Adaptions des organismes à leur environnement 1 : la lumière

Adaptions des organismes à leur environnement 1 : la lumière

Plantes\animaux

Une adaptation

• Exemple de l’ours polaire
• Pourquoi les ours polaires sont-ils seulement distribués dans l’Artictique? Parce que l’espèce est ‘’adaptée’’ à cet environnement (ex : climat, chasse aux phoques, etc.)
• Définition d’adaptation : Caractéristique morphologique, physiologique ou comportementale qui est héritée par un descendant et qui permet l’organisme à survivre et reproduire dans un environnement donné.

Adaptations des plantes à la lumière

• Le carbone est l’élément fondamental pour la vie

• Il rend possible la formation des molécules complexes (les macromolécules – glucides, protéines)

• Quelle est la source ultime de carbone pour les organismes? Le CO2

• Pour beaucoup d’organismes, le carbone dans le CO2 n’est pas utilisable

• Heureusement, il existe des photo-autotrophes (plantes

• Organismes qui convertissent le CO2 en molécules organiques simples (ex : glucose) avec l’aide de la radiation solaire = photosynthèse

Le site de la photosynthèse : les chloroplastes

La réaction de la photosynthèse : dioxyde de carbone dans l’air(6CO2) + eau du sol (6H2O) --- ---- sucre(C6H1206) + oxygène(6O2) [pic 1]

Se produit dans chaque membrane des chloroplastes

Les 2 étapes de la photosynthèse

1. L’énergie lumineuse est captée et transformée en énergie chimique

• Réactions photochimiques dans la membrane des thylakoides
• Formes d’énergie chimique = ATP et NADPH (transporteurs d’électrons qui carburent le cycle de Calvin)

1. L’énergie chimique est utilisée pour convertir du CO2 en molécules organiques (glucides)

• Le cycle de Calvin

À quoi servent les molécules de glucides pour les plantes?

Respiration cellulaire (pour survivre), croissance, stockage, paroi cellulaire fait de cellulose très résistant

Pour les animaux? L’énergie (pour entre autre faire la respiration cellulaire et s’accroitre)

La disponibilité de la lumière influence le taux de photosynthèse

• Point de compensation – L’intensité de la lumière ou la photosynthèse est un équilibre avec la respiration cellulaire aérobie
• Point de saturation – L’intensité de la lumière ou la photosynthèse nette est à son maximum

La balance du carbone (photosynthèse) VS. Utilisation du carbone (respiration)

• La différence entre ces deux processus nous donne le gain net du carbone

• Une portion de ce grain de carbone ‘’net’’ est utilisée pour la synthèse de tissus

• Allocation du carbone net parmi divers tissus :

• Feuilles – sites principaux de l’absorption du CO2 et lumière et de photosynthèse
• Racines – absorbent de l’eau et des macronutriments (K, P, N); ancrent la plante
• Tiges – supports verticaux; élèvent les tiges au-dessus du sol; tissus conducteurs

La lumière captée par une feuille

• Le montant de lumière captée par une feuille dépend de :

1. L’orientation de la feuille par rapport au Soleil et l’orientation des feuilles au-dessus de la feuille
2. La quantité de couverture au-dessus de la feuille (couverture végétale)

Adaptations des feuilles à des pénombres de la lumière

• Hêtre commun

• Feuilles situées dans l’ombre

• Possèdent un point de compensation et un point de saturation (point de photosynthèse maximum) plus faibles que ceux des feuilles dans le Soleil

Point de compensation plus faible chez les feuilles dans l’ombre

Comment possible? Le montant glucose va baisser, va causer moins de croissance et le taux de respiration cellulaire va baisser et le point de compensation va également baisser

• Le montant de Rubisco est réduit
• Rubisco : enzyme responsable de la liaison COZ a un accepteur, RUBP, dans le première étape du cycle de Calvin
• Moins de Rubisco :

•  = moins de respiration cellulaire
• Donc, moins de lumière est nécessaire pour que le carbone produit lors de la photosynthèse soit égale au carbone utilisé lors de la respiration cellulaire (point de compensation)
•  = un point de saturation de photosynthèse plus faible

Adaptations associées à la variation prévisible de l’intensité de la radiation

• L’évolution des feuilles ‘’de Soleil’’ et des feuilles ‘’d’ombres’’
• Feuille de ‘’soleil’ : plus petite, plus épaisse = plus faible ratio surface : volume
• Feuille ‘’d’ombre’’ : plus grande, plus mince = plus grande ratio de surface

Espèces tolérantes et intolérantes de l’ombre

• 9 espèces d’arbres en provenance du Nord-Est de l’Amérique du Nord (peuplier – intolérant de l’ombre et thuya – très tolérant de l’ombre)

• Des semis ont été étudiés dans une serre
• 3 variables étudiées :

1. Taux de photosynthèse dans des conditions de saturation de lumière
2. Taux de respiration cellulaire aérobie
3. Taux de croissance de la plante

Adaptations des Animaux à la lumière

• Chez les animaux, la lumière influence la chronologie d’activités quotidiennes et saisonnières

• Le mécanisme interne contrôlant cette périodicité d’activités est une horloge biologique

• Plusieurs processus volontaires et involontaires suivent des rythmes circadiens

• = cycles physiologiques dont la période est d’environ 24 heures et qui sont sensibles à la photopériode ( = répartition entre la durée du jour et celle de la nuit)
• Processus volontaires : alimentation et stockage d’énergie (réserves de lipides chez les ours), sommeil, migration
• Processus involontaires : contrôle de la température corporelle, sécrétion d’hormones, métabolisme

• Ou trouve-t-on cette horloge biologique?

• Composée de 4 éléments :

1. photorécepteurs (cellules sensibles à la lumière)
2. Voie d’entrée: transmet les signaux au stimulateur
3. Stimulateur (l’horloge): contrôle les rythmes
4. Voie de sortie: voie dans laquelle le stimulateur contrôle les rythmes

Chez les mammifères :

• Photorécepteurs dans la rétine de l’œil

• spécifiquement, des pigments cellulaires sensibles à la lumière

• Le stimulateur: noyau supra chiasmatique

• groupe de cellules dans l’hypothalamus
• il reçoit  des photorécepteurs de l’information portant sur l’intensité de la lumière
• il interprète ces informations et les transmet à la voie de sortie

• La voie de sortie

• la glande pinéale, qui sécrète l’hormone                                                                       mélatonine

• mélatonine communique à                                                                                    l’organisme de l’information                                                                                   portant sur la photopériode
• sécrétion maximum durant la nuit                                                                          et minimum pendant la journée

Chez les oiseaux et les lézards :

• la glande pinéale est située sur la surface du cerveau et contient des photorécepteurs

• comme chez les mammifères, la grande pinéale sécrète l’hormone mélatonine
• la glande pinéale représente donc le stimuleur et la voie de sortie chez ces espèces

Valeur adaptative

Qu’est-ce qu’une valeur adaptative? Caractère aidant une meilleure survie et la reproduction dans un environnement donné d’un organisme

Pourquoi un rythme circadien est-il adaptif pour un animal? Une horloge biologique ‘’prépare’’ un animal pour des changements quotidiens (ou saisonniers) dans l’environnement. L’utilisation de l’énergie est relativement économique lorsque qu’un animal s’adapte à la périodicité de l’environnement.

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