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3.2 : Feuilles - Biologie

3.2 : Feuilles - Biologie


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Nous voyons une énorme quantité de variation dans la taille et la forme des feuilles. Les feuilles des plantes peuvent être spécialisées pour maximiser l'utilisation de la lumière, minimiser les pertes d'eau, faciliter la photosynthèse C4 ou CAM, résister aux dommages dus au stress hydrique ou flotter sur l'eau.


3.2 : Feuilles - Biologie

Figure 1. Les feuilles sont attachées à la tige de la plante dans des zones appelées nœuds. Un entre-nœud est la région de tige entre deux nœuds. Le pétiole est la tige reliant la feuille à la tige. Les feuilles juste au-dessus des nœuds sont issues de bourgeons axillaires.

Les tiges font partie du système de pousses d'une plante. Leur longueur peut aller de quelques millimètres à plusieurs centaines de mètres, et leur diamètre varie également selon le type de plante. Les tiges sont généralement au-dessus du sol, bien que les tiges de certaines plantes, comme la pomme de terre, poussent également sous terre. Les tiges peuvent être de nature herbacée (douce) ou ligneuse. Leur fonction principale est de fournir un support à la plante, en tenant des feuilles, des fleurs et des bourgeons dans certains cas, les tiges stockent également de la nourriture pour la plante. Une tige peut être non ramifiée, comme celle d'un palmier, ou elle peut être très ramifiée, comme celle d'un magnolia. La tige de la plante relie les racines aux feuilles, aidant à transporter l'eau et les minéraux absorbés vers différentes parties de la plante. Il aide également à transporter les produits de la photosynthèse, à savoir les sucres, des feuilles vers le reste de la plante.

Les tiges des plantes, qu'elles soient aériennes ou souterraines, sont caractérisées par la présence de nœuds et d'entre-nœuds (Figure 1). Nœuds sont des points d'attache pour les feuilles, les racines aériennes et les fleurs. La région de tige entre deux nœuds est appelée un entre-nœud. La tige qui s'étend de la tige à la base de la feuille est le pétiole. Un bourgeon axillaire se trouve généralement à l'aisselle, la zone entre la base d'une feuille et la tige, où elle peut donner naissance à une branche ou à une fleur. L'apex (pointe) de la pousse contient le méristème apical dans le bourgeon apical.


Phyllotaxie (arrangement des feuilles): Phyllotaxie cyclique et spinale

La phyllotaxie est le mode d'arrangement des feuilles sur la tige. Il est surprenant de constater à quel point cela est régulier et strictement mathématique. Il existe une loi définie selon laquelle les feuilles sont disposées sur la tige d'une espèce particulière. L'arrangement est toujours régulier et les feuilles ne sont jamais placées sur la tige de manière aléatoire.

Les feuilles du feuillage sont généralement réparties sur la tige avec des entre-nœuds longs ou courts entre elles. Cette disposition est appelée caulinaire. Dans certains cas, cependant, les feuilles se présentent en grappe ou en rosette à partir de la tige très courte juste au sommet de la racine.

Cette disposition est dite radicale bien que les feuilles ne proviennent pas de la racine mais d'une tige très condensée comme dans le cas du radis.

Dans les feuilles caulinaires, il peut y avoir une, deux, trois feuilles ou plus à chaque nœud. Lorsqu'il n'y a qu'une seule feuille, la disposition est en spirale ou alternée ou cyclique. C'est de loin le type de phyllotaxie le plus courant. Lorsqu'il y a deux feuilles ou plus à chaque nœud, la phyllotaxie est cyclique.

A. Phyllotaxie cyclique :

Dans le type cyclique de phyllotaxie, les feuilles à chaque nœud forment un verticille avec les feuilles placées sur un cercle dans lequel les angles entre les feuilles adjacentes sont les mêmes.

Ainsi, s'il y a deux feuilles dans un verticille, les deux seront placées en face (c'est-à-dire à une distance angulaire de deux angles droits) l'une de l'autre. S'il y a trois feuilles, l'angle entre les feuilles d'un même verticille est de 120° (c'est-à-dire un tiers de cercle), s'il y en a quatre, il est de 90° et ainsi de suite.

Lorsqu'il y a plus de deux feuilles dans un verticille, la phyllotaxie est dite verticillée.

(A) Phyllotaxie opposée :

Dans la phyllotaxie opposée, les deux feuilles de chaque nœud sont toujours opposées. Si les paires successives de feuilles sont placées à angle droit les unes par rapport aux autres, l'arrangement est appelé décussé opposé .

Dans ce cas, lorsqu'on les regarde de haut, toutes les feuilles se trouvent disposées le long de quatre rangées verticales. On le trouve à Calotropis, Gardenia, Ixora, etc.

Dans certaines autres plantes, on constate que les paires successives sont placées exactement les unes sur les autres de sorte que toutes les feuilles se trouvent dans un même plan et, vues de dessus, toutes les feuilles se trouvent sur deux rangées verticales.

Ce type de phyllotaxie est dit opposé superposé. Il convient de noter que si le type superposé se trouve dans de nombreuses plantes comme Psidium guyava (goyave), Quisqualis, etc., dans de nombreux cas, la phyllotaxie est initialement décussée qui se superpose plus tard par l'aplatissement du rameau.

(B) Phyllotaxie verticillée :

Nerium odorum montre trois feuilles formant un verticille à chaque nœud tandis qu'Alstonia Schoris montre cinq feuilles ou plus. Ce sont des instances de type verticillé. Parfois, la phyllotaxie verticillée est appelée phyllotaxie verticillée.

B. Phyllotaxie en spirale ou alternative ou acyclique :

C'est le type de phyllotaxie le plus courant et la régularité mathématique de l'arrangement est étonnante. On peut facilement vérifier que (1) la distance angulaire (divergence angulaire) entre deux feuilles consécutives quelconques est constante (2) lorsqu'on regarde du haut, toutes les feuilles se trouvent dans un nombre fixe de rangées verticales ou d'orthèses (3) les orthostices sont uniformément dispersés sur un cercle, l'angle entre les orthostices adjacents étant constant (4) bien que les feuilles semblent dispersées, un examen attentif montre que les feuilles sont uniformément dispersées sur tous les côtés de la tige.

Pour bien comprendre le plan d'une phyllotaxie en spirale, il faut imaginer une ligne touchant les bases des feuilles successives. On constatera que cette ligne forme une spirale (d'où le nom de phyllotaxie en spirale) sur la tige. Cette spirale est appelée la spirale génétique.

Cette spirale génétique peut facilement être projetée sur une surface plane pour former une spirale plate et la position des feuilles peut être marquée sur cette spirale. L'angle sous-tendu au centre par deux feuilles consécutives est la divergence angulaire. En pratique, la divergence angulaire peut être notée en trouvant une feuille qui est exactement au-dessus d'une feuille particulière, puis en comptant le nombre de cercles complets couverts par la spirale génétique et le nombre de feuilles commençant de la première à celle juste avant la dernier. Ce dernier nombre de feuilles donne également le nombre d'orthèses. Ainsi,

Parfois, seule la fraction ci-dessus est donnée sans calculer la divergence réelle en degrés.

Quelques exemples clarifieront le problème :

(1) Distique ou ½ Phyllotaxie :

Dans la famille des Graminées (par exemple, Cynodon, riz) la feuille sur le deuxième nœud est juste en face de la feuille sur le premier nœud, la troisième feuille est au-dessus de la première feuille, la quatrième au-dessus de la deuxième et ainsi de suite (Figs. 156A & 157A ). Ainsi, la divergence angulaire est clairement de 180° (angle droit) et toutes les feuilles tombent dans deux orthostiches opposées (d'où le nom de distichous). La spirale génétique ne couvre qu'un cercle et il y a deux feuilles en route pour arriver à la feuille exactement au-dessus de la première feuille.

Par conséquent, la divergence angulaire = de 360º = 180º. Comme seule la fraction est habituellement donnée, la phyllotaxie est également appelée ½ phyllotaxie.

(2) Tristichous ou 1/3 Phyllotaxie :

Chez le carex commun (Cyperus rotundus), les feuilles sont à trois rangs (trois orthostices), la quatrième feuille est au-dessus de la première feuille, la cinquième au-dessus de la deuxième, la sixième au-dessus de la troisième et ainsi de suite. Trois feuilles se trouvent dans un cercle de la spirale génétique. Par conséquent, divergence angulaire = 1/8 de 360° = 120° ou 1/8 phyllotaxie.

(3) Pentastichous ou Phyllotaxie 2/5 :

Dans de nombreuses plantes communes comme le rosier de Chine et le banian, la 6ème feuille se trouve au-dessus de la 1ère feuille, la 7ème au-dessus de la 2ème et ainsi de suite. La spirale génétique boucle deux cercles en passant ces cinq feuilles ou cinq orthostices. D'où divergence angulaire = 2/5 de 360° = 144° ou 2/5 phyllotaxie.

(4) Octastichous ou Phyllotaxie 3/8 :

Dans ce cas, la neuvième feuille se trouve au-dessus de la première feuille et la spirale génétique complète trois cercles à cette distance comme dans le cas de la papaye (Carica papaya). Ainsi, il y a huit orthostices. La divergence angulaire est f de 360° = 135°.

Il est assez intéressant de noter que dans les types communs de phyllotaxie les fractions de divergence angulaire se situent dans une série dans laquelle le numérateur et le dénominateur dans chaque
cas sont obtenus en additionnant les numérateurs et les dénominateurs des deux phyllotaxies précédentes. Ainsi,

Cette série est appelée série de Fibonacci ou série de divergence de Schimper-Brown.

Lorsque la divergence devient une grande fraction, il n'est pas possible de compter les orthèses.

Chez les plantes présentant ces phyllotaxies, les entre-nœuds sont généralement très courts, de sorte que les feuilles sont très serrées les unes contre les autres. Sur les palmiers dattiers et autres palmiers à bases foliaires persistantes présentant une phyllotaxie aussi complexe, une spirale très proche de bases foliaires est observée.

Ce type de phyllotaxie est appelé parastichous. Les sporophylles sur une pomme de pin sont également disposées de la même manière et l'arrangement parastichous peut être clairement vu lorsque le cône est vu d'en haut.

Outre la série de Fibonacci, qui est de loin la plus courante, il existe peut-être d'autres séries de phyllotaxie. Deux de ces séries rares 1/4, 1/5, 2/8, 3/14…. et 1/2, 2/8, 2/5, 5/8, 8/18… Les lois de la phyllotaxie peuvent parfois être perturbées par une certaine torsion de la tige ou par un développement incomplet comme vers l'apex d'un rameau.


3.2 Structures cellulaires

Votre corps est composé de milliers de milliards de cellules, mais toutes remplissent les mêmes fonctions vitales de base. Ils obtiennent et utilisent tous de l'énergie, réagissent à l'environnement et se reproduisent. Comment vos cellules remplissent-elles ces fonctions de base et se maintiennent-elles – et vous – en vie ? Pour répondre à ces questions, vous devez en savoir plus sur les structures qui composent les cellules.

Une visite de la cellule (Bozeman Science):

APERÇU DES STRUCTURES CELLULAIRES

À certains égards, une cellule ressemble à un sac en plastique rempli de Jell-O. Sa structure de base est une membrane plasmique remplie de cytoplasme. Comme Jell-O contenant des fruits mélangés, le cytoplasme de la cellule contient également diverses structures, telles qu'un noyau et d'autres organites. Chiffre ci-dessous montre les structures à l'intérieur d'une cellule eucaryote typique, dans ce cas la cellule d'un animal. Reportez-vous à la figure pendant que vous lisez les structures ci-dessous. Vous pouvez également explorer les structures d'une cellule animale interactive à ce lien : http://www.cellsalive.com/cells/cell_model.htm.

LA MEMBRANE PLASMA

La membrane plasmique forme une barrière entre le cytoplasme à l'intérieur de la cellule et l'environnement à l'extérieur de la cellule. Il protège et soutient la cellule et contrôle également tout ce qui entre et sort de la cellule. Cela fonctionne un peu comme une frontière internationale. Seules certaines choses peuvent entrer dans le pays (cellule). Les douaniers qui choisissent ce qui peut et ne peut pas entrer sont des protéines. La membrane plasmique ne laisse passer que certaines substances, tout en gardant d'autres à l'intérieur ou à l'extérieur. La capacité à ne laisser entrer ou sortir que certaines molécules de la cellule est appelée perméabilité sélective ou semi-perméabilité. Pour comprendre comment la membrane plasmique contrôle ce qui entre ou sort de la cellule, vous devez connaître sa composition.

La membrane plasmique est discutée à http://www.youtube.com/watch?v=-aSfoB8Cmic (6:16). La paroi cellulaire (voir ci-dessous) est également abordée dans cette vidéo.

La bicouche phospholipidique

La membrane plasmique est composée principalement de phospholipides, qui se composent d'acides gras et d'alcool. Les phospholipides de la membrane plasmique sont disposés en deux couches, appelées bicouche phospholipidique. Comme représenté sur la Chiffre ci-dessous (ignorez les deux alertes de mot racine pour le voir), chaque molécule de phospholipide a une tête et deux queues. La tête « aime » l'eau (hydrophile),

et les queues « détestent » l'eau (hydrophobe).

Les queues qui détestent l'eau se trouvent à l'intérieur de la membrane, tandis que les têtes qui aiment l'eau pointent vers l'extérieur, soit vers le cytoplasme, soit vers le liquide qui entoure la cellule. Les molécules hydrophobes peuvent facilement traverser la membrane plasmique, si elles sont suffisamment petites, car elles détestent l'eau comme l'intérieur de la membrane. Les molécules hydrophiles, en revanche, ne peuvent pas traverser la membrane plasmique - du moins pas sans aide - car elles aiment l'eau comme l'extérieur de la membrane.

Autres molécules de la membrane plasmique

La membrane plasmique contient également d'autres molécules, principalement d'autres lipides et protéines. Les molécules vertes dans Chiffre ci-dessus, par exemple, sont le cholestérol lipidique. Les molécules de cholestérol aident la membrane plasmique à conserver sa forme. De nombreuses protéines de la membrane plasmique aident d'autres substances à traverser la membrane.

Extensions de la membrane plasmique

La membrane plasmique peut avoir des extensions, telles que des flagelles en forme de fouet ou des cils en forme de brosse. Dans les organismes unicellulaires, comme ceux montrés dans Chiffre ci-dessous, les extensions membranaires peuvent aider les organismes à se déplacer. Dans les organismes multicellulaires, les extensions ont d'autres fonctions. Par exemple, les cils des cellules pulmonaires humaines entraînent des particules étrangères et du mucus vers la bouche et le nez.

La membrane cellulaire (Bozeman Science) :

CYTOPLASME ET CYTOSQUELETTE

Le cytoplasme est constitué de tout ce qui se trouve à l'intérieur de la membrane plasmique de la cellule. Il comprend le matériau aqueux ressemblant à un gel appelé cytosol, ainsi que diverses structures. L'eau dans le cytoplasme représente environ les deux tiers du poids de la cellule et lui confère bon nombre de ses propriétés.

Fonctions du cytoplasme

Le cytoplasme a plusieurs fonctions importantes, notamment

  1. suspendre les organites cellulaires
  2. pousser contre la membrane plasmique pour aider la cellule à garder sa forme
  3. fournissant un site pour de nombreuses réactions biochimiques de la cellule

Cytosquelette

L'entrecroisement du cytoplasme est une structure appelée le cytosquelette, qui se compose de filaments filiformes et de tubules. Vous pouvez voir ces filaments et tubules dans les cellules de Chiffre au dessous de. Comme son nom l'indique, le cytosquelette est comme un « squelette » cellulaire. Il aide la cellule à maintenir sa forme et maintient également les organites cellulaires en place dans le cytoplasme.

Le cytosquelette est discuté dans la vidéo suivante http://www.youtube.com/watch?v=5rqbmLiSkpk (4:50).

LE NOYAU ET AUTRES ORGANELLES

Les cellules eucaryotes contiennent un noyau et plusieurs autres types d'organites. Ces structures sont impliquées dans de nombreuses fonctions cellulaires vitales.

Le noyau

Le noyau est le plus grand organite d'une cellule eucaryote et est souvent considéré comme le centre de contrôle de la cellule. C'est parce que le noyau contrôle les protéines que la cellule fabrique. Le noyau d'une cellule eucaryote contient la majeure partie de l'ADN de la cellule, qui constitue les chromosomes et est codé avec des instructions génétiques pour la fabrication de protéines.

Mitochondries

La mitochondrie (pluriel, mitochondries) est un organite qui rend l'énergie disponible pour la cellule. C'est pourquoi les mitochondries sont parfois appelées les centrales électriques de la cellule. Ils utilisent l'énergie de composés organiques tels que le glucose pour fabriquer des molécules de ATP (adénosine triphosphate), une molécule porteuse d'énergie qui est utilisée presque universellement à l'intérieur des cellules pour l'énergie.

Réticulum endoplasmique

Les réticulum endoplasmique (ER) est un organite qui aide à fabriquer et à transporter des protéines et des lipides. Il existe deux types de réticulum endoplasmique : le réticulum endoplasmique rugueux (RER) et le réticulum endoplasmique lisse (SER). Les deux types sont représentés dans Chiffre au dessous de.

  • Le RER a l'air rugueux car il est parsemé de ribosomes. Il fournit un cadre pour les ribosomes, qui fabriquent des protéines. Des morceaux de sa membrane se pincent pour former de minuscules sacs appelés vésicules, qui transportent les protéines loin du RE.
  • SER semble lisse car il n'a pas de ribosomes. Le SER fabrique également des lipides, stocke des substances et joue d'autres rôles.

Ribosomes

Les ribosomes sont de petits organites où sont fabriquées les protéines. Ils contiennent l'ARN d'acide nucléique, qui assemble et joint les acides aminés pour fabriquer des protéines. Les ribosomes peuvent être trouvés seuls ou en groupes dans le cytoplasme ainsi que sur le RER.

Appareil de Golgi

Les Appareil de Golgi est un grand organite qui traite les protéines et les prépare pour une utilisation à la fois à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule. Il est montré dans Chiffre au dessous de. L'appareil de Golgi est un peu comme un bureau de poste. Il reçoit les articles (protéines du RE), les emballe et les étiquette, puis les envoie vers leurs destinations (vers différentes parties de la cellule ou vers la membrane cellulaire pour le transport hors de la cellule). L'appareil de Golgi est également impliqué dans le transport des lipides autour de la cellule. Sur le lien ci-dessous, vous pouvez regarder une animation montrant comment l'appareil de Golgi effectue toutes ces tâches. http://www.johnkyrk.com/golgiAlone.html

Ce dessin comprend le noyau, le RER, le SER et l'appareil de Golgi. Sur le dessin, vous pouvez voir comment tous ces organites travaillent ensemble pour fabriquer et transporter des protéines.

Vésicules et vacuoles

Les deux vésicules et vacuoles sont des organites en forme de sac qui stockent et transportent des matériaux dans la cellule. Les vésicules sont beaucoup plus petites que les vacuoles et ont une variété de fonctions. Les vésicules qui se détachent des membranes du RE et de l'appareil de Golgi (voir Chiffre ci-dessus) stocke et transporte des molécules de protéines et de lipides. Certaines vésicules sont utilisées comme chambres pour des réactions biochimiques. Les autres vésicules comprennent :

  • Les lysosomes, qui utilisent des enzymes pour décomposer les corps étrangers et les cellules mortes.
  • Les peroxysomes, qui utilisent l'oxygène pour décomposer les poisons.

Centrioles

Les centrioles sont des organites impliqués dans la division cellulaire. Ils aident à organiser les chromosomes avant la division cellulaire afin que chaque cellule fille ait le bon nombre de chromosomes après la division cellulaire. Les centrioles ne se trouvent que dans les cellules animales et sont situés près du noyau (voir Chiffre dessus).

Organelles cellulaires (Bozeman Science)

STRUCTURES SPÉCIALES EN CELLULES VÉGÉTALES

Les cellules végétales ont plusieurs structures que l'on ne trouve pas dans les cellules animales, notamment une paroi cellulaire, une grande vacuole centrale et des organites appelés plastes. Vous pouvez voir chacune de ces structures dans Chiffre au dessous de. Vous pouvez également les visualiser dans une cellule végétale interactive sur le lien ci-dessous. http://www.cellsalive.com/cells/cell_model.htm

Paroi cellulaire

Les paroi cellulaire est une couche rigide qui entoure la membrane plasmique d'une cellule végétale. Il soutient et protège la cellule. De minuscules trous, ou pores, dans la paroi cellulaire permettent à l'eau, aux nutriments et à d'autres substances d'entrer et de sortir de la cellule. La paroi cellulaire est constituée principalement de glucides complexes, dont la cellulose.

Vacuole centrale

La plupart des cellules végétales matures ont une grande vacuole centrale. Cette vacuole peut représenter jusqu'à 90 % du volume de la cellule. La vacuole centrale a un certain nombre de fonctions, notamment le stockage de substances telles que l'eau, les enzymes et les sels. Il aide également les tissus végétaux, tels que les tiges et les feuilles, à rester rigides et à conserver leur forme. Il aide même à donner des fleurs, comme celles de Chiffre ci-dessous, leurs belles couleurs.

Plastides

Les plastes sont des organites des cellules végétales qui remplissent diverses fonctions. Les principaux types de plastes et leurs fonctions sont décrits ci-dessous.

  • Chloroplastes sont des plastes qui contiennent le pigment vert chlorophylle. Ils captent l'énergie lumineuse du soleil et l'utilisent pour fabriquer de la nourriture. Un chloroplaste est montré dans Chiffre dessus.
  • Les chromoplastes sont des plastes qui fabriquent et stockent d'autres pigments. Le pigment rouge qui colore les pétales de fleurs dans Chiffre ci-dessus a été faite par des chromoplastes.
  • Les leucoplastes sont des plastes qui stockent des substances telles que l'amidon ou fabriquent de petites molécules telles que les acides aminés.

Comme les mitochondries, les plastes contiennent leur propre ADN.

Organisation des cellules

Les cellules peuvent exister sous forme de cellules individuelles ou de groupes de cellules. Les cellules en groupes peuvent être organisées à plusieurs niveaux.

D'une cellule à plusieurs

Le niveau d'organisation cellulaire le plus simple est un organisme unicellulaire et le niveau le plus complexe est un organisme multicellulaire. Entre ces deux niveaux se trouvent les biofilms et les colonies.

  • Un organisme unicellulaire flotte librement et vit de façon autonome. Sa cellule unique est capable d'effectuer tous les processus de la vie sans l'aide d'autres cellules.
  • Un biofilm est une fine couche de bactéries qui adhère à une surface. Les cellules d'un biofilm sont toutes semblables, mais elles peuvent jouer des rôles différents, comme absorber des nutriments ou fabriquer la « colle » qui colle le biofilm à la surface. La plaque collante qui se forme sur les dents est un biofilm de cellules bactériennes.
  • Certains organismes unicellulaires, comme les algues, vivent en colonies. Une colonie est une structure organisée composée de nombreuses cellules, comme la sphère Volvox dans Chiffre au dessous de. Les Volvox sont des algues qui vivent en colonies de centaines de cellules. Toutes les cellules de la colonie vivent et travaillent en coopération. Par exemple, ils peuvent coordonner le mouvement de leurs flagelles, leur permettant de nager ensemble dans l'eau comme s'ils faisaient partie d'un seul organisme.
  • Un organisme multicellulaire se compose de nombreuses cellules et possède différents types de cellules spécialisées pour diverses fonctions. Toutes les cellules travaillent ensemble et dépendent les unes des autres pour mener à bien les processus vitaux de l'organisme. Les cellules individuelles sont incapables de survivre par elles-mêmes.

Niveaux d'organisation dans les organismes multicellulaires

Il existe des organismes multicellulaires à tous les niveaux d'organisation, du niveau d'organisation cellulaire le plus simple au niveau d'organisation du système organique le plus complexe. Considérez ces exemples :

  • Les éponges ont une organisation au niveau cellulaire, dans laquelle différentes cellules sont spécialisées pour différentes fonctions, mais chaque cellule travaille seule. Par exemple, certaines cellules digèrent les aliments, tandis que d'autres laissent passer l'eau à travers l'éponge.
  • Les méduses ont une organisation au niveau des tissus, dans laquelle des groupes de cellules du même type qui font le même travail forment des tissus. Par exemple, les méduses ont des tissus qui digèrent les aliments et d'autres tissus qui détectent l'environnement.
  • Les vers ronds ont une organisation au niveau des organes, dans laquelle deux ou plusieurs types de tissus travaillent ensemble pour remplir une fonction particulière en tant qu'organe. Par exemple, un ver rond a un cerveau primitif qui contrôle la façon dont l'organisme réagit à l'environnement.
  • Les êtres humains ont une organisation au niveau du système d'organes, dans laquelle des groupes d'organes travaillent ensemble pour effectuer un certain travail, chaque organe effectuant une partie de la tâche globale. Un exemple est le système digestif humain. Chaque organe du système digestif, de la bouche à l'intestin grêle, fait partie de la tâche globale consistant à décomposer les aliments et à absorber les nutriments.

RÉSUMÉ DE LA LEÇON

  • La membrane plasmique est une bicouche phospholipidique qui soutient et protège une cellule et contrôle ce qui y entre et en sort.
  • Le cytoplasme est constitué de tout ce qui se trouve à l'intérieur de la membrane plasmique, y compris le cytosol aqueux et les organites. Le cytoplasme suspend les organites et effectue d'autres tâches. Le cytosquelette traverse le cytoplasme et donne à la cellule un cadre interne.
  • Le noyau est le plus gros organite d'une cellule eucaryote et contient la majeure partie de l'ADN de la cellule. Les autres organites des cellules eucaryotes comprennent les mitochondries, le réticulum endoplasmique, les ribosomes, l'appareil de Golgi, les vésicules, les vacuoles et les centrioles (dans les cellules animales uniquement). Chaque type d'organite a des fonctions importantes dans la cellule.
  • Les cellules végétales ont des structures spéciales que l'on ne trouve pas dans les cellules animales, notamment une paroi cellulaire, une grande vacuole centrale et des organites appelés plastes.
  • Les cellules peuvent exister indépendamment en tant qu'organismes unicellulaires ou avec d'autres cellules en tant qu'organismes multicellulaires. Les cellules d'un organisme multicellulaire peuvent être organisées au niveau des cellules, des tissus, des organes et des systèmes d'organes.

QUESTIONS DE RÉVISION DE LA LEÇON

Rappeler

1. Décrivez la composition de la membrane plasmique.

2. Énumérez les fonctions du cytoplasme et du cytosquelette.

3. Quel est le rôle du noyau d'une cellule eucaryote ?

4. Citez trois structures que l'on trouve dans les cellules végétales mais pas dans les cellules animales.

5. Décrire les niveaux d'organisation des cellules des êtres vivants, en commençant par le niveau le plus simple, celui des organismes unicellulaires.

Appliquer les concepts

6. Créez un diagramme pour montrer comment les cellules d'organismes multicellulaires peuvent être organisées à différents niveaux, du niveau de la cellule au niveau du système organique. Donnez un exemple d'organisme multicellulaire à chaque niveau d'organisation.

Pense de façon critique

7. Expliquez pourquoi les molécules hydrophobes (« qui détestent l'eau ») peuvent facilement traverser la membrane plasmique, alors que les molécules hydrophiles (« qui aiment l'eau ») ne le peuvent pas.

8. Expliquez comment les organites suivants assurent qu'une cellule possède les protéines dont elle a besoin : noyau, RE rugueux et lisse, vésicules et appareil de Golgi.

POINTS À CONSIDÉRER

Les cellules remplissent toutes les fonctions de la vie, elles utilisent des nutriments et de l'oxygène et produisent des déchets. Ces substances doivent traverser la membrane plasmique.


Termes de biologie connexes

  • Stomates – Petits trous au bas des feuilles des plantes qui servent aux échanges gazeux.
  • Xylème – Tissu dans les plantes qui transporte l'eau et certains nutriments des racines d'une plante au reste de la plante.
  • Lenticelle – Un petit pore dans l'écorce d'une plante.
  • Evapotranspiration – Évaporation de l'eau des océans, des rivières et des lacs, ainsi que des plantes via la transpiration.

1. Lequel n'est PAS un type de transpiration ?
UNE. Transpiration lenticulaire
B. Transpiration mésarchale
C. Transpiration cuticulaire
RÉ. Transpiration stomatique

2. Lorsque la température augmente, qu'arrive-t-il au taux de transpiration ?
UNE. La transpiration augmente.
B. La transpiration diminue.
C. La transpiration reste au même rythme.

3. Lorsque _____________ augmente, le taux de transpiration diminue.
UNE. Vent
B. Humidité dans le sol
C. Humidité dans l'air
RÉ. Température


3.2 : Feuilles - Biologie

L'énergie circule de manière directionnelle à travers les écosystèmes, entrant sous forme de lumière du soleil (ou de molécules inorganiques pour les chimioautotrophes) et sortant sous forme de chaleur lors de la transformation d'énergie entre les niveaux trophiques. Plutôt que de traverser un écosystème, la matière qui compose les organismes est conservée et recyclée. Les six éléments les plus courants associés aux molécules organiques (carbone, azote, hydrogène, oxygène, phosphore et soufre) prennent diverses formes chimiques et peuvent exister pendant de longues périodes dans l'atmosphère, sur terre, dans l'eau ou sous la surface de la Terre. Les processus géologiques, tels que l'altération, l'érosion, le drainage de l'eau et la subduction des plaques continentales, jouent tous un rôle dans le cycle des éléments sur Terre. Parce que la géologie et la chimie ont des rôles majeurs dans l'étude de ces processus, le recyclage de la matière inorganique entre les organismes vivants et leur environnement non vivant est appelé cycles biogéochimiques.

Les six éléments susmentionnés sont utilisés par les organismes de diverses manières. L'hydrogène et l'oxygène se trouvent dans l'eau et les molécules organiques, deux éléments essentiels à la vie. Le carbone se trouve dans toutes les molécules organiques, tandis que l'azote est un composant important des acides nucléiques et des protéines. Le phosphore est utilisé pour fabriquer des acides nucléiques et les phospholipides qui composent les membranes biologiques. Enfin, le soufre est essentiel à la forme tridimensionnelle des protéines.

Le cycle de ces éléments est interconnecté. Par exemple, le mouvement de l'eau est essentiel pour le lessivage du soufre et du phosphore dans les rivières, les lacs et les océans. Les minéraux parcourent la biosphère entre les composants biotiques et abiotiques et d'un organisme à un autre.

Rendez-vous sur ce site pour en savoir plus sur les cycles biogéochimiques

Le cycle de l'eau

Les hydrosphère est la zone de la Terre où se produisent le mouvement et le stockage de l'eau : sous forme d'eau liquide à la surface (rivières, lacs, océans) et sous la surface (eaux souterraines) ou de glace (calottes glaciaires polaires et glaciers), et sous forme de vapeur d'eau dans l'atmosphère .Le corps humain est composé à environ 60% d'eau et les cellules humaines à plus de 70% d'eau. Parmi les réserves d'eau sur Terre, 97,5 pour cent sont de l'eau salée (voir la figure 1 ci-dessous). De l'eau restante, plus de 99 pour cent sont des eaux souterraines ou de la glace. Ainsi, moins d'un pour cent de l'eau douce est présente dans les lacs et les rivières. De nombreux organismes dépendent de ce faible pourcentage, dont l'absence peut avoir des effets négatifs sur les écosystèmes. Les humains, bien sûr, ont développé des technologies pour augmenter la disponibilité de l'eau, telles que le creusement de puits pour récolter les eaux souterraines, le stockage de l'eau de pluie et l'utilisation du dessalement pour obtenir de l'eau potable de l'océan. Bien que cette quête d'eau potable se soit poursuivie tout au long de l'histoire de l'humanité, l'approvisionnement en eau douce continue d'être un problème majeur à l'époque moderne.

Figure 1. Seulement 2,5 % de l'eau sur Terre est de l'eau douce, et moins de 1 % de l'eau douce est facilement accessible aux êtres vivants.

Les divers processus qui se produisent au cours du cycle de l'eau sont illustrés à la figure 2 ci-dessous. Les processus comprennent les éléments suivants :

  • évaporation et sublimation
  • condensation et précipitation
  • écoulement d'eau souterraine
  • ruissellement de surface et fonte des neiges
  • écoulement

Les cycle de l'eau est entraîné par l'énergie du Soleil car il réchauffe les océans et les autres eaux de surface. Cela mène à évaporation (eau liquide en vapeur d'eau) des eaux de surface liquides et sublimation (de la glace en vapeur d'eau) de l'eau gelée, déplaçant ainsi de grandes quantités d'eau dans l'atmosphère sous forme de vapeur d'eau. Au fil du temps, cette vapeur d'eau se condense en nuages ​​sous forme de gouttelettes liquides ou gelées et finit par précipitation (pluie, neige, grêle), qui ramène l'eau à la surface de la Terre. La pluie atteignant la surface de la Terre peut s'évaporer à nouveau, couler sur la surface ou s'infiltrer dans le sol. Le plus facilement observable est ruissellement superficiel: l'écoulement de l'eau douce sur la terre à cause de la pluie ou de la fonte des glaces. Le ruissellement peut se frayer un chemin à travers les ruisseaux et les lacs jusqu'aux océans.

Dans la plupart des environnements terrestres naturels, la pluie rencontre la végétation avant d'atteindre la surface du sol. Un pourcentage important d'eau s'évapore immédiatement de la surface des plantes. Ce qui reste atteint le sol et commence à descendre. Le ruissellement de surface ne se produira que si le sol devient saturé d'eau lors de fortes précipitations. L'eau du sol peut être absorbée par les racines des plantes. La plante utilisera une partie de cette eau pour son propre métabolisme et une partie de cette eau se retrouvera dans les animaux qui mangent les plantes, mais une grande partie sera perdue dans l'atmosphère par un processus connu sous le nom de transpiration: l'eau pénètre dans le système vasculaire des plantes par les racines et s'évapore, ou transpire, par les stomates (petites ouvertures de microscope) des feuilles. Les écologistes combinent transpiration et évaporation en un seul terme qui décrit l'eau renvoyée dans l'atmosphère : évapotranspiration. L'eau du sol qui n'est pas absorbée par une plante et qui ne s'évapore pas peut s'infiltrer dans le sous-sol et le substrat rocheux où elle forme de l'eau souterraine.

Eaux souterraines est un important réservoir souterrain d'eau douce. Il existe dans les pores entre les particules de saleté, de sable et de gravier ou dans les fissures des roches. L'eau souterraine peut s'écouler lentement à travers ces pores et fissures et finit par se diriger vers un ruisseau ou un lac où elle redevient une partie de l'eau de surface. De nombreux cours d'eau ne coulent pas parce qu'ils sont alimentés directement par l'eau de pluie, mais parce qu'ils reçoivent un apport constant des eaux souterraines en dessous. Certaines eaux souterraines se trouvent très profondément dans le substratum rocheux et peuvent y persister pendant des millénaires. La plupart des réservoirs d'eau souterraine, ou aquifères, sont la source d'eau potable ou d'irrigation puisée par des puits. Dans de nombreux cas, ces aquifères s'épuisent plus rapidement qu'ils ne se reconstituent par l'eau qui s'infiltre d'en haut.

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La pluie et le ruissellement de surface sont les principaux moyens par lesquels les minéraux, y compris le phosphore et le soufre, passent de la terre à l'eau. Les effets environnementaux du ruissellement seront discutés plus tard au fur et à mesure de la description de ces cycles.

Figure 2. L'eau de la terre et des océans pénètre dans l'atmosphère par évaporation ou sublimation, où elle se condense en nuages ​​et tombe sous forme de pluie ou de neige. L'eau précipitée peut pénétrer dans les plans d'eau douce ou s'infiltrer dans le sol. Le cycle est terminé lorsque les eaux de surface ou souterraines retournent dans l'océan. (crédit : modification du travail par John M. Evans et Howard Perlman, USGS)

Le cycle du carbone

Le carbone est le deuxième élément le plus abondant dans les organismes, en masse. Le carbone est présent dans toutes les molécules organiques (et certaines molécules non organiques comme le CO2), et son rôle dans la structure des biomolécules est primordial. Les composés carbonés contiennent de l'énergie, et bon nombre de ces composés provenant de plantes et d'algues mortes se sont fossilisés au cours de millions d'années et sont connus sous le nom de combustibles fossiles. Depuis les années 1800, l'utilisation des combustibles fossiles s'est accélérée. Depuis le début de la révolution industrielle, la demande pour les réserves limitées de combustibles fossiles de la Terre a augmenté, entraînant une augmentation drastique de la quantité de dioxyde de carbone dans notre atmosphère. Cette augmentation du dioxyde de carbone est associée au changement climatique et constitue une préoccupation environnementale majeure dans le monde.

Les cycle du carbone est le plus facilement étudié comme deux sous-cycles interconnectés : l'un traitant de l'échange rapide de carbone entre les organismes vivants et l'autre traitant du cycle à long terme du carbone à travers des processus géologiques. L'ensemble du cycle du carbone est illustré à la figure 3 ci-dessous.

Figure 3. Le dioxyde de carbone gazeux existe dans l'atmosphère et est dissous dans l'eau. La photosynthèse convertit le dioxyde de carbone gazeux en carbone organique et la respiration recycle le carbone organique en dioxyde de carbone gazeux. Le stockage à long terme du carbone organique se produit lorsque la matière des organismes vivants est enfouie profondément sous terre et se fossilise. L'activité volcanique et, plus récemment, les émissions humaines ramènent ce carbone stocké dans le cycle du carbone. (crédit : modification du travail par John M. Evans et Howard Perlman, USGS)

Le cycle biologique du carbone

Les organismes sont connectés de plusieurs manières, même entre différents écosystèmes. Un bon exemple de cette connexion est l'échange de carbone entre les hétérotrophes et les autotrophes par le biais du dioxyde de carbone atmosphérique. Le dioxyde de carbone (CO2) est le bloc de construction de base que les autotrophes utilisent pour construire des composés à haute énergie tels que le glucose. L'énergie captée par le Soleil est utilisée par ces organismes pour former les liaisons covalentes qui relient les atomes de carbone entre eux. Ces liaisons chimiques stockent cette énergie pour une utilisation ultérieure dans le processus de respiration. La plupart des autotrophes terrestres obtiennent leur dioxyde de carbone directement de l'atmosphère, tandis que les autotrophes marins l'acquièrent sous forme dissoute (acide carbonique, HCO3 – ).

Le carbone est transmis des producteurs aux niveaux trophiques supérieurs par le biais de la consommation. Par exemple, lorsqu'une vache (consommateur principal) mange de l'herbe (producteur), elle obtient certaines des molécules organiques produites à l'origine par la photosynthèse de la plante. Ces composés organiques peuvent ensuite être transmis à des niveaux trophiques supérieurs, tels que les humains, lorsque nous mangeons la vache. À chaque niveau, cependant, les organismes effectuent respiration, un processus dans lequel les molécules organiques sont décomposées pour libérer de l'énergie. Au fur et à mesure que ces molécules organiques sont décomposées, le carbone est retiré des molécules alimentaires pour former du CO2, un gaz qui pénètre dans l'atmosphère. Ainsi, le CO2 est un sous-produit de la respiration. Rappelons que le CO2 est consommé par les producteurs lors de la photosynthèse pour fabriquer des molécules organiques. Comme ces molécules sont décomposées pendant la respiration, le carbone pénètre à nouveau dans l'atmosphère sous forme de CO2. Un échange de carbone comme celui-ci relie potentiellement tous les organismes sur Terre. Pensez à ceci : le carbone dans votre ADN faisait autrefois partie de la plante il y a des millions d'années, peut-être faisait-il partie du dinosaure.

Le cycle biogéochimique du carbone

Le mouvement du carbone à travers la terre, l'eau et l'air est complexe et, dans de nombreux cas, il se produit beaucoup plus lentement que le mouvement entre les organismes. Le carbone est stocké pendant de longues périodes dans ce que l'on appelle des réservoirs de carbone, qui comprennent l'atmosphère, les masses d'eau liquide (principalement les océans), les sédiments océaniques, le sol, les roches (y compris les combustibles fossiles) et l'intérieur de la Terre.

Comme indiqué, l'atmosphère est un réservoir majeur de carbone sous forme de dioxyde de carbone qui est essentiel au processus de photosynthèse. Le niveau de dioxyde de carbone dans l'atmosphère est fortement influencé par le réservoir de carbone dans les océans. L'échange de carbone entre l'atmosphère et les réservoirs d'eau influence la quantité de carbone présente dans chacun. Dioxyde de carbone (CO2) de l'atmosphère se dissout dans l'eau et réagit avec les molécules d'eau pour former des composés ioniques. Certains de ces ions se combinent avec les ions calcium dans l'eau de mer pour former du carbonate de calcium (CaCO3), un composant majeur des coquilles des organismes marins. Ces organismes finissent par mourir et leurs coquilles forment des sédiments au fond de l'océan. Au cours du temps géologique, le carbonate de calcium forme du calcaire, qui constitue le plus grand réservoir de carbone sur Terre.

Sur terre, le carbone est stocké dans le sol sous forme de carbone organique à la suite de la décomposition d'organismes ou de l'altération des roches et des minéraux terrestres (les sols du monde contiennent beaucoup plus de carbone que l'atmosphère, à titre de comparaison). Plus profondément sous terre se trouvent les combustibles fossiles, les restes décomposés de manière anaérobie de plantes et d'algues qui vivaient il y a des millions d'années. Les combustibles fossiles sont considérés comme une ressource non renouvelable car leur utilisation dépasse de loin leur taux de formation. UNE ressource non renouvelable se régénère très lentement ou pas du tout. Une autre façon pour le carbone d'entrer dans l'atmosphère est depuis la terre (y compris la terre sous la surface de l'océan) par l'éruption de volcans et d'autres systèmes géothermiques. Les sédiments de carbone du plancher océanique sont prélevés au plus profond de la Terre par le processus de subduction: le mouvement d'une plaque tectonique sous une autre. Le carbone est libéré sous forme de dioxyde de carbone lorsqu'un volcan entre en éruption ou à partir de cheminées hydrothermales volcaniques.

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Le cycle de l'azote

Il est difficile d'introduire de l'azote dans les organismes vivants. Les plantes et le phytoplancton ne sont pas équipés pour incorporer l'azote de l'atmosphère (lorsqu'il existe sous forme d'azote triple covalent étroitement lié2) même si cette molécule constitue environ 78 pour cent de l'atmosphère. L'azote pénètre dans le monde vivant par le biais de bactéries libres et symbiotiques, qui incorporent l'azote dans leurs molécules organiques par le biais de processus biochimiques spécialisés. Certaines espèces de bactéries sont capables d'effectuer fixation de l'azote, le processus de conversion de l'azote gazeux en ammoniac (NH3), qui se transforme spontanément en ammonium (NH4 + ). L'ammonium est converti par les bactéries en nitrites (NO2 − ) puis les nitrates (NO3 − ). À ce stade, les molécules contenant de l'azote sont utilisées par les plantes et d'autres producteurs pour fabriquer des molécules organiques telles que l'ADN et les protéines. Cet azote est désormais disponible pour les consommateurs.

L'azote organique est particulièrement important pour l'étude de la dynamique des écosystèmes car de nombreux processus écosystémiques, tels que la production primaire, sont limités par l'approvisionnement disponible en azote. Comme le montre la figure 4 ci-dessous, l'azote qui pénètre dans les systèmes vivants est finalement converti de l'azote organique en azote gazeux par les bactéries (figure 4). Le processus de dénitrification C'est lorsque les bactéries convertissent les nitrates en azote gazeux, leur permettant ainsi de réintégrer l'atmosphère.

Figure 4. L'azote pénètre dans le monde vivant depuis l'atmosphère via des bactéries fixatrices d'azote. Cet azote et ces déchets azotés des animaux sont ensuite transformés en azote gazeux par les bactéries du sol, qui fournissent également aux réseaux trophiques terrestres l'azote organique dont ils ont besoin. (crédit : modification du travail par John M. Evans et Howard Perlman, USGS)

L'activité humaine peut modifier le cycle de l'azote par deux moyens principaux : la combustion de combustibles fossiles, qui libère différents oxydes d'azote, et par l'utilisation d'engrais artificiels (qui contiennent des composés azotés et phosphorés) en agriculture, qui sont ensuite entraînés dans les lacs, les cours d'eau , et les rivières par ruissellement de surface. Azote atmosphérique (autre que N2) est associé à plusieurs effets sur les écosystèmes terrestres, notamment la production de pluies acides (sous forme d'acide nitrique, HNO3) et les effets des gaz à effet de serre (sous forme de protoxyde d'azote, N2O), potentiellement à l'origine du changement climatique. Un effet majeur du ruissellement des engrais est l'eau salée et l'eau douce eutrophisation, un processus par lequel le ruissellement de nutriments provoque la prolifération d'algues, l'épuisement de l'oxygène et la mort de la faune aquatique.

Dans les écosystèmes marins, les composés azotés créés par les bactéries ou par décomposition s'accumulent dans les sédiments du fond océanique. Il peut ensuite être déplacé vers la terre dans le temps géologique par soulèvement de la croûte terrestre et ainsi incorporé dans la roche terrestre. Bien que le mouvement de l'azote de la roche directement dans les systèmes vivants ait été traditionnellement considéré comme insignifiant par rapport à l'azote fixé à partir de l'atmosphère, une étude récente a montré que ce processus peut en effet être important et devrait être inclus dans toute étude du cycle global de l'azote.

Le cycle du phosphore

Le phosphore est un nutriment essentiel pour les processus vivants. C'est un composant majeur des acides nucléiques et des phospholipides et, en tant que phosphate de calcium, il constitue les composants de soutien de nos os. Le phosphore est souvent le nutriment limitant (nécessaire à la croissance) dans les écosystèmes aquatiques, en particulier d'eau douce.

Le phosphore est présent dans la nature sous forme d'ion phosphate (PO4 3- ). En plus du ruissellement de phosphate résultant de l'activité humaine, le ruissellement naturel de surface se produit lorsqu'il est lessivé des roches contenant du phosphate par l'altération, envoyant ainsi des phosphates dans les rivières, les lacs et l'océan. Cette roche a ses origines dans l'océan. Les sédiments océaniques contenant du phosphate se forment principalement à partir des corps des organismes océaniques et de leurs excrétions. Cependant, les cendres volcaniques, les aérosols et les poussières minérales peuvent également être des sources importantes de phosphate. Ce sédiment est ensuite déplacé vers la terre au cours du temps géologique par le soulèvement de la surface de la Terre. (Figure ci-dessous)

Le phosphore est également échangé réciproquement entre le phosphate dissous dans l'océan et les organismes marins. Le mouvement du phosphate de l'océan vers la terre et à travers le sol est extrêmement lent, l'ion phosphate moyen ayant un temps de résidence océanique compris entre 20 000 et 100 000 ans.

Figure 5. Dans la nature, le phosphore existe sous forme d'ion phosphate (PO43-). L'altération des roches et l'activité volcanique libèrent du phosphate dans le sol, l'eau et l'air, où il devient disponible pour les réseaux trophiques terrestres. Le phosphate pénètre dans les océans par ruissellement de surface, écoulement des eaux souterraines et écoulement fluvial. Le phosphate dissous dans les cycles de l'eau océanique dans les réseaux trophiques marins. Une partie du phosphate des réseaux trophiques marins tombe au fond de l'océan, où il forme des sédiments. (crédit : modification du travail par John M. Evans et Howard Perlman, USGS)

L'excès de phosphore et d'azote qui pénètre dans ces écosystèmes à partir du ruissellement des engrais et des eaux usées provoque une croissance excessive des algues. La mort et la décomposition subséquentes de ces organismes épuisent l'oxygène dissous, ce qui entraîne la mort d'organismes aquatiques tels que les crustacés et les poissons. Ce processus est responsable de zones mortes dans les lacs et à l'embouchure de nombreux grands cours d'eau et d'une mortalité massive de poissons, qui se produit souvent pendant les mois d'été (voir la figure 6 ci-dessous).

Figure 6. Les zones mortes se produisent lorsque le phosphore et l'azote provenant des engrais provoquent une croissance excessive de micro-organismes, ce qui épuise l'oxygène et tue la faune. Dans le monde entier, de vastes zones mortes se trouvent dans les zones côtières à forte densité de population. (crédit : NASA Earth Observatory)

UNE zone morte est une zone dans les lacs et les océans près de l'embouchure des rivières où de vastes zones sont périodiquement appauvries de leur flore et de leur faune normales. Ces zones sont causées par eutrophisation couplé à d'autres facteurs, notamment les déversements de pétrole, le déversement de produits chimiques toxiques et d'autres activités humaines. Le nombre de zones mortes a augmenté depuis plusieurs années, et plus de 400 de ces zones étaient présentes en 2008. L'une des pires zones mortes se trouve au large des États-Unis dans le golfe du Mexique : ruissellement d'engrais du fleuve Mississippi bassin a créé une zone morte de plus de 8 463 milles carrés. Le ruissellement de phosphate et de nitrate provenant des engrais affecte également négativement plusieurs écosystèmes de lacs et de baies, y compris la baie de Chesapeake dans l'est des États-Unis.

Cette (a) image satellite montre la baie de Chesapeake, un écosystème affecté par le ruissellement des phosphates et des nitrates. Un (b) membre de l'Army Corps of Engineers tient un bouquet d'huîtres utilisé dans le cadre de l'effort de restauration des huîtres dans la baie. (crédit a : modification des travaux par la NASA/MODIS crédit b : modification des travaux par l'armée américaine)

La baie de Chesapeake a longtemps été considérée comme l'une des régions les plus pittoresques de la planète, elle est maintenant en détresse et est reconnue comme un écosystème en déclin. Dans les années 1970, la baie de Chesapeake a été l'un des premiers écosystèmes à avoir identifié des zones mortes, qui continuent de tuer de nombreuses espèces de poissons et de fond, telles que les palourdes, les huîtres et les vers. Plusieurs espèces ont décliné dans la baie de Chesapeake en raison du ruissellement des eaux de surface contenant un excès de nutriments provenant des engrais artificiels utilisés sur terre. La source des engrais (à haute teneur en azote et en phosphate) ne se limite pas aux pratiques agricoles. Il existe de nombreuses zones urbaines à proximité et plus de 150 rivières et ruisseaux se jettent dans la baie qui transportent les engrais de ruissellement des pelouses et des jardins. Ainsi, le déclin de la baie de Chesapeake est un problème complexe et nécessite la coopération de l'industrie, de l'agriculture et des propriétaires ordinaires.

La population d'huîtres est particulièrement intéressante pour les écologistes. On estime que plus de 200 000 acres de récifs d'huîtres existaient dans la baie dans les années 1700, mais ce nombre a maintenant diminué à seulement 36 000 acres. La récolte d'huîtres était autrefois une industrie majeure pour la baie de Chesapeake, mais elle a diminué de 88 pour cent entre 1982 et 2007. Ce déclin était dû non seulement au ruissellement d'engrais et aux zones mortes, mais aussi à la surexploitation. Les huîtres nécessitent une certaine densité de population minimale car elles doivent être à proximité pour se reproduire. L'activité humaine a modifié la population et les emplacements des huîtres, perturbant grandement l'écosystème.

La restauration de la population d'huîtres dans la baie de Chesapeake est en cours depuis plusieurs années avec un succès mitigé. Non seulement beaucoup de gens trouvent les huîtres bonnes à manger, mais ils nettoient également la baie. Les huîtres sont des filtreurs et en mangeant, elles nettoient l'eau qui les entoure. Dans les années 1700, on estimait qu'il ne fallait que quelques jours à la population d'huîtres pour filtrer tout le volume de la baie. Aujourd'hui, avec des conditions d'eau modifiées, on estime que la population actuelle prendrait près d'un an pour faire le même travail.

Des efforts de restauration sont en cours depuis plusieurs années par des organisations à but non lucratif, telles que la Chesapeake Bay Foundation. L'objectif de la restauration est de trouver un moyen d'augmenter la densité de population afin que les huîtres puissent se reproduire plus efficacement. De nombreuses variétés résistantes aux maladies (développées au Virginia Institute of Marine Science pour le College of William and Mary) sont maintenant disponibles et ont été utilisées dans la construction de récifs d'huîtres expérimentaux. Les efforts déployés par la Virginie et le Delaware pour nettoyer et restaurer la baie ont été entravés car une grande partie de la pollution entrant dans la baie provient d'autres États, ce qui souligne la nécessité d'une coopération interétatique pour une restauration réussie.

Les nouvelles souches d'huîtres copieuses ont également donné naissance à une nouvelle industrie économiquement viable, l'ostréiculture, qui fournit non seulement des huîtres pour la nourriture et le profit, mais a également l'avantage supplémentaire de nettoyer la baie.

Le cycle du soufre

Le soufre est un élément essentiel pour les molécules des êtres vivants. Faisant partie de l'acide aminé cystéine, elle est impliquée dans la formation des protéines. Comme le montre la figure 7 ci-dessous, les cycles de soufre entre les océans, la terre et l'atmosphère. Le soufre atmosphérique se trouve sous forme de dioxyde de soufre (SO2), qui pénètre dans l'atmosphère de trois manières : premièrement, à partir de la décomposition de molécules organiques, deuxièmement, de l'activité volcanique et des cheminées géothermiques et, troisièmement, de la combustion de combustibles fossiles par l'homme.

Figure 7. Le dioxyde de soufre de l'atmosphère devient disponible pour les écosystèmes terrestres et marins lorsqu'il est dissous dans les précipitations sous forme d'acide sulfurique faible ou lorsqu'il tombe directement sur la Terre sous forme de retombées. L'altération des roches rend également les sulfates disponibles pour les écosystèmes terrestres. La décomposition des organismes vivants renvoie les sulfates dans l'océan, le sol et l'atmosphère. (crédit : modification du travail par John M. Evans et Howard Perlman, USGS)

Sur terre, le soufre se dépose de quatre manières principales : les précipitations, les retombées directes de l'atmosphère, l'altération des roches et les cheminées géothermiques. Le soufre atmosphérique se trouve sous forme de dioxyde de soufre (SO2), et lorsque la pluie tombe dans l'atmosphère, le soufre se dissout sous forme d'acide sulfurique faible (H2DONC4). Le soufre peut également tomber directement de l'atmosphère dans un processus appelé retombées. De plus, à mesure que les roches contenant du soufre s'altèrent, du soufre est libéré dans le sol. Ces roches proviennent de sédiments océaniques qui sont déplacés vers la terre par le soulèvement géologique des sédiments océaniques. Les écosystèmes terrestres peuvent alors utiliser ces sulfates du sol (SO4 2- ), qui entrent dans le réseau trophique en étant absorbés par les racines des plantes. Lorsque ces plantes se décomposent et meurent, le soufre est rejeté dans l'atmosphère sous forme de sulfure d'hydrogène (H2S) gaz.

Le soufre pénètre dans l'océan sous forme de ruissellement terrestre, de retombées atmosphériques et de cheminées géothermiques sous-marines. Certains écosystèmes reposent sur des chimioautotrophes utilisant le soufre comme source d'énergie biologique. Ce soufre soutient alors les écosystèmes marins sous forme de sulfates.

Les activités humaines ont joué un rôle majeur dans la modification de l'équilibre du cycle global du soufre. La combustion de grandes quantités de combustibles fossiles, en particulier du charbon, libère de plus grandes quantités de sulfure d'hydrogène dans l'atmosphère. Lorsque la pluie tombe à travers ce gaz, elle crée le phénomène connu sous le nom de pluie acide, qui endommage l'environnement naturel en abaissant le pH des lacs, tuant ainsi de nombreuses plantes et animaux résidents. Pluie acide est une pluie corrosive causée par l'eau de pluie tombant sur le sol à travers le dioxyde de soufre gazeux, la transformant en acide sulfurique faible, ce qui cause des dommages aux écosystèmes aquatiques. Les pluies acides affectent également l'environnement artificiel par la dégradation chimique des bâtiments. Par exemple, de nombreux monuments en marbre, tels que le Lincoln Memorial à Washington, DC, ont subi des dommages importants dus aux pluies acides au fil des ans. Ces exemples montrent l'étendue des effets des activités humaines sur notre environnement et les défis qui restent à relever pour notre avenir.

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Attribution

Biogeochemical Cycles by OpenStax est sous licence CC BY 4.0. Modifié de l'original par Matthew R. Fisher.


Résumé de la section

Les feuilles sont le site principal de la photosynthèse. Une feuille typique se compose d'un limbe (la partie large de la feuille, également appelée limbe) et d'un pétiole (la tige qui attache la feuille à une tige). La disposition des feuilles sur une tige, appelée phyllotaxie, permet une exposition maximale au soleil. Chaque espèce végétale a une disposition et une forme de feuilles caractéristiques. Le motif de la disposition des feuilles peut être alterné, opposé ou en spirale, tandis que la forme des feuilles peut être simple ou composée. Le tissu foliaire se compose de l'épiderme, qui forme la couche cellulaire la plus externe, et du mésophylle et du tissu vasculaire, qui constituent la partie interne de la feuille. Chez certaines espèces végétales, la forme des feuilles est modifiée pour former des structures telles que des vrilles, des épines, des écailles de bourgeons et des aiguilles.



Commentaires:

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