B- Les développements des animaux et des plantes

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Sources de cette partie:
Physiologie végétale, R. Heller (avec R. Esnault et C. Lance), Masson, 1994; un incontournable
Biologie végétale, tome 2 : Organisation végétative, D. Robert et A.M. Catesson, Doin, 1990
Biologie du développement, S.F. Gilbert, De Boek, 2ème édition, 2004
Cænorhabditis elegans; un organisme modèle en biologie, Marie-Anne Félix, Michel Labouesse et Laurent Ségalat, Hermann, coll. enseignement des sciences, 2002
N° spécial de The International Journal of Developmental Biology:
Plant Development (libre accès: http://www.ijdb.ehu.es/web/contents.php?vol=49&issue=5-6)


B1. Qu'est-ce qu'un développement ?


L'acception la plus large du mot :

 

Le cours de seconde est supposé CONNU:
Comment les cellules se multiplient-elles ?

La reproduction est la multiplication des individus au sein d'une espèce.

Qu'est-ce qu'une espèce ?

Un développement est un phénomène1, 6 autonome qui fait passer un être vivant4 d'une forme immature initiale à une forme finale mature.


Les développements sont des stades de la reproduction2, 3.
Tout développement a une dimension évolutive2,5.

Remarques:

1 - un phénomène du vivant est donné et reste un mystère comme la vie (voir fiche Qu'est-ce que la vie ?). Ceci signifie que la biologie va s'efforcer de comprendre ce phénomène en utilisant des modèles (ou en s'intéressant à des mécanismes) en gardant présent à l'esprit que nous ne cernerons pas toute la richesse du phénomène.

2 - Il n'est pas d'usage de considérer le développement comme une grande fonction du vivant alors qu'il est probable que tous les êtres vivants se développent. Ceci peut se justifier, par le fait que les développements sont le plus souvent envisagés comme faisant partie de la reproduction (et qu'il n'est donc pas nécessaire d'en faire une fonction à part). Mais cela reste discutable.

3 - On peut même considérer que la mort est le stade final du développement; dans ce cas le vieillissement est inclus dans le développement. Habituellement cette phase est appelée sénescence. Il n'est donc pas rare que l'on présente le cycle de vie d'un organisme (de la naissance à la genèse d'un nouvel être vivant) comme un cycle de développement. Je préfère cycle de vie mais cela reste de toute façon insatisfaisant car plusieurs dimensions temporelles sont toujours superposées dans un cycle: l'espèce, notion évolutive, - une espèce ne meurt jamais mais se transforme -, permet de présenter la reproduction; l'individu, de sa naissance à sa mort, qui ne se reproduit pas forcément, -c'est pour cela que l'on parle plutôt de la flèche de la vie-. qui présente un développement.

4 - Normalement on considère qu'il n'y a pas de développement chez un unicellulaire mais il est fort rare que les cellules soient isolées : nombre de bactéries forment des colonies qui peuvent alors être considérées comme des individus pluricellulaires (voir cours de seconde). C'est aussi le cas de très nombreux protistes (voir Acetabularia ou Dictyostelium). De plus il est probable qu'il y ait des modifications cellulaires liées à l'âge des cellules, même si elles ne sont pas connues.

5 - Lorsque l'on parle "du" développement ou de la "biologie du développement", on sous-entend que derrière la diversité des développements il y a une unicité des mécanismes. Mais, plus profondément encore, on parle de mécanismes évolutifs communs qui fondent l'unité du vivant. Il est donc raisonnable de rechercher des supports universels (des lois physiques, chimiques, ou biologiques...) aux mécanismes du développement. Les modalités de développements sont en nombre limité dans la nature et permettent de regrouper des espèces avec des types de développement identiques. C'est un très ancien critère de classification phylogénétique.

6 - Lors des développements les phénomènes observés sont nombreux : morphogénèse, organogénèse, histogénèse, histolyse, division (multiplication cellulaire), mitose, méïose, sexualisation, croissance, migration cellulaire, différenciation, apoptose ...


B2. Quelques exemples de développements

page générale sur la reproduction

On ne peut pas traiter le développement d'un organisme sans connaître son cycle de vie. Comme le programme de seconde n'aborde pas vraiment le thème de la reproduction (même si j'en propose un aperçu) et que le méiose n'est vue qu'en classe de terminale, il me paraît nécessaire de choisir au moins 3 cycles à présenter (ou à rappeler) avant d'étudier les développements (par exemple: l'acetabulaire ou l'ulve pour les Protistes, une plante et un animal).
Normalement le développement chez les animaux fait partie du programme de seconde et celui des plantes de la classe de première S. Mais en fait, l'angle choisi est plus que bancal (le plan d'organisation, et son prétendu support génétique, pour les animaux, comme introduction à une classification évolutive; et la croissance cellulaire et la morphologie générale, chez les plantes, toujours avec leurs prétendus supports moléculaires, introduction à une vision dépassée du phénotype résultant du génotype sous contrôle de l'environnement). Je n'ai pas trouvé le moyen de suivre cet ordre par trop illogique.
Dans ce cours, les développements sont des phénomènes. Les mécanismes explicatifs ne sont que des modèles et le modèle molécularo-génétique n'est pas toujours pertinent.

 

 

 

 

 

* zygote = cellule sexuelle fécondée

**l'adulte est l'individu sexuellement mature (capable de se reproduire)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

***le vocabulaire chez les plantes est un peu particulier: le gamétophyte donne les gamètes (haploides = à n chromosomes) et le sporophyte les spores (diploïdes la plupart du temps = 2n chromosomes); dans certains cycles les gamétophytes et les sporophytes sont des plants séparés mais le sporophyte peut pousser sur le gamétophyte (cas des mousses). Si l'on essaie de conserver ce vocabulaire, chez les Angiospermes, dans le cadre d'une vision évolutive, le gamétophyte est réduit à l'état d'un petite structure de quelques cellules (grain de pollen, sac embryonnaire...) et la plante est un sporophyte.

(voir page cours général sur la reproduction)

5 royaumes
type de reproduction
------------------- - - - - - - développement - - - - - - -------------->
s
é
n
e
s
c
e
n
c
e

 

 

 

 

s
é
n
e
s
c
e
n
c
e

stade initial
stades intermédiaires
stade final
cellule
structure

les liens renvoient à des images de ce site ou à des cycles de qualité présentés sur des pages d'autres sites sur internet
animaux

reproduction
sexuée
zygote*
cellule nue entourée d'une membrane de fécondation et protégée par les organes maternels (chez les vivipares)
œuf
(chez les ovipares)
embryon, fœtus, larve (dans le cas d'un développementr indirect), jeune, adolescent...
adulte**

imago (chez les insectes )

exemple de développement lors de la reproduction sexuée de l'homme (10-17 ans)

 

 ovocyte II fécondé
= cellule "œuf"
= zygote
= embryon stade 1 cellule

Ø = 120µm

développement embryonnaire

(8 semaines chez l'homme)


L < 30 mm

développement post-embryonnaire (fœtal)

développement post-natal

Ø ±> 50 cm

 


homme et femme adultes (pubères)

Drosophila melanogaster

pages sur ce site:
développement post-embryonnaire (9 jours)
développement embryonnaire (1 jour),

(image : http://www.inrp.fr/ Acces/biotic /develop/controle /images/droso.jpg)


Cænorhabditis
elegans

cycle de vie (en anglais)
(http://www.wormatlas.org/ver1/handbook/fig.s/IntroFIG6.jpg):;
le ver nématode est hermaphrodite avec autofécondation, les œufs se développent "in utero" et sont pondus au stade 30 cellules; il y a 4 stades larvaires : L1, L2, L3 et L4); l'intérêt de ce modèle animal (dont le cycle dure 3,5 jours à 20°C et que l'on peut cultiver sur de la pomme de terre en classe...) est que l'on connaît la destinée de TOUTES les cellules depuis le zygote jusqu'aux 959 cellules de l'adulte, sans compter le génome entièrement séquencé : voir le site en anglais WORMATLAS)


ancienne page sur le développement

reproduction
asexuée
fragment parental multicellulaire obtenu par :
bourgeonnement,
strobilisation
(anneau)
scissiparité
(dédoublement)
--------------------------------->
nouvel individu
(pas toujours une forme adulte, peut aussi être une forme intermédiaire avant une seconde étape de reproduction)

La reproduction asexuée n'est présente que chez les Spongiaires, les Cnidaires, les Némathelminthes, les Plathelminthes et les Annélides. Elle est absente notamment chez les Mollusques, les Arthropodes, et les Vertébrés. (voir classification)


plantes
reproduction
sexuée
graine, spore

gamétophyte*** ou sporophyte***
une Angiosperme:

l'Iris

cycle de vie d'une Angiosperme (plante à ovules protégés par une "urne" : aggeion en grec) - http://www.colvir.net/prof/chantal.proulx/images/reproduction/Fig30_17.png


une Gymnosperme:

le Pin

cycle de vie d'une Gymnosperme (plante à ovules nus, du grec gymno =nu) http://www.colvir.net/prof/chantal.proulx/images/reproduction/Gymnospermes-cycle.jpg


une Bryophyte

(le Polytric)

cycle de vie d'une mousse (Bryophyte; du grec bruon = mousse) - http://www.colvir.net/prof/chantal.proulx/images/reproduction/Bryophyte-cycle.jpg


une Ptéridophyte:

le Polypode

cyle de vie d'une fougère (Ptéridophyte, du grec pteros = aile) - http://www.colvir.net/prof/chantal.proulx/images/reproduction/Pteridophyte-cycle.jpg

reproduction
asexuée
spore
fragments
(quelques cellules)
organes spécialisés
(nombreuses cellules)
--------------------------------->
gamétophyte*** ou sporophyte***

voir page sur la reproduction asexuée des Angiospermes


champignons

reproduction
sexuée

reproduction
asexuée

spore (n)
spore (2n)
ou
cellule du mycelium (zygote)
--------------------------------->
forme reproductrice :
carpophore,
périthèce...

une champignon supérieur à carpophore (basidiomycète)

cycle de vie d'un champignon à chapeau (= carpophore) : en anglais
http://www.resnet.wm.edu/~mcmath/bio205/diagrams/botun03B.gif
Ce cycle a l'avantage de bien montrer que le carpophore est formé à partir d'un mycélium issu de la fécondation (sans caryogamie) de deux mycéliums; la caryogamie intervient dans les organes qui forment les spores à la suite d'une méiose.
Cependant le thalle du champignon est mal représenté car il occupe un volume beaucoup plus important (de l'ordre de 1m3); de même la phase de dispersion des spores et de croissance des mycéliums haploïdes est insuffisamment soulignée.
..


un champignon supérieur à asques (ascomycète) et périthèce

Neurospora crassa

cycle de vie de Neurospora

http://www2.ac-lyon.fr/enseigne/biologie/photossql/images/perithece-t.jpg


une champignon supérieur mycorhizien à asques (ascomycète) et ascocarpe

Tuber melanosporum

cycle de vie de la truffe
http://melano.free.fr/photos/cycle de la truffe.jpg
La fructification contenant les asques est fermée (ascocarpe). Ce champignon est aussi un mycorhize c'est-à-dire qu'il vit en symbiose avec les racines des arbres.


protistes

reproduction
sexuée

reproduction
asexuée

spore, zygote

--------------------------------->

adulte, colonie (sporophyte***, gamatophyte***)
une algue verte unicellulaire solitaire (Dasycladacées):

Acetabularia

Cycle de développement de l'Acetabulaire
(
partie 1, partie 2)


une algue verte coloniale (en lames)

Ulva lactuca

cycle de vie de l'Ulve; (ancien dessin légende en anglais): http://legacy.lclark.edu/~seavey/bio210/images%20for%20210/ulva_life_cycle.jpg

le cycle de vie de l'entéromorphe - une autre algue verte de nos marées vertes bretonnes - est identique


un Cilié

cycles de vie de nombreux ciliés (en anglais facile, notez le présence de deux noyaux; lors de la reproduction sexuée le macronucleus dégénère) - http://www.tulane.edu/~wiser/protozoology/notes/images/ciliate.gif


un unicellulaire allotrophe parasite

Plasmodium falciparum

cycle de vie du Plasmodium falciparum (agent du paludisme = malaria) - http://www.pasteur.fr/recherche/unites/ImmStr/images/cycle-vie.jpg


une amibe coloniale

Dictyostelium

cycle de vie de Dictyostelium (en anglais facile) :
http://dictyostelium.com/devcyc.gif - : phase asexuée ("vegetative") et sexuée.
D. est une amibe acrasiale coloniale ou myxamibe, formant des colonies rampantes (grex) puis sporulantes (sporange à pédoncule) ;
film de l'
amide se nourrissant de bactéries (http://cosmos.bot.kyoto-u.ac.jp/csm/movies2/M2_feeding_3.mov),
film montrant à gauche, une fois que les bactéries ont été mangées,
la croissance des sporanges, (http://cosmos.bot.kyoto-u.ac.jp/csm/movies2/Dr_half_8min.mov)
un
montage photo des différentes étapes de la croissance du sporange vues au MEB) - http://dictybase.org/Multimedia/LarryBlanton/dev.jpg;
figure de Biologie du développement (http://8e.devbio.com/image.php?id=540)


procaryotes

reproduction
asexuée

cellule, spore
--------------------------------->
colonie

une bactérie filamenteuse

Streptomyces

développement d'une bactérie filamenteuse de type Streptomyces (anglais assez facile)
(ce genre produit les 2/3 des antibiotiques connus...)-



B3. Etudier les développements : pratiques et théories

EN TRAVAUX