La vie fixée chez les plantes, résultat de l'évolution (SVT Terminale S)

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I.       L'organisation de la plante

            A. Une vie fixée entre sol et air

Les plantes sont organismes photosynthétiques, fixés au sol sur lequel elles vont se développer. L'organisation fonctionnelle des plantes (angiospermes) est parfaitement adaptée avec les exigences d'une vie fixée en relation avec deux milieux, l'air et le sol.
Elles absorbent l'eau et les sels minéraux à l'intérieur du sol grâce à des racines (et notamment les poils absorbant).
Elles produisent le glucose dans les feuilles (tiges feuillés) grâce à la photosynthèse en utilisant l'énergie lumineuse, à partir de CO2.

            B. Des surfaces d'échanges de grande dimension

Les racines des angiospermes se subdivisent encore et encore jusqu'à devenir quasiment invisible à l'œil nu. Elles peuvent absorber l'eau et les sels minéraux du sol au niveau des poils absorbants. Ce système est particulièrement efficace et permet d'avoir une surface d'échange avec le sol particulièrement important : « La surface d'un simple point de seigle s'élèverait à un total de 639m² ; sa surface souterraine sera 130 fois plus grande que sa surface aérienne et ses racines mise bout à bout représenteraient 622 kilomètres avec un accroissement quotidien de 5 kilomètres. Pour les poils absorbants, les chiffres deviennent énormes : 10 620 kilomètres de longueur cumulée, avec un accroissement quotidien de 90 kilomètres par jour » (Francis Hallé, 1999).
Parallèlement, les feuilles, plates et fines, offrent une grande surface d’échange aérienne exposée aux rayons solaires. Des milliers de petits orifices, les stomates (et chambres sous stomatiques) s’ouvrent lorsque les conditions sont favorables à la photosynthèse et permettent les échanges gazeux entre la feuille et l’atmosphère
Les processus trophiques sont adaptés à l'environnement.

C.     Des systèmes conducteurs entre organes souterrains et aériens

Afin que tous les organes reçoivent l'eau, les sels minéraux et le glucose, il existe des vaisseaux conducteurs, ils sont de deux sortes : ceux qui envoient l'eau et les sels minéraux depuis les racines jusqu'aux parties aériennes, ceux qui à l'inverse envoient le glucose à toutes les cellules de l'organisme y compris les racines.
En effet, une fois absorbés, l'eau et les ions empreinte les vaisseaux du xylème. Ceux-ci apparaissent colorés en vert (prouvant la présence de lignine dans une paroi très épaisse). Les cellules du xylème sont mortes. Elles forment de longs fils qui amènent la sève brute des racines jusqu'aux parties aériennes de la plante.
A l'opposé les cellules composantes les vaisseaux du phloème apparaissent en rose. Les cellules sont vivantes. Elles forment de longs fils qui amènent la sève élaborée vers tous les organes de la plante (racine, bourgeon).

Remarque :
  phloème : nom des vaisseaux transportant la sève enrichie en matières organiques au sein des parties aériennes ou des parties aériennes à souterraines ; vaisseau formé de cellules vivantes spécialisées, épaissies par une paroi simple constituée de celluloses.
  xylème : nom des vaisseaux transportant la sève enrichie à l'eau et en sels minéraux des parties souterraines aux parties aériennes ; vaisseau formé de la fusion de cellules mortes, épaissies par une paroi secondaire renforcée de lignine.

II.    Des structures et mécanismes de défense

A.    Les végétaux se protègent contre les agressions du milieu physique

Les plantes terrestres ont développé au cours de leur évolution de multiples adaptations aux conditions extrêmes de température et d’humidité, ainsi qu’aux variations journalière ou saisonnière. Les arbres résistent au froid hivernal en perdant leurs feuilles, en entrant en vie ralentie et en protégeant leurs bourgeons par d’épaisses écailles.
            La protection contre la sécheresse est assurée par la présence de poils, d’une épaisse cuticule imperméable au gaz (qui protège de la déshydratation) et de leur capacité à s’enrouler sur elles-mêmes.

B.     Les végétaux se protègent contre les autres êtres vivants

La vie fixée empêche les plantes de fuir devant les prédateurs. Elles ont donc développés d’autres stratégies de défense :
-  Les tiges ou les feuilles peuvent porter des épines ou des poils qui limitent l’action des herbivores.
-  Des glandes produisent des molécules qui les rendent peu appétissantes (goût, odeur), voir toxique.
-  Il existe de relations d’entraide entre plantes voisines de la même espèce, ainsi que des associations à bénéfices mutuel entre certaines plantes et des espèces nuisibles aux animaux herbivores.

III. L'organisation de la fleur

A. Plusieurs couronnes de pièces florales constituent une fleur

La réalisation d'une dissection florale et la construction du diagramme a permis de mettre en évidence que les fleurs présentent une organisation commune. Elles sont formées de couronnes concentriques emboîtées les unes dans les autres.
De l'extérieur vers l'intérieur on trouve les sépales (constitue le calice), les pétales (constitue la corolle), les étamines (faites d’une fine tige, le filet, et portant des sacs de pollen (les anthères) et le pistil (contient les ovules réparties dans plusieurs loges nommées carpelles).
L'étude de fleurs primitive et des fleurs fossiles montrent que toute cette structure dérive les uns des autres. L'étude du génome confirme ce point et révèle que trois classes de gènes de développement travaillent ensemble à la formation de la flore :
  la classe A pour les sépales,
  les classes A et B pour les pétales,
  les classes B et C pour les étamines,
  la classe C pour le pistil.
Par conséquent, l'organisation florale est contrôlée par des gènes du développement (gène homéotique).

Remarque : on entend par classe de gêne, un ensemble de gène de développement qui sont actifs les uns après les autres, dépendant les uns des autres. Si une mutation affecte l'un de ces gènes, l'ensemble de la classe de gènes peut être affecté. Le caractère phénotypique qui en dépend peut-être modifié ou absent.

B. Étamines et pistils sont les acteurs de la reproduction sexuée

Les plantes vivent fixées, cela signifie qu'une fois germé, elles resteront au même endroit jusqu'à leur mort. De nombreuses plantes sont hermaphrodites (ce qui permet l’autofécondation) mais la principale difficulté est de pouvoir se reproduire avec ses semblables afin d'accroître la diversité génétique de l'espèce et de conquérir de nouveau espace. Pour répondre à ce problème la sélection naturelle a permis l'apparition de fleur. Cette organe reproducteur présent deux parties :
  le pistil qui est la partie femelle de la fleur produit des ovules contenus dans les ovaires
  les étamines qui sont la partie mâle de la fleur produisent des pollens qui contiennent les gamètes mâles qui féconderont les ovules en se fixant sur les pistils.

IV. La vie fixée impose le transport du pollen et des graines

Il existe deux façons de disperser son patrimoine génétique :

A. La dispersion du pollen par des animaux résulte d'une coévolution

Les pollens sont transportés aux pistils par des animaux (zoogamie) qualifiés de pollinisateur (abeille...) par le vent (anémogamie), l’eau (hydrogamie), etc...
Les relations étroites se sont construites au cours de l’évolution : les fleurs ont développé des caractères attirants (nectars, odeurs, formes…) et les animaux pollinisateurs ont développé des organes adaptés à l’accrochage du pollen (poils, peignes…). On a ainsi une coévolution (c’est-à-dire, une collaboration animal/plante favorisant le rapprochement des gamètes) qui révèle les adaptations.
Les distances parcourues par les pollens peuvent être important.

B. La dispersion des graines par des animaux résulte d'une coévolution

A l'issu de la fécondation, la fleur subit des modifications, les sépales, les pétales et étamines fanent et le pistil se transforme en fruit qui comporte plusieurs enveloppes entourant les ovules fécondés devenus des graines.
Sans transports, la colonisation de nouveaux milieux est limitée.
Cependant les fruits sont consommés par les animaux qualifiés de disséminateur qui peuvent les emmener loin de l'endroit où ils sont formés (fourrures, poils, plume, excréments). Le vent et l’eau peuvent transporter les graines.
La dispersion des graines est nécessaire à la dispersion de la descendance (exemple : le gui par les oiseaux, le pissenlit par le vent, etc...). On a une nouvelle preuve de coévolution.

V.    Bilan

Contrainte du milieu liée à la vie fixée
Réponses de la plante à ces contraintes
Exemples de réponses
Pas de déplacement possible pour s'approvisionner en substances nutritives
Adaptation des processus trophique

- Appareil végétatif aérien (tige feuillée) et souterrain (appareil racinaire)
- Formation de surfaces d'échanges développées avec l'air (feuilles) et le sol (racines)
- Feuilles : stomates et de chambres sous-stomatiques
- Racines : Poils absorbants
Compartimentation des processus trophiques de photosynthèse, d'absorption de l'eau et des sels minéraux
Systèmes de communication
- Tissus conducteurs permettant les transferts de molécules entre les différentes parties de la plante
- Xylème
- Phloème
Pas de fuite possible face à des agressions extérieures
Systèmes de protection ou Mécanismes de défense
- protection contre la sécheresse
- protection contre les variations
- protection contre les prédateurs
Pas de rapprochement possible avec un partenaire
Mise en place de modalités particulières de reproduction
- Organisation florale contrôlée par des gènes homéotiques
- Pièces reproductrices spécialisées
- Hermaphrodisme des fleurs
- Dispersion du pollen par le vent, les animaux
- Coévolution
Pas de déplacement possible pour conquérir de nouveaux territoires
Mise en place de modalités particulières de dispersion de la descendance
- Dissémination des graines
- Collaboration animale disséminateur I plante

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