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Combien y a-t-il d'eucaryotes sur Terre ?


J'ai lu:

William B. Whitman, David C. Coleman et William J. Wiebe, "Procaryotes : La majorité invisible", Proc. Natl. Acad. Sci. Etats-Unis 95, pp. 6578-6583, juin 1998. [Texte intégral] [PDF]

dans lequel ils estiment que le nombre de cellules procaryotes sur Terre est de l'ordre de 10$^{31}$.

Je n'arrive pas à trouver de données équivalentes pour la vie unicellulaire eucaryote. Existe-t-il des estimations du nombre d'êtres vivants eucaryotes unicellulaires sur Terre ? Est-ce que d'autres estimations confirment ou contredisent la référence que j'ai citée ci-dessus ?


Impossible de rentrer dans un commentaire…

Pour être sûr que nous comprenions tous votre question…

Votre question est-ellecombien d'espèces (eucaryotes) vivent actuellement ?ouCombien de cellules (eucaryotes) vivent actuellement ??

Juste un indice pour répondre à la question

Micheal Lynch, dans son livre (On the Origin of Genome Architecture) à la page 3, Box 1.1 tente de répondre à la questionCombien y a-t-il d'ADN sur terre ?. Il aboutit à une estimation d'une longueur totale d'ADN sur terre de 10^{24}$ km pour les procaryotes, 10^{25}$ km pour les eucaryotes (dont $frac{1}{1000}$% est comptabilisé aux humains). Cela représente une longueur totale d'ADN de 10$^{12}$ années-lumière, soit 10 fois le diamètre de l'univers connu !

Dans ses calculs, il estime le nombre total de cellules procaryotes à 10$^{30}$ (citant Whitman et al. 1998 comme vous l'avez fait). Il estime le nombre total d'espèces eucaryotes à 10^7$, soit 6 fois le nombre d'espèces eucaryotes connues. Cependant, il ne donne directement aucune référence pour cette estimation mais il se réfère à différents chapitres du livre qui contiennent de nombreuses références.

… J'espère que ça aide…


Combien y a-t-il d'eucaryotes sur Terre ? - La biologie

Les eucaryotes sont très divers en termes phylogéniques, la caractéristique commune étant un noyau lié à la membrane.

Objectifs d'apprentissage

Évaluer la phylogénie d'Eucarya

Points clés à retenir

Points clés

  • Les eucaryotes sont largement déterminés par la présence d'un noyau lié à la membrane, bien que de nombreux eucaryotes aient d'autres structures liées à la membrane.
  • Le domaine des eucaryas est globalement regroupé en six royaumes : Excavata, Amoebozoa, Opisthokonta, Rhizaria, Chromalveolata et Archaeplastida.
  • La nature exacte des relations (c'est-à-dire des ancêtres communs) du domaine eucarya est encore débattue.

Mots clés

  • groupe couronne: En phylogénétique, le groupe couronne d'une collection d'espèces se compose des représentants vivants de la collection ainsi que de leurs ancêtres jusqu'à leur dernier ancêtre commun ainsi que de tous les descendants de cet ancêtre. C'est donc un clade, un groupe constitué d'une espèce et de tous ses descendants.
  • crêtes: Cristae (crista singulier) sont les compartiments internes formés par la membrane interne d'une mitochondrie. Ils sont parsemés de protéines, dont l'ATP synthase et une variété de cytochromes.

Phylogénie des Eucarya

Un eucaryote est un organisme dont les cellules contiennent des structures complexes enfermées dans des membranes. Les eucaryotes peuvent être appelés plus formellement le taxon Eukarya ou Eukaryota. La structure définie liée à la membrane qui distingue les cellules eucaryotes des cellules procaryotes est le noyau, ou enveloppe nucléaire, à l'intérieur duquel le matériel génétique est transporté. La plupart des cellules eucaryotes contiennent également d'autres organites liés à la membrane tels que les mitochondries, les chloroplastes et l'appareil de Golgi. Tous les grands organismes complexes sont des eucaryotes, y compris les animaux, les plantes et les champignons. Le groupe comprend également de nombreux organismes unicellulaires.

Les arbres à ARNr construits au cours des années 1980 et 1990 ont laissé la plupart des eucaryotes dans un groupe de couronne non résolu, qui était généralement divisé par la forme des crêtes mitochondriales. Les quelques groupes dépourvus de mitochondries se sont ramifiés séparément, et l'absence a donc été considérée comme primitive. Mais cela est maintenant considéré comme un artefact d'une ligne évolutive divergente, et ils sont connus pour les avoir perdus secondairement.

Les eucaryotes sont divisés en 6 subdivisions, appelées royaumes. Ils comprennent:

Les Six Royaumes: C'est une hypothèse des relations eucaryotes. Le groupe Opisthokonta comprend à la fois des animaux (Metazoa) et des champignons. Les plantes (Plantae) sont placées dans Archaeplastida.

1. Excavata – Divers protozoaires flagellés

2. Amoebozoa – La plupart des amiboïdes lobés et des moisissures visqueuses

3. Opisthokonta – Animaux, champignons, choanoflagellés

4. RhizariaForaminifera – Radiolaires et divers autres protozoaires amiboïdes

5. ChromalveolataStramenopiles (ou Heterokonta) – Haptophyta, Cryptophyta (ou cryptomonads) et Alveolata

6. Archaeplastida (ou Primoplantae) – Plantes terrestres, algues vertes, algues rouges et glaucophytes

Il est largement admis que les Rhizaria appartiennent aux Stramenopiles et aux Alveolata, dans un clade surnommé le supergroupe SAR, de sorte que Rhizara n'est pas l'un des principaux groupes eucaryotes. Les Amoeboza et les Opisthokonta sont chacun monophylétiques et forment un clade, souvent appelé les unikonts. Il y a un débat sur les véritables constituants du règne animal.

Au-delà, il ne semble pas y avoir de consensus. Il a été estimé qu'il pourrait y avoir 75 lignées distinctes d'eucaryotes. La plupart de ces lignées sont des protistes. Les tailles connues du génome des eucaryotes varient de 8,2 mégabases (Mb) chez Babesia bovis à 112 000 à 220 050 Mb chez le dinoflagellé Prorocentrum micans. Cela suggère que le génome de l'eucaryote ancestral a subi des variations considérables au cours de son évolution. Le dernier ancêtre commun de tous les eucaryotes aurait été un protiste phagotrophe avec un noyau, au moins un centriole et un cil, des mitochondries aérobies facultatives, un sexe (méiose), un kyste dormant avec une paroi cellulaire de chitine, de cellulose et de peroxysomes. Plus tard, l'endosymbiose a conduit à la propagation des plastes dans certaines lignées.


Les niveaux de classification

La taxonomie (qui signifie littéralement « loi d'arrangement ») est la science qui consiste à nommer et à regrouper les espèces pour construire un système de classification partagé au niveau international. Le système de classification taxonomique (également appelé système linnéen du nom de son inventeur, Carl Linnaeus, un naturaliste suédois) utilise un modèle hiérarchique. Un système hiérarchique a des niveaux et chaque groupe à l'un des niveaux comprend des groupes au niveau le plus bas suivant, de sorte qu'au niveau le plus bas, chaque membre appartient à une série de groupes imbriqués. Une analogie est la série imbriquée de répertoires sur le lecteur de disque principal d'un ordinateur. Par exemple, dans le groupe le plus inclusif, les scientifiques divisent les organismes en trois domaines : les bactéries, les archées et les eucariens. Au sein de chaque domaine se trouve un deuxième niveau appelé royaume. Chaque domaine contient plusieurs royaumes. Au sein des royaumes, les catégories suivantes de spécificité croissante sont : phylum , classe , ordre , famille , genre et espèce .

À titre d'exemple, les niveaux de classification pour le chien domestique sont indiqués dans [Figure 2]. Le groupe à chaque niveau est appelé un taxon (pluriel : taxons). Autrement dit, pour le chien, Carnivora est le taxon au niveau de l'ordre, Canidae est le taxon au niveau de la famille, et ainsi de suite. Les organismes ont également un nom commun que les gens utilisent généralement, comme chien domestique ou loup. Chaque nom de taxon est en majuscule, sauf pour les espèces, et les noms de genre et d'espèce sont en italique. Les scientifiques désignent un organisme par ses noms de genre et d'espèce ensemble, communément appelés nom scientifique ou nom latin. Ce système à deux noms est appelé nomenclature binomiale. Le nom scientifique du loup est donc Canis lupus. Une étude récente de l'ADN des chiens domestiques et des loups suggère que le chien domestique est une sous-espèce du loup, pas sa propre espèce, donc on lui donne un nom supplémentaire pour indiquer son statut de sous-espèce, Canis lupus familiaris.

[Figure 2] montre également comment les niveaux taxonomiques évoluent vers la spécificité. Remarquez comment au sein du domaine, nous trouvons le chien regroupé avec la plus grande diversité d'organismes. Il s'agit notamment de plantes et d'autres organismes non représentés, tels que les champignons et les protistes. À chaque sous-niveau, les organismes deviennent plus semblables parce qu'ils sont plus étroitement liés. Avant que la théorie de l'évolution de Darwin ne soit développée, les naturalistes classaient parfois les organismes en utilisant des similitudes arbitraires, mais depuis que la théorie de l'évolution a été proposée au XIXe siècle, les biologistes s'efforcent de faire en sorte que le système de classification reflète les relations évolutives. Cela signifie que tous les membres d'un taxon devraient avoir un ancêtre commun et être plus étroitement liés les uns aux autres qu'aux membres d'autres taxons.

Des analyses génétiques récentes et d'autres progrès ont montré que certaines classifications taxonomiques antérieures ne reflètent pas les relations évolutives réelles et, par conséquent, des modifications et des mises à jour doivent être apportées au fur et à mesure que de nouvelles découvertes ont lieu. Un exemple dramatique et récent a été la séparation d'espèces procaryotes, qui jusqu'aux années 1970 étaient toutes classées comme des bactéries. Leur division en archées et bactéries est survenue après la reconnaissance que leurs grandes différences génétiques justifiaient leur séparation en deux des trois branches fondamentales de la vie.

Connexion artistique

Figure 2 : À chaque sous-niveau du système de classification taxonomique, les organismes deviennent plus similaires. Les chiens et les loups sont la même espèce car ils peuvent se reproduire et produire une progéniture viable, mais ils sont suffisamment différents pour être classés comme des sous-espèces différentes. (crédit “plant” : modification de l'œuvre par “berduchwal”/Flickr crédit “insect” : modification de l'œuvre par Jon Sullivan crédit “fish” : modification de l'œuvre par Christian Mehlführer crédit “rabbit&# 8221 : modification de l'œuvre par Aidan Wojtas crédit “cat” : modification de l'œuvre par Jonathan Lidbeck crédit “fox” : modification de l'œuvre par Kevin Bacher, NPS crédit “jackal” : modification de l'œuvre par Thomas A. Hermann, NBII, USGS crédit “wolf” modification du travail par Robert Dewar crédit “dog”: modification du travail par “digital_image_fan”/Flickr)

A quels niveaux les chats et les chiens sont-ils considérés comme faisant partie du même groupe ?

[reveal-answer q=�″]Afficher la réponse[/reveal-answer]
[hidden-answer a=�″]Les chats et les chiens font partie du même groupe à cinq niveaux : tous deux appartiennent au domaine Eukarya, au royaume Animalia, au phylum Chordata, à la classe Mammalia et à l'ordre Carnivora.[ /réponse-cachée]


Les trois domaines de la vie

Lorsque les scientifiques ont commencé à classer la vie, tout était désigné soit comme un animal, soit comme une plante. Mais à mesure que de nouvelles formes de vie ont été découvertes et que notre connaissance de la vie sur Terre s'est développée, de nouvelles catégories, appelées « Royaumes », ont été ajoutées. Il y a finalement eu cinq royaumes en tout – Animalia, Plantae, Fungi, Protista et Bacteria.

Les cinq royaumes étaient généralement regroupés en deux catégories appelées Eukarya et Prokarya. Les eucaryotes représentent quatre des cinq royaumes (animaux, plantes, champignons et protistes). Les eucaryotes sont des organismes dont les cellules ont un noyau, une sorte de sac qui contient l'ADN de la cellule. Les animaux, les plantes, les protistes et les champignons sont tous des eucaryotes car ils ont tous une membrane nucléaire contenant de l'ADN dans leurs cellules.

Les cellules des procaryotes, en revanche, sont dépourvues de cette membrane nucléaire. Au lieu de cela, l'ADN fait partie d'une structure protéine-acide nucléique appelée nucléoïde. Les bactéries sont toutes des procaryotes.

Cependant, de nouvelles connaissances en biologie moléculaire ont changé cette vision de la vie. Un type d'organisme procaryote qui a longtemps été classé dans la catégorie des bactéries s'est avéré avoir un ADN très différent de l'ADN bactérien. Cette différence a conduit le microbiologiste Carl Woese de l'Université de l'Illinois à proposer de réorganiser l'arbre de vie en trois domaines distincts : Eukarya, Eubacteria (vraies bactéries) et Archaea.

Les archées ressemblent à des bactéries, c'est pourquoi elles ont été classées comme bactéries en premier lieu : les organismes unicellulaires ont le même type de tige, de spirale et de forme de marbre que les bactéries. Les archées et les bactéries partagent également certains gènes, elles fonctionnent donc de la même manière à certains égards. Mais les archéens partagent également des gènes avec les eucaryotes, ainsi que de nombreux gènes totalement uniques.

Les archées sont ainsi nommées car elles sont considérées comme les formes de vie les moins évoluées sur Terre (« archae » signifiant « ancienne »). La capacité de certaines archées à vivre dans des conditions environnementales similaires à celles de la Terre primitive donne une indication de l'héritage ancien du domaine.

La Terre primitive était chaude, avec de nombreux volcans extrêmement actifs et une atmosphère composée principalement d'azote, de méthane, d'ammoniac, de dioxyde de carbone et d'eau. Il y avait peu ou pas d'oxygène dans l'atmosphère. Les archées et certaines bactéries ont évolué dans ces conditions et sont capables de vivre dans des conditions difficiles similaires aujourd'hui. De nombreux scientifiques soupçonnent maintenant que ces deux groupes ont divergé d'un ancêtre commun relativement peu de temps après le début de la vie.

Des millions d'années après le développement des archées et des bactéries, les ancêtres des eucaryotes d'aujourd'hui se sont séparés des archées. Ainsi, bien que les archées ressemblent physiquement à des bactéries, elles sont en réalité plus proches de nous !

Sans les preuves ADN, ce serait difficile à croire. Les archées qui vivent dans des environnements extrêmes peuvent faire face à des conditions qui tueraient rapidement les organismes eucaryotes. Les thermophiles, par exemple, vivent à des températures élevées – le record actuel est de 113 °C (235 °F). En revanche, aucun eucaryote connu ne peut survivre à plus de 60 °C (140 °F). Ensuite, il y a aussi les psychrophiles, qui aiment les températures froides - il y en a un dans l'Antarctique qui pousse le mieux à 4°C (39°F). En tant que groupe, ces archées à la vie dure sont appelées « extrêmophiles ».

Il existe d'autres types d'archées extrêmophiles, tels que les acidophiles, qui vivent à des niveaux de pH aussi bas que 1 pH (c'est à peu près le même pH que l'acide de batterie). Les alcaliphiles se développent à des niveaux de pH aussi élevés que celui du nettoyant pour four. Les halophiles, quant à eux, vivent dans des environnements très salés. Mais il existe aussi des eucaryotes alcaliphiles, acidophiles et halophiles. De plus, toutes les archées ne sont pas des extrêmophiles. Beaucoup vivent dans des températures et des conditions plus ordinaires.

De nombreux scientifiques pensent que les archées thermophiles – les microbes aimant la chaleur vivant autour des cheminées volcaniques des grands fonds – pourraient représenter la première vie sur Terre. Mais Mitchell Sogin, membre du NAI, microbiologiste au Laboratoire de biologie marine, affirme qu'au lieu d'être la première forme de vie de la Terre, ils pourraient être les seuls survivants d'une catastrophe survenue au début de l'histoire de la Terre. Cette catastrophe aurait pu tuer toutes les autres formes de vie, y compris l'ancêtre universel dont sont issus les archées et les bactéries.

"Certains ont fait valoir que l'apparition de phénotypes thermophiles dans les lignées archéennes et bactériennes les plus profondes suggère que la vie avait une origine chaude", explique Sogin. "Cependant, il existe d'autres arguments tout aussi convaincants qui suggèrent que cette répartition des phénotypes sur l'arbre de vie reflète la survie d'organismes aimant la chaleur en période de bouleversement environnemental majeur."

De tels bouleversements environnementaux incluent les bombardements d'astéroïdes et de comètes, qui, nous le savons, se sont produits fréquemment au cours des premières années de la Terre. Bien que notre planète géologiquement active ait effacé une grande partie des preuves de ces événements cataclysmiques, la Lune témoigne de la quantité d'activité d'astéroïdes et de comètes qui s'est produite dans notre voisinage. Parce que la Lune est géologiquement inactive, sa surface est encore jonchée de cicatrices de ces premiers impacts.

Des impacts importants peuvent créer de graves changements environnementaux mondiaux qui anéantissent la vie à la surface de la planète. On pense, par exemple, que les dinosaures ont été victimes des effets environnementaux d'un gros impact d'astéroïde. Entre autres effets, les impacts projettent beaucoup de poussière et de produits chimiques vaporisés dans l'atmosphère. Cela bloque la lumière du soleil, altérant la photosynthèse et modifiant les températures mondiales.

Mais les archéens thermophiles ne dépendent pas du Soleil pour leur énergie. Ils récoltent leur énergie à partir de produits chimiques trouvés dans les évents dans un processus appelé chimiosynthèse. Ces organismes ne sont pas fortement touchés par les changements environnementaux de surface. Les seuls organismes capables de survivre aux impacts importants et fréquents des premières années de la Terre étaient peut-être les organismes thermophiles qui vivaient autour des cheminées volcaniques des grands fonds.

« Certainement, la découverte des archées a mis en évidence une diversité microbienne, en particulier dans les environnements extrêmes, qui était auparavant méconnue », déclare Sogin. "Quant à ce que ces données ont à dire sur les origines de la vie, je suis d'avis que nous ne savons toujours pas où se trouve la racine dans l'arbre des trois royaumes."

Woese travaille actuellement à déterrer cette racine. Mais il dit que la recherche de l'ancêtre universel est un problème beaucoup plus subtil et complexe que la plupart des gens ne le pensent.

"Le problème n'est pas simplement d'identifier une cellule ou une lignée cellulaire d'origine qui a tout déclenché", explique Woese. “L'ancêtre universel n'est peut-être pas du tout une seule lignée.”

Au lieu de cela, dit Woese, le transfert latéral de gènes - un processus où les gènes sont partagés entre les micro-organismes - peut avoir été si répandu que la vie n'a pas évolué à partir d'une lignée individuelle.

Au stade de l'ancêtre universel, le transfert horizontal de gènes peut avoir été si dominant que l'ancêtre peut en fait avoir été une communauté de lignées cellulaires qui ont évolué dans leur ensemble. Nous pourrons retracer toute vie jusqu'à un ancêtre, mais cet état ne sera pas une lignée cellulaire particulière.

Le transfert de gènes bactériens semble avoir été un élément essentiel de l'évolution des archéens et des eucaryotes. En fait, on pense qu'un tel transfert était responsable du développement de la première cellule eucaryote. Comme l'oxygène s'accumulait dans l'atmosphère grâce à la photosynthèse des algues bleu-vert, la vie sur Terre devait s'adapter rapidement. Lorsqu'une cellule consommait des bactéries aérobies (utilisatrices d'oxygène), elle était capable de survivre dans le monde nouvellement oxygéné. Aujourd'hui, les bactéries aérobies ont évolué pour devenir des mitochondries, qui aident la cellule à transformer les aliments en énergie.

Les archées et les eucaryas des temps modernes semblent dépendre d'une telle intervention bactérienne dans leur métabolisme. Cela indique la possibilité que des gènes bactériens aient remplacé d'autres gènes dans les deux lignées au fil du temps, effaçant certaines caractéristiques du dernier ancêtre commun. Mais Woese dit qu'il existe certaines similitudes moléculaires entre les trois domaines qui peuvent encore pointer vers un ancêtre universel.

"Bien qu'il existe des différences dans les systèmes de traitement de l'information, il existe de nombreuses caractéristiques universelles dans la traduction et des similitudes fondamentales dans la transcription qui relient les trois domaines", explique Woese. “Mais c'est un domaine très complexe et difficile à comprendre. Ces premières interactions étaient presque certainement entre des entités dont les semblables n'existent plus. C'étaient des entités primitives qui étaient en passe de devenir l'un des trois types de cellules modernes, mais n'étaient certainement pas des cellules modernes. Leurs interactions étaient particulières à cette époque particulière de l'évolution, avant l'apparition des types de cellules modernes.

Peut-être que l'ancêtre universel ne se trouve pas sur Terre. Parce que la vie sur Terre semble être apparue très peu de temps après que la planète soit devenue habitable, de nombreux scientifiques pensent que la vie aurait pu arriver de l'espace, via les astéroïdes et les comètes qui ont bombardé la Terre dans ses premières années.

De plus, parce que certaines roches martiennes arrivées sur notre planète semblent contenir des microbes fossilisés, certains ont émis l'hypothèse que la vie sur Terre pourrait provenir à l'origine de météorites martiennes. Cependant, Woese pense que si nous trouvons des preuves de la vie sur Mars, elles seront soit sans rapport avec la vie terrestre, soit le résultat de la contamination de Mars par des roches de la Terre.

Sogin ne pense pas non plus que les premiers microbes ont été amenés sur Terre par un astéroïde ou une comète martienne. Cependant, il pense que la vie microbienne peut être une caractéristique commune de la Galaxie.

"La vie dans des environnements extrêmes, telle que représentée principalement par les archées, nous oblige à envisager la possibilité d'organismes vivants sur d'autres corps du système solaire dans des conditions que nous n'aurions pas jugées possibles il y a seulement dix ou quinze ans", explique Sogin. Par exemple, nous pouvons imaginer la vie sous la glace sur Europe et même la possibilité d'une vie souterraine sur Mars. La vie microbienne est certainement beaucoup plus robuste et peut survivre et même prospérer dans des conditions susceptibles de se trouver ailleurs dans le système solaire et certainement dans la galaxie.

Woese, d'autre part, n'a pas encore pris sa décision sur l'occurrence de la vie ailleurs.

“La vie dans l'univers – rare ou unique ? Je marche des deux côtés de cette rue, dit Woese. « Un jour, je pourrai dire qu'étant donné les 100 milliards d'étoiles de notre galaxie et les 100 milliards ou plus de galaxies, il doit y avoir des planètes qui se sont formées et ont évolué de manière très, très semblable à celle de la Terre, et qui contiendraient donc une vie microbienne. au moins. Il y a d'autres jours où je dis que le principe anthropique, qui fait de cet univers un univers spécial parmi un nombre incalculable d'univers, peut ne pas s'appliquer uniquement à cet aspect de la nature que nous définissons dans le domaine de la physique, mais peut s'étendre à la chimie. et la biologie. Dans ce cas, la vie sur Terre pourrait être tout à fait unique.”

Que la vie semblable à la Terre soit commune ou unique, Sogin dit qu'il faudra beaucoup de temps avant que nous puissions répondre à cette question avec certitude.

"Je pense que la vie se produit ailleurs dans l'univers", dit Sogin. "Cependant, je ne suis pas sûr que nous puissions un jour obtenir des preuves concluantes de la vie ailleurs compte tenu de la technologie d'aujourd'hui, ou même de la technologie de demain."

Le développement du concept des Trois Domaines a, selon Woese, considérablement modifié la façon dont les scientifiques voient la vie sur Terre. Il dit que le concept a mis en évidence les traits communs " ainsi que les différences " entre les trois groupes.

« La plupart des biologistes parlent encore de procaryotes contre eucaryotes, mais maintenant ils discutent de leurs similitudes, explique Woese. « Autrefois, ils se concentraient principalement, sinon uniquement, sur leurs différences. Je compare souvent le climat conceptuel avant et après la découverte des archées au passage de la vision monoculaire à la vision binoculaire.

En découvrant ce qu'il peut sur les similitudes entre les trois domaines, Woese dit qu'il étudie les deux problèmes biologiques fondamentaux interdépendants de la nature de l'ancêtre universel et de la dynamique évolutive du transfert horizontal de gènes.

Sogin, quant à lui, explore l'évolution de la complexité biologique dans les écosystèmes microbiens.

"La vie est très ancienne - elle est apparue sur Terre il y a au moins 3,5 milliards d'années et peut-être il y a 3,9 ou 4 milliards d'années", explique Sogin. « C'était microbien et a continué dans ce mode pendant les premiers 70 à 90 % de l'histoire de la Terre. La multicellularité complexe sous forme de tissu différencié est un événement relativement récent. Au fil du temps, les microbes ont régné et continuent de gouverner tous les processus biologiques sur cette planète.”

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D'où viennent les eucaryotes ?

Selon diverses preuves archéologiques, les cellules eucaryotes ont commencé à exister plus de il y a 0,6 milliard d'années. Jusqu'à présent, leur évolution est considérée par beaucoup comme l'un des événements les plus inhabituels de la histoire biologique.

Pour expliquer un événement aussi bizarre, un scientifique Lynn Margulis a proposé le soi-disant “Théorie endosymbiotique“.

  • Cette théorie affirme que le mitochondries (les centrale de la cellule), et les chloroplastes (structure pour la photosynthèse) étaient autrefois des organismes unicellulaires qui ont été engloutis par “proto-eucaryote” cellules.
  • Les mitochondries et les chloroplastes eucaryotes ont un ensemble de matériel génétique différent de celui de la cellule elle-même. Par conséquent, il prouve qu'ils étaient autrefois bactérien cellules.
  • Leur continu et maintenu symbiose exigeait que les deux cellules se reproduisent au même rythme et ne se digèrent pas.
  • En conséquence, les cellules résultantes pourraient désormais produire leur énergie et fixer le carbone grâce à l'utilisation de la lumière.

Matériaux et méthodes

Échantillonnage et séquençage des taxons

Quarante-six espèces ont été utilisées pour déduire la phylogénie des plastes dont 32 algues rouges dont les chromistes, 12 algues vertes et plantes terrestres, le glaucophyte Cyanophora paradoxa, et une cyanobactérie (Nostoc sp. PCC7120) comme groupe externe (pour les identifications de souches et les numéros d'accession GenBank, voir le tableau 1 dans le matériel supplémentaire en ligne). Un total de 42 nouvelles séquences de plastes ont été déterminés dans cette étude. Notre stratégie de séquençage était de se concentrer sur les algues rouges et les chromistes qui couvrent la diversité connue de ces lignées. En particulier, nous avons inclus une grande diversité de Cyanidiales extrêmophiles, dont deux taxons mésophiles que nous avons récemment découverts (Cyanidium sp. Sybille, Cyanidium sp. Monte Rotaro), et des membres des autres genres de cet ordre d'algues rouges à divergence précoce. Notre ensemble de données comprenait, par conséquent, des clés rouges et vertes divergentes précocement (par exemple, Mésostigma viride) les algues et les plantes terrestres (p. Anthoceros formosae), un glaucophyte et une cyanobactérie.

Pour préparer l'ADN, les cultures d'algues ont été congelées dans de l'azote liquide et broyées avec des billes de verre en utilisant une tige de verre et/ou un Mini-BeadBeater (Biospec Products, Inc., Bartlesville, Okla.). L'ADN génomique total a été extrait avec le DNeasy Plant Mini Kit (Qiagen, Santa Clarita, Californie). Des réactions en chaîne par polymérase (PCR) ont été effectuées en utilisant des amorces spécifiques pour chacun des gènes du plaste (voir Yoon, Hackett et Bhattacharya 2002 Yoon et al. 2002). Quatre amorces dégénérées ont été utilisées pour amplifier et séquencer le photosystème I P700 chlorophylle une apoprotéine A2 (psaB) gène : psaB500F 5′-TCWTGGTTYAAAAATAAYGA-3′, psaB1000F 5′-CAAYTAGGHTTAGCTTTAGC-3′, psaB1050R 5′-GGYAWWGCATACATATGYTG-3′, psaB1760R 5′-CCRATYGTATTWAGCATCCA-3′. Étant donné que des introns ont été trouvés dans le facteur d'élongation des plastes Tu (tufA) et photosystème I P700 chlorophylle une apoprotéine A1 (psaA) gènes de certaines algues rouges (indiquant très probablement un transfert de gène vers le noyau [H.S.Y., D.B. données non publiées]), la méthode de transcriptase inverse (RT)-PCR a été utilisée pour isoler l'ADNc. Pour la RT-PCR, les ARN totaux ont été extraits avec le RNeasy Mini Kit (Qiagen, Santa Clarita, CA). Pour synthétiser l'ADNc à partir de l'ARN total, la transcriptase inverse M-MLV (GIBCO BRL, Gaithersburg, Maryland) a été utilisée selon le protocole du fabricant. Les produits PCR ont été purifiés avec le kit de purification QIAquick PCR (Qiagen) et ont été utilisés pour le séquençage direct avec le kit de séquençage BigDye Terminator Cycle (PE-Applied Biosystems, Norwalk, Connecticut) et un ABI-3100 au Center for Comparative Genomics à l'Université de l'Iowa. Certains produits de PCR ont été clonés dans le vecteur pGEM-T (Promega, Madison, Wis.) avant le séquençage.

Analyses phylogénétiques

Les séquences ont été alignées manuellement avec SeqPup ( Gilbert 1995). L'alignement utilisé dans les analyses phylogénétiques est disponible sur demande auprès de D. B. Nous avons préparé un ensemble de données concaténées d'ARNr 16S (1309 nt), psaA (1 395 nt), psaB (1 266 nt), protéine D1 du centre de réaction du photosystème II (psbA) (957 nt), ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygénase (rbcL 1,215 nt), et tufA (969 nt) régions codantes (un total de 7 111 nt) des eucaryotes photosynthétiques et de la cyanobactérie Nostoc sp. PCC7120 comme groupe externe. Parce que le rbcLe gène L des algues vertes et glaucophytes sont d'origine cyanobactérienne, tandis que ceux des algues rouges et des plastes dérivés d'algues rouges sont d'origine protéobactérienne (par exemple, Valentin et Zetsche 1990), le vert et le glaucophyte évolutivement éloignés. rbcLes séquences L ont été codées comme données manquantes dans les analyses phylogénétiques. Le très divergent et probablement non fonctionnel tufUne séquence en Chaetosphaeridium globosum ( Baldauf, Manhart et Palmer 1990) et la centrale terrestre à code nucléaire tufLes gènes A ( Baldauf et Palmer 1990) ont également été exclus de l'analyse.

Les arbres ont été inférés avec l'inférence bayésienne et les méthodes d'évolution minimale (ME) et de parcimonie maximale (MP). Pour traiter les éventuels effets trompeurs du biais nucléotidique ou de la saturation mutationnelle aux troisièmes positions du codon dans l'ensemble de données ADN (par exemple, pour rbcL, voir Pinto et al. 2003), nous avons exclu les troisièmes positions de codon des analyses phylogénétiques (laissant un total de 5 177 nt). Dans l'inférence bayésienne des données ADN (MrBayes, version 3.0b4 Huelsenbeck et Ronquist 2001), nous avons utilisé le modèle réversible en temps général (GTR) + avec des estimations de paramètres de modèle distinctes pour les trois partitions de données (ARNr 16S, premier et deuxième positions des codons dans les gènes codant pour les protéines). La chaîne de Markov de Monte Carlo couplée à Metropolis (MCMCMC) à partir d'un arbre de départ aléatoire a été initiée dans l'inférence bayésienne et exécutée pendant 2 millions de générations. Les arbres ont été échantillonnés tous les 1 000 cycles. Quatre chaînes ont été exécutées simultanément, dont trois chauffées et une froide, les 200 000 cycles initiaux (200 arbres) étant rejetés en tant que « burn-in ». La stationnarité des log vraisemblances a été surveillée pour vérifier la convergence de 200 000 cycles (résultats non montrés). Un arbre de consensus a été réalisé avec les 1800 phylogénies restantes pour déterminer les probabilités postérieures aux différents nœuds. Dans les analyses ME, nous avons généré des distances en utilisant le modèle GTR + I + Γ (identifié avec Modeltest version 3.06, [ Posada et Crandall 1998] comme le modèle le mieux adapté à nos données) avec le logiciel PAUP*4.0b8 ( Swofford 2002) . Dix recherches heuristiques avec des arbres de départ de séquences d'addition aléatoires et des réarrangements de branches de bissection-reconnexion d'arbres (TBR) ont été effectuées pour trouver les arbres ME optimaux. Les meilleurs arbres de notation ont été organisés à chaque étape. De plus, nous avons tenté de corriger la saturation mutationnelle et l'hétérogénéité de la composition des bases dans les données d'ADN en recodant les positions des premier et troisième codons sous forme de purines (R) et de pyrimidines (Y [voir Phillips et Penny 2003 Delsuc, Phillips et Penny 2003]). Les données d'ADNr 16S et de position du second codon ont été conservées en tant que nucléotides d'origine dans cette analyse. Un arbre de départ a été généré avec l'ensemble de données recodé par RY en utilisant la méthode ME et le modèle évolutif HKY-85. Cet arbre a été utilisé en entrée dans PAUP* pour calculer les paramètres du modèle GTR + I + . Ces paramètres ont ensuite été utilisés dans une analyse ME-bootstrap (2 000 réplications) avec les paramètres décrits ci-dessus.

Une analyse MP non pondérée a également été effectuée avec les données ADN, en utilisant des recherches heuristiques et un échange de branches TBR pour trouver les arbres les plus courts. Le nombre de répétitions par addition aléatoire a été fixé à 10 pour chaque recherche arborescente. Pour tester la stabilité des groupes monophylétiques dans les arbres ME et MP, nous avons analysé 2 000 réplicats bootstrap ( Felsenstein 1985) de l'ensemble de données ADN. Nous avons également effectué une analyse bayésienne dans laquelle les trois positions de codon ont été incluses dans l'ensemble de données (7 111 nt). Les paramètres mis en œuvre dans cette inférence étaient les mêmes que ceux décrits ci-dessus (c'est-à-dire ssgamma), à l'exception de l'utilisation d'un modèle évolutif à quatre partitions (c.

En plus des analyses d'ADN, nous avons également déduit des arbres en utilisant les cinq protéines de notre ensemble de données (c'est-à-dire à l'exclusion de l'ARNr 16S). Un arbre ME a été inféré avec le programme « Fitch » (PHYLIP version 3.6 Felsenstein 2002) en utilisant le modèle évolutif WAG + Γ avec 10 ajouts de séquences aléatoires et réarrangements globaux pour trouver les arbres optimaux. PUZZLEBOOT version 1.03 (http://hades.biochem.dal.ca/Rogerlab/Software/software.html) and Tree-Puzzle V5.1 ( Schmidt et al. 2002) were used to generate the distance matrix. The gamma value was calculated using Tree-Puzzle. Protein bootstrap analyses using the ME method were done using the settings described above and 500 replicates. A quartet-puzzling–maximum likelihood analysis of the five-protein data set was done with Tree-Puzzle and the WAG + Γ model (50,000 puzzling steps).

Molecular Clock Analyses

We used the maximum likelihood method to infer the divergence times of different plastid lineages. Seven different constraints were used in this analysis (see fig. 1A and table 2 in the Supplementary Material online). To date divergences in the best Bayesian tree and in the pool of credible Bayesian trees (see fig. 1 in the Supplementary Material online), we used the r8s program ( Sanderson 2003) and the Langley-Fitch (LF) method with a “local molecular clock” and the Nonparametric rate smoothing (NPRS, Sanderson [1997]) method, both with the Powell search algorithm. In the LF method, local rates were calculated for 12 different clades (e.g., for each of the chromist plastid lineages, six for non-Cyanidiales red algae, one for the Cyanidiales, one for the Streptophyta [charophytes and land plants], and one for the chlorophyte green algae). Ninety-five percent confidence intervals on divergence dates were calculated using a drop of two (s = 2) in the log likelihood units around the estimates ( Cutler 2000). Three different starting points were used in each molecular clock analysis to avoid local optima. We chose methods that relax the assumption of a constant molecular clock across the tree because the likelihood ratio test showed significant departure, in our data set, from clock-like behavior (P < 0,005).


Une nouvelle théorie suggère qu'une voie alternative a conduit à la montée de la cellule eucaryote

En tant qu'unité fondamentale de la vie, la cellule est au cœur de toute la biologie. Une meilleure compréhension de l'évolution et du fonctionnement des cellules complexes promet de nouvelles révélations dans des domaines aussi divers que la recherche sur le cancer et le développement de nouvelles plantes cultivées.

Mais une réflexion approfondie sur la façon dont la cellule eucaryote est née est étonnamment rare. Aujourd'hui, cependant, une nouvelle idée audacieuse sur la façon dont la cellule eucaryote et, par extension, toute la vie complexe est devenue, donne aux scientifiques l'occasion de réexaminer certains des dogmes clés de la biologie.

Toute vie complexe - y compris les plantes, les animaux et les champignons - est composée de cellules eucaryotes, de cellules avec un noyau et d'autres machines internes complexes utilisées pour exécuter les fonctions dont un organisme a besoin pour rester en vie et en bonne santé. Les humains, par exemple, sont composés de 220 types différents de cellules eucaryotes - qui, travaillant en groupe, contrôlent tout, de la pensée et de la locomotion à la reproduction et à la défense immunitaire.

Ainsi, l'origine de la cellule eucaryote est considérée comme l'un des événements évolutifs les plus critiques de l'histoire de la vie sur Terre. Si cela ne s'était pas produit il y a entre 1,6 et 2 milliards d'années, notre planète serait un endroit bien différent, entièrement peuplé de procaryotes, d'organismes unicellulaires tels que les bactéries et les archées.

Pour la plupart, les scientifiques s'accordent à dire que les cellules eucaryotes sont nées d'une relation symbiotique entre les bactéries et les archées. Les archées - qui sont similaires aux bactéries mais présentent de nombreuses différences moléculaires - et les bactéries représentent deux des trois grands domaines de la vie. Le troisième est représenté par les eucaryotes, des organismes composés des cellules eucaryotes les plus complexes.

Les cellules eucaryotes sont caractérisées par une architecture interne élaborée. Cela comprend, entre autres, le noyau cellulaire, où l'information génétique sous forme d'ADN est logée dans une mitochondrie à double membrane, des organites liés à la membrane, qui fournissent l'énergie chimique dont une cellule a besoin pour fonctionner et le système endomembranaire, qui est responsable pour transporter les protéines et les lipides autour de la cellule.

La théorie dominante soutient que les eucaryotes sont apparus lorsqu'une bactérie a été avalée par un archéon. La bactérie engloutie, selon la théorie, a donné naissance à des mitochondries, tandis que des morceaux intériorisés de la membrane cellulaire externe de l'archéon ont formé les autres compartiments internes de la cellule, y compris le noyau et le système endomembranaire.

"La théorie actuelle est largement acceptée, mais je ne dirais pas qu'elle est "établie" car personne ne semble avoir sérieusement envisagé d'autres explications", explique David Baum, professeur de botanique et biologiste évolutionniste à l'Université du Wisconsin-Madison. qui, avec son cousin, le biologiste cellulaire de l'University College London, Buzz Baum, a formulé une nouvelle théorie sur l'évolution des cellules eucaryotes. Connue sous le nom de théorie « de l'intérieur vers l'extérieur » de l'évolution des cellules eucaryotes, la vision alternative de la complexité de la vie a été publiée récemment (28 octobre 2014) dans la revue en libre accès BMC Biology.

La théorie de l'envers proposée par les Baums suggère que les eucaryotes ont évolué progressivement au fur et à mesure que des protubérances cellulaires, appelées bulles, se sont tendues pour piéger des bactéries de type mitochondrie libres. Tirant de l'énergie des bactéries piégées et utilisant des lipides bactériens - des acides gras organiques insolubles - comme matériau de construction, les bulles ont grossi, engloutissant finalement les bactéries et créant les structures membranaires qui forment les limites des compartiments internes de la cellule.

"L'idée est extrêmement simple", explique David Baum, qui a commencé à réfléchir à une théorie alternative pour expliquer l'essor de la cellule eucaryote en tant qu'étudiant de premier cycle à l'Université d'Oxford il y a 30 ans. “C'est une refonte radicale, prenant ce que nous pensions savoir (à propos de la cellule) et le retournant à l'envers.”

De temps en temps, David Baum dépoussière son idée rudimentaire et la partage avec d'autres, dont feu Lynn Margulis, la scientifique américaine qui a développé la théorie de l'origine des organites eucaryotes. Au cours de la dernière année, Buzz et David Baum ont affiné et détaillé leur idée, qui, comme toute bonne théorie, fait des prédictions vérifiables.

« Tout d'abord, l'idée de l'intérieur vers l'extérieur a immédiatement suggéré un chemin d'évolution progressif et régulier qui nécessitait peu d'innovations cellulaires ou moléculaires. C'est exactement ce qui est exigé d'un modèle évolutif », affirme Buzz Baum, un expert de la forme et de la structure des cellules. “Deuxièmement, le modèle a suggéré une nouvelle façon de voir les cellules modernes.”

"La théorie actuelle est largement acceptée, mais je ne dirais pas qu'elle est "établie" car personne ne semble avoir sérieusement envisagé d'autres explications."

Les cellules eucaryotes modernes, dit Buzz Baum, peuvent être interrogées dans le contexte de la nouvelle théorie pour répondre à bon nombre de leurs caractéristiques inexpliquées, y compris pourquoi les événements nucléaires semblent être hérités des archées alors que d'autres caractéristiques semblent être dérivées des bactéries.

« Il est rafraîchissant de voir des gens penser à la cellule de manière holistique et en fonction de l'évolution des cellules et des organismes », déclare Ahna Skop, professeure de génétique à l'UW-Madison et experte en division cellulaire. L'idée est “logique et bien pensée. J'ai déjà envoyé le document à tous les biologistes cellulaires que je connais. Il est tout simplement logique de penser à la cellule et à son contenu dans le contexte d'où ils peuvent provenir.”

La façon dont les cellules fonctionnent lorsqu'elles se divisent, note-t-elle, nécessite l'interaction de molécules qui ont évolué au cours de plusieurs millions d'années pour couper les cellules en deux au cours du processus de division cellulaire. Les mêmes fonctions moléculaires, soutient-elle, pourraient être réutilisées d'une manière conforme à la théorie avancée par les Baums. “Pourquoi dépenser de l'énergie pour refaire quelque chose qui a été fabriqué il y a des milliers d'années pour le pincer dans une cellule ? Les fonctions de ces protéines évoluent et changent à mesure que la structure et la fonction de l'organisme changent.

En savoir plus sur la façon dont la cellule eucaryote est devenue prometteuse pour aider les biologistes à étudier les propriétés fondamentales de la cellule, ce qui, à son tour, pourrait un jour contribuer à une meilleure compréhension de choses comme le cancer, le diabète et d'autres maladies cellulaires, le vieillissement et le développement de nouveaux traits précieux pour les plantes cultivées importantes.

"Je n'ai aucune idée si c'est bien ou mal, mais ils ont fait du bon travail en tirant en détail et en fournissant des hypothèses vérifiables. Cela, en soi, est incroyablement utile.

Un problème pour étoffer l'histoire évolutive de la cellule eucaryote, cependant, est que contrairement à de nombreux autres domaines de la biologie, les archives fossiles sont de peu d'aide. « En ce qui concerne les cellules individuelles, les archives fossiles sont rarement très utiles », explique David Baum. « Il est même difficile de distinguer une cellule eucaryote d'une cellule procaryote. J'ai cherché des preuves de microfossiles avec des protubérances, mais, sans surprise, il n'y avait pas de bons candidats.”

Une voie potentiellement plus fructueuse à explorer, suggère-t-il, serait de rechercher des formes intermédiaires de cellules avec certaines, mais pas toutes, des caractéristiques d'un eucaryote à part entière. « L'implication est que les intermédiaires qui existaient se sont éteints, très probablement à cause de la concurrence avec des eucaryotes pleinement développés. »

Cependant, avec une compréhension plus granulaire de l'évolution des cellules complexes, il peut être possible d'identifier des intermédiaires vivants, déclare David Baum : « J'espère qu'une fois que nous aurons compris comment l'arbre eucaryote est enraciné, nous eucaryotes qui ont des traits intermédiaires.”

« C'est une toute nouvelle approche (sur la cellule eucaryote), que je trouve fascinante », note le professeur de biochimie UW-Madison Judith Kimble. "Je ne sais pas si c'est bien ou mal, mais ils ont fait du bon travail en tirant en détail et en fournissant des hypothèses vérifiables. Cela, en soi, est incroyablement utile.”


In general, there are 8 types of main organelles in a cell: chromosomes, mitochondria, Golgi apparatus, endoplasmic reticulum, ribosome, microtubules, microfilaments and lissome.

Structure of cell organelles.

If we are talking about animal cells, then animal cell organelles include centrioles and microfibrils (besides organelles mentioned above).

How many organelles are in a plant cell? Plant cell organelles include the plastids (besides organelles mentioned above). In general, the composition of organelles in the cells may vary significantly depending on the type of the cell itself.


4.3 Cellules eucaryotes

Dans cette section, vous explorerez les questions suivantes :

  • How does the structure of the eukaryotic cell resemble as well as differ from the structure of the prokaryotic cell?
  • What are structural differences between animal and plant cells?
  • What are the functions of the major cell structures?

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Eukaryotic cells possess many features that prokaryotic cells lack, including a nucleus with a double membrane that encloses DNA. In addition, eukaryotic cells tend to be larger and have a variety of membrane-bound organelles that perform specific, compartmentalized functions. Evidence supports the hypothesis that eukaryotic cells likely evolved from prokaryotic ancestors for example, mitochondria and chloroplasts feature characteristics of independently-living prokaryotes. Eukaryotic cells come in all shapes, sizes, and types (e.g. animal cells, plant cells, and different types of cells in the body). (Hint: This a rare instance where you should create a list of organelles and their respective functions because later you will focus on how various organelles work together, similar to how your body’s organs work together to keep you healthy.) Like prokaryotes, all eukaryotic cells have a plasma membrane, cytoplasm, ribosomes, and DNA. Many organelles are bound by membranes composed of phospholipid bilayers embedded with proteins to compartmentalize functions such as the storage of hydrolytic enzymes and the synthesis of proteins. The nucleus houses DNA, and the nucleolus within the nucleus is the site of ribosome assembly. Functional ribosomes are found either free in the cytoplasm or attached to the rough endoplasmic reticulum where they perform protein synthesis. The Golgi apparatus receives, modifies, and packages small molecules like lipids and proteins for distribution. Mitochondria and chloroplasts participate in free energy capture and transfer through the processes of cellular respiration and photosynthesis, respectively. Peroxisomes oxidize fatty acids and amino acids, and they are equipped to break down hydrogen peroxide formed from these reactions without letting it into the cytoplasm where it can cause damage. Vesicles and vacuoles store substances, and in plant cells, the central vacuole stores pigments, salts, minerals, nutrients, proteins, and degradation enzymes and helps maintain rigidity. In contrast, animal cells have centrosomes and lysosomes but lack cell walls.

Information presented and the examples highlighted in the section support concepts and Learning Objectives outlined in Big Idea 1, Big Idea 2, and Big Idea 4 of the AP ® Biology Curriculum Framework. Les objectifs d'apprentissage énumérés dans le cadre du programme d'études fournissent une base transparente pour le cours de biologie AP ®, une expérience de laboratoire basée sur l'enquête, des activités pédagogiques et des questions d'examen AP ®. Un objectif d'apprentissage fusionne le contenu requis avec une ou plusieurs des sept pratiques scientifiques.

Grande idée 1 Le processus d'évolution entraîne la diversité et l'unité de la vie.
Compréhension durable 1.B Organisms are linked by lines of descent from common ancestry
Connaissances essentielles 1.B.1 Les organismes partagent de nombreux processus et caractéristiques de base conservés qui ont évolué et sont largement distribués parmi les organismes aujourd'hui.
Pratique scientifique 7.2 The student can connect concepts in and across domains to generalize or extrapolate in and/or across enduring understandings
Objectif d'apprentissage 1.15 The student is able to describe specific examples of conserved core biological processes and features shared by all domains or within one domain of life and how these shared, conserved core processes and features support the concept of common ancestry for all organisms.
Grande idée 2 Biological systems utilize free energy and molecular building blocks to grow, to reproduce and to maintain dynamic homeostasis.
Enduring Understanding 2.B Growth, reproduction and dynamic homeostasis require that cells create and maintain internal environments that are different from their external environments.
Connaissances essentielles 2.B.3 Eukaryotic cells maintain internal membranes that partition the cell into specialized regions.
Pratique scientifique 6.2 L'étudiant peut construire des explications de phénomènes basées sur des preuves produites par des pratiques scientifiques.
Objectif d'apprentissage 2.13 The student is able to explain how internal membranes and organelles contribute to cell functions.
Connaissances essentielles 2.B.3 Eukaryotic cells maintain internal membranes that partition the cell into specialized regions.
Pratique scientifique 1.4 L'étudiant peut utiliser des représentations et des modèles pour analyser des situations ou résoudre des problèmes qualitativement et quantitativement.
Objectif d'apprentissage 2.14 The student is able to use representations and models to describe differences in prokaryotic and eukaryotic cells.
Grande idée 4 Les systèmes biologiques interagissent et ces systèmes et leurs interactions possèdent des propriétés complexes.
Compréhension durable 4.A Les interactions au sein des systèmes biologiques conduisent à des propriétés complexes.
Connaissances essentielles 4.A.2 The structure and function of subcellular components, and their interactions, provide essential cellular processes.
Pratique scientifique 6.2 L'étudiant peut construire des explications de phénomènes basées sur des preuves produites par des pratiques scientifiques.
Objectif d'apprentissage 4.5 L'étudiant est capable de construire des explications basées sur des preuves scientifiques sur la façon dont les interactions des structures subcellulaires assurent des fonctions essentielles.

Soutien aux enseignants

Divide students into groups of 4–5 and assign each group either a bacterial, plant or animal cell and ask each group to draw the cell and its components on a large sheet of paper. Groups will use a separate sheet of paper to list all the structures and their respective functions. Ask each group to present its cell model to the rest of the class. Post the drawings on the wall of the class. Update the models with corrections as needed.

Many students reason that plant cells do not need mitochondria because the chloroplasts within plant cells convert light energy into chemical energy, and, therefore, mitochondria are not needed. Stress that all eukaryotic cells (with only few exceptions) contain mitochondria.

Emphasize that the diagrams in the textbook represent generalizations. Cells vary enormously in shapes and functions. Some internal structures may be predominant according to the type of cell. For instance, liver cells that detoxify chemicals and synthesize lipids have an extensive smooth endoplasmic reticulum.

Les questions du défi de la pratique scientifique contiennent des questions de test supplémentaires pour cette section qui vous aideront à vous préparer à l'examen AP. Ces questions portent sur les normes suivantes :
[APLO 1.15] [APLO 2.5][APLO 2.25][APLO 1.16]

Avez-vous déjà entendu l'expression « la forme suit la fonction ? » It’s a philosophy practiced in many industries. En architecture, cela signifie que les bâtiments doivent être construits pour soutenir les activités qui seront menées à l'intérieur de ceux-ci. Par exemple, un gratte-ciel devrait être construit avec plusieurs rangées d'ascenseurs, un hôpital devrait être construit de manière à ce que sa salle d'urgence soit facilement accessible.

Notre monde naturel utilise également le principe de la fonction suivant la forme, en particulier en biologie cellulaire, et cela deviendra clair à mesure que nous explorerons les cellules eucaryotes (Figure 4.8). Contrairement aux cellules procaryotes, les cellules eucaryotes ont : 1) un noyau lié à la membrane 2) de nombreux organites liés à la membrane tels que le réticulum endoplasmique, l'appareil de Golgi, les chloroplastes, les mitochondries et autres et 3) plusieurs chromosomes en forme de bâtonnet. Because a eukaryotic cell’s nucleus is surrounded by a membrane, it is often said to have a “true nucleus.” The word “organelle” means “little organ,” and, as already mentioned, organelles have specialized cellular functions, just as the organs of your body have specialized functions.

À ce stade, il devrait être clair pour vous que les cellules eucaryotes ont une structure plus complexe que les cellules procaryotes. Les organites permettent de compartimenter différentes fonctions dans différentes zones de la cellule. Avant de passer aux organites, examinons d'abord deux composants importants de la cellule : la membrane plasmique et le cytoplasme.


UCMP Phylogeny Wing:The Phylogeny of Life

Life! It's everywhere on Earth you can find living organisms from the poles to the equator, from the bottom of the sea to several miles in the air, from freezing waters to dry valleys to undersea thermal vents to groundwater thousands of feet below the Earth's surface. Over the last 3.7 billion years or so, living organisms on the Earth have diversified and adapted to almost every environment imaginable. The diversity of life is truly amazing, but all living organisms do share certain similarities. All living organisms can replicate, and the replicator molecule is DNA. As well, all living organisms contain some means of converting the information stored in DNA into products used to build cellular machinery from fats, proteins, and carbohydrates.

Three Domains of Life

Click on a domain to begin exploring.

Until comparatively recently, living organisms were divided into two kingdoms: animal and vegetable, or the Animalia and the Plantae. In the 19th century, evidence began to accumulate that these were insufficient to express the diversity of life, and various schemes were proposed with three, four, or more kingdoms. The scheme most often used currently divides all living organisms into five kingdoms: Monera (bacteria), Protista, Fungi, Plantae, and Animalia. This coexisted with a scheme dividing life into two main divisions: the Prokaryotae (bacteria, etc.) and the Eukaryotae (animals, plants, fungi, and protists).

Recent work, however, has shown that what were once called "prokaryotes" are far more diverse than anyone had suspected. The Prokaryotae are now divided into two domains, the Bacteria and the Archaea, as different from each other as either is from the Eukaryota, or eukaryotes. No one of these groups is ancestral to the others, and each shares certain features with the others as well as having unique characteristics of its own.

Within the last two decades, a great deal of additional work has been done to resolve relationships within the Eukaryota. It now appears that most of the biological diversity of eukaryotes lies among the protists, and many scientists feel it is just as inappropriate to lump all protists into a single kingdom as it was to group all prokaryotes. Although many revised systems have been proposed, no single one of them has yet gained a wide acceptance.

A fourth group of biological entities, the viruses, are not organisms in the same sense that eukaryotes, archaeans, and bacteria are. However, they are of considerable biological importance.

In all cladograms in our exhibits, if there is a picture within a box, that means we have an exhibit on the taxon. If your favorite organisms aren't here yet, keep trying: since there may be as many as 100 million living and fossil species of organism, it may take us a little while to cover all the highlights. For more information on finding your way around in our phylogeny exhibit, read the navigation page.