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13.E : Diversité des microbes, des champignons et des protistes (exercices) - Biologie

13.E : Diversité des microbes, des champignons et des protistes (exercices) - Biologie



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13.E : Diversité des microbes, des champignons et des protistes (exercices)

Les microbes connus sous le nom de protistes sont peu étudiés, mais leur impact sur les écosystèmes pourrait être énorme

Parmi le grand nombre d'acteurs du microbiome, les bactéries monopolisent depuis longtemps les projecteurs. Mais les organismes unicellulaires connus sous le nom de protistes obtiennent enfin le rôle principal qu'ils méritent.

Un groupe de scientifiques qui étudient les interactions entre les plantes et les microbes a publié une nouvelle étude détaillant les relations dynamiques entre les protistes du sol et les plantes en développement, démontrant que les protistes du sol répondent aux signaux des plantes un peu comme le font les bactéries.

Une énorme variété et diversité de microbes vivent dans le sol, et étudier comment ces organismes interagissent les uns avec les autres et avec les racines des plantes est un sujet brûlant en biologie, car il a des applications pour l'agriculture, la gestion des terres et les technologies de résilience au changement climatique.

"Les protistes représentent une nouvelle frontière dans l'étude de l'écologie microbienne du sol", a déclaré l'auteur principal Javier A. Ceja Navarro, chercheur au Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab). "Ici, nous montrons que ce groupe d'organismes doit vraiment être inclus dans les études microbiennes visant à comprendre comment les microbes interagissent avec les plantes."

Les protistes ne sont pas une lignée distincte d'organismes, mais plutôt une catégorie attribuée à tout organisme eucaryote unicellulaire (un organisme dont les cellules contiennent un noyau) qui n'est pas une plante, un champignon ou un animal. Ce groupe diversifié de plus de 200 000 espèces (de nouvelles espèces sont découvertes en permanence) comprend des amibes, des diatomées, des dinoflagellés, des moisissures visqueuses et même divers parasites - tels que le Plasmodium qui cause le paludisme et le genre de protozoaires éponyme Giardia.

Les protistes se trouvent à travers la planète dans une variété d'écosystèmes. Certaines espèces, comme certains protistes du plancton marin et les protistes pathogènes humains ont été étudiées de près. Pourtant, pour la majorité des espèces, les scientifiques commencent tout juste à effleurer la surface de ce que fait l'organisme et comment il réagit à l'environnement. C'est le cas des protistes du sol.

Selon Navarro, les protistes sont connus pour contrôler la dynamique microbienne du sol et le cycle des nutriments en se nourrissant d'autres microbes. Bien qu'il existe un bon corpus de connaissances sur leurs interactions avec les autres membres du microbiome du sol, on sait peu de choses sur la façon dont les protistes réagissent aux changements de leur environnement.

"Même si les protistes sont importants et que leur pertinence est connue depuis des décennies, notre étude est la première à montrer une association de protistes avec des plantes dans une expérience sur le terrain à grande échelle", a noté Mary Firestone, responsable du projet, chercheur au Berkeley Lab's Earth. et domaine des sciences de l'environnement et professeur à l'UC Berkeley. Le projet était une collaboration entre des scientifiques du Berkeley Lab, de l'UC Berkeley, du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), du Noble Research Institute et de l'Université de l'Oklahoma.

L'équipe a cultivé du panic raide - une culture proposée pour la production de biocarburants à grande échelle - à partir de semis sur deux sites de terrain à grande échelle, et a prélevé des échantillons du sol entourant les racines des plantes à différents stades de croissance. Ils ont utilisé le séquençage du génome de nouvelle génération pour identifier les types de protistes présents dans chaque échantillon et l'abondance de chaque espèce.

"Au fur et à mesure que les plantes poussent, les cellules de leurs racines libèrent des métabolites qui envoient des signaux à l'environnement du sol environnant", a ajouté Jennifer Pett-Ridge, scientifique senior du LLNL. "Nous avons vu que les communautés de protistes changent et changent en réponse aux effets de la plante - d'une manière similaire à ce que nous avons observé pour les communautés bactériennes."

"Les futures études axées sur la compréhension des mécanismes d'établissement des plantes dans le sol devront considérer les protistes comme un élément clé du microbiome végétal", a ajouté Navarro, qui fait partie de la zone de biosciences du Berkeley Lab. « Ignorer les protistes dans les études écologiques terrestres entraînera une grande lacune dans les connaissances qui rendra notre compréhension du microbiome environnemental incomplète. »


13.E : Diversité des microbes, des champignons et des protistes (exercices) - Biologie

Organismes présentés et localité (p. 127) :
Araignées et limaces de la baie de Sagami, Japon

I. Classement
a) Le système des cinq royaumes de Whittaker
(Remarque : bien que toujours très populaire auprès des manuels
auteurs, et prôné par certains biologistes tels
comme Lynn Margulis, c'est vraiment une panne de
vie par catégories fonctionnelles et nutritionnelles.
Un autre point de vue, proposé par Carl Woese,
gagne en popularité parce qu'il est plus précis
reflète les relations historiques réelles des formes de vie :
Cette vue est appelée le système des trois domaines de la vie -
Bactéries, Archaea, Eucarya)
termes : règnes, Plantae = plantes vasculaires, Champignons,
Animalia = métazoaires ou animaux multicellulaires,
Protista = groupement arbitraire d'organismes dont
les cellules ont un noyau (c'est-à-dire des eucaryotes) mais excluant
plantes multicellulaires, champignons et animaux,
à ne pas confondre avec les procaryotes (ou Monera)
= regroupement arbitraire de tous les organismes sauf ceux
dont les cellules ont un noyau (eucaryotes)
Remarque : la plupart des taxonomistes actuels essaient de nommer formellement
groupements clairement monophylétiques. En revanche, de nombreux
noms traditionnels, y compris « procaryotes », « protistes »,
« invertébrés » et « agnathans » sont des groupes paraphylétiques
définis par des caractéristiques qui leur manquent, comme un noyau cellulaire, la multicellularité,
une colonne vertébrale ou une mâchoire, respectivement. Une autre façon d'essayer de sculpter
la diversité biotique en groupes monophylétiques est d'augmenter la
nombre de royaumes, par exemple avec l'approche des 10 royaumes.

QR 6.1 : Comparez la façon dont la vie est classée dans le système des cinq royaumes
contre le système des trois domaines. Quel royaume est brisé
dans des domaines séparés et quels royaumes sont combinés en
un seul domaine ?

b) Les noms des organismes
termes : phylum, classe, ordre, famille, genre, espèce
(ce sont des « rangs » utilisés dans une hiérarchie « classée »
taxonomie - il est également possible de classer toute la vie
sans eux dans une taxonomie hiérarchique « non classée »)
taxon (le pluriel est taxa), taxonomiste, systématicien,
taxonomie (= classer la vie), systématique (taxonomie
+ histoire évolutive de la vie, inclut la taxonomie),
nom binomial scientifique, par exemple, Glyptocephalus zachirus
abrégé G. zachirus. Notez que le genre est en majuscule,
l'espèce ne l'est pas, le nom scientifique est toujours en italique ou
souligné, le nom commun n'est pas : poisson plat de la côte ouest
mais notez que ce nom commun fait référence à plusieurs espèces
d'autres espèces de "poissons plats", et même si l'on se réfère à
un nom commun plus spécifique, tel que "Sole Rex",
cela a des problèmes parce qu'il est connu par différents
noms communs ailleurs. Voir Fig. 6.4 pour plus
exemples d'un nom commun variant avec l'emplacement.
La définition d'une espèce est également problématique. Les
le plus populaire (mais pas nécessairement le meilleur) est le
concept d'espèce biologique, proposé par Ernst Mayr.
Ce concept d'espèce fonctionne généralement mieux pour
populations vivantes dont les membres se livrent à des relations sexuelles
métissage, et moins bien pour les fossiles ou "espèces"
qui se reproduisent sans croisement sexuel.

RQ 6.2 : Pourquoi un nom binomial scientifique est-il parfois plus
précis qu'un nom commun?

II. Bactéries (y compris les cyanobactéries)
termes (encadré 6.1, p. 134) : mètre (m), millimètre (mm),
micromètre (µm), nanomètre (nm) (1 m = 1000 mm,
1 mm = 1000 µm, 1 µm = 1000 nm)
termes (p. 135) : photosynthèse anaérobie ou aérobie

QR 6.3 : Quelle est la taille des organismes « microbiens » typiques ?

a) Cyanobactéries - Anciens Transformateurs de la Terre
termes : anciennement appelés « algues bleu-vert » mais
les cyanobactéries sont des bactéries qui s'engagent dans l'aérobie
photosynthèse, les stromatolites sont les fossiles
boue sécrétée par d'anciennes cyanobactéries, comme toujours
étant produit dans certaines baies salées telles que
Sharks Bay, Australie

QR 6.4 : Sur la base d'abondants fossiles de stromatolites anciens, il
est évident que les cyanobactéries ont un rôle extrêmement important
rôle dans la transformation de la Terre en tant qu'habitat pour des milliards de vie
il y a des années. Qu'ont-ils fait de si important ?

b) (Autres) Bactéries - Indispensables à la fermeture des cycles écologiques
Remarque : Les bactéries se reproduisent très rapidement et peuvent donc s'épuiser rapidement
disponible O2 dissous dans l'eau de mer (voir les notes du chapitre 3).
termes : matériaux réfractaires (sont indigestes par tous sauf
bactéries, qui les rendent disponibles à d'autres organismes)

c) Archaea (pas de section dans le livre mais il devrait y avoir nous
commencent tout juste à caractériser les divers organismes
inclus dans ce domaine de la vie - y compris certains qui vivent
à des températures proches de l'ébullition en haute mer - bouches chaudes)

QR 6.5 : Donnez trois exemples d'endroits où l'on pourrait trouver un
membre du domaine de la vie le plus récemment reconnu,
Archée ?

III. Les protistes (c'est-à-dire les membres d'Eukarya qui ne sont pas des plantes,
champignons ou animaux)

QR 6.6 : Quel problème les auxospores aident-elles à résoudre pour les diatomées ?

2) Les dinoflagellés se distinguent par la cellulose, les flagelles,
et la diversité
termes : blindés (avec plaques de cellulose) vs non blindés, flagelles,
bioluminescence, marées rouges, marées rouges toxiques, intoxication paralysante par les coquillages,
ciguatera (préoccupation importante dans les Caraïbes et ailleurs dans les tropiques),
zooxanthelles (cellules symbiotiques des coraux et des anémones), récif corallien
blanchiment

QR 6.7 : Comment les zooxanthelles et leur anémone, corail (ou autre animal)
les hôtes profitent-ils mutuellement de leur association ?

3) Les microflagellés sont-ils minuscules, diversifiés, abondants et dominants ?
termes : microflagellés (comprend les coccolithophores avec coccolithe
plaques, aussi flagellés verts tels que Chlamydomonas)

QR 6.8 : Si les microflagellés sont parfois encore plus abondants que
diatomées et dinoflagellés, pourquoi cela n'a-t-il pas été généralement apprécié
jusque récemment?

b) Protistes non photosynthétiques
termes : forams, ciliés, cils, radiolaires

a) Algues, varech et autres algues
termes : gamétophyte, sporophyte, gamètes, méiose, spores, zygote

RQ 6.9 : Pourquoi les algues brunes sont-elles brunes ? De quelles façons sont-ils
important?

2) Les algues vertes ressemblent aux plantes terrestres de plusieurs manières
termes : chlorophylle a, amidon, chlorophytes (algues vertes + plantes terrestres)

QR 6.10 : Quelles preuves principales suggèrent que les plantes terrestres (vasculaires) partagent un
ancêtre commun aux algues vertes, par rapport aux autres algues ?

b) Plantes terrestres dans la mer
termes : tissu vasculaire, racines

QR 6.11 : Quel est au moins un avantage des plantes terrestres, par rapport
aux algues, pour la vie en mer ? Pourquoi, alors, les plantes terrestres ne sont-elles plus
commun dans la mer?

1) Les graminées et les plantes herbacées prédominent dans les marais salants
et prairies submergées
termes : plantes des marais salants (Spartine), zostère marine, rhizomes, herbes marines


Résumé du chapitre

Les procaryotes ont existé pendant des milliards d'années avant l'apparition des plantes et des animaux. On pense que les tapis microbiens représentent les premières formes de vie sur Terre, et il existe des preuves fossiles, appelées stromatolites, de leur présence il y a environ 3,5 milliards d'années. Pendant les 2 premiers milliards d'années, l'atmosphère était anoxique et seuls les organismes anaérobies pouvaient vivre. Les cyanobactéries ont commencé l'oxygénation de l'atmosphère. L'augmentation de la concentration en oxygène a permis l'évolution d'autres formes de vie.

Les procaryotes (domaines Archaea et Bacteria) sont des organismes unicellulaires dépourvus de noyau. Ils ont un seul morceau d'ADN circulaire dans la zone nucléoïde de la cellule. La plupart des procaryotes ont une paroi cellulaire à l'extérieur de la membrane plasmique. Les bactéries et les archées diffèrent par la composition de leurs membranes cellulaires et les caractéristiques de leurs parois cellulaires.

Les parois cellulaires bactériennes contiennent du peptidoglycane. Les parois cellulaires archéennes ne contiennent pas de peptidoglycane. Les bactéries peuvent être divisées en deux grands groupes : Gram-positives et Gram-négatives. Les organismes à Gram positif ont une paroi cellulaire épaisse. Les organismes à Gram négatif ont une paroi cellulaire mince et une membrane externe. Les procaryotes utilisent diverses sources d'énergie pour assembler des macromolécules à partir de molécules plus petites. Les phototrophes obtiennent leur énergie de la lumière du soleil, tandis que les chimiotrophes l'obtiennent à partir de composés chimiques.

Les maladies infectieuses causées par des bactéries restent parmi les principales causes de décès dans le monde. L'utilisation excessive d'antibiotiques pour contrôler les infections bactériennes a entraîné la sélection de formes résistantes de bactéries. Les maladies d'origine alimentaire résultent de la consommation d'aliments contaminés, de bactéries pathogènes, de virus ou de parasites qui contaminent les aliments. Les procaryotes sont utilisés dans les produits alimentaires humains. La bioremédiation microbienne est l'utilisation du métabolisme microbien pour éliminer les polluants. Le corps humain contient une énorme communauté de procaryotes, dont beaucoup fournissent des services bénéfiques tels que le développement et le maintien du système immunitaire, la nutrition et la protection contre les agents pathogènes.

13.2 Origines eucaryotes

Les premiers eucaryotes ont évolué à partir de procaryotes ancestraux par un processus impliquant la prolifération membranaire, la perte d'une paroi cellulaire, l'évolution d'un cytosquelette et l'acquisition et l'évolution d'organites. Les gènes nucléaires eucaryotes semblent avoir une origine chez les archées, alors que la machinerie énergétique des cellules eucaryotes semble être d'origine bactérienne. Les mitochondries et les plastes proviennent d'événements endosymbiotiques lorsque des cellules ancestrales ont englouti une bactérie aérobie (dans le cas des mitochondries) et une bactérie photosynthétique (dans le cas des chloroplastes). L'évolution des mitochondries a probablement précédé l'évolution des chloroplastes. Il existe des preuves d'événements endosymbiotiques secondaires dans lesquels les plastes semblent être le résultat d'une endosymbiose après un événement endosymbiotique précédent.

13.3 Protistes

Les protistes sont extrêmement divers en termes de caractéristiques biologiques et écologiques en grande partie du fait qu'ils sont un assemblage artificiel de groupes phylogénétiquement sans rapport. Les protistes présentent des structures cellulaires très variées, plusieurs types de stratégies de reproduction, pratiquement tous les types de nutrition possibles et des habitats variés. La plupart des protistes unicellulaires sont mobiles, mais ces organismes utilisent diverses structures pour se déplacer.

Le processus de classification des protistes en groupes significatifs est en cours, mais les données génétiques des 20 dernières années ont clarifié de nombreuses relations qui étaient auparavant floues ou erronées. L'opinion majoritaire à l'heure actuelle est d'ordonner tous les eucaryotes en six supergroupes. Le but de ce système de classification est de créer des groupes d'espèces qui sont toutes dérivées d'un ancêtre commun.

13.4 Champignons

Les champignons sont des organismes eucaryotes apparus sur terre il y a plus de 450 millions d'années. Ils sont hétérotrophes et ne contiennent ni pigments photosynthétiques comme les chlorophylles ni organites comme les chloroplastes. Parce qu'ils se nourrissent de matière en décomposition et morte, ce sont des saprobes. Les champignons sont des décomposeurs importants et libèrent des éléments essentiels dans l'environnement. Les enzymes externes digèrent les nutriments qui sont absorbés par le corps du champignon appelé thalle. Une paroi cellulaire épaisse faite de chitine entoure la cellule. Les champignons peuvent être unicellulaires comme les levures ou développer un réseau de filaments appelé mycélium, souvent décrit comme de la moisissure. La plupart des espèces se multiplient par cycles de reproduction asexuée et sexuée, et présentent une alternance de générations.

Les divisions de champignons sont les Chytridiomycota, Zygomycota, Ascomycota, Basidiomycota et Glomeromycota.

Les champignons établissent des relations parasitaires avec les plantes et les animaux. Les maladies fongiques peuvent décimer les récoltes et gâcher les aliments pendant le stockage. Les composés produits par les champignons peuvent être toxiques pour les humains et les autres animaux. Les mycoses sont des infections causées par des champignons. Les mycoses superficielles affectent la peau, tandis que les mycoses systémiques se propagent dans tout le corps. Les infections fongiques sont difficiles à guérir.

Les champignons ont colonisé tous les environnements sur Terre, mais se trouvent le plus souvent dans des endroits frais, sombres et humides avec une réserve de matière en décomposition. Les champignons sont des décomposeurs importants car ce sont des saprobes. De nombreuses relations mutualistes réussies impliquent un champignon et un autre organisme. Ils établissent des associations mycorhiziennes complexes avec les racines des plantes. Les lichens sont une relation symbiotique entre un champignon et un organisme photosynthétique, généralement une algue ou une cyanobactérie.

Les champignons sont importants dans la vie humaine quotidienne. Les champignons sont des décomposeurs importants dans la plupart des écosystèmes. Les champignons mycorhiziens sont essentiels à la croissance de la plupart des plantes. Les champignons, en tant qu'aliment, jouent un rôle dans l'alimentation humaine sous forme de champignons et en tant qu'agents de fermentation dans la production de pain, de fromages, de boissons alcoolisées et de nombreuses autres préparations alimentaires. Les métabolites secondaires des champignons sont utilisés en médecine comme antibiotiques et anticoagulants. Les champignons sont utilisés dans la recherche comme organismes modèles pour l'étude de la génétique et du métabolisme eucaryotes.


13.E : Diversité des microbes, des champignons et des protistes (exercices) - Biologie

Les êtres vivants sont très divers, des simples bactéries unicellulaires aux organismes multicellulaires complexes. (crédit “ringworm” : modification du travail par le Dr Lucille K. Georg, crédit CDC “Trypanosomes” : modification du travail par le Dr Myron G. Schultz, crédit CDC “tree moule” : modification du travail par Janice Haney Carr, Robert Simmons, CDC crédit “champignon corallien” : modification du travail par Cory Zanker crédit “bacterium” : modification du travail par Dr. David Cox, CDC crédit “cup champignon” : modification de œuvre de “icelight”/Flickr crédit “MRSA” : modification de l’œuvre de Janice Haney Carr, CDC crédit “moldy pamplemousse” : modification de l’œuvre de Joseph Smilanick)

Jusqu'à la fin du XXe siècle, les scientifiques regroupaient le plus souvent les êtres vivants en cinq règnes (animaux, plantes, champignons, protistes et bactéries) en fonction de plusieurs critères, tels que l'absence ou la présence d'un noyau et d'autres organites liés à la membrane, l'absence ou la présence. des parois cellulaires, de la multicellularité et du mode de nutrition. À la fin du XXe siècle, les travaux pionniers de Carl Woese et d'autres ont comparé les séquences nucléotidiques de l'ARN ribosomique de petite sous-unité (ARNr SSU), ce qui a entraîné une manière radicalement différente de regrouper les organismes sur Terre. Sur la base des différences dans la structure des membranes cellulaires et dans l'ARNr, Woese et ses collègues ont proposé que toute vie sur Terre évoluait selon trois lignées, appelées domaines. Les trois domaines sont appelés Bactéries, Archaea et Eukarya.

Deux des trois domaines, les bactéries et les archées, sont procaryotes, ce qui signifie qu'il leur manque à la fois un noyau et de véritables organites liés à la membrane. Cependant, ils sont maintenant considérés, sur la base de la structure membranaire et de l'ARNr, comme étant aussi différents les uns des autres qu'ils le sont du troisième domaine, l'Eucarya. Les procaryotes ont été les premiers habitants de la Terre, apparaissant peut-être il y a environ 3,9 milliards d'années. Aujourd'hui, ils sont omniprésents et habitent les environnements les plus difficiles de la planète, des sources chaudes bouillantes aux environnements gelés en permanence en Antarctique, ainsi que des environnements plus bénins tels que les tas de compost, les sols, les eaux océaniques et les entrailles des animaux (y compris les humains). Les Eukarya comprennent les royaumes familiers des animaux, des plantes et des champignons. Ils comprennent également un groupe diversifié de royaumes anciennement regroupés sous le nom de protistes.


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