Phénotype étendu + relations interspécifiques Terminale

Chapitre - MÉCANISMES NON GÉNÉTIQUE DE DIVERSIFICATION DU PHENOTYPE

Quels sont les mécanismes non génétique permettant de diversifier les êtres vivants ?

Partie 1

Partie 2

Capacités : Extraire, organiser et exploiter des informations utiles de documents

Partie 2 : Des associations entre êtres vivants

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Les lichens

01

06

Le ver de Roscoff

Comment les associations entre indidivus d'espèces différentes peuvent-elles contribuer à la diversification du phénotype ?

Les fourmis arboricoles

02

05

Les coccinelles

6 exemples d'associations interspécifiques

03

04

Le microbiote

Les gammares

Partie 1 : La notion de phénotype étendu

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L'être humain

01

Les oiseaux jardiners

06

Quels composants du milieu les êtres-vivants peuvent-ils recruter, dans quel intérêt et en quoi cela diversifie leur phénotype ?

La mésange bleue

02

05

Les phryganes

6 exemples de phénotypes étendus

03

04

Les termites

L'argyope

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Dans l'espèce humaine aussi :

Dans une rue à New York

Tenues et parures en Inde

Une yourte en Mongolie

Une voiture

Les phryganes :

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Les termites :

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L'argyope :

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Argyope emmaillotant une proie capturée

Argyope sur une toile

Argyope confectionnant un cocon pour protéger ses oeufs

La mésange bleue :

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En Corse vit une sous-espèce de la mésange bleue dont une population forestière près de Calvi fait l’objet d’un suivi scientifique très approfondi depuis plus de 25 ans via l’installation de nichoirs volontiers adoptés par ces oiseaux cavernicoles (nichant dans des cavités). Or, on a découvert que les mésanges bleues de cette population incorporaient dans leurs nids des fragments de plantes aromatiques prélevés dans l’environnement local.L’attention des scientifiques s’est donc focalisée sur ce comportement spécifique local pour essayer d’en comprendre la fonction d’autant que, dans un contexte évolutif, il s’agit d’une forme de phénotype étendu, i.e. une expression des gènes des individus ayant des impacts au delà de l’animal lui-même (son corps, son fonctionnement : son phénotype) via des comportements dont l’usage de matériaux.Chez les mésanges bleues, le nid est installé dans une cavité naturelle ou un nichoir artificiel et fait de divers matériaux empilés (surtout de la mousse, des brindilles, des herbes, et des poils ou plumes) formant une coupe. A partir de la fin de la construction du nid, quelques jours avant le début de la ponte des œufs, les femelles commencent à ajouter des fragments frais de plantes aromatiques dans la coupe du nid entre les autres matériaux. Elles vont continuer ainsi tous les jours jusqu’à l’envol des jeunes. On a détecté dans les nids une dizaine d’espèces de plantes aromatiques. Toutes libèrent des substances volatiles très odorantes En Corse, alors que l’environnement local offre près de 200 espèces de plantes aromatiques sauvages (abondance typique dans le Midi), seulement une dizaine d’entre elles se retrouvent dans les nids : il y a donc clairement un choix délibéré de la part des mésanges. Parfois, les plantes incorporées dans les nids ne se trouvent pas dans l’environnement immédiat du site de nid ce qui suppose une recherche active.

Mésance bleue (sous-espèce continentale)

Lavande papillon

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Reste maintenant à élucider la question centrale de ce comportement : à quoi sert-il ? L’hypothèse qui vient immédiatement à l’esprit est celle « du médicament » ou de la protection de la nichée contre des agents infectieux: bactéries, champignons ou parasites compte tenu du fait que les femelles ajoutent ces fragments de plantes pendant toute la durée d’élevage des jeunes.-espèce continentale).

Anti-mouches ?

Parmi les propriétés récurrentes de plantes citées ci-dessus revient celle de répulsive anti-insectes. Or, il se trouve que la population corse étudiée de mésanges bleues se caractérise par une très forte infestation des nichées par des asticots de lucilies bleues, des mouches de la famille des calliphoridés. Les mouches adultes visitent sans cesse les nids et pondent leurs œufs directement dans les matériaux des nids juste après l’éclosion des poussins. Les asticots qui éclosent se comportent en suceurs de sang (hématophages) sur les poussins à la peau encore largement nue ; ils se développent ainsi et après trois mues de croissance se transforment en pupes qui donneront des adultes. Ces asticots s’installent parfois à la base des narines des oisillons induisant des déformations importantes du bec de ces jeunes oiseaux. Des études ont montré que cette infestation par ces asticots a des effets négatifs prononcés sur le développement des poussins, sur leur poids atteint à l’envol et leurs chances de survie après l’envol, surtout quand les ressources alimentaires sont contraintes du fait de la météo par exemple ; ils semblent aussi influer le comportement des adultes dans leur investissement par rapport au nettoyage du nid (évacuation des excréments des poussins)

Piste sexuelle?

Piste sexuelle?Il apparaît que dans les nids « aromatisés », les mâles s’investissent significativement plus en prenant plus de risque : ils nourrissent plus et entrent plus facilement dans les nids pour ce faire. Les femelles manipulent ainsi le comportement des mâles et améliorent les chances de succès de leur descendance.

Immortelle d'Italie

Les oiseaux jardiniers :

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Les Lichens

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Les partenaires associés :

Les lichens sont constitués de deux partenaires :

Une préparation microscopique possible :1. Couper des sections très fines de lichen 2. Monter dans une goutte d’eau, entre lame et lamelle 3. Observer au microscope afin d'identifier l'association entre les deux partenaires décrits ci-contre.

◄ Un champignon (ici observé en microscopie optique), constitué de cellules incolores et rectangulaires qui forment de longs filaments incolores

Un organisme chlorophyllien parmi 3 possibles, soit une algue verte unicellulaire (à gauche), une algue verte pluricellulaire filamenteuse (au centre) ou des cyanobactéries (à droite). 3 observations au microscope optique.

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Les Lichens

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Chez les lichens, la symbiose tire profit des aptitudes des deux partenaires : - l’algue photosynthétique produit de la matière organique - les filaments mycéliens retiennent la moindre trace d’humidité disponibles.

Les résultats de l’association :

Les lichens sont des êtres vivants capables de résister à des conditions extrêmes. Ils sont présents dans presque tous les écosystèmes continentaux, de la toundra aux déserts chauds en passant par les forêts tropicales, des côtes rocheuses aux abords des glaciers. Ce sont souvent des organismes pionniers capables de coloniser des milieux dépourvus de vie (rochers nus, façades ou toits des maisons,…).

Dans le but de déterminer les conditions nécessaires à la production de pariétine, on a réalisé des cultures in vitro dont les résultats sont présentés dans le tableau :

Mais ce n’est pas tout : le lichen Xanthoria parietina présente une couleur jaune caractéristique (photo ci-contre) . Ce pigment, la pariétine, joue un rôle de protection contre les effets des rayonnements ultraviolets du soleil et permet au lichen de s’installer dans des conditions de luminosité extrêmes.

A ce jour, on a recensé plus de 1500 composés organiques produits par les lichens, dont la plupart n’existent pas chez les autres êtres vivants.

Résultats d’une culture expérimentale in vitro :

Les fourmis arboricoles

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Les partenaires associés :

Un ver nématode (= ver « rond ») nommée Myrmeconema neotropicum

La fourmi : espèce Cephalotes atratus

L’espèce dans son milieu naturel

Femelle mature de Myrmeconema neotropicum aux premiers stades de la productions d’œufs retirée d’une chrysalide de Cephalotes atratus observée au microscope électronique . La flèche montre la position de la vulve

Répartition mondiale des fourmis concernées par cette association :

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Les fourmis arboricoles

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Les résultats de l'association :

Ci-contre: l'abdomen d'une fourmi infectée, ou gaster, est ouvert en tranches pour révéler des centaines d'œufs de nématodes. Un gros plan des œufs montre le ver enroulé à l'intérieur.

L'abdomen de la fourmi infectée ressemble à une baie rouge dont se nourrissent les oiseaux, la fourmi est plus lente et se déplace avec son abdomen relevé rouge vif, appelé "gaster ". Imitant ainsi les baies rouges des fruits : les oiseaux la confondant avec leur nourriture, les œufs du ver se retrouvent dans son intestin, puis dans ses fientes.

La modification de la fourmi correspond en fait à l'expression des gènes du ver nématode et à leur effet sur le phénotype de la fourmi. La morphologie (gaster rouge vif), la physiologie (lenteur) et le comportement (gaster dressé) de l'hôte fourmi sont modifiés sous l'effet du nématode

D'autres infos

Le microbiote

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Les partenaires associés :

Bactéries du microbiote intestinal vues au microscope électronique à balayage colorisé

PHOTO: EYE OF SCIENCE / PHANIE

Notre intestin contient des centaines de milliards de bactéries. L’ensemble de ces bactéries constituent le microbiote intestinal. L’intestin d’un individu continent entre un et trois kilogrammes de bactéries. Les Bactéroïdetes et les Firmicutes sont des grandes familles de bactéries. Elles constituent plus de 90 % de notre flore intestinale. La communauté des Firmicutes a une plus grande capacité à digérer les glucides complexes.

Mise en place et développement du microbiote intestinal

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Le microbiote

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Résultats de l'association

Microbiote et digestion

Microbiote et système immunitaire

Microbiote et système nerveux

Les Gammares

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Les partenaires associés :

Microphallus papillorobustus : ver plat trématode

Gammarus insensibilis : petit crustacé qui fréquente les lagunes saumâtres du sud de la France. Dans la chaîne alimentaire, cet animal est consommé par les oiseaux. Il possède une géotaxie positive et une phototaxie négative : il se rapproche rarement de la surface de l'eau et se cache sous les galets du fond de la lagune.

Cycle de vie de Microphallus papillorobustus

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Les Gammares

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Les partenaires associés :

Microphallus papillorobustus : ver plat trématode

Gammarus insensibilis : petit crustacé qui fréquente les lagunes saumâtres du sud de la France. Dans la chaîne alimentaire, cet animal est consommé par les oiseaux. Il possède une géotaxie positive et une phototaxie négative : il se rapproche rarement de la surface de l'eau et se cache sous les galets du fond de la lagune.

Cycle de vie de Microphallus papillorobustus

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Les Gammares

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Résultats de l'association

Les gammares ont pour prédateur les oiseaux. Ces crustacés sont les hôtes de parasites dits "manipulateurs" : une fois infestés, le comportement des gammares change et facilite la prédation par les oiseaux, dans lesquels le parasites terminera son cycle de vie.

↑ Gammare parasitée par un parasite acanthocéphale nettement visible en rouge à travers la cuticule transparente

Comparaison des ganglions cérébraux des gammares sains (à gauche) et parasité ( à droite) : "MP" = larve (=métacercaire) de M. papillorobustus ►

Distribution verticale de 40 gammares parasités ou non par M. papillorobustus en fonction de l'éclairement

Les Coccinelles

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Les partenaires associés :

Coleomegilla maculata

La guêpe Dinocampus coccinellae

La guêpe pond un œuf dans le corps d'une coccinelle :

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Les Coccinelles

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Résultats de l'association

1. La larve de guêpe se développe à l’intérieur de l’insecte et après environ 20 jours, une larve émerge, prête à la pupaison et à sa transition en une guêpe adulte. Elle forme son cocon entre les pattes de la coccinelle et commence sa transformation.

2. La coccinelle "Bodygard" : Au lieu de tuer la larve, la coccinelle s'immobilise et protège le cocon de la nymphe de guêpe qui vient de sortir de son corps.

D’où provient un tel comportement de la part de la coccinelle ?

Étape du parasitisme de la coccinelle par la guêpe

Un virus "DcPV" (Dinocampus coccinellae Paralysis Virus ) dans les cellules nerveuses de la coccinelle "bodygard":

Le Ver de Roscoff

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Les partenaires associés :

Tetraselmis convolutae : microalgue qui pratique la photosynthèse

Les vers de Roscoff (Symsagittifera roscoffensis) adultes pondent des oeufs dans des cocons translucides

Cycle de vie du ver de Roscoff

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Le Ver de Roscoff

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Résultats de l'association

Dans les tissus de l'animal, la micro-algue produit un composé soufré, le DMSP (diméthylsulfopropionate), qui diffuse également dans le milieu extérieur. Ce composé est généralement dégradé enzymatiquement par des DMSP-lyases en acide acrylique et DMS (Diméthylsulfure). Cependant aucune activité DMSP-lyase n’a été mesurée dans des populations de Tetraselmsis convolutae seules. L’hypothèse d’une activité DMSP-lyase bactérienne a été avancée pour expliquer la présence de DMS et d'acide acrylique au sein des colonies de S. roscoffensis. Il est vraisemblable que le mucus de roscoffensis (comme le mucus d’autres animaux photosymbiotiques tels les coraux) héberge des populations bactériennes spécifiques possédant des DMSP-lyases. Le DMSP est un composé soufré présentant entre autres, une propriété répulsive qui pourrait conférer un rempart chimique expliquant l'absence de prédateur connu ou observé et l'abondance de vers au sein des colonies.

Le ver a tendance à se diriger vers des environnements éclairés : on parle de phototropisme positif. Cette adaptation maximise vraisemblablement la probabilité de rencontre entre la micro-algue libre et le juvénile non-symbiotique qui présente aussi ce phototropisme positif.

Microbiote et digestion *axénique = dépourvu de microbiote

Quantité d'aliments non digérés présents dans les selles (unités arbitraires)

Aliments consommés(en unités arbitraires)

100

24

Rats témoins

76

100

Rats axéniques*

◄ Les microbiotes respectifs de deux personnes jumelles, l'une obèse et l'autre pas, ont été prélevés et transférés à des souris axéniques. Ces souris ont ensuite été soumises au même régime alimentaire, pauvre en graisse et riche en fibres.

Le cycle de vie en captivité est bouclé (de l'adulte gravide à l'adulte gravide) en environ 2,5 à 3 mois.

Les fourmis nourrissent leurs larves avec des fientes d'oiseaux. Lorsque celles-ci ingèrent les œufs du nématode, les œufs éclosent puis migrent vers l'abdomen de la larve. Les mâles vivent peu de temps après l'accouplement. Pendant que les femelles nématodes incubent leurs œufs, la fourmi se transforme en pupe puis en ouvrière, son gaster devient de plus en plus rouge vif. Lorsque la fourmi est mangée par un oiseau, le cycle de vie du ver pourra reprendre.

Le virus "DcPV" est inoculé à la coccinelle, en même temps que l’œuf de la guêpe. Il va alors se développer dans la coccinelle et modifier sa physiologie :

Le microbiote intestinal se met en place à la naissance, par contact oral avec la maman ainsi que par voie vaginale lors de l'accouchement par voie basse

Temps de descente de la plateforme (en s)

Temps de descente de la plateforme (en s)

Nombre de lymphocytes dans la rate (en millions)

Nombre de lymphocytes dans les ganglions lymphatiques (en millions)

La rate et les ganglions lymphatiques sont, chez la soutris comme chez les êtres humains, des organes impliqués dans l'immunité. Ils contiennent de nombreux lymphocytes, cellules de la famille des globules blancs et qui aident à lutter contre des maladies infectieuses.