Arthropodes 2BIOS05 10/11

Kwan Saphir & Pires Vanessa

Les Arthropodes

Où se situent les arthropodes dans la classification?

L'embranchement des arthropodes fait parti du règne des animaux et du domaine des eucaryotes. L'embranchement des arthropodes possèdent deux sous-embranchements: les chélicérates et les mandibulates. Ces sous- embranchements sont eux-mêmes divisés par d'autres classes ( sous-classes et ordres). Par exemple: La Limule fait partie de l'embranchement des arthropodes, du sous-embranchement des Chélicérates, de la classe des Mérostomes. Le Scorpion a le même embranchement et le même sous-embranchement que la Limule mais sa classe est celle des arachnides.

• Domaine: Eukaria

• Règne: Animalia

• Embranchement: Arthropoda

• Sous-embranchement: Chélicérate

• Classes: Mérostome & Arachnide

• Sous-embranchement: Mandibulate

• Classes: Crustacé & Myriapode & Insecte

Quelle est l'étymologie du mot "arthropode"?

L'étymologie du mot "arthropode" vient du grec ἄρθρον (arthron) qui signifie "articulation/articulé" et de ποδός qui veut dire "pieds" (podos). Cela donne donc "pieds articulés" (arthropoda).

L'origine des arthropodes

Les premiers animaux vivaient dans l'eau, car celle-ci leur fournissaient tout ce dont ils avaient besoins pour vivre ( lieu de nutrition, protection contre les rayons UV). Les cnidaires sont les premiers a avoir développer les muscles et le système nerveux. Tandis que les ancêtres des planaires ont évolué en ayant une tête, un cerveau primitif et un sens stéréophonique. Cependant, les arthropodes sont les premiers êtres vivants à avoir franchis l'étape eau/terre et sortent de l'eau. Surtout parce qu'il y a toujours des arthropodes qui vivent dans les mers (crabes) et parce que les larves chez certains arthropodes vivent dans l'eau. Bien sûr, ce changement a pris beaucoup de temps. Les ancêtres des arthropodes ont du subir des modifications corporelles, sorte d'adaptation à la vie terrestre.

L'adaptation des arthropodes à la vie terrestre

• La principale évolution des arthropodes: l'exosquelette & les pattes.

D'abord, les arthropodes sont caractérisés par leur nombres de pattes articulées très utiles pour avoir une grande stabilité et leurs permettent d'amortir des chocs. De plus, ils peuvent se déplacer sur des terrains accidentés et difficiles d'accès (adaptation à presque toutes les situations). Évidemment, celles-ci servent aussi à se nourrir. L'exosquelette (protection externe dure qui peut-être comparé à la colonne vertébrale chez les vertèbrés), lui aussi, sert de protection nécessaire à la vie sur terre et c'est ce qui les rendent aussi fort dans la hiérarchie du monde marin. Cet exosquelette est une caractéristique qui définit principalement un arthropode. De ce fait, ce sont les premiers animaux à avoir développé des membres aussi efficaces ainsi qu'une protection rigide composée de chitine, l'exosquelette.

Quelle est l'anatomie générale des arthropodes?

Malgré les différentes classes d'arthropodes, ces animaux ont tous plusieurs points communs: Ils sont tous triploblastiques, cœlomates, protostomiens et ils possèdent tous une symétrie bilatérale. Bien sûr, tous ne vivent pas sur terre, certains arthropodes sont marins, d'autres sont dulçaquicoles ou simplement terrestres. Leurs corps se composent de plusieurs métamères où sont attachés les antennes, les pattes, les ailes, ... Ils possèdent un exosquelette rigide formé par de la chitine, une protéine secrétée par l'épiderme. Le système nerveux part des deux ganglions cérébroïdes dorsal et continu dans une chaîne ventrale, contrairement au cœur qui est dorsal. Leurs yeux peuvent être simples ou composés. Il existe trois types de respiration chez les arthropodes: La respiration branchiale, trachéenne ou pulmonaire. Le type de respiration dépend de leurs milieux de vie. La reproduction de ses animaux est toujours sexuée, les cas d'hermaphrodisme sont rares. Les arthropodes peuvent aussi se reproduire par parthénogenèse, c'est à dire qu'ils sont capable de ce reproduire sans le gamète mâle. Bien évidemment, ils ont tous plusieurs pattes locomotrices. Les antennes, par contre, ne sont pas présentes sur chaque organisme.

Quels sont les environnements dans lesquels vivent les arthropodes?

Les arthropodes sont présents dans tout les milieux sur Terre. C'est aussi pour cela qu'on les appelle <<les conquérants>>. Donc on peut les trouver dans leur milieu primitif qui est l'eau, lieu qu'ils dominent depuis la nuit des temps(les crustacés). Ces arthropodes sont aussi présents sur la terre ferme comme les araignées et des insectes. Certains arthropodes qui se trouvent sur terre, ont la capacité de voler, une évolution importante qui a permis aux arthropodes de se répandre sur toute la planète.
Cependant, il y a des arthropodes qui, au début de leur vie, sont des larves et vivent dans l'eau, puis lorsqu'ils atteignent l'âge adulte sortent de l'eau.

Comment se déplacent les Arthropodes?

Dans le but de se déplacer pour de simples raisons fondamentales (se nourrir, fécondations, attaquer,...) les arthropodes sont munis de nombreuses pattes articulées . En effet des arthropodes possèdent de nombreux membres accrochées à leur corps rigide nécessaire au mouvement. Ces appendices fournissent aux arthropodes un point d'appui et leur fournit une grande rapidité de déplacement grâce à ces pattes composés de muscles qui agissent comme des leviers. Les arthropodes font usage de leur pattes lorsqu'ils sont sur terre (araignée et dans l'eau pour nager (crevettes) et aussi pour se déplacer sur le fond de l'eau.
Cependant, les autres arthropodes et surtout la plus part des insectes ont un immense avantage pour se déplacer plus vite et efficacement: le vol. En effet, ces insectes volants peuvent être munis jusqu'à deux pairs d'ailes (papillons, libellules). Donc en résumé, ces animaux ont quasiment développé toutes les façons connues jusqu'à maintenant: le déplacement terrestre (sur pattes), aérien (ailes) et aquatique (ils nagent dans l'eau grâce aux pattes aussi). Ils se déplacent habituellement vers l'avant, mais certains font l'exception à la règle. Ce sont les crabes et les autres espèces liés à ceux-ci, ils se déplacent que sur leur côté!

Comment se nourrissent les Arthropodes?

Tout d'abord, il faut préciser qu'il existe deux parties buccales bien distinctes. Les chélicérates ont des chélicères, ce sont des petits crochets permettant d'injecter du venin. Les mandibulates, eux, ont des mandibules, une sorte de mâchoire. En plus de cette distinction, il existe plusieurs groupes d'insectes: certains mangent des plantes (les phytophages), d'autres boivent du sang ( les hématophages), d'autre encore mangent les excréments (les coprophages), il y a aussi d'autre groupes qui sont saprophages ou simplement omnivores. Dans tout les cas, les arthropodes sont hétérotrophe, ce qui signifie qu'il trouve leurs nourriture par eux-même. Des adaptations de la pièce buccale se sont bien sûr faites par rapport à chaque régime. Il existe quatre grands types de pièce buccale: Les broyeurs, les suceurs, les piqueurs & enfin les broyeurs-lécheurs.
Les arthropodes ont également un appareil digestif complet. Il commence par les pièces buccales et se termine par l'anus. Comme chez les humains, ils ont un œsophage, un estomac et un intestin. Ils ont des glandes digestives tels que des glandes salivaire ou un hépato-pancréas. Un hépato-pancréas représente en effet notre pancréas et notre foie. Notre rein correspond à un néphron chez les arthropodes, cela filtre les toxines.
L'appareil excréteur est lui composé de néphridies ou de coelomoductes: ceux sont des canaux qui s'ouvrent sur l'extérieur par lesquels se déversent les excréments.

Comment se font les échanges gazeux chez les Arthropodes?

Vu que les arthropodes vivent dans des milieux différents, ils possèdent différentes façons de se procurer de l'oxygène. Certains sont strictement aquatiques, ils nécessitent donc des branchies, d'autres organismes terrestres peuvent avoir des structures plus complexes pour respirer comme la trachée.

• Pour les arthropodes vivants dans l'eau:
  

Ils sont pourvus de branchies situées en-dessous de leur carapace (crustacés), on voit de nouveau ici l'importance de l'exosquelette jouant le rôle de protection. Chez les zooplanctons, les échanges gazeux sont fait par osmose à travers l'exosquelette où la cuticule est très mince.

• Pour les araignées (arachnides):
  

Ils possèdent un poumon interne qui a épaisseur comparable à celle d'une page de livre. Cette forme est dûe à l'augmentation de la surface de contact avec l'air. De plus ce poumon est ventilé par les mouvements de l'abdomen et l'action d'un squelette hydrostatique interne.

• Les insectes:
  

Les insectes ont un système respiratoire unique et très efficace, cette manière d'échange gazeux est appelé système trachéen. La cuticule est percée de stigmates et ces "trou" sont liés à un réseau de trachées. Celles-ci occupent environ 50% du volume interne de l'insecte! Ensuite, la ventilation est assurée par des sacs aériens qui pompent ou expulsent l'air suivant les mouvements et contractions de ces animaux.

Comment fonctionne le système nerveux et sensoriel chez les Arthropodes?

[Annexe A]

• Le système nerveux

Le système nerveux des arthropodes est ganglionnaire et ventral. En effet, le système nerveux est constitué d'une série ganglions reliés par une chaîne nerveuse ventrale ( qui est d'ailleurs présente chez d'autres animaux que les arthropodes). Cette chaîne est constitué d'une paire de ganglions par segment, sauf à la tête, car il y en a trois qui constituent le cerveau. Ce ganglion cérébroïde est en position dorsal. Ces ganglions contrôlent la partie de la bouche, les glandes salivaires et certains muscles.

• Le système sensoriel

Les arthropodes sont très bien équipés pour détecter les dangers qu'ils courent et pour au contraire détecter leur nourriture. Chez ces animaux, nous pouvons observer des organes de sens chimique, équilibrage, visuel, et tactile.
- Organes de sens chimique: Une première ( pour ceux qui en on deux) paire d'antennes ( ce qui n'est pas le cas des chélicerates). Les pièces buccales qui ont des glandes détectant la nourriture et donc le goût.
- Organes de sens tactile: les pattes (appendices thoraciques) et la deuxième paire d'antennes. De plus, nous pouvons ajouter les poils sensoriels (les cils), car ils réagissent au courant d'air et plus généralement au vibrations que ce soit au toucher ou au bruit. Ces poils se trouvent dans différents endroits: sur le thorax et l'abdomen ou ses pattes articulées
- Organes de sens visuel: des yeux (simples ou à facettes)
- Équilibrage

Comment se reproduisent les Arthropodes?

La reproduction des arthropodes est toujours sexuée et donc les sexes sont séparés. Les cas d'hermaphrodisme sont alors très rares. La fécondation est le plus souvent interne et les cas parthénogenèse sont très fréquents ( par exemple l'araignée femelle qui féconde ses œufs sans l'aide du mâle) lorsque la conditions de ces arthropodes sont mauvaises. Quelques arthropodes aquatiques ont une fertilisation externe, c'est à dire que les œufs sont libérés par la femelle et fécondés par le mâle dans le milieu externe. Ils sont généralement des organismes ovipares sauf pour quelques exceptions. Les insectes, les acariens, les mérostomes et myriapodes pondent des œufs qui sont relativement petits.Tandis que les scorpionides (scorpions) et les crustacés sont vivipares et donc ont un comportement semblable aux mammifères.

Les Chélicérates

Les chélicérates sont différenciés des mandibulates grâce à leur anatomie. Ils sont en effet plus primitifs et dépourvus d'antennes. Ils ont ce noms à cause de leurs paires de chélicère, des petits crochets venimeux. A la place des antennes, les chélicérates ont des organes tactiles nommés pédipalpes.

Quelles sont les caractéristiques générales des Mérostomes?

Les mérostomes sont souvent de grand animaux marins hétérotrophes respirant grâce à des branchies. Ils ont un développement direct ce qui veut dire qu'il ne subissent pas de métamorphose au cours de leurs croissance. Par contre, ils muent régulièrement au cours de leurs croissances et ne possèdent pas d'antennes. Exemple: Une Limule.

Quelles sont les caractéristiques générales des Arachnides?

Les Arachnides: Les arachnides appartiennent au même sous-embranchement que les mérostomes, ils ne possèdent donc pas d'antennes. Ils sont généralement terrestres et ont une respiration soit pulmonaires, soit trachéenne. Le corps est divisé en deux partie: le céphalothorax & l'abdomen. Les 4 paires de pattes des arachnides sont reliées au céphalotorax. Leurs développements sont très généralement direct ce qui veut dire qu'ils ne subissent pas de mue durant leurs croissances. Exemple: Une araignée. Voici les trois ordres dont nous avons parlé en classe:

• Les Scorpionides: Ils ont des pédipalpes spécialement bien développés, qui sont transformés en pinces. A l'avant de l'abdomen, il y a quatre paires des stigmates, permettant les échangent gazeux. A l'arrière de l'abdomen se trouve un aiguillon venimeux. Les scorpionides sont des organismes vivipares, ils ne pondent donc pas d'œufs.
• Les Aranéides: Chez les Aranéides, les pédipalpes sont petit et sont remplacés par des organes copulateur chez les mâles. L'abdomen n'est pas segmenté et les filières, qui permettent l'émission de soie, y sont fixés. Ils sont ovipares, et pondent leurs œufs dans un cocon soyeux.
• Les Acariens: Ici, les pédipalpes et les chélicères sont transformés en un rostre, une pièce buccale permettant de piquer et de sucer (comme chez les tiques). Ils sont ovipares, pondent des œufs qui donne des larves à 3 paires de pattes. Une fois adulte, ils auront 4 paires de pattes.
  

Les Mandibulates

Contrairement au chélicérates, les mandibulates ont une ou deux paires d'antennes. A la place des chélicères, ils ont une paire de mandibules.

Quelles sont les caractéristiques générales des crustacés?

Les crustacés sont des mandibulates aquatiques vivant dans l'eau de mer (marins) ou dans l'eau douce (dulcicole). Ils ont une respiration branchiale: les branchies se situent sur leurs pattes. Le corps est composé de plusieurs métamères (segments). Comme pour les arachnides, les crustacés ont en corps séparé en deux parties, céphalothorax et abdomen. Sur la première partie de leurs corps, on y trouve la tête avec les yeux et les deux paires d'antennes, une paire de mandibules, deux paires de mâchoires et les pattes. Le thorax lui ne porte que les appendices. Ils ont en développement indirect et les plus primitifs ont une larve nageuse caractéristiques: le nauplius.

Quelles sont les caractéristiques générales des myriapodes?

Comme les crustacés, les myriapodes sont des mandibulates. Par contre, ils vivent sur terre et respirent grâce à des trachées. Le corps est aussi composé d'anneaux, ils peuvent en avoir jusqu'à 180 et peuvent avoir jusqu'à deux paires de pattes par anneaux! La tête est bien distincte et porte l'unique paire d'antennes.

Quelles sont les caractéristiques générales des insectes?

La classe des insectes est un énorme groupe incluant les 4/5 des espèces animales actuellement connues. La plupart des insectes sont terrestres, quoique certains vivent en eau douce, certains encore peuvent voler grâce à une ou deux paires d'ailes d'ailes. Le corps d'un insecte est divisé en trois parties bien distinctes:

• La Tête: Elle est formée de 6 ou 7 segments fusionnés et porte des yeux simples ou composés. L'unique paire d'antenne est aussi attachée à la tête ainsi que toute les différentes parties buccales.
• Le Thorax: Il est composé de trois segments distinct, le prothorax, le mésothorax et le metathorax. Chaque segment possède une paire de pattes, ce qui revient au final à six pattes locomotrices. la ou les paire(s) d'ailes sont reliée(s) aux deux derniers segments.
• L'abdomen: Généralement composé de 11 segments, l'abdomen ne porte quasiment pas d'appendice mais plusieurs orifices comme les orifices génitaux, l'anus et les stigmates respiratoires.

Le développement postembryonnaire est presque toujours indirect, ils subissent en effet plusieurs métamorphoses.

Comment est l'organisation interne de l'Insecte?

[Annexe A]

• Appareil Digestif: Il comporte trois régions: L'intestin antérieur qui comprend la bouche, les glandes salivaires, le pharynx, l'œsophage, un jabot & un gésier. L'intestin moyen correspond à notre estomac, il y a donc des diastases digestives secrétées par la paroi de l'intestin moyen. La dernière partie est l'intestin postérieur où il y a les tubes de Malpighi (organes d'excrétion), un rectum & se termine par l'anus.

• Appareil Respiratoire: Il est formé de trachées parcourant tout le corps. Les trachées sont directement ouvert sur l'extérieur grâce à des stigmates. Les trachées se composées d'une fine couche de cellules aplaties soutenue par une spirale de chitine. Bien sûr, les stigmates ont un système de fermeture pour éviter que l'eau ou autre particule indésirable entrent.

• Appareil Circulatoire: Il est constitué d'une vaisseau dorsal appelé l'aorte et d'une cœur qui se situe dans l'abdomen. Il est composé de plusieurs renflements musculeux appelés ventriculites: ils permettent en effet de faire pulser le sang d'avant en arrière grâce à des contractions. Entre chaque ventriculites, se trouve une paire d'ostiole, sorte d'orifice capable s'ouvrir ou se refermer permettant au sang de retourner dans le cœur. L'aorte se termine dans la tête, on le sang est directement déversé dans les lacunes du corps. le sang des insectes ne joue pas de rôle dans la respiration mais en contre partie, le sang est nécessaire à la nutrition. Il contient en effet des cellules phagocytaires permettant la digestion.

• Appareil Excréteur: L'appareil excréteur est constitué d'entre deux et cent tubes de Malpighi. Ces espèces de filament ont une extrémité reliée à l'intestin et l'autre extrémité baignée dans le sang. Ce bout-là extrait les déchets du sang pour le rejeter dans la partie postérieur de l'intestin. Ce déchet sortiront par là suite grâce à l'anus.

• Système Nerveux: Le système nerveux des insectes est composé de ganglions cérébroïdes dorsal, sorte de mini-cerveau. De là par un collier péri-œsophagien puis se trouve une chaîne nerveuse ventrale métamérisée. Chacune de ses segments comporte des ganglions fusionnés d'où partent tous les nerfs sensitifs.

• Organes des Sens: Le système sensoriel le plus simple est le poil. Il peut se situé sur n'importe quelle partie du corps [Annexe B].

• Olfaction: Les antennes des insectes est en fait plein de poils sensoriels olfactifs.
  
• Goût: Les insectes peuvent ressentir le goût grâce à leurs palpes, à leurs trompes, mais principalement grâce à des tarses situés sur la deuxième paire de pattes.
  
• Toucher: Comment pour l'odorat, le toucher se ressent grâce aux poils sensoriels et aux antennes.
  
• Audition: Ce sens est assuré par des organes chordotonaux situés sur les palpes, les ailes, les pattes, ...
  
• Vue: Les insectes peuvent voir grâce à des yeux simples (ocelles) ou composés (à facettes). Les yeux composés peuvent avoir plus de 30'000 omatidies (facettes) juxtaposées, comme chez la libellule. Chacune de ses omatidies envoit une image indépendante, toutes ses images seront donc réceptionnées puis analysées par les ganglions nerveux. La vision global est sous forme de mosaïque.

• Appareils Génitaux: Les insectes sont soit mâle, soit femelle. Seules deux espèces connues sont hermaphrodites. Les mâles possèdent deux testicules et deux canaux portant chacun une vésicule séminale. Les deux canaux se rejoignent plus loin pour former un seul canal éjaculateur débouchant dans le pénis [Annexe C]. Les femelles, elles, ont également deux ovaires & deux oviductes qui s'uniront pour créer la chambre génitale. Le tout est ouvert à l'extérieur grâce à un orifice copulateur [Annexe D].

Quels sont les différents critères de classification des insectes?

Toute la classification des organismes faisant parti de la classe de insectes repose sur trois critères fondamentaux:
A. Le type et la disposition des pièces buccales.
B. La structure des ailes.
C. Le mode de développement post-embryonnaire.

• A. Les pièces buccales.
  

En effet, chaque pièce buccale est composée de quatre parties. - Le labre (lèvre supérieur)
- Une paire de mandibules
- Une paire de mâchoires
- Le labium (lèvre inférieur)
En plus de cela, il existe quatre catégories de pièces buccales déjà mentionnées plus haut.
- Les pièces buccales de type broyeur sont les plus primitives. Dentées, elles correspondent à une régime soit carnivore, soit herbivore [Annexe E].
- La deuxième catégorie regroupe les insectes qui ont des pièces buccales de type broyeur-lécheur. Les mandibules sont les même que ceux du type broyeur, cependant, le labium a subit une modification: il s'est en effet développer en une langue velue et creuse, permettant la récolte de nectar [Annexe F].
- La troisième catégorie est de type piqueur. Les pièces buccales sont totalement différentes. Le labium est transformé en une gouttière, plus ou moins refermée par le labre. Tout cela constitue une espèce de trompe rigide permettant l'aspiration du sang. La plupart des hématophages ont un deuxième canal injectant de la salive anticoagulante [Annexe G].
- La dernière catégorie est celle des suceurs. On trouve très fréquemment ces pièces buccales chez les papillons. Elles sucent le nectar des fleurs grâce à une trompe flexible et spiralée. Tout les autres pièces buccales sont réduites mis à part les palpes labiaux [Annexe H].

• B. Les Ailes.
  

Les ailes sont des sortes de sacs membraneux aplatis constitués de deux lames de téguments. Les nervures qui les sillonnent sont composée de chitine, comme l'exosquelette de chaque arthropodes. Ces nervures contiennent du sang, des trachées et des nerfs. En général, les insectes ont deux paires d'ailes articulées mais certain n'en ont qu'une seule paire, la deuxième étant changée en balanciers. Bien sûr il existe aussi des insectes aptères, c'est à dire qu'ils n'ont pas d'ailes.
Les ailes sont aussi classées dans trois catégories distinctes:
- Les ailes membraneuses: Ces ailes peuvent avoir soit beaucoup de fines nervures, soit quelques nervures épaisses ou alors être recouverte de micro écailles colorées. Exemples: La Libellule & Le Papillon.
- Les ailes semi-membraneuses: Elles sont soit parcheminée et rigide, soit sont séparée en deux région: l'une opaque & l'autre transparente. Exemples: Le Criquet & La Punaise.
- Les ailes coriaces: Elles sont opaque et très rigide. Exemple:Le Hanneton.
Les muscles permettant le mouvement d'une aile sont le tergite (muscle dorsal) et le sternite (muscle ventral). Ils sont dorso-ventralement lié comme figuré sur [Annexe I]. Les nombre de battement d'ailes par seconde peuvent être extrêmement élevés: la libellule peut réaliser 20 battement en une seule seconde et atteindre 50km/h!

• C. Le Développement Post-embryonnaire.

Les insectes doivent subirent diverses mues durant leurs croissances. En fait, leurs exosquelettes composés de chitine rigide ne peuvent pas grandir avec eux. La mue se passe en deux étapes: Premièrement, une nouvelle cuticule plus molle et extensible est fabriquée sous la cuticule actuelle. Puis petit à petit, la cuticule du dessus va se détacher du corps de l'insecte et finalement tomber. Certains insectes ne muent pas mais subissent une métamorphose. La métamorphose génère souvent une période d'inactivité (par exemple, la chrysalide). Elle entraîne plusieurs modification morphologique et anatomique, comme la suppression de certains organes ou l'ajout d'autres organes. En résumé, il y a trois catégories:
- Les insectes amétaboles: Ils subissent uniquement des mues. Exemple: Le Poisson D'Argent (ou Lépisme).
- Les insectes hémimétaboles: Ils subissent quelques modifications mais reste actifs durant ce changement. Exemple: le moustique.
- Les insectes holométaboles: Ces insectes, après avoir mué plusieurs fois, subissent un changement radical. Il deviennent inactif durant cette période. Exemple:Le papillon.

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