Arthropodes 2BIOS04 10/11

Bonne progression, cela prend forme...

Quelles sont les caractéristiques des Arthropodes?

Dans l'immense domaine des Eucaryotes, sous le règne des Animaux, dans le sous-règne des Eumétazoiaires, qui contient des Bilatériens, qui ont une division des Protostomiens, dans la sous-division des Ecdysozoaires, existe le super Embranchement des Arthropodes.

L'embranchement des Arthropodes est relativement homogène, bien qu'il groupe 5 classes (les Mérostomes, les Arachnides, les Crustacés, les Myriapodes et les Insectes) reparties en 2 sous-embranchements (les Chélicerates et les Mandibulates):

• Les Chélicérates,caractérisés pas l'absence des antennes. Cet embranchement comporte la classe des Arachnides (scorpions,araignées et acares) et des Mérostomes (Chélicérates marins de grande taille dont la larve ressemble aux Trilobites fossiles de l'ère primaire.)

La chélicère est l'appendice buccal caractéristique des chélicérates, superclasse comprenant les arachnides (araignées, scorpions, acariens), les mérostomes (limules) et les pycnogonides. Elle prend la forme d'un crochet ou d'une pince.

La chélicère est un véritable « membre-outil » chez les arachnides. Il s'agit dans la très grande majorité des cas d'un organe venimeux, le canal à venin débouchant à l'extrémité des crochets.

• Les Mandibulates, caractérisés par la présence des antennes. Cet embranchement comporte la classe des crustacés (mandibulates aquatiques à respiration branchiale), la classe des Myriapodes (Mandibulates terrestres à respiration trachéenne) et la classe des insectes (Mandibulates généralement terrestres à respiration trachéenne).

Les mandibules définissent les pièces buccales chitineuses des arthropodes et sont les deux pièces mobiles de la bouche qui servent à la mastication. Il existe quatre principaux type de bouches: insectes broyeurs, insectes broyeurs-lécheurs, insectes suceurs et insectes piqueurs-suceurs. Chez les insectes broyeurs, les mandibules font penser à des pinces et servent, par leur puissance et l'aspect tranchant, à couper et mâcher la nourriture solide.

Le corps des arthropodes est formé de segments (ou métamères) articulés,il est divisé en segments ou anneaux (somites) plus ou moins distincts, placés à la suite les uns des autres et articulés entre eux, recouverts d'une cuticule rigide, qui constitue leur squelette externe (exosquelette), dans la plupart des cas constitué de chitine. Leur musculature est de type strié. Le cœlome présent chez la larve mais s'efface peu à peu au cours du développement. Le système nerveux est comparable à celui des Annélides. Il est développé et ventral. Les yeux sont simples (= ocelles) ou composés (= à facettes). Le système sensoriel est bien réparti dans toutes les classes. On y trouve des organes chimiques, d'équilibrages, visuels et tactiles.

L'embranchement des arthropodes est de très loin celui qui possède le plus d'espèces et le plus d'individus de tout le règne animal (80 % des espèces connues). Trilobites, crustacés, arachnides, insectes... on compte plus d'un million et demi d'espèces actuelles d'arthropodes. Ils peuvent être marins, dulçaquicoles ou terrestres; libres ou parasites.

Tube digestif complet, avec pièces buccales de types variés et glandes digestives (glandes salivaires, hépato-pancréas)

Appareil circulatoire en partie vasculaire (vaisseaux) et en partie lacunaire (lacunes). Le coeur, dorsal, est muni d'ostioles (orifices latéraux pour l'entré du sang) et se prolonge vers l'avant par une aorte plus ou ramifiée (sortie du sang) s'ouvrant dans les lacunes.

La respiration est soit branchiale (par les branchies), soit trachéenne (par des trachées), soit pulmonaire (par des poumons qui sont des trachées dilatées).

Quels sont les principales sous-embranchements et leurs caractéristiques?

Les principales sous-embranchements sont :

• Le sous-embranchement des Chélicérates : Ce sont des Arthropodes primitifs,dépourvus d'antennes, mais munis d'une paire de chélicères (crochet venimeux)et d'une paire de pédipalpes ( organes tactiles ou préhensiles.)

Ce sous-embranchement comporte 2 classes:

La Classe des Mérostomes: Chélicérates marins de grande taille peu nombreux, à respiration branchiale.

La Classe des Arachnides: Chélicérates terrestres, à respiration pulmonaire et trachéenne.

• Le sous-embranchements des Mandibulates : Arthropodes munis de mandibules et d'une ou deux paires d'antennes (organes tactiles et olfactifs).

Ce sous-embranchement comporte 3 classes :

La Classe des Crustacés : Mandibulates aquatiques à repiration branchiale, dont le corps est formé d'anneaux.

La Classe des Myriapodes: Mandibulates terrestres,à respiration trachéene, dont le corps est formé d'anneaux parfois nombreux portant chacun 1 ou 2 paires de pattes.

La Classe des Insectes

Qu'est-ce que la chitine et à quoi sert-elle ?

Le corps des arthropodes est formé de segments (ou métamères) articulés, recouverts d'une cuticule rigide, qui constitue leur squelette externe, dans la plupart des cas constitué de chitine. La chitine est l'un des constituants de la cuticule des insectes, des araignées et des crustacés, elle a ainsi un rôle protecteur. Associée à du carbonate de calcium, elle devient rigide et forme alors l'exosquelette des crustacés et de tous les animaux à coquille tels que les escargots. La chitine (du grec chitinos, tunique) est une substance azotée secrétée par l'ectoderme. D'abord mince et flexible, elle s'épaissit en une carapace résistante, qui revêt non seulement l'extérieur du corps, mais aussi les parties antérieures et postérieures du tube digestif. En biologie, la chitine est l’un des principaux composants de l’exosquelette des insectes et autres arthropodes(crustacés, arachnides, etc.). Elle se retrouve aussi dans les deux autres règnes(certaines espèces de lichens et certaines espèces de champignons). À titre d'exemple, la carapace d'un crabe contient 25% de chitine et 75% de carbonate de calcium.

Cet appendice fournit aux arthropodes un point d'appui pour se déplacer.

Comment se déplacent-ils ?

L'exosquelette (Chitine, cuticule ) et la présences d'appendices articulés, ayant aussi un rôle préhensile(faculté ou l'action de saisir des objets) et defensif, procurent aux arthropodes un avantage locomoteur (on reconnaît trois types de locomotion : la marche, le saut, le vol). D'une part, l'exosquelette procure la rigidité nécessaire au mouvement, fournit des points d'attache solides pour les muscles et des points d'appui pour des mouvement de levier. D'autre part, les appendices permettent à l'animal de se déplacer sans avoir à utiliser toute sa musculature comme chez les animaux qui dépendent d'un squelette hydrostatique (squelette formé par une cavité fermée remplie de liquide). Les articulations des arthropodes ne permettent des mouvements que dans un seul plan .Par contre, les appendices sont composés de plusieurs unités dont les articulations sont orientées dans différents plans ce qui permet de déplacer l'extrémité de l'appendice dans toutes les directions. Les insectes qui ont des ailes (ptérygotes) ont un grand avantage car ils peuvent se déplacer rapidement sur de grandes distances. L'appendice un segment ou patte dédoublé en deux parties ou branches ou rameau. Ces deux branches sont fixées sur le corps de l'animal par une branche unique. L'apendice servant à la locomotion est dite branche interne. Chez les arthropodes, les appendices se compliquent et s'adaptent à diverses fonctions. Il en résulte des appendices sensoriels (antennules, antennes), masticateurs (mandibules, maxillule, maxille, pattes-mâchoires), préhenseurs (pinces, pédipalpes), locomoteurs (pattes à partir des 5 premiers paires d'appendices et reproducteurs (organes d'accouplement).

Les crustacés on garder, des crusrtacés primitifs, une capacité à nager. Ils conservent à la fois des appendices marcheurs et des appendices nageurs. Une tendance évolutive peut conduire à une réduction, voir même une perte, de la capacité à marcher : c’est le cas des Eucarides.

Comment s'effectue les échanges gazeux chez les arthropodes?

La cuticule réduit énormément les échanges gazeux ou osmotique au niveau de l'épiderme. Les Arthropodes sont donc munis d'organes spécialisés pour acquérir de l'oxygène. Le respiration des arthropodes est soit branchiale (par des branchies), soit trachéenne (par des trachées), soit pulmonaire (par des poumons qui sont des trachées dilatées).

• Les trachées sont des invaginations ectodermiques tubulaires (pores percé dans la cuticule),s'ouvrant vers l'extérieur par des orifices latéraux,les stigmates (ouverture à la surface des arthropodes), et formant un réseau serré pénétrant dans tout les organes pour y apporter l'oxygène de l'air. L'oxygène diffuse de ces passages directement dans les cellules, sans l'intervention d'un système circulatoire. Transporter l'air directement de environnement externe vers les cellules se révèle efficace chez les insectes parce que leur petite taille leur donne un rapport surface/volume important. Les stigmates possèdent un système de fermeture empêchant l'entrée éventuelle d'eau ou de particule solides.
• Les branchies sont des organes internes ou externes permettant aux animaux aquatiques de respirer en extrayant l'oxygène de l'eau. La forte augmentation de surface de diffusion fournie par les branchies permet aux organismes aquatiques d'extraire beaucoup plus d'oxygène de l'eau que ne pourrait le faire leur seule surface corporelle.

1. Les Mérostomes (limule) font la respiration branchiale
2. Les Arachnides (araignées, scorpions, acares...) font la respiration pulmonaire et trachéenne.
3. Les Crustacés (crabes, écrevisses : Mandibulates aquatiques) font la respiration branchiale (les branchies sont fixées sur les pattes ou à leur base)
4. Les Myriapodes (Mandibulates terrestres)font la respiration trachéenne.
5. Les Insectes font la respiration trachéenne.

Sources : Edouard Della Santa, Biologie Animale, pp.177-181

Comment est organisé leur appareil digestif?

L'embranchement des Arthropodes est très vaste. Toutes les espèces sont hétérotrophes, elles ont des pièces buccales différentes adaptées à leur alimentation. La bouche est située à la face inférieure de la tête et elle est entourée de pièces buccales pour pouvoir mâcher, lécher, sucer, piquer, etc.

L'armature buccale des Insectes comporte:

- une lèvre supérieure ou labre;

- une paire de mandibules;

- une paire de mâchoires (chacune d'elles porte un palpe maxillaire);

- une lèvre inférieure ou labium (formée de deux moitiés plus ou moins soudées portant chacune un palpe labial)

Les principaux types de bouches sont: le type broyeur, le type broyeur-lécheur, le type piqueur et le type suceur.

• Le type broyeur: C'est le type le plus primitif; il correspond à un régime tantôt carnivore, tantôt herbivore. Dans ce type, les mandibules, souvent dentées sont très développées. Exemples: Hanneton, Criquet, Libellule.

• Le type broyeur-lécheur: Il résulte d'une modification du type précédent et permet la récolte du nectar des fleurs. Les mandibules sont encore bien développées, mais le labium est transformé en une longue langue velue creusée d'une rigole. Exemples: Abeille, Guêpe, Fourmi.

• Le type piqueur: Il est réalisé d'une manière un peu différente par les Diptères (Moustiques, Taons, etc.) et par les Hémiptères (Punaises, Pucerons, etc.), mais permet toujours l'absorption de liquides (sang des animaux ou sève des végétaux). En principe il existe une trompe rigide comprenant de le labium transformé en une longue gouttière, fermée plus ou moins complètement par le labre, dans laquelle glissent les mandibules et les mâchoires modifiées en stylets perforants. Chez beaucoup d'espèces hématophages, on nomme hypopharynx un stylet supplémentaire, percé d'un canal où s'écoule une salive aux propriétés anticoagulantes. Chez la Mouche domestique et quelques espèces voisines, qui ne piquent pas, le labium forme une trompe charnue terminée par 2 lobes spongieux.

• Le type suceur: C'est le type caractéristique des Papillons. Le succion du nectar des fleurs est assuré par une trompe flexible et spiralée (spiritrompe) formée par l'accolement des deux mâchoires en forme de gouttières.

Chez les arthropodes l'appareil digestif se compose d'un œsophage, d'un estomac (souvent accompagné de glandes salivaires et d'appendices hépatiques) et d'un intestin, qui débauche à l'extrémité postérieure du corps, tant à la face ventrale, qu'à la face dorsale.

Les insectes possèdent trois intestins distinct:

- L'intestin antérieur qui débute à la bouche, où débouchent les glandes salivaires, puis comprend aussi un pharynx musculeux, un œsophage, un jabot (réservoir alimentaire) et un gésier (broyage).

- L'intestin moyen, ou estomac, dont les parois sécrètent les diastases digestives.

- L'intestin postérieur, qui débute au point d'insertion des tubes de Malpighi, se renfle en un rectum et se termine à l'anus.

Le régime alimentaire des insectes est très variable : herbivore (chenilles, criquet), coprophage (bousier), prédateurs (libellules), nécrophages, nectarivore (papillons), suceurs de sèves (pucerons) ou de sang(moustiques femelles). Certains insectes (xylophages) peuvent se nourrir de bois (termites). Certains insectes peuvent changer de régime alimentaire au cours de leur vie (chenilles mangeuses de feuilles et papillons adultes nectarivores). Les appendices buccaux sont très variables chez les insectes et liés à leur alimentation (appendices de type broyeur (criquet), suceur avec trompe) dévaginable par afflux d'hémolymphe (papillon adulte), piqueur-suceur (moustique), lécheur-suceur (abeille)…)

Comment est organisé leur appareil excréteur?

L'appareil excréteur est très variable selon les groupes. Il est formé de quelques glandes qui permettent d'évacuer les toxines. Ces glandes dérivent peut-être de néphridies. En revanche, chez les insectes l'appareil excréteur est formé de tubes de Malphigi (le nombre peut varier selon les différentes espèces). Ce sont des canaux fermés à une extrémité et qui débouchent par l'autre extrémité dans l'intestin. Ils baignent dans le sang et extraient de nombreux déchets: urée, acide urique, chlorure de sodium, etc. Ces déchets sont ensuite déversés dans le tube digestif de l'insecte.

Comment est organisé leur appareil circulatoire?

L'appareil ciculatoire en partie vasculaire (vaisseaux) et en partie lacunaire (lacunes).Il n'y a ni capillaires, ni veines. Les artères sont elles-même réduite. Le coeur dorsal, est muni d'ostioles (orifices latéraux pour l'entrée du sang) et se prolonge vers l'avant par une aorte plus ou moins ramifiée (sortie du sang) s'ouvrant dans les lacunes. Le système circulatoire des arthropodes est ouvert;dans un système cardiovasculaire ouvert, comme celui des sauterelles, le sang et liquide interstitiel se confondent. Le liquide obtenu s'appelle hémolymphe. les coeurs tubulaires pompent celle-ci dans les vaisseaux et vers les sinus, des cavités où des substances sont échangées entre l'hémolymphe et les cellules. Puis,l'hémolymphe revient aux coeurs par l'intermédiaire des ostioles,des pores munis de valvules qui se ferment quand les coeurs se contractent. Le sang est incolore ou bleuté (hémocyanine), et contient seulement des globules blancs.

Comment est organisé leur système nerveux?

Le système nerveux chez les arthropodes est composé d'une paire de ganglions cérebroïdes situés dorsalement et dans la tête, et une paire de ganglions sous-œsophagiens reliés par un collier périphagien (chaîne nerveuse ventrale), comportant une paire de ganglions (une paire par segment), d'où partent de nombreux nerfs sensitifs et moteurs .Ce schéma est ressemblant à ce qu'on trouve chez les vertébrés, à part le caractère ventral du Système Nerveux Central.

Quelles sont les différentes composantes du Système sensoriel?

Le toucher : Les organes du toucher, sont représentés par les palpes (pièces buccales) qui accompagnent les organes masticateurs, et par les baguettes tactiles dont sont pourvues toutes les antennes. Les crustacés possèdent 4 antennes, les Myriapodes et les insectes 2 et, chez les Arachnides, sont remplacées par les Chélicères.

La vue : Les yeux, placés d'ordinaire sur la tête, et présentent, selon les groupes, une grande diversité quant à leur structure, leur nombre et leur arrangement. Ainsi, chez les Myriapodes, les yeux sont simples et disposés en une ou deux séries de quatre à huit sur les côtés de la tête. Chez les Araignées , on trouve ordinairement huit, plus rarement six yeux simple, le plus souvent différents de grosseur et répartis symétriquement sur le thorax. Chez les Crustacés, les organes de la vision se présentent sous la forme, tantôt de yeux simples (pairs au impairs), tantôt de yeux composés à cornée (La cornée est la partie antérieure transparente du globe oculaire) lisse ou à facettes. Chez les insectes, la vision s'effectue par des yeux simples (ocelles) ou composés ( à facettes). Ils possèdent deux types de yeux. Des yeux simples qui font la distinction entre la lumière et l'obscurité et des yeux composés qui détectent les images.

L'audition : les organes auditifs n'ont été observés que chez les Crustacés et un petit nombre d'Insectes; ils sont situés, chez les Crustacés, dans l'article basilaire des antennes internes ou antérieures, plus rarement (Mysides) dans les lamelles internes de l'éventail de la queue. Chez les insectes, l'audition est assurée par des organes sensoriels complexes situés sur les antennes, les palpes, les ailes, les pattes, le thorax etc..

Le goût : Le goût peut avoir son siège sur les palpes, sur la trompe, mais surtout sur les tarses (segment de la patte) des pattes.

L'odorat : Chez les insectes l'olfaction a son siège sur les antennes et sur les palpes. Les antennes de certains Insectes sont ramifiées (pectinées, plumeuses ) et comportent alors des milliers de poils sensoriels olfactifs.

Les principaux sens sont l'odorat et le toucher, en effet il permettent aux Arthropodes de se diriger. Ces deux sens ont leur siège dans les poils sensoriels.Ceux-ci sont creux et contiennent le prolongement d'un neurone sensitif. Il peut aussi y avoir des organes auditifs et des organes d'équilibre.

Comment se déroule la reproduction ?

Quelques arthropodes, comme les Cirripèdes, sont hermaphrodites, ce-ci veut dire qu'ils peuvent avoir les deux organes sexuels. Tout de même, la majorité des arthropodes gardent un sexe toute leur vie. Quelque espèces d'insectes et de crustacés peuvent se reproduire par parthénogenèse (multiplication à partir d'un gamète femelle non fécondé). Cependant la majorité des arthropodes se reproduit de manière sexuée, et les espèces parthénogénétiques utilisent la reproduction sexuée quand les conditions sont moins favorables. Les arthropodes aquatiques peuvent se reproduire par fertilisation externe ou par fertilisation interne, où l'ovule reste dans le corps femelle et le sperme doit être injecté. Tous les arthropodes terrestres utilisent la fertilisation interne, puisque le sperme et l'ovule, non-protégés, ne survivront pas longtemps dans ces environnements. Dans certains cas le sperme se transfère directement depuis le pénis du mal à l'oviducte de la femelle, mais c'est souvent indirect. Quelques crustacés et arachnides utilisent un appendice modifié pour transférer le sperme à la femelle. Néanmoins, plusieurs arthropodes terrestres mâles produisent des spermatophores, capsules résistantes à l'eau, qui contiennent des spermatozoïdes, lesquelles les femelles prennent dans leur corps. Seulement quelques espèces sont fondées sur les femelles pour trouver des spermatophores qui ont été déjà déposées sur le sol, mais généralement, les mâles déposent les spermatophores seulement si les chances de reproduction sont favorables.