Des bactéries aux plantes : (1) les Procaryotes

La Gazette vous parle des plantes depuis des mois, mais qu’est-ce donc qu’une plante? Comment la distinguer d’un animal? Et pourquoi les champignons ne sont-ils plus considérés comme étant des plantes? Très vaste sujet, mais nous allons tenter d’y répondre dans les prochains billets.  Embarquons pour un long voyage…

Prologue

Une lectrice nous a demandé si nous pouvions définir ce que sont exactement les plantes, les animaux, les champignons d’un point de vue biologique.
Nous allons donc essayer de relever le défi et d’apporter une réponse à cette question.

Pour les hommes de l’Antiquité et du Moyen Age, c’était très simple. Les êtres vivants étaient soit des animaux, capables de se mouvoir, soit des végétaux, incapables de se déplacer. Mais l’invention du microscope et la découverte de la cellule bouleversèrent beaucoup d’idées. C’est ainsi qu’au 18è siècle, les savants se rendirent compte que les éponges et les coraux, bien que fixés sur un substrat, étaient en réalité des animaux.

C’est également au 18è siècle qu’on découvrit la photosynthèse. On pensa alors pouvoir appeler plantes tous les organismes possédant de la chlorophylle et réalisant donc la photosynthèse.  Mais plusieurs difficultés surgirent. Regardez ci-dessous cette Lathrée clandestine (Lathraea clandestina), une plante parasite poussant au printemps dans les endroits humides. C’est clairement une plante à fleur, une angiosperme, mais qui n’a ni tige ni feuilles, donc pas de chlorophylle. Elle n’a pas besoin de la photosynthèse. Et elle n’est pas un cas isolé : on dénombre environ 300 espèces de plantes semblables 1.

Une touffe de Lathrées clandestines poussant au milieu de plantes vertes

Alors, comment faire pour distinguer une plante d’un animal ou d’un champignon?

Commençons par trois remarques préliminaires mais fondamentales.
Premièrement, n’oublions pas que les classifications des êtres vivants sont toujours des constructions humaines que la nature s’amuse à mettre continuellement en défaut. Ces classements sont donc régulièrement abandonnés au profit de nouveaux, qui subiront le même sort dans le futur.
Deuxièmement, la dernière classification en date, appelée classification phylogénétique, a comme but de retracer les degrés de parenté entre espèces. Là où la classification classique se basait sur les ressemblances entre les espèces pour les regrouper, la nouvelle méthode essaie de retrouver tous les descendants d’un ancêtre unique et les rassemble dans un arbre appelé clade.  Elle utilise pour cela non seulement les caractères visibles, mais aussi les séquences d’ADN et d’ARN.
Troisièmement, il faut savoir qu’il n’y a pas aujourd’hui une classification phylogénétique unique, qui serait acceptée par tous les biologistes. Bien au contraire, les discussions sur la place de tel ou tel groupe sont souvent épiques!

Les Procaryotes

Arbre phylogénétique hypothétique de tous les organismes vivants. Proposé par Carl Woese Source : NASA Astrobiology Institute

Voici l’un de ces arbres phylogénétiques, celui proposé par le fameux microbiologiste américain Carl Woese. Au plus haut niveau (oublions le reste pour le moment), il distingue 3 groupes (ou clades) principaux qu’il nomme empires : les Bactéries, les Archées et les Eucaryotes. Les plantes, les animaux et les champignons font tous partie des Eucaryotes. Nous allons y revenir.

Mais avant de définir ce qu’est une plante ou un animal, nous allons commencer par le commencement (ou presque) de la vie : les Bactéries et les Archées. Ce sont des êtres  procaryotes, c’est-à-dire des êtres constitués par une seule cellule qui ne possède pas de noyau.  Procaryote vient du latin pro, « avant », et du grec karyon, « noyau ».

Regardez le schéma simplifié d’une cellule procaryote ci-dessous. Il n’y a en effet pas de noyau : le matériel génétique (les brins d’ADN)  n’est pas physiquement séparé par une membrane du reste de la cellule.

Schéma simplifié d’une cellule procaryote

Une autre caractéristique importante des Procaryotes est que la cellule est non seulement délimitée par une membrane, mais que celle-ci est elle-même entourée par une paroi qui assure la rigidité de la structure. Chez les procaryotes, cette paroi est formée de peptidoglycanes, des polymères de sucres et d’acides aminés.
Une troisième propriété de ces organismes est qu’ils ne connaissent pas la reproduction sexuée. Ils se divisent tout simplement.
Les Procaryotes sont assez petits. Leur taille varie entre 1 et 10 µm (1 µm = 0,000 001 mètre = 0,001 millimètre).

Les Bactéries sont probablement les premiers organismes vivants qui soient apparus sur la Terre, il y a environ 3.5 milliards d’années. Et les Bactéries sont toujours là, et bien là!
Il y aurait aujourd’hui sur la Terre entre 100 milliards et 1.000 milliards d’espèces différentes de bactéries 2! Nous parlons bien d’espèces, pas de bactéries.

Un groupe de bactéries a eu un impact fondamental sur l’histoire de la vie : les Cyanobactéries. Sur le dessin ci-dessous, vous constaterez qu’elles possèdent des zones supplémentaires par rapport aux autres bactéries. Ces zones sont en fait des empilements de sacs membraneux appelés thylakoïdes,  qui contiennent de la chlorophylle, un pigment. Thylakoïde vient du grec thylakos, sac, et oides, semblable.

Schéma simplifié d’une Cyanobactérie

Grâce à ces thylakoïdes,  les Cyanobactéries furent les premiers organismes à réaliser la photosynthèse, c’est-à-dire employer l’énergie solaire pour synthétiser des sucres pouvant être stockés et utilisés plus tard par la cellule. Ce faisant, elles libérèrent un déchet, de l’oxygène, ce qui changea radicalement la composition de l’atmosphère.  Cet événement, cette catastrophe environnementale appelée Grande Oxydation, se produisit il y  a environ 2.4 milliards d’années. Elle permit l’émergence de la vie aérobie (qui utilise l’oxygène atmosphérique pour respirer) que l’on connaît actuellement.

C’est le moment de dire que certaines bactéries sont hétérotrophes et d’autres sont autotrophes,  Hétérotrophe et autotrophe sont des termes que nous utiliserons à nouveau quand nous parlerons des champignons, des animaux et des plantes.

Hétérotrophe vient du grec heteros (autre) et trophê (nourriture).
Les hétérotrophes se procurent les composés carbonés indispensables à la vie (sucres, protéines, etc.) en les prélevant sur d’autres organismes vivants ou morts.
En revanche, les autotrophes utilisent du carbone minéral pour synthétiser leurs composés carbonés.

Les bactéries hétérotrophes absorbent leur nourriture au travers de leur paroi.
En revanche, les Cyanobactéries dont nous venons de parler extraient leur carbone minéral en utilisant comme énergie la lumière solaire : c’est la photosynthèse.
Mais il existe aussi des bactéries qui sont autotrophes en pratiquant la chimiosynthèse. Elles utilisent comme sources d’énergie des réactions chimiques comme l’oxydation de molécules inorganiques (hydrogène, sulfure d’hydrogène, ammoniac) plutôt que la lumière du Soleil. Elles vivent en général dans les profondeurs des océans.

Nous n’avons pas encore parlé des Archées. Elles ressemblent aux Bactéries, mais s’en distinguent toutefois par certains aspects de leur matériel génétique, qui se rapprochent plus de celui des Eucaryotes.
Elles sont surtout connues pour leur capacité à vivre dans des conditions extrêmes  (température supérieure à 100°C, salinité élevée par exemple), mais il en existe beaucoup vivant dans des biotopes plus courants : votre intestin par exemple!
Contrairement aux bactéries, on ne connaît pas (encore?) d’archées pathogènes pour l’homme.

 A suivre….


Sources:
(1) : Plant; Wikipedia; Août 2016
(2) : Stephanie Pappas; There Might Be 1 Trillion Species on Earth; LiveScience; Mai 2016

A propos La gazette des plantes

La gazette des plantes, un blog qui part à la découverte des végétaux qui nous entourent en Belgique
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