Les interactions dans le monde vivant - Virginie Courtier Cours 4 - mars 2023 - Normale Sup
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Les interactions dans le monde vivant Virginie Courtier Cours 4 – mars 2023
« Aujourd’hui le monde est messages,
codes, information. Quelle dissection demain
disloquera nos objets pour les recomposer en un
espace neuf ? »
@Institut
Francois Jacob, La logique du vivant, 1970, p. 345
Pasteur
Pourcentage d’articles
contenant le mot “information” ou “network”
dans PubMed
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/?term=all%5Bsb%5D
12
10
8
6
information network
4
2
0
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
Réseau ARPNET reliant plusieurs
centres de recherche américains
L’être humain a tendance à découper le
monde en éléments disjoints
https://blog.line-perles.fr
@Cheryl Brind
Interconnections et échanges métaboliques entre individus (symbiose et autres relations) intracellulaires (Buchnera, mitochondries) génétiques L’arbre du vivant ressemble plus à un réseau. Chaque être vivant est une mosaïque.
Interconnections et échanges métaboliques entre individus (symbiose et autres relations) intracellulaires (Buchnera, mitochondries) génétiques L’arbre du vivant ressemble plus à un réseau. Chaque être vivant est une mosaïque.
« Il est intéressant de contempler une berge enchevêtrée,
recouverte de nombreuses plantes de toutes sortes, avec
des oiseaux qui chantent sur les buissons, des insectes
variés qui voltigent, et des vers qui rampent dans la terre
humide, et de réfléchir au fait que ces formes élaborées, si
différentes les unes des autres, et dépendant les unes des
autres de manière si complexe, ont toutes été produites
par des lois agissant autour de nous. »
Charles Darwin, 1872, L’origine des espèces, 6e édition
@Wikipedia
Eléments nécessaires à l’être humain
Soleil/photons
(vitamine D)
Eau
Minéraux
calcium, chlore, soufre,
potassium, sodium,
magnésium, phosphore Oxygène
Oligoéléments
fluor, cobalt, chrome, cuivre,
iode, fer, manganèse, CO2
sélénium, zinc Vitamines Eau
acide ascorbique (vitamine C) Urine
biotine (vitamine H) Selles
Glucides acide folique (vitamine M) Energie
Lipides riboflavine (vitamine B2)
Protéines thiamine (vitamine B1)
Acides aminés essentiels cobalamine (vitamine B12)
histidine, isoleucine, leucine,
lysine, méthionine, phénylalanine,
thréonine, tryptophane, valine Marieb 2005 Anatomie et physiologie humaines
Paires alimentaires
Manque
de
méthionine
Manque de
lysine
xx
Décès d’un bébé de 7 mois
Juin 2014
Décès d’un bébé de 7
mois, nourri
exclusivement au lait
végétal depuis ses 3
mois
Juin 2017
Parents condamnés à six
mois de prison avec
sursis pour avoir « causé @SoGirly
sa mort sans le vouloir ».
https://www.anses.fr/fr/system/files/ANSES-Ft-AlimNourrissons.pdf
https://www.sciencesetavenir.fr/nutrition/enfant-adolescent/pourquoi-il-ne-faut-jamais-donner-de-laits-vegetaux-a-un-nourrisson_29759
Eléments nécessaires au pissenlit
Soleil/photons
CO2
Oxygène
Sels minéraux
Macronutriments
azote, potassium, calcium,
magnésium, phosphore,
soufre
Oligoéléments @VC
chlore, fer, bore, manganèse,
zinc, cuivre, nickel, Eau
molybdène I
I
\
\
Raven et al. 199 Biology of plantsLes minéraux naturels
Substance solide naturelle caractérisée par une composition chimique
précise et une structure atomique ordonnée.
5659 espèces minérales recensées par l'Association internationale de
minéralogie en 2022
Graphite (C) Diamant (C)
@Wikipedia
Hydroxyapatite (Ca5(PO4)3(OH))
http://cnmnc.main.jp/Difficile de séparer le vivant
des espèces minérales
Classification des espèces minérales :
Exclut les substances fabriquées par les humains, issues de la zone
combustion, formées par l'action de l'air ou de l'eau sur des critique
substances anthropiques
Mais
@Wikipedia
Inclut exploitation de mines/carrières si formation suite à
l’exposition à l'atmosphère ou aux effets des eaux souterraines
(~600 espèces minérales).
Inclut les substances produites par des êtres vivants si elles
peuvent aussi se former par des processus géochimiques.
Nickel & Grice 1998 American Mineralogist 5659
Un tiers n’existerait
Grande oxydation pas sans le monde
vivant
Eau
2000 +1300
espèces
minérales
700
4,4 milliards 4,2 milliards 2 milliards aujourd’hui
d’années d’années d’années
Hazen & Morrison 2022 American MineralogistEléments nécessaires à l’être humain
Soleil/photons
(vitamine D)
Eau
Minéraux
calcium, chlore, soufre,
potassium, sodium,
magnésium, phosphore Oxygène
Oligoéléments
fluor, cobalt, chrome, cuivre,
iode, fer, manganèse, CO2
sélénium, zinc Vitamines Eau
acide ascorbique (vitamine C) Urine
biotine (vitamine H) Selles
Glucides acide folique (vitamine M) Energie
Lipides riboflavine (vitamine B2)
Protéines thiamine (vitamine B1)
Acides aminés essentiels cobalamine (vitamine B12)
histidine, isoleucine, leucine,
lysine, méthionine, phénylalanine,
thréonine, tryptophane, valine Marieb 2005 Anatomie et physiologie humainesEspèce
Espèce Espèce spécialiste
généraliste spécialiste obligatoire
D. pachea
Pieter Brueghel l’Ancien @Wikipedia @Indiana University
cactus
@LaBoufCestSacre @PhotoWall
senita
@Luciano MatzkinD. pachea
résistance
dépendance
Alcaloïdes
toxiques
7-stérols
@Luciano Matzkin
cactus senitaCollecte de mouches au Mexique
X
400 km
Michael LANG @Virginie CourtierD. melanogaster D. pachea
Hormones Hormones
stéroïdes stéroïdes
7-déhydro- 7-déhydro-
cholestérol cholestérol
NVD XNVD
cholestérol lathostérol cholestérol lathostérol
@VC
cactus senita
fruits pourris Lang et al. 2012 ScienceEvolution d’un dépendance métabolique
par adaptation et mutation dans un seul gène
D. pachea
résistance
dépendance
Alcaloïdes
toxiques
7-stérols
@Luciano Matzkin
cactus senitaDégradation inéluctable
des activités enzymatiques au cours de l’évolution
@Institut Pasteur
« Le développement des sciences
physiques permettra peut-être un jour
d’introduire dans le patrimoine
1944
héréditaire un matériel qui contre-
balancera la tendance naturelle à la
dégradation. »Interconnections et échanges métaboliques entre individus (symbiose et autres relations) intracellulaires (Buchnera, mitochondries) génétiques L’arbre du vivant ressemble plus à un réseau. Chaque être vivant est une mosaïque.
Différents types d’interactions entre espèces
Effet de l’interaction sur :
Espèce A Espèce B
Compétition - -
Mutualisme, symbiose + +
Prédation, parasitisme + -
Commensalisme + 0 Ex : Bactéries de
la peau
Amensalisme - 0
Neutre 0 0Symbiose
Association intime et durable entre deux organismes, qui bénéficie aux
deux.
@WikipediaLes lichens
Recouvrent 8% de la surface terrestre.
Algues Filaments de
vertes champignon
@Wikipedia
@WikipediaInterconnections et échanges métaboliques entre individus (symbiose et autres relations) intracellulaires (Buchnera, mitochondries) génétiques L’arbre du vivant ressemble plus à un réseau. Chaque être vivant est une mosaïque.
Buchnera : un symbionte obligatoire
La sève est riche en sucres mais dépourvue
des acides aminés essentiels.
jeune adulte
embryon adulte adulte
sénescent
@microbewiki
bactériocytes
bactéries
Buchnera
Simonet 2016Buchnera synthétise de nombreux acides
aminés à partir de sucres
nera
c h
Smith & Moran 2020 PNAS BuBuchnera 50kb 50kb
Gènes
perdus
Génome reconstitué de la bactérie ancêtrebactérie libre
Perte de quelques gènes Perte de nombreux gènes
Gain de quelques gènes
petites acides
petites Transfert de gènes aminés
molécules
molécules
dans le noyau
bactérie parasite symbionteUne cellule de levure Milo & Philipps 2015 Biology by the numbers
cellule
mitochondrie
37 genes
16.5 kb
ADN mitochondrial bactérie
photosynthétique
chloroplaste
mitochondrie
Bactérie aérobieLa fonction principale des mitochondries
est la production d’ATP
Smith 2012La mitochondrie est le carrefour de nombreuses voies métaboliques Smith 2012
Mitochondries et chloroplastes
bactérie aérobie bactérie
~5000 gènes photosynthétique
~5000 gènes
mitochondrie chloroplaste
3-67 gènes 23-200 gènes
~1% retenus ~2% retenus
Maier 2013Interconnections et échanges métaboliques entre individus (symbiose et autres relations) intracellulaires (Buchnera, mitochondries) génétiques L’arbre du vivant ressemble plus à un réseau. Chaque être vivant est une mosaïque.
Espèce B Espèce C
extinction
spéciation
spéciation
temps
Espèce Ahybrides
Espèce B * Espèce C
* hybridation
tempsLa couleur noire des loups de Yellowstone
vient des chiens
Anderson et al. 2009 Nature
@Doug Smith - WikipediaLoups de
Yellowstone
Chiens
gris noirs
hybridation
Chiens
noirs G
X
Loups
noirs G
XMimétisme Mullérien Heliconius erato Heliconius melpomene
Plagiat génétique
Phylogénie Phylogénie
basée sur la totalité du génome basée sur optix melpomene optix silvaniform
hybridation
Kronforst 2012 PLoS GeneticsPlagiat génétique
pour la couleur des pucerons...
Plantes
β-carotène torulène Bactéries
… et d’autres animaux Champignons
Champignon Champignon
Araignée rouge Pucerons
cécidomyie
du cotonnier
Altincicek et al. 2012 Cobbs et al. 2013
Moran & Jarvik 2010 SciencePucerons Champignon
orange Transfert
horizontal
Champignon
PuceronsDégradation inéluctable
des activités enzymatiques au cours de l’évolution
« Le développement des sciences
physiques permettra peut-être un jour
d’introduire dans le patrimoine
1944
héréditaire un matériel qui contre-
balancera la tendance naturelle à la
dégradation. »De multiples échanges d’ADN
Transfert horizontal
Gènes de la bactérie
marine Zobellia Bacteroides
galactanivorans plebeius
Hehemann et al 2010 Nature
Humains modernes
Hybridation
Humain de Europe Asie de l’Ouest
Denisova
Allèle EPAS1
Huerta-Sanchez et al 2014 NatureGroupes sanguins A et B
Une différence ancestrale
@RTBF
Ségurel et al. 2012 PNASUne différence ancestrale
Humains Macaques
A B B A
@RTBF
Pour le groupe sanguin, un humain de groupe A est plus proche d’un
macaque de groupe A que d’un humain d’un autre groupe sanguin.Interconnections et échanges métaboliques entre individus (symbiose et autres relations) intracellulaires (Buchnera, mitochondries) génétiques L’arbre du vivant ressemble plus à un réseau. Chaque être vivant est une mosaïque.
Eubactéries Archées Eucaryotes
L'arbre de la vie
n'est pas un
arbre
Harris & Hill 2021 Frontiers MicrobiolUne entité vivante est une mosaïque Portrait de Dimitar Blagoev, Bulgarie
Complexification du réseau entre êtres vivants
De plus en plus de molécules différentes.
De plus en plus d’échanges et d’interactions.
1998 2023
~30 éléments chimiques ~75 éléments chimiques
De Wever 2022 in “La Terre, le vivant, les humains”Conclusion
L’arbre du vivant est plutôt un réseau.
De nombreux échanges à divers niveaux :
métabolique, génétique, cellulaire, entre organismes.
Interdépendance des êtres vivants.
Complexification des relations entre êtres vivants.
2021Vous pouvez aussi lire
