Organisme -Organism

Une amibe est un eucaryote unicellulaire
Les champignons polypores et les angiospermes sont de grands eucaryotes multicellulaires.

En biologie , un organisme (du grec ancien ὄργανον (órganon)  « instrument, instrument, outil » et -ισμός (-ismós) ) est tout système vivant organique qui fonctionne comme une entité individuelle. Tous les organismes sont composés de cellules ( théorie cellulaire ). Les organismes sont classés par taxonomie en groupes tels que les animaux multicellulaires , les plantes et les champignons ; ou des micro- organismes unicellulaires tels que les protistes , les bactéries et les archées . Tous les types d'organismes sont capables de reproduction , de croissance et de développement , de maintien et d'un certain degré de réponse aux stimuli . Les coléoptères , les calmars , les tétrapodes , les champignons et les plantes vasculaires sont des exemples d'organismes multicellulaires qui différencient les tissus et organes spécialisés au cours du développement .

Un organisme unicellulaire peut être soit un procaryote , soit un eucaryote . Les procaryotes sont représentés par deux domaines distincts  - les bactéries et les archées . Les organismes eucaryotes sont caractérisés par la présence d'un noyau cellulaire lié à la membrane et contiennent des compartiments supplémentaires liés à la membrane appelés organites (tels que les mitochondries chez les animaux et les plantes et les plastes chez les plantes et les algues , tous généralement considérés comme dérivés de bactéries endosymbiotiques ). Les champignons, les animaux et les plantes sont des exemples de règnes d'organismes au sein des eucaryotes.

Les estimations du nombre d' espèces actuelles de la Terre vont de 2 millions à 1 000 milliards, dont plus de 1,7 million ont été documentées. On estime que plus de 99% de toutes les espèces, soit plus de cinq milliards d'espèces, qui ont jamais vécu, sont éteintes .

En 2016, un ensemble de 355 gènes du dernier ancêtre commun universel (LUCA) de tous les organismes de la Terre a été identifié.

Étymologie

Le terme « organisme » (du grec ὀργανισμός, organizations , de ὄργανον, organon , c'est-à-dire « instrument, instrument, outil, organe de sens ou d'appréhension ») est apparu pour la première fois en anglais en 1703 et a pris sa définition actuelle en 1834 ( Oxford Dictionnaire anglais ). Il est directement lié au terme "organisation". Il existe une longue tradition de définition des organismes comme des êtres auto-organisés, remontant au moins à la Critique du jugement d' Emmanuel Kant en 1790 .

Définitions

Un organisme peut être défini comme un assemblage de molécules fonctionnant comme un tout plus ou moins stable et présentant les propriétés de la vie . Les définitions du dictionnaire peuvent être larges, en utilisant des expressions telles que "toute structure vivante, telle qu'une plante, un animal, un champignon ou une bactérie, capable de croissance et de reproduction". De nombreuses définitions excluent les virus et les éventuelles formes de vie non organiques créées par l'homme , car les virus dépendent de la machinerie biochimique d'une cellule hôte pour se reproduire. Un superorganisme est un organisme composé de nombreux individus travaillant ensemble comme une seule unité fonctionnelle ou sociale .

Il y a eu une controverse sur la meilleure façon de définir l'organisme et même sur la nécessité ou non d'une telle définition. Plusieurs contributions sont des réponses à la suggestion que la catégorie « organisme » pourrait bien ne pas être adéquate en biologie.

Virus

Les virus ne sont généralement pas considérés comme des organismes parce qu'ils sont incapables de reproduction , de croissance ou de métabolisme autonomes . Bien que certains organismes soient également incapables de survie indépendante et vivent comme des parasites intracellulaires obligatoires , ils sont capables d'un métabolisme et d'une procréation indépendants. Bien que les virus possèdent quelques enzymes et molécules caractéristiques des organismes vivants, ils n'ont pas de métabolisme propre ; ils ne peuvent pas synthétiser et organiser les composés organiques à partir desquels ils sont formés. Naturellement, cela exclut la reproduction autonome : elles ne peuvent être répliquées que passivement par la machinerie de la cellule hôte . En ce sens, ils sont similaires à la matière inanimée.

Bien que les virus ne subissent aucun métabolisme indépendant et ne soient donc généralement pas classés comme des organismes, ils possèdent leurs propres gènes et évoluent par des mécanismes similaires aux mécanismes évolutifs des organismes. Ainsi, un argument selon lequel les virus devraient être classés comme des organismes vivants est leur capacité à évoluer et à se répliquer par auto-assemblage. Cependant, certains scientifiques affirment que les virus n'évoluent ni ne s'auto-reproduisent. Au lieu de cela, les virus sont évolués par leurs cellules hôtes, ce qui signifie qu'il y a eu co-évolution des virus et des cellules hôtes. Si les cellules hôtes n'existaient pas, l'évolution virale serait impossible. Ce n'est pas vrai pour les cellules. Si les virus n'existaient pas, le sens de l'évolution cellulaire pourrait être différent, mais les cellules pourraient néanmoins évoluer. Quant à la reproduction, les virus dépendent totalement de la machinerie des hôtes pour se répliquer. La découverte de virus dotés de gènes codant pour le métabolisme énergétique et la synthèse des protéines a alimenté le débat sur la question de savoir si les virus sont des organismes vivants. La présence de ces gènes suggérait que les virus étaient autrefois capables de se métaboliser. Cependant, il a été découvert plus tard que les gènes codant pour le métabolisme énergétique et protéique ont une origine cellulaire. Très probablement, ces gènes ont été acquis par transfert horizontal de gènes à partir d'hôtes viraux.

Chimie

Les organismes sont des systèmes chimiques complexes, organisés de manière à favoriser la reproduction et une certaine mesure de durabilité ou de survie. Les mêmes lois qui régissent la chimie non vivante régissent les processus chimiques de la vie . Ce sont généralement les phénomènes d'organismes entiers qui déterminent leur adaptation à un environnement et donc la survie de leurs gènes à base d' ADN .

Les organismes doivent clairement leur origine, leur métabolisme et de nombreuses autres fonctions internes à des phénomènes chimiques, en particulier la chimie des grosses molécules organiques. Les organismes sont des systèmes complexes de composés chimiques qui, par l'interaction et l'environnement, jouent une grande variété de rôles.

Les organismes sont des systèmes chimiques semi-fermés. Bien qu'ils soient des unités de vie individuelles (comme l'exige la définition), ils ne sont pas fermés à l'environnement qui les entoure. Pour fonctionner, ils absorbent et libèrent constamment de l'énergie. Les autotrophes produisent de l'énergie utilisable (sous forme de composés organiques) en utilisant la lumière du soleil ou des composés inorganiques, tandis que les hétérotrophes absorbent les composés organiques de l'environnement.

L' élément chimique principal de ces composés est le carbone . Les propriétés chimiques de cet élément telles que sa grande affinité pour se lier avec d'autres petits atomes, y compris d'autres atomes de carbone, et sa petite taille le rendant capable de former de multiples liaisons, le rendent idéal comme base de la vie organique. Il est capable de former de petits composés à trois atomes (tels que le dioxyde de carbone ), ainsi que de grandes chaînes de plusieurs milliers d'atomes qui peuvent stocker des données ( acides nucléiques ), maintenir les cellules ensemble et transmettre des informations (protéines).

Macromolécules

Les composés qui composent les organismes peuvent être divisés en macromolécules et autres molécules plus petites. Les quatre groupes de macromolécules sont les acides nucléiques , les protéines , les glucides et les lipides . Les acides nucléiques (en particulier l'acide désoxyribonucléique ou ADN) stockent les données génétiques sous la forme d'une séquence de nucléotides . La séquence particulière des quatre différents types de nucléotides ( adénine , cytosine , guanine et thymine ) dicte de nombreuses caractéristiques qui constituent l'organisme. La séquence est divisée en codons , dont chacun est une séquence particulière de trois nucléotides et correspond à un acide aminé particulier . Ainsi, une séquence d'ADN code pour une protéine particulière qui, en raison des propriétés chimiques des acides aminés dont elle est constituée, se replie d'une manière particulière et remplit ainsi une fonction particulière.

Ces fonctions protéiques ont été reconnues :

  1. Les enzymes , qui catalysent les réactions du métabolisme
  2. Protéines structurelles, telles que la tubuline ou le collagène
  3. Protéines régulatrices, telles que les facteurs de transcription ou les cyclines qui régulent le cycle cellulaire
  4. Molécules de signalisation ou leurs récepteurs comme certaines hormones et leurs récepteurs
  5. Les protéines défensives, qui peuvent inclure tout, des anticorps du système immunitaire aux toxines (par exemple, les dendrotoxines de serpents), en passant par les protéines contenant des acides aminés inhabituels comme la canavanine

Une bicouche de phospholipides constitue la membrane des cellules qui constitue une barrière, contenant tout ce qui se trouve dans une cellule et empêchant les composés de passer librement dans et hors de la cellule. En raison de la perméabilité sélective de la membrane phospholipidique, seuls des composés spécifiques peuvent la traverser.

Structure

Tous les organismes sont constitués d'unités structurelles appelées cellules ; certains contiennent une seule cellule (unicellulaires) et d'autres contiennent de nombreuses unités (multicellulaires). Les organismes multicellulaires sont capables de spécialiser les cellules pour remplir des fonctions spécifiques. Un groupe de telles cellules est un tissu , et chez les animaux, il existe quatre types de base, à savoir l'épithélium , le tissu nerveux, le tissu musculaire et le tissu conjonctif . Plusieurs types de tissus travaillent ensemble sous la forme d'un organe pour produire une fonction particulière (comme le pompage du sang par le cœur , ou comme barrière à l'environnement comme la peau ). Ce schéma se poursuit à un niveau supérieur avec plusieurs organes fonctionnant comme un système d'organes tels que le système reproducteur et le système digestif . De nombreux organismes multicellulaires sont constitués de plusieurs systèmes d'organes, qui se coordonnent pour permettre la vie.

Cellule

La théorie cellulaire , développée pour la première fois en 1839 par Schleiden et Schwann , stipule que tous les organismes sont composés d'une ou plusieurs cellules ; toutes les cellules proviennent de cellules préexistantes et les cellules contiennent les informations héréditaires nécessaires à la régulation des fonctions cellulaires et à la transmission des informations à la prochaine génération de cellules.

Il existe deux types de cellules, eucaryotes et procaryotes. Les cellules procaryotes sont généralement des singletons, tandis que les cellules eucaryotes se trouvent généralement dans des organismes multicellulaires. Les cellules procaryotes n'ont pas de membrane nucléaire, de sorte que l'ADN n'est pas lié à l'intérieur de la cellule; les cellules eucaryotes ont des membranes nucléaires.

Toutes les cellules, qu'elles soient procaryotes ou eucaryotes, ont une membrane qui enveloppe la cellule, sépare son intérieur de son environnement, régule ce qui entre et sort et maintient le potentiel électrique de la cellule . À l'intérieur de la membrane, un cytoplasme salé occupe la majeure partie du volume cellulaire. Toutes les cellules possèdent de l'ADN, le matériel héréditaire des gènes , et de l'ARN , contenant les informations nécessaires à la construction de diverses protéines telles que les enzymes , la machinerie primaire de la cellule. Il existe également d'autres types de biomolécules dans les cellules.

Toutes les cellules partagent plusieurs caractéristiques similaires :

Histoire évolutive

Dernier ancêtre commun universel

Stromatolithes précambriens dans la Formation de Siyeh, Glacier National Park . En 2002, un article de la revue scientifique Nature suggérait que ces formations géologiques de 3,5 Gya (milliards d'années) contenaient des microbes cyanobactéries fossilisés . Cela suggère qu'ils sont la preuve de l'une des premières formes de vie connues sur Terre.

Le dernier ancêtre commun universel (LUCA) est l'organisme le plus récent dont tous les organismes vivant actuellement sur Terre descendent . C'est donc l' ancêtre commun le plus récent de toute la vie actuelle sur Terre. On estime que le LUCA a vécu il y a environ 3,5 à 3,8 milliards d'années (parfois à l' ère paléoarchéenne ). La première preuve de la vie sur Terre est le graphite qui s'est avéré biogénique dans des roches métasédimentaires vieilles de 3,7 milliards d'années découvertes dans l'ouest du Groenland et des fossiles de tapis microbiens trouvés dans du grès vieux de 3,48 milliards d'années découvert en Australie occidentale . Bien que plus de 99% de toutes les espèces qui aient jamais vécu sur la planète soient estimées éteintes, il est probable que plus d'un milliard d'espèces de vie existent actuellement sur Terre, les estimations et les projections les plus élevées atteignant un billion d'espèces.

Les informations sur le développement précoce de la vie incluent des informations provenant de nombreux domaines différents, notamment la géologie et les sciences planétaires . Ces sciences renseignent sur l'histoire de la Terre et les changements produits par la vie. Cependant, de nombreuses informations sur la Terre primitive ont été détruites par des processus géologiques au fil du temps .

Tous les organismes descendent d'un ancêtre commun ou d'un pool génétique ancestral. La preuve d'une descendance commune peut être trouvée dans les traits partagés entre tous les organismes vivants. À l'époque de Darwin, la preuve de traits communs reposait uniquement sur l'observation visible de similitudes morphologiques, comme le fait que tous les oiseaux ont des ailes, même ceux qui ne volent pas.

Il existe des preuves solides de la génétique que tous les organismes ont un ancêtre commun. Par exemple, chaque cellule vivante utilise des acides nucléiques comme matériel génétique et utilise les mêmes vingt acides aminés comme éléments constitutifs des protéines . Tous les organismes utilisent le même code génétique (avec quelques déviations extrêmement rares et mineures) pour traduire les séquences d'acides nucléiques en protéines. L'universalité de ces traits suggère fortement une ascendance commune, car la sélection de nombre de ces traits semble arbitraire. Le transfert horizontal de gènes rend plus difficile l'étude du dernier ancêtre universel. Cependant, l'utilisation universelle du même code génétique, des mêmes nucléotides et des mêmes acides aminés rend l'existence d'un tel ancêtre extrêmement probable.

Phylogénie

LUCA

Chloroflexota

Déinococota

Glycobactéries

« Cyanobactéries »

Gracilicutes

Spirochaetota

Sphingobactéries

Fibrobactérie

Chlorobiote

Bacteroidota

Planctobactéries

Planctomycetota

Chlamydiota

Lentisphaerota

Verrucomicrobiote

"Protéobactéries"  sensu lato
Géobactéries

Deferribacterota

Acidobactéries

Thiobactéries

Bdellovibrionota

Campylobactéries

Myxococcus

Thermodésulfobactéries

Pseudomonadota

Alphaprotéobactéries

Bêtaprotéobactéries

Gammaprotéobactéries

Unibactéries
Eurybactéries

Thermotogota

Fusobactéries

Bacillota

Actinomycétos

Néomura

Archées

Eucarya

Emplacement de la racine

LUCA a peut-être utilisé la voie Wood-Ljungdahl ou la voie réductrice de l'acétyl-CoA pour fixer le carbone.

L'emplacement le plus communément accepté de la racine de l' arbre de vie se situe entre un domaine monophylétique Bacteria et un clade formé par Archaea et Eukaryota de ce que l'on appelle «l'arbre de vie traditionnel» basé sur plusieurs études moléculaires. Une très petite minorité d'études ont conclu différemment, à savoir que la racine est dans le domaine des Bactéries, soit dans le phylum Bacillota ou que le phylum Chloroflexota est basal à un clade avec Archaea et Eucaryotes et le reste des Bactéries comme proposé par Thomas Cavalier- Smith .

Une recherche publiée en 2016 par William F. Martin , en analysant génétiquement 6,1 millions de gènes codant pour des protéines à partir de génomes procaryotes séquencés de divers arbres phylogénétiques, a identifié 355 grappes de protéines parmi 286 514 grappes de protéines qui étaient probablement communes au LUCA. Les résultats "dépeignent LUCA comme anaérobie , fixateur de CO 2 , dépendant de H 2 avec une voie Wood-Ljungdahl (la voie réductrice de l' acétyl-coenzyme A ), fixateur de N 2 et thermophile. La biochimie de LUCA était remplie de clusters FeS et de réaction radicalaire Ses cofacteurs révèlent une dépendance aux métaux de transition , aux flavines , à la S-adénosylméthionine , au coenzyme A , à la ferrédoxine , à la molybdoptérine , aux corrines et au sélénium . Son code génétique a nécessité des modifications nucléosidiques et des méthylations dépendantes de la S-adénosylméthionine . Les résultats décrivent les clostria méthanogènes comme un clade basal dans les 355 lignées examinées et suggèrent que le LUCA habitait une cheminée hydrothermale anaérobie dans un environnement géochimiquement actif riche en H 2 , CO 2 et fer. Cependant, l'identification de ces gènes comme étant présents dans LUCA a été critiquée, suggérant que de nombreuses protéines supposées être présentes dans LUCA représentent des transferts de gènes horizontaux ultérieurs entre les archées et les bactéries.

la reproduction

La reproduction sexuée est répandue chez les eucaryotes actuels et était probablement présente chez le dernier ancêtre commun. Ceci est suggéré par la découverte d'un ensemble de gènes de base pour la méiose chez les descendants de lignées qui ont divergé tôt de l'arbre évolutif eucaryote. et Malik et al. Il est en outre étayé par des preuves que les eucaryotes précédemment considérés comme des "anciens asexués", tels que Amoeba , étaient probablement sexuels dans le passé, et que la plupart des lignées amiboïdes asexuées actuelles sont probablement apparues récemment et indépendamment.

Chez les procaryotes, la transformation bactérienne naturelle implique le transfert d'ADN d'une bactérie à une autre et l'intégration de l'ADN donneur dans le chromosome receveur par recombinaison. La transformation bactérienne naturelle est considérée comme un processus sexuel primitif et se produit à la fois chez les bactéries et les archées, bien qu'elle ait été étudiée principalement chez les bactéries. La transformation est clairement une adaptation bactérienne et non un événement accidentel, car elle dépend de nombreux produits géniques qui interagissent spécifiquement les uns avec les autres pour entrer dans un état de compétence naturelle pour effectuer ce processus complexe. La transformation est un mode courant de transfert d'ADN chez les procaryotes.

Transfert horizontal de gènes

L'ascendance des organismes vivants a traditionnellement été reconstruite à partir de la morphologie, mais est de plus en plus complétée par la phylogénétique - la reconstruction des phylogénies par la comparaison de la séquence génétique (ADN).

Les comparaisons de séquences suggèrent un transfert horizontal récent de nombreux gènes entre diverses espèces, y compris à travers les limites des «domaines» phylogénétiques . Ainsi, la détermination de l'histoire phylogénétique d'une espèce ne peut se faire de manière concluante en déterminant des arbres évolutifs pour des gènes uniques.

Le biologiste Peter Gogarten suggère que "la métaphore originale d'un arbre ne correspond plus aux données des recherches récentes sur le génome", donc "les biologistes (devraient) utiliser la métaphore d'une mosaïque pour décrire les différentes histoires combinées dans les génomes individuels et utiliser (la) métaphore de un filet pour visualiser le riche échange et les effets coopératifs de HGT parmi les microbes."

Avenir de la vie (clonage et organismes synthétiques)

La biotechnologie moderne remet en question les concepts traditionnels d'organismes et d'espèces. Le clonage est le processus de création d'un nouvel organisme multicellulaire, génétiquement identique à un autre, avec le potentiel de créer des espèces d'organismes entièrement nouvelles. Le clonage fait l'objet de nombreux débats éthiques .

En 2008, le J. Craig Venter Institute a assemblé un génome bactérien synthétique , Mycoplasma genitalium , en utilisant la recombinaison dans la levure de 25 fragments d'ADN se chevauchant en une seule étape. L'utilisation de la recombinaison de levure simplifie grandement l'assemblage de grosses molécules d'ADN à partir de fragments synthétiques et naturels. D'autres sociétés, telles que Synthetic Genomics , ont déjà été créées pour tirer parti des nombreuses utilisations commerciales des génomes conçus sur mesure.

Voir également

Références

Liens externes