Ptéridophytes 2BIOS03 09/10
Qu'est-ce qu'une ptéridophyte?
Les ptéridophytes sont un groupe de plantes pluricellulaires, c'est-à-dire formées de plusieurs cellules, qui pratiquent la photosynthèse. Elles font parties des premières plantes à être dotées de tissus conducteurs développés (plantes vasculaires), de tiges spécialisées selon leur fonction (photosynthèse, reproduction,...), de feuilles, de racines, etc. Dans le groupe des ptéridophytes nous pouvons trouver des plantes telles que les lycopodes, les fougères, les prêles ainsi que les sélaginelles qui sont toutes des plantes aspermes (qui ne produisent pas de graines).
Quelles sont leurs origines d'un point de vue temporel (dans l'histoire)?
Les ptéridophytes sont apparues il y a environ 400 millions d'années à la période du Dévonien et ont connu leur apogée au Carbonifère, il y a 300 millions d'années. Elles sont issues de certaines plantes primitives qui, au contraire des bryophytes, auraient privilégié la génération diploïde. Elles commencèrent à s'éteindre au Permien il y a 200 millions d'années pour céder la place à des végétaux mieux adaptés à la vie terrestre: les spermaphytes ou plantes à graines. Elles constituent un des grands regroupements de végétaux terrestres.
- Voir annexe 1 et 2 Ptéridophytes
Quel est leur type d'habitat?
De manière général, les ptéridophytes préfèrent les milieux atmosphériques humides, raison pour laquelle on en trouve en altitude. Cependant il existe aussi certaines espèces vivant dans l'eau, dites aquatiques, voire même certaines qui peuvent résister à la sécheresse et à l'exposition direct de lumière du soleil, (en se recroquevillant sur elles-mêmes): ces dernières vivent sous les tropiques. Par conséquent nous pouvons trouver la plupart des fougères au bord des cours d'eau, dans les régions boisées et les zones montagneuses (climat humide et doux). La présence d'eau est nécessaire pour la plupart des fougères, car rappelons-le, les fougères ont été les premiers végétaux terrestres ce qui implique qu'elles n'aient pas pu immédiatement se détacher de leur climat humide et gorgé d'eau. L'eau n'est pas importante qu'à leur croissance mais elle l'est aussi pour leur reproduction, car comme les algues desquelles elles descendent, leur reproduction nécessite l'eau afin que les spermatozoïdes puissent nager jusqu'à l'ovule. Selon le type de fougère, la lumière est plus ou moins importante: certaines espèces survivront au contact direct de la lumière (de forte ou moins forte intensité), alors que d'autres mourraient à une trop grande exposition au soleil. Ceci est du au fait qu'étant donné qu'elles nécessitent des milieux humides chez la plupart, les lieux ombragés leur seront favorables, car à l'abri des rayons du soleil, l'eau du sol, du ruisseau, etc. ne s'évaporera pas aussi rapidement.
Quels sont les différents sous-embranchements de Ptréridophytes?
De nos jours, les ptéridophytes sont réparties en quatre sous-embranchements différents:
- Les Psilophytes [voir annexe 3] qui en tout comptent une famille, deux genres ainsi que huit espèces.
- Elle se caractérisent par leur absence de feuilles, frondes, ainsi que par la croissance de leurs branches qui partent toutes vers le haut.
- Les Lycophytes [voir annexe 4] dans lesquels ont y trouvent trois familles, environ six à quinze genres, et à peu près 1'000 espèces.
- Les lycophytes sont également marquées par le manque de feuilles; cependant leurs branches poussent non pas vers le haut mais partent sur les côtés, avec un pseudotronc pour structure.
- Les Sphénophytes [voir annexe 5] qui regroupent une famille, un seul genre, et quinze espèces
- Ces dernières se caractérisent encore une fois par leur manque de feuilles, mais plus pour leur abondance d'épines comme on peut en trouver sur les sapins.
- Les Ptérophytes [voir annexe 6] parmi lesquels l'on dénombre 31 familles, près de 355 genres, et environ 10'000 espèces.
- Celles-ci sont distinctement caractérisées par leurs grandes frondes, et leur forme globale (donc celle de la plante en elle-même) qui rappelle celle d'une grande et large feuille. C'est le plus grand sous-embranchement des ptéridophytes.
De quelle manière poussent les fougères?
Lors de la croissance d'une fougère, les extrémités de ses feuilles sont enroulées: elles forment ce que l'on appelle alors une crosse. Cette dernière sert à protéger les feuilles durant toute leur croissance contre les agressions extérieures: elle ne s'ouvrira qu'à la dernière phase de la croissance de la fougère. Cette dernière pousse par ses extrémités, cela implique donc que si l'on en coupe une, elle s'arrêtera aussitôt de pousser à l'endroit où on l'aura coupée. Notez que le plupart des végétaux poussent par les racines et que les fougères ont pour caractéristiques cette différence là.
- Voir annexe 7
Quelles sont leurs caractéristiques morphologiques?
Pour introduire les caractéristiques morphologiques générales des ptéridophytes, nous prendrons pour exemple les ptérophytes (plus précisément la fougère: Polypodium vulgare), qui se trouve être le sous-embranchement le plus commun et le plus connu de tous. Commençons progressivement la description de la fougère: des pieds à la tête de la fougère, donc des racines à la pointe, l'on appelle cette ensemble la fronde. La fronde est l'organe végétal chez la fougère, qui va servir de feuille. Cette même fronde est composée de deux parties, le pétiole et la limbe, respectivement le bas le haut. Commençons par le pétiole. Ce dernier est structuré de la manière suivante:
- De racines adventives, qui servent à pomper en quelques sortes l'eau pour l'acheminer dans la plante.
- D'un rhizome, qui est un organe servant au stockage des minéraux nécessaires au bon développement de la plante, qui est l'organe qui fait également poussé les racine adventives.
- Finalement le pétiole qui est la partie reliant la limbe à la tige, qui va également acheminer (grâce aux tissus conducteurs) ce dont quoi va se nourrir la plante.
En ce qui concerne la limbe, elle est constituée de segments, rachis, lobe (du segment) terminal, ainsi que de sores qui se trouvent cachées sous les feuilles. Les segments sont ces feuilles que l'on peut discerner, accrochées au rachis. Le rachis n'est autre que la tige qui va soutenir l'ensemble de la plante; elle achemine également une grande partie des sucres produits par la photosynthèse. Les sores sont des amas de sporanges qui se développent sous les feuilles des fougères, sporanges qui libéreront les spores, une fois qu'elles arriveront à maturité.
Les spores grandiront et deviendront des gamétophytes. Le gamétophyte (ou prothalle) peut être caractérisé par les deux organes reproducteurs qu'il porte en lui: l'anthéridie et l'archégone, c'est-à-dire l'organe mâle et l'organe femelle. Il est également constitué de rhizoïdes, sortes de poils qui sont là pour assurer la fixation du prothalle ainsi que l'absorption de l'eau (ils peuvent être uni- ou pluricellulaires). Le gamétophyte se trouve être en forme de minuscule feuille de quelques centimètres à peine, et de ce que l'on appelle une lame chlorophyllienne qui la recouvre entièrement et qui sert donc à la photosynthèse.
La taille des fougères n'est pas égale chez toutes les espèces, celle-ci varie en passant de moins d'un centimètre chez certaines fougères aquatiques, et dépassant les 24 mètres de hauteur comme chez la fougère arborescente avec des feuilles larges de 5 mètres.
- Voir annexes 8 et 9
Quelles sont les caractéristiques morphologiques chez les différents sous-embranchements?
Chez les ptérophytes?
Les fougères sont en général munies de tiges horizontales, d'où croissent de grandes feuilles que l'on appelle frondes. A mesure que cette dernière croît, son bout enroulé (que l'on appelle crosse) se déroule petit à petit jusqu'à être complètement épanoui. Elles sont également munies de feuilles, ce qui n'est pas le cas chez tous les sous-embranchements des ptéridophytes.
- Voir annexe 6
- Voir [1] (notez que ce lien est redirigé sous les filicophytes)
Chez les sphénophytes?
Pour parler des sphénophytes prenons pour exemple la prêle. Les prêles poussent sur des terrains humides et ont une structure différente des autres types de ptéridophytes connues, car formées de plusieurs parties cylindriques, elles sont dépourvues de feuilles. Au sommet de cette tige nue se trouve un épis sporangifère (organe qui va produire les sporanges) en forme de massue ou d'épis de maïs où se trouve des sporophyles (hexagonales) avec dans chacun un sporangiophore remplie d'une dizaine de sporanges. Elles se caractérisent surtout par leurs épines qui (plus claires) rappellent celle des sapins.
- Voir:[2]
- Voir annexe 5
Chez les psilophytes?
Pour parler ce sous-embranchement prenons pour exemple les psilotales. Les psilotales ne sont constitués que de rares plantes tropicales appartenant à deux genres dont les Psilothums. Ces derniers sont caractérisés par l'absence de feuilles aux tiges, ainsi que de racines; ils sont restés ainsi très proche de leurs ancêtres les algues.
- Voir:[3]
- Voir annexe 3
Chez les lycophytes?
Pour parler du sous-embranchement des lycophytes, nous prendrons deux pour exemple le lycopode. Ce dernier se caractérise également par son absence de feuilles, et par son abondance d'épines cependant plus courtes que chez la prêle. Ils sont formés d'une longue tige surmontée d'une sorte d'épis qui rappelle la forme d'une pomme de pin. On les trouve en abondance près des rivières et des lieux humides et frais. Certains lycophytes cependant, ressemblent quant à eux à des sortes de sapins en plus petits; ils sont pourvus de pseudofeuilles qui rappellent celles des sapins habituels.
- Voir annexe 4
- Voir également [4]
Quel est leur mode de reproduction?
Alternance de génération et cycle de vie: qu'est-ce donc?
Avant de vous décrire pas à pas la reproduction, nous nous intéresserons tout d'abord au cycle de vie et à l'alternance de génération. Par définition le cycle de vie (aussi appelé cycle de développement) est la période pendant laquelle s'écoule la vie complète d'un organisme, qui vit par reproduction. Une génération se définit par la croissance végétative, marquée entre deux périodes de reproduction délimitées chez les ptéridophytes par des spores, et par des gamètes chez les plantes à graines, grâce aux cellules qui fusionneront pour donner un nouvel organisme. Par conséquent la génération qui produira les spores est appelée phase sporophytique, et celle qui produira les gamètes est appelée phase gamétophytique. A noter que la phase sporophytique est moins importante que la phase gamétophytique, car le développement d'un prothalle est beaucoup plus long et complexe. Un cycle de vie qui n'a qu'une seule génération, c'est-à-dire durant lequel il n'y a pas de croissance végétative entre les spores et les gamètes, est appelé cycle monogénétique. Un cycle de vie qui possède deux générations, est appelé digénétique: on pourra dans ce cas là comparé les deux générations produites.
Comment se déroule la reproduction?
La plupart des plantes de type ptéridophytes sont homosporées, c'est-à-dire qu'elles ne produisent qu'un seul type de spores. Les sores situées dans la face intérieure de la feuille, sont un regroupement (amas) de sporanges. Quant aux autres plantes faisant partie des ptéridophytes comme les prêles ou encore d'autres démunies de feuilles, les sores sont regroupées au bout de sortes d'épis à l'extrémité des tiges.
Une fois les sporophytes matures, les sporanges libèrent des spores qui finiront par devenir des gamétophytes (si les conditions sont favorables), qui elles-mêmes donneront naissance à de nouvelles fougères. A noter également qu'une fois les spores libérées ces dernières sont légèrement déportées par le vent (s'il y en a) et qu'elles se retrouvent posées à même le sol.
Par conséquent ces dernières sont assez vulnérables, car elles sont ouvertes à tous types d'agressions extérieures. Le spore, une fois déposé, devient un gamétophyte qui se suffit à lui-même grâce à l'énergie lumineuse (photosynthèse) et à l'eau. Les gamétophytes sont bisexués, ils possèdent donc les caractéristiques mâles et femelles en même temps: l'anthéridie et l'arhégone. Ces derniers n'arrivent pas au même moment à maturité, pour éviter le plus possible l'autofécondation et favoriser la reproduction croisée.
L'autofécondation est mauvaise pour tout type de plantes, surtout bisexuées comme les fougères durant la phase gamétophytique, chez qui elle a lieu plus facilement. Cette dernière provoque un appauvrissement génétique, et de ce fait empêche la reproduction croisée entre les différents gamétophytes (chez les fougères). Ceci peut également amener des problèmes comme une durée de vie plus courte, une moins bonne reproduction, des problèmes de croissance. etc. Prenez pour exemple deux êtres humains de liens consanguins qui fassent en sorte d'avoir des enfants ensembles; leurs enfants auront de grandes probabilités de naître mal formés, comme cous pouvez l'imaginez. Cependant, au cours de l'évolution, les fougères ont développé un système pour éviter en majeure partie l'autofécondation. Le procéder est simple, il ne s'agit que du déclenchement successif des organes reproducteurs du gamétophytes; en effet l'anthéridie (qui contient les spermatozoïdes) arrivera à maturité avant l'archégone (qui elle contient les ovules).
Le gamétophyte est un organisme issu de la germination d'un spore (aussi appelé prothalle) sur lequel vont pousser les organes reproducteurs. Ce dernier se trouve être très petit (2 à 4 centimètres environ) et ne peut être observé que durant une période très courte (quelques jours seulement). Une anthéridie est un petit organe où se forment les anthérozoïdes, qui sont les cellules reproductrices mâles, également appelées gamètes mâles. C'est en sorte l'organe qui va produire les spermatozoïdes du gamétophyte. Un archégone est un petit organe femelle ,en forme de bouteille, contenant l'oosphère. L'oosphère est la cellule reproductrice femelle, aussi appelée gamète femelle.
Certaines espèces de fougères produisent plus d'un billion de spores au cours de leur vie. Une spore est un élément unicellulaire produit et disséminé par les végétaux et dont la germination donnera naissance un gamétophyte. Ces mêmes spores, sont libérées par les sporanges situés sur la face inférieur de la feuille. De plus chaque cellule de chaque spore est haploïde, c'est-à-dire qu'elles ne contiennent qu'un seul jeux de chromosomes.
- Voir annexe 10 ptéridophytes
- Voir également: [5]
Comment se nourrissent-elles?
Etant donné que les ptéridophytes font partie du règne des plantes, ces dernières se développent et se nourrissent à l'aide de la photosynthèse. Ce type d'organismes sont dits autotrophes, car ils fabriquent eux-mêmes leur propre nourriture, grâce à la chloroplaste dont sont dotées leurs cellules photosynthétiques.
Qu'est-ce que la photosynthèse?
La photosynthèse consiste en la fabrication de sucres à l'aide de dioxyde de carbone (CO2) contenu dans l'air, de lumière (photons) provenant du soleil en très majeure partie, ainsi que de l'eau (H2O) et des sels minéraux qu'elle contient comme le calcium (Ca), le phosphore (P), l'azote (N2) et le potassium (K), qui sont les principaux d'entre eux. Après quoi ils libèrent du dioxygène dans l'air (O2), conséquence très importante de ce procéder pour l'environnement et le reste des organismes, comme l'être humain qui en est composé de plus de 60%. Notez donc que ces éléments nutritifs sont généraux et indispensables à la bonne croissance d'une plante.
Comment est-ce que tout cela fonctionne?
Tout cela se déroule dans la chloroplaste des cellules situées sur les différentes feuilles. Ces cellules sont pourvues de thylacoïdes, sortes de structures membranaires, qui sont les chlorophylles. Durant la photosynthèse la plante va donc plus ou moins respirer. Ce procédé se déroule en deux phases: la phase claire et la phase sombre. Phase claire car l'énergie lumineuse est requise, puis sombre car cette dernière n'est pas sollicitée.
De manière générale la photosynthèse peut se traduire par l'équation suivante:
6CO2 + 12H2O + lumière → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
Cependant le procédé de la photosynthèse (comme expliqué ci-dessus) se déroule en réalité en deux phases distinctes:
- La phase claire:
12H2O + lumière → 6O2 + énergie chimique (24 Hydrogènes)
- La phase sombre:
6CO2 + énergie chimique (24 Hydrogènes) → C6H12O6 + 6H2O
Notez cependant que la photosynthèse en réalité est beaucoup plus complexe que ce qui a été expliqué. Vous trouverez des informations détaillées de cette dernière à travers ce lien: [6]
Cette explication animée vous aidera à mieux comprendre le déroulement du procédé:[7]
- Voir également annexe 11 ptéridophytes
Lexique
- Vocabulaire sous 2
- Dévonien: Système de l'ère paléozoïque, d'une durée de 50 millions d'années. Il est caractérisé par l'extension des terres émergées, ce qui entraîne le développement des vertébrés terrestres.
- Carbonifère: Système du paléozoïque supérieur, d'une durée de 65 millions d'années. Il est caractérisé par la richesse en végétaux des sédiments continentaux qui ont donné la houille (combustible minéral fossile solide, provenant de végétaux).
- Diploïde: Une cellule est dite diploïde, lorsque que ces dernières sont composé de chromosomes qui peuvent être associés par paires. Dans l'oeuf ou l'ovule fécondé, l'état diploïde est le résultat de la réunion de deux lots de chromosomes; l'un paternel et l'autre maternel. Est le contraire d'haploïde.
- Permien: Système de l'ère paléozoïque, d'une durée approximative de 40 millions d'années.
- Vocabulaire sous 4
- Sous-embranchement: Niveau de la classification partageant l'embranchement.
- Embranchement: Grande division du règne animal ou du règne végétal.
- Vocabulaire sous 7
- Bisexué: Qui présente à la fois des caractères masculins et féminins (hermaphrodite).
- Homosporé: Ce dit des espèces végétales ne formant qu'une seule sorte de spores.
- Chromosome: Structure en forme de bâtonnet du noyau cellulaire, constituant le support physique de l'hérédité.
- Monogénétique: Se dit du cycle de vie d'un organisme ne comportant qu'une seule génération.
- Digénétique: Se dit du cycle de vie d'un organisme comportant deux générations.
- Vocabulaire sous 8
- Photon: Quanton spécifique de la lumière, véhicule des interactions électromagnétiques.
- Thylacoïdes: Membrane des bactéries assurant la photosynthèse.
- Définitions tirées du Larousse en ligne: [8]
Références
- Campbell
- Chapitre 29 p.627
- Chapitre 29 p.633
- Chapitre 29 p.636
- Chapitre 29 p.637
- Sites internet
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