27.1 : Caractéristiques du règne animal

Compétences à développer

• Énumérez les caractéristiques qui distinguent le royaume Animalia des autres royaumes
• Expliquer les processus de reproduction animale et de développement embryonnaire
• Décrire les rôles que jouent les gènes Hox dans le développement

Même si les membres du règne animal sont incroyablement diversifiés, la plupart des animaux partagent certaines caractéristiques qui les distinguent des organismes d'autres royaumes. Tous les animaux sont des organismes eucaryotes multicellulaires, et presque tous les animaux ont une structure tissulaire complexe composée de tissus différenciés et spécialisés. La plupart des animaux sont mobiles, du moins à certains stades de leur vie. Tous les animaux ont besoin d'une source de nourriture et sont donc hétérotrophes, ingérant d'autres organismes vivants ou morts ; cette caractéristique les distingue des organismes autotrophes, tels que la plupart des plantes, qui synthétisent leurs propres nutriments par photosynthèse. En tant qu'hétérotrophes, les animaux peuvent être carnivores, herbivores, omnivores ou parasites (Figure\(\PageIndex{1}\)). La plupart des animaux se reproduisent sexuellement et la progéniture passe par une série de stades de développement qui établissent un plan corporel déterminé et fixe. Le plan corporel fait référence à la morphologie d'un animal, déterminée par des indices de développement.

Figure\(\PageIndex{1}\) : Tous les animaux sont des hétérotrophes qui tirent leur énergie de la nourriture. L'ours (a) noir est un omnivore qui se nourrit à la fois de plantes et d'animaux. Le (b) ver du cœur Dirofilaria immitis est un parasite qui tire son énergie de ses hôtes. Il passe son stade larvaire dans les moustiques et son stade adulte à infester le cœur des chiens et d'autres mammifères, comme indiqué ici. (crédit a : modification des travaux par le Service des forêts de l'USDA ; crédit b : modification des travaux par Clyde Robinson)

Structure tissulaire complexe

En tant qu'organismes multicellulaires, les animaux se distinguent des plantes et des champignons parce que leurs cellules ne possèdent pas de parois cellulaires, que leurs cellules peuvent être intégrées dans une matrice extracellulaire (os, peau ou tissu conjonctif) et que leurs cellules possèdent des structures uniques pour la communication intercellulaire (telles que des jonctions lacunaires). De plus, les animaux possèdent des tissus uniques, absents chez les champignons et les plantes, qui permettent la coordination (tissu nerveux) de la motilité (tissu musculaire). Les animaux se caractérisent également par des tissus conjonctifs spécialisés qui fournissent un soutien structurel aux cellules et aux organes. Ce tissu conjonctif constitue l'environnement extracellulaire des cellules et est composé de matériaux organiques et inorganiques. Chez les vertébrés, le tissu osseux est un type de tissu conjonctif qui soutient l'ensemble de la structure corporelle. Le corps et les activités complexes des vertébrés ont besoin de tels tissus de soutien. Les tissus épithéliaux recouvrent, tapissent, protègent et sécrètent. Les tissus épithéliaux comprennent l'épiderme du tégument, la paroi du tube digestif et de la trachée, et constituent les canaux du foie et des glandes des animaux avancés.

Le règne animal est divisé en Parazoa (éponges) et Eumetazoa (tous les autres animaux). En tant qu'animaux très simples, les organismes du groupe Parazoa (« à côté de l'animal ») ne contiennent pas de véritables tissus spécialisés ; bien qu'ils possèdent des cellules spécialisées qui remplissent différentes fonctions, ces cellules ne sont pas organisées en tissus. Ces organismes sont considérés comme des animaux car ils n'ont pas la capacité de fabriquer leur propre nourriture. Les animaux qui possèdent de vrais tissus font partie du groupe des Eumetazoa (« vrais animaux »). Lorsque nous pensons aux animaux, nous pensons généralement aux eumétazoaires, car la plupart des animaux entrent dans cette catégorie.

Les différents types de tissus chez les vrais animaux sont chargés de remplir des fonctions spécifiques pour l'organisme. Cette différenciation et cette spécialisation des tissus font partie de ce qui permet cette incroyable diversité animale. Par exemple, l'évolution des tissus nerveux et musculaires a donné aux animaux la capacité unique de détecter et de réagir rapidement aux changements de leur environnement. Cela permet aux animaux de survivre dans des environnements où ils doivent concurrencer d'autres espèces pour répondre à leurs besoins nutritionnels.

Lien vers l'apprentissage

Regardez une présentation du biologiste E.O. Wilson sur l'importance de la diversité.

Reproduction et développement des animaux

La plupart des animaux sont des organismes diploïdes, ce qui signifie que les cellules (somatiques) de leur corps sont diploïdes et que les cellules reproductrices haploïdes (gamètes) sont produites par méiose. Certaines exceptions existent : par exemple, chez les abeilles, les guêpes et les fourmis, le mâle est haploïde parce qu'il se développe à partir d'œufs non fécondés. La plupart des animaux se reproduisent par voie sexuée : ce fait distingue les animaux des champignons, des protistes et des bactéries, où la reproduction asexuée est courante ou exclusive. Cependant, quelques groupes, tels que les cnidaires, les ascaris et les ascaris, se reproduisent asexuée, bien que presque tous ces animaux aient également une phase sexuelle dans leur cycle de vie.

Processus de reproduction animale et de développement embryonnaire

Au cours de la reproduction sexuée, les gamètes haploïdes des individus mâles et femelles d'une espèce se combinent dans un processus appelé fécondation. En général, le petit sperme mâle mobile féconde l'ovule femelle sessile, beaucoup plus gros. Ce processus produit un œuf fécondé diploïde appelé zygote.

Certaines espèces animales, notamment les étoiles de mer et les anémones de mer, ainsi que certains insectes, reptiles et poissons, sont capables de se reproduire de manière asexuée. Les formes de reproduction asexuée les plus courantes chez les animaux aquatiques stationnaires sont le bourgeonnement et la fragmentation, au cours desquels une partie d'un individu parent peut se séparer et devenir un nouvel individu. En revanche, la parthénogenèse (ou « début vierge ») est une forme de reproduction asexuée que l'on trouve chez certains insectes et vertébrés, au cours de laquelle les œufs non fécondés peuvent se transformer en de nouveaux descendants mâles. Ce type de parthénogenèse est appelé haplodiploïdie. Ces types de reproduction asexuée produisent une progéniture génétiquement identique, ce qui est désavantageux du point de vue de l'adaptabilité évolutive en raison de l'accumulation potentielle de mutations délétères. Cependant, pour les animaux dont la capacité à attirer des partenaires est limitée, la reproduction asexuée peut assurer la propagation génétique.

Après la fécondation, une série de stades de développement se produisent au cours desquels les couches germinales primaires s'établissent et se réorganisent pour former un embryon. Au cours de ce processus, les tissus animaux commencent à se spécialiser et à s'organiser en organes et systèmes organiques, déterminant ainsi leur morphologie et leur physiologie futures. Certains animaux, tels que les sauterelles, subissent une métamorphose incomplète, dans laquelle les jeunes ressemblent à des adultes. D'autres animaux, tels que certains insectes, subissent une métamorphose complète au cours de laquelle les individus entrent dans un ou plusieurs stades larvaires dont la structure et la fonction peuvent différer de celles de l'adulte (Figure

Regardez la vidéo suivante pour voir comment le développement embryonnaire humain (après les stades de développement de la blastula et de la gastrula) reflète l'évolution.

Le rôle des gènes Homeobox (Hox) dans le développement des animaux

Depuis le début du ^XIXe siècle, les scientifiques ont observé que de nombreux animaux, du plus simple au plus complexe, partageaient une morphologie et un développement embryonnaires similaires. Étonnamment, un embryon humain et un embryon de grenouille, à un certain stade de développement embryonnaire, se ressemblent remarquablement. Pendant longtemps, les scientifiques n'ont pas compris pourquoi tant d'espèces animales se ressemblaient au cours du développement embryonnaire alors qu'elles étaient très différentes à l'âge adulte. Ils se sont demandé ce qui dictait la direction du développement d'une mouche, d'une souris, d'une grenouille ou d'un embryon humain. Vers la fin du ^XXe siècle, une classe particulière de gènes a été découverte qui avait précisément cette fonction. Ces gènes qui déterminent la structure des animaux sont appelés « gènes homéotiques » et contiennent des séquences d'ADN appelées homéobox. Les gènes animaux contenant des séquences homéobox sont spécifiquement appelés gènes Hox. Cette famille de gènes est chargée de déterminer le plan corporel général, comme le nombre de segments corporels d'un animal, le nombre et l'emplacement des appendices et la direction tête-queue de l'animal. Les premiers gènes Hox à être séquencés étaient ceux de la mouche des fruits (Drosophila melanogaster). Une seule mutation Hox chez la mouche des fruits peut entraîner la formation d'une paire supplémentaire d'ailes ou même d'appendices à partir de la « mauvaise » partie du corps.

Bien qu'un grand nombre de gènes jouent un rôle dans le développement morphologique d'un animal, ce qui rend les gènes Hox si puissants, c'est qu'ils servent de gènes témoins principaux qui peuvent activer ou désactiver un grand nombre d'autres gènes. Pour ce faire, les gènes Hox codent des facteurs de transcription qui contrôlent l'expression de nombreux autres gènes. Les gènes Hox sont homologues dans le règne animal, c'est-à-dire que les séquences génétiques des gènes Hox et leur position sur les chromosomes sont remarquablement similaires chez la plupart des animaux en raison de leur présence chez un ancêtre commun, des vers aux mouches, en passant par les souris et les humains (Figure\(\PageIndex{4}\)). L'une des contributions à l'augmentation de la complexité du corps animal est que les gènes Hox ont subi au moins deux événements de duplication au cours de l'évolution de l'animal, les gènes supplémentaires permettant à des types de corps plus complexes d'évoluer.

Art Connection

 

Figure\(\PageIndex{4}\) : Les gènes Hox sont des gènes hautement conservés codant pour des facteurs de transcription qui déterminent le cours du développement embryonnaire chez les animaux. Chez les vertébrés, les gènes ont été dupliqués en quatre groupes : Hox-A, Hox-B, Hox-C et Hox-D. Les gènes de ces groupes sont exprimés dans certains segments du corps à certains stades de développement. L'homologie entre les gènes Hox chez la souris et chez l'homme est présentée ici. Remarquez comment l'expression du gène Hox, indiquée par des ombres orange, rose, bleu et vert, se produit dans les mêmes segments du corps chez la souris et chez l'humain.

Si un gène Hox 13 chez une souris était remplacé par un gène Hox 1, comment cela pourrait-il modifier le développement de l'animal ?

Résumé

Les animaux constituent un royaume d'organismes incroyablement diversifié. Bien que la complexité des animaux varie, des simples éponges de mer aux êtres humains, la plupart des membres du règne animal partagent certaines caractéristiques. Les animaux sont des organismes eucaryotes, multicellulaires et hétérotrophes qui ingèrent leur nourriture et se transforment généralement en créatures mobiles dotées d'un plan corporel fixe. Une caractéristique majeure propre au règne animal est la présence de tissus différenciés, tels que les tissus nerveux, musculaires et conjonctifs, qui sont spécialisés pour remplir des fonctions spécifiques. La plupart des animaux se reproduisent par voie sexuée, menant à une série de stades de développement embryonnaires qui sont relativement similaires dans tout le règne animal. Une classe de gènes de contrôle de la transcription appelés gènes Hox dirige l'organisation des principaux plans corporels des animaux, et ces gènes sont fortement homologues dans tout le règne animal.

Connexions artistiques

Figure\(\PageIndex{4}\) : Si un gène Hox 13 chez une souris était remplacé par un gène Hox 1, comment cela pourrait-il modifier le développement de l'animal ?

Réponse

L'animal peut développer deux têtes et ne pas avoir de queue.

Lexique

blastula

Stade de développement de 16 à 32 cellules d'un embryon animal

plan corporel

morphologie ou forme constante d'un organisme

décolleté

division cellulaire d'un ovule fécondé (zygote) pour former un embryon multicellulaire

gastrula

stade de développement animal caractérisé par la formation de la cavité digestive

couche germinale

collection de cellules formées au cours de l'embryogenèse qui donneront naissance à de futurs tissus corporels, plus prononcée lors de l'embryogenèse chez les vertébrés

Gène Hox

(également, gène homéobox) gène témoin principal qui peut activer ou désactiver un grand nombre d'autres gènes au cours de l'embryogenèse

organogenèse

formation d'organes lors de l'embryogenèse animale