Hoja de repaso: Origine et évolution du vivant

📋 Plan du Cours

1. Diversité et origine de la vie
2. Premières traces et émergence cellulaire
3. Diversification des organismes
4. Sélection naturelle et évolution
5. Spéciation et isolement reproductif
6. Phylogénie et classification du vivant
7. Structure et cycles viraux
8. Bactériophages et infections virales
9. Organisation et génétique procaryotes
10. Diversité des bactéries et archées
11. Métabolisme et maladies bactériennes
12. Origine et diversité des protistes
13. Métazoaires et protostomiens
14. Deutérostomiens et vertébrés
15. Caractères dérivés des vertébrés
16. Développement deutérostomien
17. Classification et homologies évolutives
18. Spéciation et stratégies biologiques

📅 Repères chronologiques

1. 250La plus grande des cinq extinctions massives s’est produite au Permien, il y a environ millions d’années, avec la disparition de 96 % des espèces.
2. 300Le premier microfossile précisément mentionné date de 3,2 milliards d’années et mesure environ micromètres.
3. 528La faune de Burgess, datée d’environ millions d’années, montre une faune marine très diverse comprenant notamment des annélides et des chordés.
4. 600La période d’Ediacara, située approximativement entre et 544 millions d’années, fournit les premières preuves de vie macroscopique.

📖 1. Diversité et origine de la vie

🔑 Notions clés & Définitions

• LUCA : Le dernier ancêtre commun universel dont descendent tous les êtres vivants actuels.

★ À maîtriser

• La Terre est âgée d’environ 4,6 milliards d’années et l’Univers d’environ 14,6 milliards d’années.

• La science part de questions, construit des théories à partir de preuves et utilise ensuite les réponses obtenues pour agir.

Compléments

• L’Homo sapiens existe depuis environ 200 000 ans et constitue la seule branche des hominidés ayant survécu.

• Les formes de vie occupent des milieux très variés, notamment des environnements à environ −60 °C ou à 80 °C.

📖 2. Premières traces et émergence cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Fossile : Se forme lorsqu’un organisme mort est enseveli dans la vase ou la boue, puis que son empreinte est remplie par des minéraux et conservée dans le temps.

★ À maîtriser

• Les premiers microfossiles connus se trouvent dans:

  • des roches âgées de 3
  • 5 à 3,8 milliards d’années
  • notamment dans des cratons d’Afrique du Sud
  • d’Australie

• Les stromatolites sont formés par des cyanobactéries photosynthétiques qui précipitent le calcaire, meurent lorsqu’elles sont étouffées, puis sont recouvertes par de nouvelles couches de cyanobactéries.

• Dans l’expérience de Miller et Urey, une eau simulant l’océan primitif et une atmosphère réductrice isolée sont soumises à des étincelles, puis un réfrigérant permet de récupérer des acides aminés.

• Les acides gras amphiphiles peuvent former spontanément des bicouches qui se ferment en vésicules à perméabilité sélective, constituant des cellules primitives capables de croître et de se scinder.

Compléments

• Le premier carbone 12 fixé connu date d’environ 3,8 milliards d’années et témoigne de la transformation du CO2 en composés organiques.

💡 Astuce mémo

Matière organique → vésicule → protoscellule

📖 3. Diversification des organismes

🔑 Notions clés & Définitions

• Endosymbiose : Une théorie expliquant l’apparition des eucaryotes par l’intégration durable d’organismes bactériens dans une cellule hôte.

📝 Points essentiels

• Les trois grandes classes du vivant sont les bactéries, les archées et les eucaryotes.

• Les eucaryotes possèdent un noyau et un vaste système endomembranaire qui compartimente la cellule, notamment en séparant la transcription et la traduction.

• La pluricellularité est apparue indépendamment dans plusieurs branches par évolution convergente et permet la différenciation des cellules en tissus et en organes.

📖 4. Sélection naturelle et évolution

🔑 Notions clés & Définitions

• Sélection naturelle : Augmente la fréquence des caractères héréditaires favorables lorsque leurs porteurs survivent ou se reproduisent davantage dans un environnement donné.
• Dérive génétique : Une modification aléatoire de la fréquence des caractères ou des allèles dans une population, notamment après une épidémie, une crise climatique ou une catastrophe naturelle.
• Structure vestigiale : Un reliquat d’une structure ancestrale qui a perdu sa fonction principale chez l’organisme actuel.

📝 Points essentiels

• La sélection naturelle nécessite une variation au sein d’une population, la transmission héréditaire de cette variation et des différences de survie ou de succès reproductif.

• Chez les pinsons des Galápagos, la sécheresse de 1977 a favorisé les individus capables de consommer les grosses graines et a fait évoluer la moyenne de la largeur du bec vers les grands becs en deux générations.

• Les mécanismes pouvant faire apparaître ou varier un trait évolutif sont les mutations, la sélection naturelle, les migrations et la dérive génétique.

💡 Astuce mémo

Variation → hérédité → sélection

📖 5. Spéciation et isolement reproductif

🔑 Notions clés & Définitions

• Espèce biologique : Un groupe de populations naturelles dont les individus peuvent s’accoupler et produire une descendance fertile, tout en étant isolés reproductivement des autres espèces.
• Spéciation allopatrique : Apparaît lorsque des populations sont séparées géographiquement et accumulent des différences jusqu’à devenir des espèces distinctes.

★ À maîtriser

📌 Les mécanismes prézygotiques empêchent la fécondation, tandis que les mécanismes postzygotiques agissent après la formation du zygote.

• Les isolements prézygotiques comprennent les isolements écologique, comportemental, temporel et mécanique.

• Les isolements postzygotiques comprennent la létalité des hybrides, leur stérilité et leur dégénérescence sélective.

• La sélection disruptive favorise les deux extrêmes et élimine les intermédiaires, la sélection directionnelle favorise un extrême et la sélection stabilisante élimine les deux extrêmes.

Compléments

• Lors d’une spéciation par renforcement, une différenciation produit des incompatibilités postzygotiques, puis la faible valeur sélective des hybrides favorise l’isolement prézygotique jusqu’à un isolement complet possible.

💡 Astuce mémo

Pré-zygotique avant, post-zygotique après

📖 6. Phylogénie et classification du vivant

🔑 Notions clés & Définitions

• Taxonomie : Crée et organise des taxons à partir de critères servant à nommer, distinguer et identifier la diversité du vivant.
• Clade : Un groupe constitué d’un ancêtre commun et de tous ses descendants, identifiés par des caractères dérivés hérités de cet ancêtre.

★ À maîtriser

• Linné a introduit la nomenclature binomiale, qui nomme une espèce par son genre et son épithète spécifique, comme Homo sapiens, ainsi qu’une classification hiérarchique.

• Un caractère homologue est hérité d’un ancêtre commun, tandis qu’un caractère analogue possède une fonction commune mais a évolué indépendamment par convergence.

• Le principe de parcimonie privilégie l’arbre phylogénétique qui nécessite le moins de changements évolutifs.

Compléments

• La hiérarchie taxonomique suit les rangs domaine, règne, embranchement, classe, ordre, famille, genre et espèce.

• La cladistique distingue trois clades majeurs dans le vivant:

  • les bactéries
  • les archées
  • les eucaryotes

📖 7. Structure et cycles viraux

🔑 Notions clés & Définitions

• Virus : Un parasite intracellulaire obligatoire constitué d’un seul type d’acide nucléique, ADN ou ARN, et dépendant du métabolisme d’une cellule hôte pour se répliquer.
• Capside : Une coque protéique entourant le génome viral et pouvant s’associer à une enveloppe pour former une nucléocapside.

★ À maîtriser

• La classification de Baltimore distingue sept groupes viraux selon le type de génome et la voie de transcription:

  • ADN bicaténaire
  • ADN monocaténaire
  • ARN bicaténaire
  • ARN monocaténaire positif
  • ARN monocaténaire négatif
  • ARN à transcription inverse
  • ADN à transcription inverse

• Le cycle viral comprend l’attachement à la cellule hôte, la pénétration, la décapsidation, la réplication du génome, l’assemblage et la libération des particules virales.

📌 Les virus non enveloppés sont généralement libérés par lyse cellulaire, tandis que les virus enveloppés sortent souvent par bourgeonnement sans tuer nécessairement la cellule hôte.

Compléments

• Les virus mesurent généralement de 20 à 300 nanomètres, tandis qu’un virus géant peut atteindre environ 1 micromètre.

• Dans le cycle lysogène d’un bactériophage, le génome viral s’intègre au chromosome bactérien sous forme de prophage, puis peut s’exciser sous l’effet d’un stress et entrer dans un cycle lytique.

💡 Astuce mémo

Attachement → pénétration → réplication → sortie

📖 8. Bactériophages et infections virales

🔑 Notions clés & Définitions

• Cycle lytique : Comprend la fixation, la pénétration, la synthèse des protéines et des acides nucléiques, l’assemblage puis la libération des bactériophages par lyse de la cellule.

★ À maîtriser

• Dans le cycle lysogène, le génome du bactériophage s’intègre au chromosome bactérien sous forme de prophage, se réplique silencieusement avec la cellule, puis peut être excisé sous l’effet d’un stress et exprimer ses gènes pour produire de nouveaux virus.

📌 La dérive antigénique correspond à une variation lente due à des mutations, tandis que le saut antigénique est une variation rapide et majeure due à un réassortiment génétique, souvent entre des souches humaines et animales.

• Le VIH infecte et détruit des cellules immunitaires exprimant l’antigène CD4, et les traitements peuvent bloquer l’entrée virale, la transcription inverse, l’intégration ou la maturation.

Compléments

• Le virus influenza A possède huit RNP libérés lors de la décapsidation, et son hémagglutinine permet l’attachement du virus à la cellule hôte.

📖 9. Organisation et génétique procaryotes

🔑 Notions clés & Définitions

• Procaryotes : Des organismes unicellulaires dépourvus de noyau, dont l’ADN se trouve dans un nucléoïde, et qui possèdent du cytoplasme, des ribosomes et une membrane plasmique.

★ À maîtriser

• La scissiparité divise une cellule procaryote en deux cellules filles génétiquement identiques en l’absence de mutation ou de conjugaison, grâce à un anneau de FtsZ et sans fuseau mitotique.

• Les plasmides sont des molécules d’ADN pouvant conférer des avantages, notamment des résistances aux antibiotiques ou la capacité d’utiliser des molécules inhabituelles, et ils peuvent être transférés par conjugaison.

📌 La recombinaison horizontale transfère du matériel génétique entre organismes d’une même génération, tandis que la transmission verticale s’effectue de génération en génération.

Compléments

• Les cellules procaryotes mesurent généralement de 1 à 750 micromètres et peuvent s’associer en filaments, en biofilms ou dans une matrice pour mieux résister à l’environnement.

📖 10. Diversité des bactéries et archées

★ À maîtriser

📌 Chez les eubactéries, la membrane contient des glycérols liés aux acides gras par des liaisons ester, tandis que chez les archées elle contient principalement des étherlipides liés par des liaisons éther.

📌 La paroi des bactéries est formée de peptidoglycanes, tandis que celle des archées est formée de pseudopeptidoglycanes.

📌 Les archées possèdent plusieurs ARN polymérases, des introns et des histones, tandis que les eubactéries ne possèdent qu’une seule ARN polymérase et n’ont généralement ni introns ni histones.

Compléments

• Les bactéries sont réparties en quatre groupes mentionnés dans le cours:

  • les thermophiles
  • les bactéries Gram positif à GC élevé ou faible
  • les bactéries photosynthétiques
  • les protéobactéries

• Les bactéries présentent notamment des formes en bâtonnets appelées bacilles, des formes sphériques appelées coques et des formes spiralées appelées spirilles.

📖 11. Métabolisme et maladies bactériennes

★ À maîtriser

• Une bactérie peut utiliser le carbone de substrats organiques et être hétérotrophe, ou utiliser le CO2 et être autotrophe ; elle peut obtenir ses électrons de minéraux et être lithotrophe, ou de composés organiques et être organotrophe.

📌 La respiration aérobie utilise l’oxygène comme accepteur final d’électrons, tandis que la respiration anaérobie utilise un autre composé et que la fermentation ne possède pas d’accepteur inorganique final d’électrons.

• La pathogénicité bactérienne suit notamment la colonisation par adhérence aux tissus, l’échappement au système immunitaire et à la phagocytose, puis l’invasion grâce à des protéines favorisant la propagation dans l’hôte.

• Dans la tuberculose, les bacilles sont internalisés par les macrophages mais y survivent, et l’inflammation provoquée par la réponse immunitaire forme des tubercules qui peuvent se rompre et diffuser dans les organes.

Compléments

• Le microbiote regroupe les espèces durablement adaptées à la surface ou à l’intérieur d’un organisme vivant dans un environnement spécifique.

📖 12. Origine et diversité des protistes

🔑 Notions clés & Définitions

• Endosymbiose primaire : Résulte de l’engloutissement et de la conservation d’une bactérie par un autre organisme vivant librement.

📝 Points essentiels

• L’endosymbiose secondaire survient lorsqu’un eucaryote issu d’une endosymbiose primaire est lui-même englouti et conservé par un autre eucaryote vivant librement.

• Les synapomorphies eucaryotes comprennent notamment le cytosquelette, la compartimentation cellulaire avec un noyau, le réticulum endoplasmique, les mitochondries et la mitose.

📌 Les bicontes possèdent deux flagelles et comprennent les chromoalvéolés, les rhizariens, les plantae et les excavates, tandis que les unicontes possèdent un seul flagelle et comprennent notamment les opisthocontes et les amœbozoaires.

• Le Plasmodium est un parasite responsable du paludisme, transmis par un moustique ; son cycle asexué se déroule d’abord dans le foie puis dans le sang, avant le retour des gamètes vers un moustique.

💡 Astuce mémo

Endosymbioses successives → diversité des eucaryotes

📖 13. Métazoaires et protostomiens

🔑 Notions clés & Définitions

• Métazoaires : Des animaux multicellulaires hétérotrophes, dépourvus de paroi cellulaire, capables de mouvement actif et se développant à partir d’un embryon passant par le stade blastula.

📝 Points essentiels

📌 Les spongiaires sont des animaux aquatiques fixés, sans vrais tissus ni symétrie, tandis que les eumétazoaires possèdent de véritables tissus organisés autour d’une lame basale.

• Chez les cnidaires, l’œuf fécondé devient une planula qui se fixe et forme un polype ; le polype grandit en colonie et peut libérer des méduses, tandis que le bourgeonnement peut former une nouvelle colonie.

• Les cnidocytes sont des cellules urticantes qui permettent aux cnidaires de capturer leurs proies et de se défendre.

📌 Chez les protostomiens, le blastopore devient la bouche, le cœlome se forme par schizocœlie et le système nerveux est ventral, tandis que chez les deutérostomiens le blastopore devient l’anus et le système nerveux est dorsal.

📖 14. Deutérostomiens et vertébrés

🔑 Notions clés & Définitions

• Cordés : Possèdent un tube nerveux dorsal, une chorde, un tube digestif ventral, des fentes pharyngiennes et une queue postanale.
• Synapomorphie : Un caractère dérivé propre à un groupe descendant et partagé par ses membres.

★ À maîtriser

• Les échinodermes sont des animaux exclusivement marins dont l’adulte présente une symétrie radiaire d’ordre cinq, alors que leur larve possède une symétrie bilatérale.

• Les vertébrés se caractérisent notamment par la présence de vertèbres, d’un crâne, de deux canaux semi-circulaires, d’un système circulatoire clos et d’un endosquelette d’abord cartilagineux puis osseux.

Compléments

📌 Les urochordés ont une larve nageuse présentant les caractères des cordés puis deviennent généralement fixés et entourés d’une tunique, tandis que les céphalocordés restent des animaux marins sans tête ni crâne dont la chorde s’étend jusqu’à l’avant de la bouche.

• Le développement protostomien en spirale forme successivement un premier quartette de micromères, un stade morula à 32 cellules, un stade blastula à 64 cellules puis une gastrula.

📖 15. Caractères dérivés des vertébrés

🔑 Notions clés & Définitions

• Vertébrés : Des chordés caractérisés notamment par la présence de vertèbres, de deux canaux semi-circulaires, d’une régulation nerveuse du chordé, de lignes sensorielles latérales, d’une rate et d’un pancréas.

★ À maîtriser

• Chez les vertébrés, le cerveau possède cinq vésicules:

  • le télencéphale
  • le diencéphale
  • le mésencéphale
  • le métencéphale
  • le myélencéphale

• Chez l’adulte, la chorde disparaît et le mésenchyme squelettogène d’origine mésodermique s’organise en un axe squelettique métamérisé formant la colonne vertébrale.

• Le sang des vertébrés circule dans un système clos et contient des globules rouges avec hémoglobine ainsi que des globules blancs participant au système immunitaire.

Compléments

• L’endosquelette des vertébrés est d’abord formé de cartilage, puis de cartilage osseux et enfin d’os.

• L’épiderme des vertébrés est pluristratifié et produit des scléroprotéines spécifiques appelées kératines.

📖 16. Développement deutérostomien

🔑 Notions clés & Définitions

• Développement deutérostomien : Illustré par le développement de l’oursin, qui se fait selon une symétrie radiaire.
• Stade blastula : Correspond au début de la formation d’une sphère creusée par le blastocœle.
• Stade gastrula : Correspond à la formation du troisième feuillet embryonnaire.
• Stade morula : Correspond aux premières divisions des cellules de l’embryon.

📝 Points essentiels

• Chez l’oursin, les micromères se placent au-dessus des macromères, sans être décalés, et les micromères ont la même taille entre eux.

💡 Astuce mémo

Morula → blastula → gastrula

📖 17. Classification et homologies évolutives

🔑 Notions clés & Définitions

• Synapomorphie : Un caractère dérivé partagé par plusieurs descendants et apparu plus récemment dans leur histoire évolutive.
• Homoplasie : Un caractère apparu indépendamment dans plusieurs espèces et qui donne une fausse indication de parenté évolutive.
• Cladistique : Définit des clades et construit des cladogrammes à partir de l’étude des relations évolutives.
• Taxinomie : La science des lois de la classification des êtres vivants, du grec taxis signifiant ordre et nomos signifiant loi.
• Matrice cladistique : Un alignement de séquences nucléotidiques ou protéiques utilisé pour étudier les relations évolutives.

📝 Points essentiels

• Un groupe monophylétique comprend tous les descendants d’un ancêtre hypothétique, un groupe paraphylétique n’en comprend qu’une partie et un groupe polyphylétique rassemble des descendants de plusieurs ancêtres hypothétiques.

📖 18. Spéciation et stratégies biologiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Spéciation : La séparation et la divergence de lignées, processus pouvant conduire à l’apparition de nouvelles espèces.
• Espèce biologique : Un groupe de populations naturelles dont les individus peuvent échanger du matériel génétique, s’accoupler et produire une descendance fertile.
• Équilibre ponctué : Décrit de longues périodes de faible changement évolutif interrompues par de grands changements sur de courts intervalles.
• Endosymbiose : Une forme de symbiose dans laquelle un organisme est contenu par un autre organisme vivant.
• Espèce sympatrique : Des espèces sympatriques vivent dans le même environnement géographique mais ne se croisent pas.
• Espèce allopatrique : Des espèces allopatriques vivent dans des endroits géographiquement différents.
• Gradualisme : Décrit l’évolution comme une accumulation de petits changements.

💡 Astuce mémo

Divergence des lignées → nouvelles espèces

📊 Tableaux de synthèse

Mécanismes d’isolement reproductif

Type	Mécanisme	Conséquence
Prézygotique	Écologique, comportemental, temporel ou mécanique	La fécondation est empêchée
Postzygotique	Létalité, stérilité ou dégénérescence des hybrides	La fécondation a lieu mais la descendance est non viable ou peu fertile

Eubactéries et archées

Caractère	Eubactéries	Archées
Membrane	Liaisons ester	Liaisons éther
Paroi	Peptidoglycanes	Pseudopeptidoglycanes
Expression des gènes	Une ARN polymérase	Plusieurs ARN polymérases
Génome	Pas d’introns ni d’histones	Introns et histones