Fiche explicative de la leçon : Règne animal : vertébrés Biologie

Dans cette fiche explicative, nous allons rappeler les caractéristiques de différents vertébrés au sein du règne animal.

Vous connaissez très certainement des exemples de vertébrés;les chiens et les chats sont des vertébrés, la viande de vos hamburgers vient de vertébrés, et vous, en tant qu’être humain, êtes un vertébré!Bien que nous soyons entourés de vertébrés dans tous les milieux et tous les jour de notre vie, on estime que les vertébrés représentent moins de 5% de toutes les espèces animales vivant aujourd’hui!Mais les vertébrés restent très variés et différents, et dans cette fiche explicative, nous allons examiner les caractéristiques clés de certains des animaux de ce groupe.

Lorsqu’ils étudient des organismes vivants, les scientifiques les classent souvent en groupes distincts, selon un processus connu sous le nom de taxonomie. Les organismes d’un même groupe partagent certaines caractéristiques clés.

Définition : Taxonomie

La taxonomie est l’étude de la classification et de la dénomination des organismes.

Un exemple de groupe taxonomique est le règne, un groupe constitué de nombreux organismes différents qui partagent tous des caractéristiques clés. La figure 1 donne un aperçu du système de classification en 5 règnes.

Figure 1 : Schéma du système de classification en 5 règnes.

Presque tous les organismes appartenant au règne animal partagent des caractéristiques clés. Ils sont généralement très mobiles, multicellulaires et hétérotrophes, ce qui signifie qu’ils ont besoin de consommer d’autres organismes pour obtenir leur nourriture.

Définition : Hétérotrophe

Un hétérotrophe est un organisme qui obtient sa nourriture en consommant d’autres organismes ou matière organique.

Si nous regardons de plus près le règne animal (Animalia), nous pouvons voir que les biologistes y distinguent deux groupes:les vertébrés et les invertébrés. Les grandes lignes de ces regroupements et quelques caractéristiques clés de chaque groupe sont données en figure 2.

Figure 2 : Schéma montrant la division du règne animal en vertébrés et invertébrés.

Comme nous pouvons le voir sur la figure 2, les vertébrés englobent tous les animaux qui ont une colonne vertébrale. Cette colonne vertébrale est essentielle pour l’endosquelette (squelette interne) des vertébrés, qui est composé d’os ou de cartilage. L’endosquelette inclut également le crâne, qui entoure et protège le cerveau de l’organisme. Tous les vertébrés (subphylum vertebrata) appartiennent à l’embranchement Chordata, qui comprend tout organisme ayant une notocorde, peu importe à quel stade de son développement. Ils ont également tous un système circulatoire fermé, contenant un cœur à plusieurs cavités.

Définition : Vertébré

Un vertébré est un organisme qui possède une colonne vertébrale.

Définition : Chordé

Un chordé est un organisme qui, à un certain stade de son développement, possède une notocorde.

Les différents groupes de vertébrés sont les poissons, les reptiles, les amphibiens, les oiseaux et les mammifères. Les organismes seront classés dans ces groupes en fonction de caractéristiques particulières. Regardons plus en détail les différentes classes de vertébrés (subphylum vertebrata).

Il y a trois grandes classes de vertébrés que nous appelons communément les « poissons »:la classe Agnatha (poissons sans mâchoires), la classe Chondrichthyes (poissons cartilagineux) et la classe Osteichthyes (poissons osseux). La figure 3 décrit leurs principales caractéristiques et compare ces classes.

Figure 3 : Comparaison des caractéristiques des classes Agnatha, Chondrichthyes, et Osteichthyes. Ces trois classes constituent le groupe communément appelé les « poissons ».

Ces classes de poissons ont des points communs. La grande majorité des poissons pondent des œufs qui sont ensuite fécondés extérieurement à l’organisme. Les poissons sont souvent dits « à sang froid », mais cela ne signifie pas que leur sang est froid!Cela fait référence à leur thermorégulation;contrairement aux humains, la température corporelle des poissons dépend de l’environnement extérieur. Le terme scientifique pour ces animaux est ectothermes.

Définition : Ectotherme

Un ectotherme est un organisme qui dépend de son environnement extérieur pour réguler la température de son corps.

Exemple 1: Classification des organismes en classes selon leurs caractéristiques

Un organisme marin inconnu est découvert. L’organisme trouvé a un corps long et mince qui n’est pas couvert d’écailles, et il n’a pas de nageoires appariées. À quelle classe de vertébrés appartient cet organisme?

  1. Osteichthyes
  2. Agnatha
  3. Chondrichthyes

Réponse

Lorsqu’on nous demande de classer les organismes dans certains groupes, il faut commencer par se rappeler les caractéristiques qui définissent ces groupes. Ici, nous avons trois options pour cet organisme:la classe Osteichthyes, la classe Agnatha et la classe Chondrichthyes. Récapitulons les caractéristiques de chaque classe pour déterminer la bonne réponse.

Les organismes appartenant à la classe des ostéichtyens ont des squelettes osseux, et leurs corps sont couverts d’écailles. La question indique que l’organisme a un corps long et mince qui n’est pas recouvert d’écailles. Cela suggère que la classe Osteichthyes n’est pas le bon choix.

Les organismes appartenant à la classe Agnatha sont souvent appelés poissons sans mâchoires. Ils ont un corps long et mince, une bouche en forme d’entonnoir et aucune paire de nageoires. Vous pouvez voir un exemple de poisson sans mâchoire, une lamproie, sur la photo ci-dessous:

La lamproie des ruisseaux européenne

Par rapport à notre question, ce choix pourrait être le bon;il correspond à la description du corps de l’organisme et à l’absence de nageoires appariées. Pour en être certains, nous allons vérifier que la troisième option est incorrecte.

La classe des Chondrichtyens inclut des organismes comme les raies ou les requins, qui ont des corps couverts d’écailles et qui ont deux nageoires. C’est tout l’opposé de l’organisme décrit dans la question, donc cette option est définitivement incorrecte.

Par conséquent, la classe des vertébrés à laquelle l’organisme en question est le plus susceptible d’appartenir est la classe Agnatha.

Une autre classe de vertébrés est la classe Reptilia. Les organismes appartenant à cette classe sont connus sous le nom de reptiles, par exemple les lézards, les crocodiles, les tortues et les serpents. Comme les poissons, les reptiles sont souvent dits « à sang froid », mais nous savons maintenant que le terme correct pour cela est ectotherme. Si vous habitez dans ou avez visité un pays chaud, vous avez peut-être vu des lézards bronzer à la chaleur du jour, comme sur la figure ci-dessous;c’est comme ça qu’ils réchauffent leur corps!

Lézard de Ténérife
Figure 4

Les corps des reptiles sont divisés en quatre régions:la tête, le cou, le tronc et la queue. Leur peau est sèche au toucher et couverte d’écailles épaisses et cornées. La majorité des reptiles ont quatre membres pentadactyles prolongés par des griffes cornées pour soutenir et bouger leur corps, mais chez certains (comme les serpents), ils peuvent être absents. Les reptiles, contrairement aux poissons, absorbent de l’oxygène en respirant par leurs poumons. Ce sont des organismes unisexués, et la fécondation a lieu en interne et conduit à la ponte. Leurs œufs peuvent avoir une coquille calcifiée, dure, ou relativement molle, auquel cas les reptiles peuvent construire des structures de protection comme des nids pour les empêcher d’être endommagés.

Terme clé : Membre pentadactyle

Un membre pentadactyle est un membre à 5 doigts, retrouvé chez les reptiles, les amphibiens et les mammifères.

La classe Amphibia est une classe distincte des vertébrés, mais elle partage certaines caractéristiques avec la classe Reptilia. Les amphibiens sont aussi des ectothermes, et dépendent donc de l’environnement pour leur régulation de la température. Ils ont également quatre membres pentadactyles pour soutenir leur mouvement. Par contre, leur corps est couvert d’une peau lisse et humide qui sécrète du mucus pour rester humide, plutôt que des écailles dures. Cette adaptation des amphibiens signifie que certains peuvent même échanger de l’oxygène avec l’environnement à travers leur peau!Bien que, comme les reptiles, ce sont des organismes unisexués, ils fécondent les œufs à l’extérieur du corps. Ces œufs seront pondus dans l’eau. Un exemple d’amphibien, une salamandre, est représentée dans l’eau ci-dessous.

lézard salamandre de feu
Figure 5

Les amphibiens ont des méthodes très intéressantes d’obtention d’oxygène:les embryons et les formes très jeunes de la plupart des amphibiens vivent dans l’eau et captent l’oxygène par échange de gaz avec l’eau dans les branchies. Cependant, en grandissant, ils développent des poumons et passent à la respiration de l’oxygène atmosphérique!Cela leur permet de développer des adaptations intéressantes;par exemple, les mâles de la rainette verte (photo ci-dessous) ont de grands sacs vocaux qui aident la grenouille à coasser pour attirer une partenaire!

Grenouille arboricole européenne coassante
Figure 6

Une autre classe de vertébrés est la classe Aves, les organismes de cette classe sont plus communément appelés les oiseaux. Contrairement aux reptiles et aux amphibiens, les oiseaux ont le « sang chaud »;le terme scientifique plus correct est qu’ils sont endothermes, ce qui signifie que les oiseaux ont des systèmes spécialisés dans le corps pour réguler leur température, ils sont moins dépendants de l’environnement.

Définition : Endotherme

Un endotherme est un organisme qui peut réguler sa propre température corporelle indépendamment de l’environnement.

Les organismes de la classe Aves ont des corps en grande partie couverts de plumes et des os creux incroyablement légers, cela aide leur principal mécanisme de mouvement:le vol. Ils ont quatre membres:deux pattes avec quatre doigts à griffes cornées et deux ailes. Leurs pattes permettent aux oiseaux de marcher sur la terre ferme, de grimper ou se déplacer le long des arbres et parfois d’attraper des proies!Pour les aider à bouger leurs ailes pendant le vol, ils ont de puissants muscles thoraciques connectés à leur sternum. Les oiseaux sont très actifs et ont donc besoin d’un apport en oxygène important pour que leurs cellules respirent et libèrent de l’énergie. Pour ce faire, les oiseaux ont des sacs aériens dans leurs os creux, qui augmentent l’oxygène disponible pour la respiration pendant le vol. Comme les reptiles, ils respirent l’oxygène de l’air grâce à des poumons, et la fécondation est interne et entraîne une ponte. De même que pour les reptiles, leurs pattes sont couvertes d’écailles. Parmi les oiseaux, on retrouve par exemple les pigeons, les faucons, les aigles et les moineaux. Certaines espèces d’oiseaux sont incapables de voler, car leur corps s’est adapté à leur environnement et en a perdu la capacité. C’est notamment le cas des pingouins et des autruches, comme par exemple celle sur l’image ci-dessous.

autruche
Figure 7

Exemple 2: Rappeler les caractéristiques partagées par les classes Amphibia, Reptilia et Aves

Laquelle des affirmations suivantes décrit une caractéristique partagée par les amphibiens, les reptiles et les oiseaux?

  1. Les femelles de ces organismes produisent du lait pour nourrir leurs petits.
  2. Ces organismes sont tous couverts par des écailles plutôt que par de la peau.
  3. Ces organismes accouchent tous de leurs petits.
  4. Ces organismes pondent tous des œufs plutôt que d’accoucher de leurs petits.

Réponse

Les classes Amphibia, Reptilia et Aves appartiennent toutes à l’embranchement Chordata. Cela signifie qu’elles partagent certaines caractéristiques, mais différent pour d’autres.

L’anatomie des trois classes est très différente. Les reptiles sont souvent retrouvés dans des environnements chauds et secs et sont couverts d’écailles dures. Les amphibiens vivent dans des environnements humides et sont couverts d’une peau lisse. Les oiseaux se retrouvent dans une grande variété d’habitats, mais leur particularité est qu’ils sont couverts de plumes.

En ce qui concerne la reproduction, cependant, ces organismes ont plus en commun. Aucune de ces classes n’accouche de petits, mais toutes pondent. Pour ce faire, les oiseaux vont généralement fabriquer des nids;les reptiles trouvent souvent des zones de terre sûres et creusent des trous ou des terriers, tandis que les amphibiens pondent les leurs dans l’eau. Comme elles n’accouchent pas de leurs petits, elles ne produisent pas non plus de lait pour les nourrir — ces deux caractéristiques définissent plutôt la classe des mammifères.

Par conséquent, la caractéristique partagée par les amphibiens, les reptiles et les oiseaux est qu’ils pondent tous des œufs plutôt que d’accoucher de leurs petits.

La classe Mammalia est une classe de vertébrés que la plupart des gens connaissent très bien;c’est la classe à laquelle appartiennent les chats, les chiens, les chevaux, les moutons et les humains!Tous les mammifères sont endothermes et respirent l’oxygène de l’air grâce à des poumons. Le corps des mammifères est divisé en tête, cou, thorax et abdomen. La peau des mammifères est couverte de poils, plutôt que d’écailles comme les reptiles ou de plumes comme les oiseaux. Les mammifères ont généralement quatre membres pentadactyles et, selon les espèces, ces membres ont des ongles, des griffes ou des sabots. Les mammifères ont des dents distinctes, dont les incisives, les canines et les molaires;le nombre et la taille varient selon le régime alimentaire de l’organisme. La fécondation chez les mammifères est interne et, dans la majorité des cas, le petit se développera dans le corps de la mère. Les organismes pour lesquels les petits se développent dans la mère sont appelés vivipares. Lorsque les petits naissent, les mères produisent du lait dans leurs glandes mammaires pour les nourrir.

Exemple 3: Classer des organismes dans les classes selon leurs caractéristiques

Un scientifique prend les notes suivantes sur un organisme:

  1. a un corps couvert d’écailles
  2. utilise l’environnement pour réguler la température de son corps
  3. respire via des poumons

À quelle classe de vertébrés appartient vraisemblablement cet organisme?

Réponse

Pour répondre à cette question, nous devons nous rappeler certaines caractéristiques des différentes classes de vertébrés et déterminer la classe dans laquelle cet organisme pourrait le mieux correspondre.

Il y a trois classes de poissons vertébrés:Osteichthyes, Agnatha et Chondrichthyes. Comme ces organismes ont un habitat aquatique, ils ont des branchies ou des fentes branchiales pour permettre les échanges gazeux. Mais l’organisme en question respire avec des poumons, donc nous pouvons exclure toutes les classes de poissons.

La classe des amphibiens regroupe des organismes qui vivent dans l’eau pour leurs stades larvaires, mais sur terre aux stades adultes. Au moment où les amphibiens deviennent adultes, ils ont généralement développé des poumons. Les amphibiens sont également ectothermes, ce qui signifie qu’ils doivent compter sur l’environnement pour réguler leur température. Cependant, les amphibiens ne sont pas couverts d’écailles, donc nous pouvons également exclure la classe des amphibiens.

La classe Aves comprend toutes les espèces d’oiseaux. La caractéristique principale des oiseaux est que leur corps est en grande partie couvert de plumes. Ils sont également endothermes, ce qui signifie qu’ils régulent leur propre température corporelle et comptent beaucoup moins sur leur environnement pour le faire.

La classe des mammifères comprend tous les mammifères, y compris les humains!Bien que nous respirions à travers les poumons, notre corps n’est absolument pas couvert d’écailles!Comme les oiseaux, nous sommes endothermes et n’utilisons donc pas l’environnement pour réguler la température de notre corps.

La dernière option est la classe Reptilia. Les reptiles, comme les lézards et les serpents, sont souvent retrouvés dans des environnements chauds;ils sont ectothermes, il est donc plus facile pour eux de maintenir une température corporelle constante à cet endroit. Les reptiles vivent en grande partie sur terre, alors ils respirent avec des poumons. Ils ont un corps couvert d’écailles, dont le degré d’épaisseur et les tailles varient.

Par conséquent, la classe de vertébrés à laquelle cet organisme est le plus susceptible d’appartenir est la classe Reptilia.

La classe des mammifères est un groupe très diversifié;examinons les trois sous-classes de la classe Mammalia, tableau 1, qui ont été classées selon le développement embryonnaire et selon le type de naissance.

Tableau 1: Les sous-classes de la classe Mammalia, avec les organismes classés en fonction du développement de l’embryon et du mode de naissance.

Sous-classePondent des œufs?Accouchent des petits?Les petits se nourrissent de lait?Où le développement embryonnaire se complète-il?Exemple(s) d’organisme(s)
PrototheriaOuiNonOuiIncubé dans un œufOrnithorynque à bec de canard
MetatheriaNonOuiOuiNourri dans une pocheKangourou, opossum
EutheriaNonOuiOuiDans un utérus et nourri par le placentaPrimates, carnivores, majorité des mammifères

Exemple 4: Reconnaître les caractéristiques clés des sous-classes de mammifères

Nommez la sous-classe de Mammalia qui est décrite:ce sont des mammifères qui donnent souvent naissance à des petits immatures, qui doivent rester dans la poche de leur mère pendant des semaines après leur naissance.

Réponse

La classe des mammifères est une classe importante et diversifiée d’organismes. Elle peut être divisée en sous-classes selon le mode de développement embryonnaire à la méthode de naissance. La plus grande de ces sous-classes est Eutheria, elle inclut la majorité des mammifères, y compris les humains. Les petits des mammifères euthériens se développent complètement dans l’utérus, le placenta fournissant des nutriments pour la croissance jusqu’à ce qu’un petit viable soit prêt à naître. Les petits des mammifères métathériens se développent dans l’utérus pendant une courte période, puis naissent encore immatures. Ces petits seront ensuite gardés dans une poche spécialisée pour achever leur développement. Les protothériens, par contre, pondent des œufs. Ils couvent ensuite ces œufs jusqu’à ce que les petits soient prêts à éclore. Bien que les méthodes de développement embryonnaire et de naissance soient différentes, toutes ces classes de mammifères vont nourrir leurs petits avec du lait.

Par conséquent, la sous-classe qui peut être décrite comme donnant des petits immatures, qui doivent rester dans la poche de leur mère des semaines après leur naissance, est Metatheria.

La sous-classe Eutheria est la plus grande sous-classe de la classe Mammalia. Elle inclut un grand nombre de mammifères, y compris le bétail, les animaux de compagnie, et tous les primates, y compris les humains!La sous-classe Eutheria peut être divisée en plusieurs ordres. Les organismes du même ordre partagent certaines caractéristiques. La figure 8 montre un arbre phylogénétique simple de la sous-classe Eutheria, avec des informations supplémentaires sur les caractéristiques de chaque ordre.

Figure 8 : Arbre phylogénétique simple des ordres appartenant à la sous-classe Eutheria. Les caractéristiques clés de chaque ordre y figurent, ainsi que des exemples.

Terme clé : Arbre phylogénétique

Un arbre phylogénétique est un schéma qui représente les relations évolutives entre les organismes.

Exemple 5: Reconnaître les caractéristiques clés des ordres de mammifères

Voici une liste de mammifères et certaines de leurs caractéristiques principales:

  1. le mouton, avec des sabots à deux doigts
  2. le capybara, avec des doigts griffus
  3. le gibbon, avec des pouces opposables
  4. le zèbre, avec un seul orteil couvert par un sabot
  5. le rhinocéros, avec trois orteils par pied

Indiquez les lettres correspondant aux deux mammifères du même ordre.

Réponse

La classe Mammalia peut être divisée en plusieurs ordres différents. Bien que tous les organismes de la classe Mammalia partagent certaines caractéristiques, lorsqu’ils sont placés dans des ordres, les caractéristiques qu’ils partagent deviennent plus spécifiques. Pour trouver la réponse à cette question, nous devons déterminer quels sont les deux organismes qui partagent une caractéristique spécifique présente dans un ordre et qui n’est possédée par aucun des autres organismes appartenant à des classes différents. Les moutons ont deux doigts à leurs sabots;c’est un nombre pair, ils sont donc classés dans l’ordre Artiodactyla. Le capybara a des doigts griffus et de longues dents tranchantes;cela signifie qu’il appartient à l’ordre Rodentia. Seul l’ordre des primates comprend des organismes qui ont des pouces opposables, donc cela doit être l’ordre auquel le gibbon appartient. L’ordre Perissodactyla contient les animaux herbivores qui ont un nombre impair de doigts. Le zèbre, avec un seul doigt, et le rhinocéros, avec trois doigts, entreraient dans cette catégorie.

Par conséquent, les deux organismes qui appartiennent au même ordre sont le D (le zèbre) et le E (le rhinocéros).

Passons en revue certains des points clés que nous avons appris sur les vertébrés dans le règne animal.

Points clés

  • Le règne animal peut être divisé en deux groupes:les vertébrés et les invertébrés.
  • Les vertébrés sont les organismes qui ont une colonne vertébrale.
  • Parmi les classes de vertébrés, on retrouve Agnatha, Chondrichthyes, Osteichthyes, Amphibia, Reptilia, Aves et Mammalia.
  • La classe Mammalia peut être divisée en sous-classes:Prototheria, Metatheria et Eutheria.
  • La sous-classe Eutheria peut être divisée en ordres:Edentata, Insectivora, Carnivora, Perissodactyla, Artiodactyla, Cetacea, Rodentia, Lagomorpha, Chiroptera, Proboscidea et Primates.

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