CHAP 3 - LA NATURE DU VIVANT.

Acquis : les êtres vivants sont constitués de matière, donc d'éléments chimiques disponibles sur le globe terrestre. On distingue 2 grands groupes de matière :

- la matière organique fabriquée par les êtres vivants ;

- la matière minérale qui n'est pas formée par les êtres vivants : les roches, les sels minéraux, l'eau, les gaz...

L'unité structurale des êtres vivants est la cellule qui possède son propre métabolisme.

Constat : il existe des similitudes au niveau morphologiques et anatomiques chez les êtres vivants.

Problème : peut-on retrouver à l'échelle cellulaire et moléculaire des points communs entre les êtres vivants ?

I - Les liens de parenté entre les êtres vivants à l'échelle cellulaire.

1) La cellule, unité fonctionnelle du vivant.

Problème : comment caractériser le métabolisme cellulaire et de quelle manière est-il contrôlé ?

Recherche séance 7 : définition métabolisme + définition mutation + schéma fonctionnel de la démarche scientifique

Activité : TP 6

Synthèse de cours II :

Toutes les cellules possèdent une activité cellulaire que l'on nomme métabolisme. Ce dernier correspond à des transformations chimiques à l'intérieur de la cellule. Il est contrôlé par les conditions du milieu et le patrimoine génétique. 

2) La cellule, unité structurale du vivant.

 Activité : TP 7, des liens de parenté entre les êtres vivants à l'échelle cellulaire.

Synthèse de cours : Paragraphe 2 p 42-43

Schéma bilan : organisation cellulaire des êtres vivants et parenté p 45

II - Des liens de parenté entre les êtres vivants à l'échelle moléculaire.

Recherche séance 9 : définitions matière minérale et vivante + éléments principaux + histogramme et analyse

Activité : TP 8, l'unité chimique du vivant.

Synthèse de cours II : paragraphe 3 p 43

Sur la Terre on trouve des éléments chimiques naturels qui sont les constituants de la matière qu'elle soit minérale ou vivante. La proportion de ces éléments chimiques est différente dans le monde inerte et dans le monde vivant. 

La matière vivante se distingue de la matière minérale par sa richesse en trois éléments principaux : le carbone, l'hydrogène et l'oxygène. Ces éléments vont permettre de former les molécules d'eau ainsi que d'autres molécules propices à la vie comme la molécule carbonée.

L'eau est la molécule la plus abondante chez les êtres vivants. Les autres molécules se répartissent principalement dans trois familles : les glucides (sucre), les lipides (graisse) et les protides (protéine). Ces trois groupes constituent ce que l'on nomme les molécules organiques.

Le fait que tous les êtres vivants soient composés par les mêmes molécules chimiques permet de déterminer une unité chimique qui est un indice de leur parenté.

III - L'ADN : une molécule universelle.

Recherche séance 10 : définition du terme ADN

Activité : TP 9, structure et propriété de l'ADN.

Recherche séance 10 : explication de la transgénèse + schéma + caractéristique fondamentale de l'ADN

Synthèse de cours III :

L'ADN est une macromolécule possédant une organisation spatiale caractéristique : elle est constituée de deux chaînes qui s'enroulent l'une autour de l'autre pour former une double hélice.

Chaque chaîne est constituée par l'assemblage d'unités élémentaires appelées nucléotides. Il existe quatre sortes de nucléotides : à adénine (A), à guanine (G), à cytosine (C) et à thymine (T). Les deux chaînes sont reliées par des liaisons établies entre nucléotides complémentaires : A est toujours apparié avec T, alors que G est toujours apparié avec C. On dit que les deux chaînes sont complémentaires. Ceci implique qu'il y ait autant de A que de T et autant de G que de C dans toute molécule d'ADN. Quelque soit l'être vivant considéré, les composants de l'ADN sont toujours les mêmes. De ce fait la molécule d'ADN est universelle.

Dans l'ADN, c'est la séquence des nucléotides, c'est-à-dire leur succession le long d'une chaîne qui varie et qui donc constitue un message codé : le changement d'un seul nucléotide suffit à changer l'information génétique. Cette modification est appelée mutation.

Au sein d'une espèce, les individus ont en commun les gènes caractéristiques de l'espèce (soit 20 000 à 25 000 gènes dans l'espèce humaine selon le dernier programme de séquençage du génome), mais ils se distinguent par des allèles ou versions différentes de ces gènes, qui ont des séquences nucléotidiques différentes. La séquence des nucléotides de l'ADN de chaque individu est unique (à l'exception des vrais jumeaux). On peut donc identifier un individu grâce à son ADN.

L'universalité du rôle de l'ADN est un indice supplémentaire de la parenté des êtres vivants.

IV - L'évolution de la biodiversité.

Objectif : la biodiversité résulte de l'existence de mécanismes permettant l'apparition de nouvelles espèces ou spéciation. Des changements environnementaux et des modifications de l'information génétique sont à l'origine de cette évolution. Les mutations sont responsables de la diversité génétique au sein d'une espèce. Dérive génétique et sélection naturelle sont deux mécanismes à l'origine de la spéciation.

Recherche séance 11 : définitions des termes dérive génétique + sélection naturelle + spéciation

Activité : TP 10, dérive génétique et sélection naturelle.

Synthèse de cours IV : p 80-81 + scolinfo.

Tous les individus d'une même espèce possèdent les mêmes gènes. Néanmoins, au sein d'une même espèce, un gène donné présente en général différentes versions appelées allèles.

De façon spontanée, ou sous l'action de facteurs environnementaux, la séquence d'ADN d'un gène ou d'un secteur plus étendu de chromosome peut être modifiée. Il s'agit de mutations qui sont à l'origine des allèles. La variabilité de la molécule d'ADN explique donc la diversité génétique.

L'étude des fréquences alléliques d'un gène au sein de différentes populations d'une même espèce montre l'existence de variations importantes. Pour une aire géographique donnée, si l'effectif de la population est important, la variation de la fréquence des divers allèles est faible.

La variation du nombre d'allèles résulte de la dérive génétique. Il s'agit d'un mécanisme qui repose sur la transmission aléatoire des caractères à la descendance. Cette dérive génétique dépend donc largement de l'effectif de la population. Dans des petites populations isolées, en quelques générations, on peut observer la disparition de nombreux allèles.

La spéciation est un processus qui forme une nouvelle espèce. Une espèce regroupe des individus qui se ressemblent, qui sont capables de se reproduire entre eux et dont les descendants sont fertiles.

Les facteurs environnementaux peuvent influencer les fréquences alléliques au sein d'une population. On nomme se mécanisme la sélection naturelle. C'est un mécanisme général. Ainsi, au gré des mutations, certains allèles peuvent conférer aux individus qui les portent une efficacité reproductive plus grande, un taux de survie supérieur dans un environnement donné.

La sélection naturelle et la dérive génétique, par l'isolement reproductif qu'elles engendrent, sont donc deux mécanismes conduisant à l'apparition de nouvelles espèces.

L'histoire de la Terre est marquée par des crises biologiques caractérisées par une extinction brutale et massive d'espèces. Postérieurement à cette crise, on observe une forte diversification des groupes ayant franchi la crise. Cette radiation des espèces s'explique par l'apparition de nouveaux environnements, dans lesquels la sélection naturelle contribue au phénomène de spéciation. L'action de la dérive génétique s'exerce également ; elle est largement favorisée par la mise en place d'effectifs réduits au cours de la crise. Les crises biologiques constituent donc des événements majeurs dans l'évolution de la vie sur notre planète, entraînant un renouvellement profond des environnements et de la biodiversité.