UE5: Biologie Animale Semaine : n 28 (du 01/05/17 au 05/05/17) Date : 05/05/2017 Heure : de 10h30 à 12h30 Professeur : Pr Christine DEMANCHE Binôme : n 52 Correcteur : n 26 Remarques du professeur PLAN DU COURS I) Organogenèse A) Le squelette axial des vertébrés B) Formation C) Evolution D) Les cotes E) Le sternum F) Squelette céphalique G) Caractères H) Evolution du crâne I) Squelette zonal J) Caractéristiques K) Evolution L) II) Le système nerveux III) Appareil respiratoire A) Caractéristiques B) Evolution 1/10
Squelette des vertébrés : - squelette axial squelette du tronc (colonne vertébrale et ses annexes : côtes et sternum) - squelette céphalique : de la tête o neural (neurocrane) : va protéger l encéphale, la boîte crânienne o viscéral (splanchocrane) : crane du visage, englobe l appareil respiratoire puis l appareil digestif - squelette zonal squelette des membres (ceintures d insertion des membres : ceintures scapulaires et pelviennes et les membres : bras-jambes) I) Organogenèse A) Le squelette axial des vertébrés II) Formation : On a la formation de la vertèbre primitive théorique. On a le corps vertébral qui va se former autour de la corde. Autour de cette corde va se former le corps vertébral. Au-dessus de la corde, on a le tube neural qui va former la moelle épinière qui devra aussi être protégé. On va avoir un arc neural qui va se former autour du tube neural avec une apophyse épineuse qui va complètement consolider l arc neural. Les apophyses épineuses seront reliées par des ligaments. Le but est donc de protéger la moelle épinière. Au niveau ventral : on aura un arc hémal qui va protéger l aorte. Surtout présent au niveau caudal, pas partout : par exemple on ne l aura pas au niveau du tronc. On l a retrouvé au niveau de la queue du chien, du poisson C est pourquoi sur les vertèbres caudales on aura cet arc hémal pour protéger l aorte. On aura aussi une apophyse hémale pour protéger l arc hémal. Rôles : - Protection du tube neural - Protection de l aorte dorsale et artère caudale Ces vertèbres vont aussi remplacer la corde dans son rôle de soutien de l organisme, au cours du temps. Formation des vertèbres : On a l embryon, avec la corde, l arc neural. De chaque côté on a le somite (mésoderme), métamérisé. Coupe d embryon : même organisation quelque soit l animal. De chaque côté on a les somites qui vont se séparer en 3 territoires : - Les myotomes : qui donnent les muscles - Sur l extérieur : les dermatomes : donnent le derme - Sur l intérieur : les sclérotomes, donne le squelette et aussi les vertèbres. 2/10
Les cellules du sclérotome vont migrer autour de la corde, du tube neural, pour former la vertèbre qui va entourer la corde et qui va faire l arc neural pour protéger le tube neural. Il n y a pas d arc hémal à ce niveau (au niveau du tronc) Au niveau des sclérotomes, on aura une métamérisation secondaire. Répétition des somites : métamérisations primaires qui vont donner les 3 territoires dont les sclérotomes et les myotomes. Puis, lors de la formation des vertèbres, on aura une métamérisation secondaire des sclérotomes qui fait que la moitié du sclérotome postérieur et la moitié du sclérotome antérieur permet de donner une seule vertèbre. Il va donc participer à la formation de la vertèbre postérieure n et de la vertèbre antérieure n+1. Cela va permettre aux muscles de s insérer sur 2 vertèbres (eux restent en métamérisation primaire). Ainsi, cela permettra donc de pouvoir faire fonctionner l articulation entre les 2vertèbres, de la mouvoir. III) Evolution : Au cours de l évolution : Les vertèbres apparaissent chez les agnathes (animaux sans mâchoire, lamproie, cyclosotomes). Chez les lamprois on aura une première ébauche des vertèbres : là on aura juste des arcs, des petites baguettes qui vont se former au-dessus de la corde pour venir protéger le tube neural. Par contre à l âge adulte, on a le tube neural, un arc neural qui le protège et ensuite on a toujours la corde. Les premières vertèbres sont donc juste des arcs neuronaux. - La corde = vrai squelette - Arcs neuraux cartilagineux dorsaux, pas de corps vertébral On a des arcs neuronaux avec des apophyses reliées par des ligaments pour protéger le tube neural. Il n y a pas encore de corde vertébrale. Ensuite chez les poissons cartilagineux on a l apparition du corps vertébral et on aura toujours un reste de corde. Au niveau du thorax : pas d arc hémal. On a des apophyses mais ce ne sera pas l arc hémal, ça ne va pas entourer l aorte. Et sur ces apophyses viennent s articuler les cotes (donc les arrêtes chez les poissons). On a donc un corps vertébral avec les apophyses traverses et les cotes. Chez les poissons on a 2 paires de cote par vertèbres. On a l arc neural également. Mais en position caudal : rien ne protège l aorte. On aura donc un arc hémal qui vient protéger ce gros vaisseau. On a donc la corde qui est pincé au niveau de chaque corps vertébral et reste à l âge adulte. Chez les poissons cartilagineux : vertèbres cartilagineuses et pas d os Chez les poissons osseux : la vertèbre sera constitué d os et non de cartilage. On aura également 2 paires de cote par vertèbre. On voit les trous qu il y a à l intérieur des corps vertébraux, qui laisse passer la corde. Vertèbre : 3/10
Os, pièces soudées Aorte libre sauf région caudale Reste de corde dans le corps vertébral Chez les tétrapodes terrestres : amphibiens, oiseaux, reptiles, mammifères : Vertèbres : - Faite d os, pièces soudées - Corps vertébral sans corde o Corps vertébral entier, il n y a aucun reste de corde. Cette vertèbre entière vient protéger le tube neural o On aura des restes de cordes entre chaque vertèbres, retrouvé au niveau des articulations entre 2 vertèbres, appelé nucléus - Nucléus Chez les tétrapodes terrestres on aura qu une paire de cote par vertèbre et on retrouvera les cotes surtout au niveau des vertèbres thoraciques (pas forcément sur tout le corps de l animal). Ce sera une adpatation en fonction du moyen de locomotion. Par exemple, le serpent a des cotes sur tout le corps mais nous, on a des cotes qu au niveau thoracique pour protéger le cœur. Le nombre de vertèbres est variable : - Poissons : variable (>120, 60) - Vertèbres terrestres : contraintes mécaniques qui fait qu on en peut pas avoir un nombre de vertèbres important : 15 à 25 vertèbres dorsales entre les points d appui des membres. Au niveau des vertèbres, elles vont se différencier en fonction du lieu où elles sont dans le corps. Cela est du à des contraintes mécaniques, du moyen de locomotion. En générale on a pour les vertèbres terrestres : - Vertèbres cervicales avec l atlas et l axis qui permettent une liaison avec le crane et permettent à la tête de faire une rotation - Vertèbres dorsales ou thoraciques - Vertèbres lombaires - Vertèbres sacrées : o Qu une chez les amphibiens o 2 chez les reptiles o Chez les oiseaux et les mammifères : soudure des vertèbres sacrées etd e quelques vertèbres autour, adjacente pour former le sacrum - Vertèbres caudales : en voie de disparition chez l homme. Chez l homme c est le coccis o Tous les anthropoïdes non plus de queue o Certains animaux comme les singes auront une queue Vertèbres terrestres : - Liaison avec le crane - Réponse aux efforts - Soudure IV) Les cotes : Les cotes : - Elles vont délimiter la cavité du corps o 2 paires de cote : 1 paire de cote dorsal (vraie cote) et paire de cote ventrale au contact des viscères - Apparaissent chez les poissons (d abord 2 paires par vertèbres puis une paire chez les vertébrés terrestres et les cotes seront généralement sur les vertèbres dorsales) 4/10
- Vertèbres terrestres : uniquement sur les vertèbres dorsales Chez l homme : vertèbre dorsal sur laquelle on retrouve les cotes qui vont s articuler sur le sternum. On a : - Les vraies cotes qui s articulent sur le sternum directement - Les fausses cotes qui viennent se regrouper sur un cartilage pour s articuler sur le sternum - Les cotes flottantes qui ne s articulent pas avec le sternum Tout cela s articule avec la ceinture scapulaire. Ces vertèbres ont un rôle protecteur du cœur et du poumon (au niveau du thorax). Ex : Poisson : vertèbres, 2 paires de cotes par vertèbres. Pour le serpent : cote tout le long du serpent. Chez les amphibiens : pas de cage thoracique. On a 1 paire de cote par vertèbre et on aura un sternum devant et libre. V) Le sternum : Le sternum apparaît chez les Batraciens et il n y a pas de relation avec les cotes. A partir des reptiles : véritables sternum articulé ou soudé aux cotes Rôle de protection du cœur et des poumons et point d appui pour les membres antérieurs. Il va servir chez le poulet, le point d insertion des muscles du vol. A) Squelette céphalique B) Caractères Il se divise en 2 : - Le splanchnocrane : le visage - Neurocrane : protège tube neural (encéphale) Le crane apparait chez les agnathes. Au départ il est très primitif, on aura 2 plaques cartilagineuses qui vont remonter. Cela formera comme une assiette creuse pour protéger l encéphale, qui sera recouvert d un tissu conjonctif. C est ce qu on appelle le paléocrane. On a donc : - cyclostomes : paléocrane (plancher cartilagineux et voute conjonctive) - chez les poissons cartilagineux : chondrocrane : crane cartilagineux mais entier. Il englobe l encéphale, l appareil olfactif, auditif, les capsules optiques. Chondrocrane + voute cartilagineuse qui incorpore les premières vertèbres cervicales -> frome le trou occipital. Ex : crâne requin. On a le rostre qui forme un museau un peu pointu. On a le rostre, les narines, les cavités orbitaires et la région optique. A partir des poissons osseux : le crane est de l os. -> os de cartilage et os de membrane. On aura une ossification lente chez les vertébrés terrestres. On aura une tendance a la diminution du nombre des pièces osseuse. On aura une suture pour former une boîte crânienne complète. On aura une ossification lente pour permettre la croissance de l encéphale après la croissance. 5/10
C) Evolution du crâne : Le splanchocrane (ou crane viscéral, protection du tube digestif et appareil respiratoire). Chez les cyclostome, le splanchnocrane va être une corbeille cartilagineuse percée de 6 a 8 (souvent 7) paires de fentes branchiales pharyngiennes, pas de machoire. Chez les poissons cartilagineux : apparition des mâchoires qui vont se faire à partir des 2 premiers arcs branchiaux. Etant donné que la fente branchiale n est plus soutenue par les arcs branchiaux, cela fera un trou. C est ce qu on appelle l évent. - à l origine 7 paires d arcs branchiaux cartilagineux soutiennent les fentes branchiales - 1ere paire = arc mandibulaire -> mâchoire - 2ème paire = arc hyoidien -> cartilage hyomandibulaire et hyoidien - autres paires soutiennent les fentes branchiales fonctionnelles Chez les poissons osseux : - disparition de l évent (1ere fente branchiale) - os de cartilage et os de membrane - opercule en relation avec l hyomandibulaire : les fentes branchiales ne sont plus en relation avec l extérieur directement. Résumé : Chez les agnathes : 6 paires de fentes branchiales Chez les poissons cartilagineux : mâchoires apparaissent et on perd la 1er paire : plus que 5 fente branchiale Chez les poissons osseux : plus que 4 fente branchiales et sont recouverts de l opercule. Chez les vertébrés terrestres : Embryon humain de 29 jours : - disposition générale analogue - tendance à la diminution du nombre des arcs branchiaux et des fentes o batracien : 3 ou 4 paires de fentes branchiales fonctionnelles o reptile : 2 paires de fentes branchiales ouvertes temporairement o mammifère et homme : 1 paire de fentes branchiales ouvertes temporairement Adulte tétrapode : - arc branchiaux o arc mandibulaire -> mâchoires + quelques osselets de l oreille (marteau, enclume). o arc hyoïdien -> osselets, os hyoïde (va donner l étrier des osselets) o autres arcs régressent -> os hyoïde, cartilage du pharynx - fentes branchiales : modification totale de la fonction o chez nous l évent donne la caisse du tympan o les fentes branchiales ne nous servent donc plus à l appareil respiratoire Au cours de l évolution, soit les choses sont recyclées et prennent une autre fonction, soit ça disparaît. 6/10
D) Squelette zonal E) Caractéristiques Rôle de soutien du corps et rôle de propulsion. Origine : replis de la paroi latérale du tronc : - sclérotomes -> squelette - myotomes -> muscles Squelette d un vertébré tétrapode général : - nombre : 2 membres antérieurs et 2 membres postérieurs - structure 1 membre : demi ceinture (scapulaire ou pelvienne) + membre proprement dit - devenir : la disparition des membres est secondaire (adaptation), suivant le moyen de locomotion, de l adaptation à l environnement F) Evolution Chez les cyclostomes actuels : pas de membre Ex : lamproie marine : nageoires caudal, 1 à 2 nageoires ventrales et dorsales (ce ne sont pas des membres car ne sont pas reliés au squelette axiale par la ceinture pelvienne) Chez les poissons cartilagineux et osseux : membres pectoraux qui sont reliés au squelette axial par la ceinture pectorale et les nageoires pelviennes, reliées à la ceinture pelvienne. Ce sont des membres mais non locomoteur. Le poisson, pour nager, se sert de sa nageoire caudale. Les nageoires pectorales et pelviennes servent à se stabiliser. Sur la demi-ceinture on aura plusieurs pièces basales sur lesquelles on aura des rayons. C est donc un types pluribasales avec des rayons que d un côté : type uniservié. Donc le poisson cartilagineux : type pluribasal unisérié, rôle de stabilisateur. Chez les poissons de transitions : type monobasal bisérié - possibilité de replier la nageoire et de sortir de l eau - transitons vers les tétrapodes Il n y aura qu une pièce basale qui est l humérus. Et de ce fait on peut bouger dans tous les sens. Chez les tétrapodes : - membre monobasal avec l humérus qui se relie a la ceinture scapulaire : cela permet d avoir une plus grande amplitude des mouvements et servent à nous déplacer (pas que stabilisateur) Monobasale bisériée : présence de 2 rayons. Chez les tétrapodes terrestres : - évolution : passage du membre transversal ou orthogonal au membrane parasagital - membre monobasal Rotation des membres du passage transversale au membre parasagital qui permet au corps de se surélever par rapport au sol. 7/10
Retrouvé chez les oiseaux, mammifères. Les membres de tétrapodes terrestres est a l origine un membre pentadactyle a 5 doigts. C est ce qu on appelle un membre chiridien. Ensuite, le membre chiridien pourra subir des adaptations en fonction du mode de locomotion. Ex de membre chiridien : - tortue : membre assez robuste et raccourcit. - Oiseau : diminution du nombre de doigt : adaptation au vol - Chauffe souris : pouce qui est libre et allongement des phalanges des 3 derniers doigts qui vont permettre de relier la membrane a l aile - Membre d une otarie - Celui de l homme : on a l opposition du pouce par rapport aux autres doigts pour pouvoir prendre quelque chose Adaptation de la forme du membre se font en fonction du mode de vie et de déplacement de l animal : - voler : oiseau, chauve souris - courir -> chien cheval o on allonge la foulé, on se surélève plus encore par rapport au sol o chien court sur ses phalanges o cheval court sur la pointe du sabot - ramper -> serpent - creuser -> taupe - nager -> baleine - prendre -> homme VI) Le système nerveux Il est d origine ectodermique -> tube neural. Au niveau de l embryon, la plaque neurale va se former. Puis on aura la gouttière neurale : la plaque neurale s enfonce. Puis la plaque neurale continue de s enfoncer et va se fermer pour donner le tube neural. Le tube neural est creux, et le creux est appelé neuropore. Le tube neural, sa partie antérieure, au cours du développement va se boursoufler pour donner l encéphale. On a d abord 3 parties : - le proencéphale - mésencéphale - rhombencéphale. Puis au cours du développement embryonnaire le pro encéphale va donner le télencéphale et le diencéphale. Télencéphale donnera par ex hémisphère cérébraux. Le mésencéphale reste mésencéphale et le rhombencéphale se divise en 2 pour donner : - le métencéphale (donne cerveau) - le myélencéphale (donne bulbe rachidien) Le reste du tube neural va donner la moelle épinière. De la moelle épinière vont émerger les nerfs rachidiens. 8/10
Au niveau cérébral, ce seront les nerfs cérébraux. Ex d encéphale de vertébrés : - agnathe : lamproie o encéphale rectiligne avec les 5 parties - poisson osseux : saumon o lobes optiques, cervelet développés cervelet : centre de l équilibre car les oiseaux poissons se dirigent dans tous les sens de l espace - tétrapode : mammifère (lapin) o hémisphères cérébraux très développés VII) Appareil respiratoire A) Caractéristiques Elément primitif : branchie interne - lamelles très vascularisées - tapissent la paroi des fentes branchiales qui mettent le pharynx en relation avec l extérieur - épithélium mince : perméable aux gaz + la surface d échange est importante, + l oxygénation du sang est efficace. Le poisson va absorber de l eau par la bouche et elle va ressortir au niveau des fentes branchiales. Circulation sanguine va se faire à contre-courant de l eau. Quand l eau arrive, elle est chargée en oxygène. Quand l eau ressort par les fentes branchiales, elle est chargée en CO2. Circulation sanguine : - va de l artère afférente vers l artère efférente o l artère afférente arrive du cœur (ventral) du poisson et amène le sang carbonaté au niveau des branchies. Le sang est oxygéné au niveau des branchies puis il est récupéré par l artère efférente dorsale. Cette dernière distribue le sang oxygéné a tout l organisme - cœur, aorte ventrale, artère afférente, artère efférente, aorte dorsale, tissu Ici on a donc une simple circulation. B) Evolution Agnathes : les fentes branchiales sont dilatées en poches et les branchies vont tapisser les fentes branchiales. Chez les poissons cartilagineux : - 5 fentes branchiales visible (puisque la première disparaît : c est l évent) - l eau entre par la bouche, puis le pharynx, est refoulée entre les branchies et sort par les fentes branchiales ouvertes Poissons osseux : - même fonctionnement - protection des fentes branchiales par l opercule 9/10
Appareil respiratoire de transition, des poumons sont une évagination ventrale de l œsophage. On va avoir l œsophage et une évagination ventrale qui va être paire pour donner 2 poumons. Ce sont les poissons de transition. Polypterus : au niveau de l œsophage on a une évagination ventrale paire qui va donner 2 poumons primitifs. Chez les poissons on peut avoir une évagination dorsale impaire. Cela donne la vessie natatoire, sorte de balastre qui permet au poisson de pouvoir flotter. Pour plonger en profondeur il faut qu il vide sa vessie natatoire. Chez les vertébrés terrestres : On a l œsophage, la trachée devant. Puis on aura 2 bronches qui iront dans les 2 poumons - embryon, larve : fentes branchiales + ou fonctionnelles - adulte : o paroi de l œsophage -> poumon o o épithélium mince, perméable vascularisation importante : artères pulmonaire (sang carbonate) -> veine pulmonaire (sang oxygéné) o attention : artère = vaisseau qui partent du cœur (peu importe qu il est oxygéné ou carbonaté) et les veines reviennent au cœur - conséquence o tendance à l augmentation des surfaces d échange o nécessité d une mécanique respiratoire Chez les reptiles : pas de respirations cutanée, simplement pulmonaire. Chez les mammifères : surface d échange énorme Chez les oiseaux : c est différent : il n y a pas d alvéole pulmonaire. Ce sera un réseau de bronche, bronchiole, tubulure qui sera reliés à 9 sacs aériens. Cela permet de refroidir le corps de l oiseau quand il est en vol. 10/10