Ecophysiologie, vie en milieux extrême
La vie à haute température, les déserts
Introduction
Température moyenne de 15°c. Plus un organisme est complexe et compartimenté moins il sera résistant à la
température, les organismes le plus résistant sont les procaryotes pas de noyau) et parmi eux les archéobactéries
sont de loin les plus résistantes aux variations de températures. Les organismes les moins complexes sont les plus
résistants.
I. Condition de survie des organismes thermophiles
Les structures tridimensionnelles contiennent toujours des liaisons de faibles
énergie type pont électrostatique, liaison hydrogène… beaucoup moins stables
aux augmentations de températures. C’est donc pour cela que les réponses
d’adaptations des organismes thermophiles vont reposer sur ces éléments.
1. Stabilité des membranes cellulaires
Augmenter la température, dissociation de la membrane à la température de
fusion
Une bicouche de phospholipides avec têtes hydrophiles et des queues
hydrophobes avec à l’intérieur des protéines transmembranaires. Quand
on augmente la température la bicouche lipidique va se dissocier
(température correspondant à une température de fusion des lipides de
la membranes.) Chez les organismes thermophiles on va retrouver une
plus grandes richesses en acide gras saturé sans double liaison
permettant d’augmenter la température de fusion augmentant la
résistance de la membrane à la température. Les Archéobactérie par
exemple ne possèdent qu’une monocouche ou les queues sont liées par
une liaisons covalentes de très fortes résistance.
2. Stabilité des protéines
Exemple expérimental : Comparaison du gène de l’enzyme kanamycine (inactivant un antibiotique) :
- Chez une bactérie thermophile (Bacillus stearothermophilus).
- Chez une bactérie mésophile (Staphylococcus aureus). Kyste de Nématode parasite à
La structure des 2 gènes sont presque identiques, sauf 1 seule base à 1 acide aminés diffère :
- Lysine chez le thermophile à enzyme thermostable conservant 90% de son activité après 15’ à 50°C.
- Thréonine chez le mésophile à 50% de son activité après 15’ à 50°C.
Un seul pont électrostatique supplémentaire est responsable de cette amélioration... Très économique !
Les rôles des protéines de choc thermique (HSP)
HSP = Heat shock proteins :
- Stabilisent la structure 3D des autres protéines en s’associant avec elles.
- Facilitent leur transport (=protéines « chaperons ») …
Très nombreuses copies du gène codant pour HSP70, permettent de replier
correctement les protéines dépliées sour l’effet de la chaleur.
Comme chez un nématode le vers du diables vivant à 4000 mètre de profondeur et 50°C sous-terre possède de très
nombreuses copies du gènes codant pour HSP70 permettent de replier correctement les protéine dépliées sous l’effet
de la chaleur.
, 3. Stabilité des acides nucléiques (ADN)
La température de dissociation de 2 chaines de l’ADN augmente de 0.41°C et si +1% de bases G et C.
G et C liées par 3 liaisons « H », alors que A et T liées par 2 liaisons « H ».
Forte proportion de G et C chez les organismes thermophiles.
Chez certaines thermophiles, enzymes de type reverse-gyrase -> enroulement plus prononcé de l’ADN -> meilleure
stabilité thermique.
Chez les thermophiles : bases de type polyamine qui stabilisent les acides nucléiques.
II. Les adaptations au milieu désertique
1. Introduction
Désert : milieu stérile ou peu propice à la vie, avec – de 250mm de
précipitation par an, forte insolation (Arctique représente le premier désert).
Désert froids (surtout polaire) et déserts chauds, représente 37% des terres
émergées (47% avec zones « sèches » en expansion).
Amplitude des variations journalières de température (déserts chauds).
Amplitude maximale = 85°c !
En milieu tempéré : Le soleil envoie 100% de rayonnement solaire dont
20% réverbéré à l’espace par les nuages et l’atmosphère, 30% renvoyé
par la végétation et les surfaces d’eau, 50% rentre dans le sols et le
réchauffe, on observe le processus inverse la nuits, d’accumulateur on
passe à radiateur par rayonnement bloqué par les nuages et
l’atmosphère, seulement 5% sont renvoyés vers l’espace, on parle de
phénomène de gaz à effet de serre « naturel ».
En milieu désertique : Peu d’atmosphère et de vapeur d’eau, 90% des
rayonnements arrive au sol le chauffant (50-80°C) ce qu’aucun
organisme ne peut supporter de jour, la nuit cet chaleur s’échappe par rayonnement dont seulement 10%
reviennent engendrant des température négative, on à donc une amplitude maximale journalière de 85°C ! Cet écart
conséquent est donc un énorme problème pour les organismes vivants.
Faibles densités des populations animales et végétales (faible diversité), la reproduction est trop difficile,
compensations par mémoire visuelles et forte sensibilités auditive et olfactive…
2. Maintenir un équilibre thermique
Stratégies utilisées : enfouissement, terriers, vie en hauteur, pelage du dos épais, par soleil…
A. Isoler son corps
- Grimper en hauteur ou s’enfouir :
- Utiliser la végétation :
- Devenir clair, moins de réverbération
B. Refroidir son corps : les radiateurs biologiques
L’utilisation d’appendices et de formation morphologique pour diffuser la température, comme pour les oreilles du
lièvres ou les pattes et cou du dromadaires richement vascularisés des radiateurs permettant d’évacuer la chaleur.
C. Ajuster sa température interne
- Dromadaire, température interne de 34°C (nuit) à 42°C (au soleil). Supporter l’hyperthermie = fort économie
d’eau/transpiration. Surplus calorique éliminé la nuit. IL NE FAUT PAS TRANSPIRER EN MILIEU DESERTIQUE
- Addax et Oryx ne transpirent pas, tolèrent 45°c et refroidissent leur cerveau grâce à un échangeur thermique
à contre-courant, le rete mirabile carotidien, car le cerveau ne supporte pas les augmentations fortes de
températures.
La vie à haute température, les déserts
Introduction
Température moyenne de 15°c. Plus un organisme est complexe et compartimenté moins il sera résistant à la
température, les organismes le plus résistant sont les procaryotes pas de noyau) et parmi eux les archéobactéries
sont de loin les plus résistantes aux variations de températures. Les organismes les moins complexes sont les plus
résistants.
I. Condition de survie des organismes thermophiles
Les structures tridimensionnelles contiennent toujours des liaisons de faibles
énergie type pont électrostatique, liaison hydrogène… beaucoup moins stables
aux augmentations de températures. C’est donc pour cela que les réponses
d’adaptations des organismes thermophiles vont reposer sur ces éléments.
1. Stabilité des membranes cellulaires
Augmenter la température, dissociation de la membrane à la température de
fusion
Une bicouche de phospholipides avec têtes hydrophiles et des queues
hydrophobes avec à l’intérieur des protéines transmembranaires. Quand
on augmente la température la bicouche lipidique va se dissocier
(température correspondant à une température de fusion des lipides de
la membranes.) Chez les organismes thermophiles on va retrouver une
plus grandes richesses en acide gras saturé sans double liaison
permettant d’augmenter la température de fusion augmentant la
résistance de la membrane à la température. Les Archéobactérie par
exemple ne possèdent qu’une monocouche ou les queues sont liées par
une liaisons covalentes de très fortes résistance.
2. Stabilité des protéines
Exemple expérimental : Comparaison du gène de l’enzyme kanamycine (inactivant un antibiotique) :
- Chez une bactérie thermophile (Bacillus stearothermophilus).
- Chez une bactérie mésophile (Staphylococcus aureus). Kyste de Nématode parasite à
La structure des 2 gènes sont presque identiques, sauf 1 seule base à 1 acide aminés diffère :
- Lysine chez le thermophile à enzyme thermostable conservant 90% de son activité après 15’ à 50°C.
- Thréonine chez le mésophile à 50% de son activité après 15’ à 50°C.
Un seul pont électrostatique supplémentaire est responsable de cette amélioration... Très économique !
Les rôles des protéines de choc thermique (HSP)
HSP = Heat shock proteins :
- Stabilisent la structure 3D des autres protéines en s’associant avec elles.
- Facilitent leur transport (=protéines « chaperons ») …
Très nombreuses copies du gène codant pour HSP70, permettent de replier
correctement les protéines dépliées sour l’effet de la chaleur.
Comme chez un nématode le vers du diables vivant à 4000 mètre de profondeur et 50°C sous-terre possède de très
nombreuses copies du gènes codant pour HSP70 permettent de replier correctement les protéine dépliées sous l’effet
de la chaleur.
, 3. Stabilité des acides nucléiques (ADN)
La température de dissociation de 2 chaines de l’ADN augmente de 0.41°C et si +1% de bases G et C.
G et C liées par 3 liaisons « H », alors que A et T liées par 2 liaisons « H ».
Forte proportion de G et C chez les organismes thermophiles.
Chez certaines thermophiles, enzymes de type reverse-gyrase -> enroulement plus prononcé de l’ADN -> meilleure
stabilité thermique.
Chez les thermophiles : bases de type polyamine qui stabilisent les acides nucléiques.
II. Les adaptations au milieu désertique
1. Introduction
Désert : milieu stérile ou peu propice à la vie, avec – de 250mm de
précipitation par an, forte insolation (Arctique représente le premier désert).
Désert froids (surtout polaire) et déserts chauds, représente 37% des terres
émergées (47% avec zones « sèches » en expansion).
Amplitude des variations journalières de température (déserts chauds).
Amplitude maximale = 85°c !
En milieu tempéré : Le soleil envoie 100% de rayonnement solaire dont
20% réverbéré à l’espace par les nuages et l’atmosphère, 30% renvoyé
par la végétation et les surfaces d’eau, 50% rentre dans le sols et le
réchauffe, on observe le processus inverse la nuits, d’accumulateur on
passe à radiateur par rayonnement bloqué par les nuages et
l’atmosphère, seulement 5% sont renvoyés vers l’espace, on parle de
phénomène de gaz à effet de serre « naturel ».
En milieu désertique : Peu d’atmosphère et de vapeur d’eau, 90% des
rayonnements arrive au sol le chauffant (50-80°C) ce qu’aucun
organisme ne peut supporter de jour, la nuit cet chaleur s’échappe par rayonnement dont seulement 10%
reviennent engendrant des température négative, on à donc une amplitude maximale journalière de 85°C ! Cet écart
conséquent est donc un énorme problème pour les organismes vivants.
Faibles densités des populations animales et végétales (faible diversité), la reproduction est trop difficile,
compensations par mémoire visuelles et forte sensibilités auditive et olfactive…
2. Maintenir un équilibre thermique
Stratégies utilisées : enfouissement, terriers, vie en hauteur, pelage du dos épais, par soleil…
A. Isoler son corps
- Grimper en hauteur ou s’enfouir :
- Utiliser la végétation :
- Devenir clair, moins de réverbération
B. Refroidir son corps : les radiateurs biologiques
L’utilisation d’appendices et de formation morphologique pour diffuser la température, comme pour les oreilles du
lièvres ou les pattes et cou du dromadaires richement vascularisés des radiateurs permettant d’évacuer la chaleur.
C. Ajuster sa température interne
- Dromadaire, température interne de 34°C (nuit) à 42°C (au soleil). Supporter l’hyperthermie = fort économie
d’eau/transpiration. Surplus calorique éliminé la nuit. IL NE FAUT PAS TRANSPIRER EN MILIEU DESERTIQUE
- Addax et Oryx ne transpirent pas, tolèrent 45°c et refroidissent leur cerveau grâce à un échangeur thermique
à contre-courant, le rete mirabile carotidien, car le cerveau ne supporte pas les augmentations fortes de
températures.
