente, de deux ou plusieurs organismes différents, mutuellement bénéfique, voire indispensable à leur survie.
Endosymbiose => intracellulaire
Ectosymbiose => extracellulaire
commensalisme : [du latin cum- : avec ; mensa : table] interaction biologique fréquente ou systématique entre deux êtres vivants dans laquelle l'hôte fournit une partie de sa propre nourriture au commensal qui ne lui nuit et ne le dérange pas comme dans le parasitisme ; l’hôte n’obtient aucune contrepartie évidente du commensal.
parasitisme : [du grec para : contre, à côté] aux dépens d'un organisme hôte de façon permanente ou pendant une phase de son cycle vital.
classification biologique
la classification scientifique des espèces correspond autant à :
la classification « classique » (ou linnéenne) est un modèle cohérent du monde où les espèces vivantes sont classées selon leurs ressemblances. Le système de nomenclature proposé à partir de 1735 par Linné est toujours en vigueur.
la systématique est la méthode ou ensemble de méthodes pour classer le vivant, une discipline des sciences et de l'histoire naturelles, qui a pour objet d'inventorier tous les organismes vivants, existants ou ayant existé.
La taxonomie ou taxinomie consiste à décrire et circonscrire en termes d'espèces les organismes vivants et à les organiser en catégories hiérarchisées appelées taxons. Un taxon [grec τάξις « táxis » placement, mise en ordre] est une entité conceptuelle qui regroupe les êtres vivants possédant en commun certains caractères.
la phylogénétique ou cladistique ou cladisme est une forme de classification des êtres vivants qui repose sur leur phylogénie. Cette approche a pour objectif de rendre compte des relations de parenté entre taxons, s’agissant seulement de l'apparentement, c'est-à-dire des relations de groupes frères et non des relations généalogiques d'ancêtres à descendants, entre des groupes d'organismes quel que soit leur rang taxonomique. Un clade [grec ancien : κλάδος « kládos » branche] est un taxon monophylétique, groupe d'organismes, vivants ou ayant vécu, comprenant un ancètre commun hypothétique et la totalité de ses descendants
la classification phénétique ou classification numérique est une méthode d'établissement des relations de parenté basée sur le nombre de caractères communs partagés par des organismes ou des molécules, indépendamment de toute notion d'homologie : plus ce nombre de caractères communs est important et plus l'ancêtre commun est récent. Les relations de parenté sont donc précisées à partir d'une matrice des distances.
Chaque espèce est désignée par deux mots : Genre et Espèce
L’unité de base de la classification est l’espèce;
les espèces sont regroupées en genre et les genres constituent une famille;
les familles constituent un ordre.
Exemple:
Espèce: Corynebacterium diphteriae.
Genre: Corynebacterium.
Famille : Corynebacteriaceae.
Ordre: Actinomycetales.
Le non de l’espèce comprend le nom du genre dont la 1e lettre est écrite en majuscule suivie d’un épithète en minuscule qui peut indiquer soit l’infection soit le nom du chercheur l’ayant identifié soit des caractères bactériologiques du germe.
Exemples:
Corynebacterium diphteriae (nom de l’infection)
Yersinia mollareti (nom du chercheur)
Staphylococcus aureus (caractère bactériologique)
Le nom de la famille se termine toujours par « aceae » ex: Famille des Enterobacteriaceae.
Si l'espèce a déjà été mentionnée dans l'article, on peut écrire seulement l'initiale du genre.
Si on peut identifier le genre, mais pas l'espèce précise, ou si on veut parler du genre en général, on peut écrire : Genre sp.
La classification du vivant est en constant remaniement, d'anciens regroupements ne sont plus pertinents :
« reptile » est un groupe paraphylétique
« homéotherme » est un groupe polyphylétique
« archosauriens » est monophylétique
groupe polyphylétique = pas d’ancêtre commun unique
groupe monophylétique = 1 ancêtre commun unique
groupe paraphylétique =1 ancêtre commun mais 1 taxon exclu du groupe
Qlq pb de classif° : des limites du vivant et des limites des limites...
Emiliania huxleyi et virus géant icosaédrique à ADN EhV
Un virus géant icosaédrique à ADN nommé EhV est un facteur majeur à l'origine d'une mortalité massive chez Emiliania huxleyi.
La mort de ces algues précipite des masses importantes d'exosquelettes au fond des océans (à l'origine des falaises de craie normandes).Un transfert de gènes entre cette microalgue eucaryote et le virus implique une série de sept gènes enzymatiques essentiels pour toute la voie biosynthétique de la céramide.
La céramide est un élément important des membranes cellulaires, jouant différents rôles dans la réponse au stress et les signaux intracellulaires, y compris le contrôle de l'apoptose et la division cellulaire méiotique (la céramide est utilisée dans certains produits de soin de la peau et anti-âge des industries cosmétiques).
Les gènes de biosynthèse de la céramide fonctionnent tant chez E. huxleyi que chez les virus. Le rôle de cette dernière au sein du virus EhV reste inconnu à ce jour, mais les microbiologistes considèrent que cette nouvelle voie céramide d'origine virale joue un rôle central dans l'interaction entre E. huxleyi et EhV, en contrôlant par exemple la durée de vie des algues hôtes.
Le virophage constitue une nouvelle famille virale et une nouvelle entité biologique. C'est un virus de virus qui permet de réaliser le transfert latéral de gènes entre virus géants. Cette découverte renforce l'idée que les virus géants, comme les autres organismes, ont des parasites viraux qui sont susceptibles de permettre le transfert de gènes d'un virus à un autre.
L'analyse du génome du virophage montre qu'il échange des gènes avec Mimivirus mais qu'il a aussi importé d’autres gènes, un de virus d'archée et deux gènes proches de ceux des bactériophages.
Wolbachia est une bactérie infectant ~ 60% des espèces d’arthropodes et certaines espèces de nématodes.
Ces bactéries au mode de vie intracellulaire se retrouvent en proportion importante dans l'appareil reproducteur des arthropodes et nématodes.
Des populations d'Hyménoptères ont perdu la reproduction sexuée au point que si l'on supprime Wolbachia, les femelles sont incapables de se reproduire de façon sexuée et lorsqu'elles produisent des mâles haploïdes, ces derniers sont souvent stériles.
Le séquençage d’un ver nématode infecté par cette bactérie a montré qu’au moins 80% du génome de la bactérie était intégré dans le génome du ver.
Comment ont pu se différencier les 460 espèces de Rotifères Bdelloïdes, dont la reproduction est uniquement parthénogénétique mitotique thélytoque (aucun mâle n'est connu dans cette classe de rotifères) ?
Le récent séquençage de l'ADN de deux Bdelloïdes apporte des éléments de réponse en mettant en évidence des transferts latéraux de gènes à partir d'autres taxons (dont des végétaux et des unicellulaires).
Théorie endosymbiotique des plastes eucaryotes
Histoire de la classification
1758 Carl von Linnée
Nomenclature binomiale, bases de la systematique
1866 Ernst Haeckel
trois règnes : le règne animal, le règne végétal et le règne des protistes qui rassemble les algues, les protozoaires, les champignons et les bactéries.
1857 Karl Wilhelm von Nägeli
Bactéries et champignons dans le règne des plantes
1937 Edward Chatton
deux types de cellules : eucaryote et procaryote
1938 Herbert Faulkner Copeland
sépare le règne des bactéries (ou "Monera") de celui des protistes. la définition des procaryotes fut renforcée en 1961 par Roger Stanier.
1968 Robert George Everitt Murray
deux règnes, celui des "Eucaryotae" et celui des "Procaryotae" (ou "Monera").
Au sein du règne des Procaryotes, 4 divisions retrouvées dans le manuel de Bergey :
Les "Gracilicutes", regroupant les bactéries à Gram -.
Les "Firmicutes", regroupant les bactéries à Gram +.
Les "Tenericutes", ou bactéries dépourvues de paroi.
Les "Mendosicutes", ou Archaebactéries.
1969 Robert Harding Whittaker
classification à cinq règnes. Quatre règnes eucaryotes (Animal, Végétal, Champignons et Protistes). Les procaryotes se regroupent dans le règne des monères. Bien qu’elles ne peuvent s’accorder.
1978 Carl Richard Woese
Le développement des techniques de biologie moléculaire a permis de caractériser les gènes qui codent pour les ARN ribosomaux (ARNr). En comparant une multitude de séquences d’ARNr 16S, appartenant à divers organismes vivants, il est arrivé à diviser les organismes vivants en trois domaines. Le domaine des Bacteria ou Eubacteria, le domaine des Archaea ou Archaeobacteria et le domaine des Eucarya (animaux, plantes, les mycètes et ls protistes). L’arbre phylogénique universel est donc actuellement composé de trois branches :
Bacteria ou Eubactéries : Cellules procaryotes, organismes unicellulaires, leur membrane plasmique est composée d’acides gras à chaînes droites et liaisons ester.
Archaea ou Archéobactéries : Cellules procaryotes, organismes unicellulaires, leur membrane plasmique est composée de lipides membranaires constitués de chaînes aliphatiques ramifiées et liaisons éther.
Eucarya ou Eucaryotes : Cellule eucaryotes, organismes uni ou pluricellulaires, leur membrane plasmique est composée d’acides gras à chaînes droites et liaisons ester.
La place des virus n’est pas encore consensuelle : sont-ils des vivants ou pas ?
+ Organique et non minéral, constitué des mm macromolécules, nait, se reproduit, meurt,
- ne peut vivre sans hôte, pas d’exitence propre, parasite obligatoire
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