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3.2 : Stade léger - Biologie

3.2 : Stade léger - Biologie


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Les participants au stade de la lumière comprennent les photosystèmes (« chlorophylle »), la lumière, l'eau, l'ATPase, les protons et un porteur d'hydrogène (NADP(^+)).

L'idée de base de la scène lumineuse est que la cellule a besoin d'ATP pour assembler (plus tard) le dioxyde de carbone en sucre (Figure (PageIndex{2})). Pour fabriquer de l'ATP, la cellule a besoin de courant électrique : pompe à protons. Pour produire ce courant, la cellule a besoin de la différence de charge électrique (différence de potentiels) entre thylakoïde (vésicule ou poche membranaire) et matrice (stroma) compartiments du chloroplaste (Figure 2.3.1). Pour faire cette différence, la cellule doit séparer les ions : les charges positives vont de l'extérieur et restent à l'intérieur, les charges négatives vont de l'intérieur vers l'extérieur. Pour séparer, la cellule a besoin du booster d'énergie - les rayons du soleil captés par le chlorophylle molécules incrustées dans la membrane thylacoïdienne. La molécule de chlorophylle est apolaire (comme les lipides membranaires) et contient du magnésium (Mg). Il est facile d'exciter la molécule de chlorophylle avec de la lumière ; la chlorophylle excitée peut libérer l'électron si l'énergie de la lumière est suffisamment élevée.

Pour faire du carbohydrate à partir de dioxyde de carbone (CO(_2) n'a apparemment pas d'hydrogène), la cellule a besoin d'atomes d'hydrogène (H) du transporteur d'hydrogène, NADP+ qui à la fin du stade léger, devient NADPH.

L'événement principal du stade lumineux est que la chlorophylle réagit avec la lumière, produisant des électrons ((e^-)) et devenant une molécule oxygénée et chargée positivement. Ensuite, l'électron, le proton et le NADP(^+) réagissent pour donner du NADPH qui participera plus tard aux réactions enzymatiques. Le positif

la chlorophylle chargée est extrêmement active chimiquement, elle divise donc les molécules d'eau (« photolyse de l'eau ») en protons (qui s'accumulent à l'intérieur du thylakoïde), en oxygène (O(_2)) et en électrons. L'électron retourne à la chlorophylle. Lorsque le gradient croissant atteint le seuil, le pompe à protons commence à fonctionner lorsque les protons (H(^+)) ​​passent le long du gradient. L'énergie du passage des protons permet la synthèse d'ATP à partir d'ADP et de P(_i) (phosphate inorganique). De l'autre côté de la membrane, ces protons fabriquent de l'eau avec des ions hydroxyde.

Dans le paragraphe précédent, la « chlorophylle » désigne en fait deux photosystèmes : le photosystème II (P680) et le photosystème I (P700). Le photosystème II (contient de la chlorophylle et des carotènes) est plus important. Il divise l'eau, crée le gradient de protons, puis l'ATP, et transmet les électrons au photosystème I. Le photosystème I ne contient que des chlorophylles et produit du NADPH.

Au final, l'étage lumineux part de la lumière, de l'eau, du NADP(^+), de l'ADP et se traduit par une accumulation d'énergie (ATP) et d'hydrogène (NADPH) avec un dégagement d'oxygène qui est une sorte de gaz d'échappement (Figure 2.3 .1).


3.2 : Stade léger - Biologie

Certaines plantes ont développé des mécanismes pour augmenter le CO2 concentration dans leurs feuilles par temps chaud et sec.

Objectifs d'apprentissage

Comparez la photosynthèse C4 et CAM

Points clés à retenir

Points clés

  • Le processus de photosynthèse chez les plantes du désert a développé des mécanismes pour conserver l'eau.
  • Les plantes qui utilisent la photosynthèse du métabolisme acide crassulacé (CAM) fixent le CO2 la nuit, quand leurs stomates sont ouverts.
  • Les plantes qui utilisent la fixation du carbone C4 concentrent le dioxyde de carbone dans l'espace, en utilisant des "cellules de gaine groupées" qui sont inondées de CO2.

Mots clés

  • métabolisme de l'acide crassulacéen: Voie de fixation du carbone qui a évolué chez certaines plantes comme une adaptation aux conditions arides, dans laquelle les stomates des feuilles restent fermés pendant la journée pour réduire l'évapotranspiration, mais ouverts la nuit pour collecter le dioxyde de carbone (CO2).
  • Fixation carbone C4: Une forme de photosynthèse dans laquelle les plantes concentrent le CO2 dans l'espace, avec un centre de réaction RuBisCO dans une "cellule à gaine de faisceau" qui est inondée de CO2

La photosynthèse chez les plantes du désert a développé des adaptations qui conservent l'eau. Dans une chaleur dure et sèche, chaque goutte d'eau doit être utilisée pour survivre. Parce que les stomates doivent s'ouvrir pour permettre l'absorption de CO2, l'eau s'échappe de la feuille lors de la photosynthèse active. Les plantes du désert ont développé des processus pour conserver l'eau et faire face à des conditions difficiles. Une utilisation plus efficace du CO2 permet aux plantes de s'adapter à vivre avec moins d'eau.

Certaines plantes telles que les cactus peuvent préparer des matériaux pour la photosynthèse pendant la nuit par un processus temporaire de fixation et de stockage du carbone, car l'ouverture des stomates à ce moment-là conserve l'eau en raison des températures plus fraîches. De plus, les cactus ont développé la capacité d'effectuer de faibles niveaux de photosynthèse sans ouvrir les stomates du tout, un mécanisme permettant de survivre à des périodes extrêmement sèches.

Cactus: Les conditions difficiles du désert ont conduit des plantes comme ces cactus à développer des variations des réactions indépendantes de la lumière de la photosynthèse. Ces variations augmentent l'efficacité de l'utilisation de l'eau, aidant à conserver l'eau et l'énergie.

CAM Photosynthèse

Les xérophytes, comme les cactus et la plupart des plantes succulentes, utilisent également
phosphoénolpyruvate (PEP) carboxylase pour capturer le dioxyde de carbone dans un processus appelé métabolisme de l'acide crassulacéen (CAM). Contrairement à C4 métabolisme, qui physiquement sépare le CO2 fixation au PEP du cycle de Calvin, CAM temporellement sépare ces deux processus.

Les plantes CAM ont une anatomie de feuille différente de C3 plantes, et fixer le CO2 la nuit, lorsque leurs stomates sont ouverts. Les usines de FAO stockent le CO2 principalement sous forme d'acide malique par carboxylation du phosphoénolpyruvate en oxaloacétate, qui est ensuite réduit en malate. La décarboxylation du malate pendant la journée libère du CO2 à l'intérieur des feuilles, permettant ainsi la fixation du carbone au 3-phosphoglycérate par RuBisCO. Seize mille espèces de plantes utilisent la CAM.

Coupe transversale d'agave, une plante CAM: Coupe transversale d'une plante CAM (métabolisme acide crassulacé), plus précisément d'une feuille d'agave. Faisceaux vasculaires illustrés. Dessin basé sur des images microscopiques avec l'aimable autorisation du Département des sciences végétales de l'Université de Cambridge.

C4 Fixation du carbone

La voie C4 ressemble à la CAM à la fois pour concentrer le CO2 autour de RuBisCO, augmentant ainsi son efficacité. CAM le concentre temporellement, fournissant du CO2 pendant la journée et non la nuit, lorsque la respiration est la réaction dominante.

C4 les plantes, en revanche, concentrent le CO2 spatialement, avec un centre de réaction RuBisCO dans une « cellule à gaine de faisceau » inondée de CO2. En raison de l'inactivité requise par le mécanisme CAM, C4 la fixation du carbone a une plus grande efficacité en termes de synthèse de PGA.

Coupe transversale du maïs, un C4 plante

Coupe transversale d'une plante C4, en particulier d'une feuille de maïs. Dessin basé sur des images microscopiques avec l'aimable autorisation du Département des sciences végétales de l'Université de Cambridge.

C4 les plantes peuvent produire plus de sucre que C3 plantes dans des conditions de lumière et de température élevées. De nombreuses plantes cultivées importantes sont C4 plantes, y compris le maïs, le sorgho, la canne à sucre et le mil. Les plantes qui n'utilisent pas la PEP-carboxylase dans la fixation du carbone sont appelées plantes C3 car la réaction de carboxylation primaire, catalysée par RuBisCO, produit les acides 3-phosphoglycériques à trois carbones directement dans le cycle de Calvin-Benson. Plus de 90 % des plantes utilisent C3 fixation du carbone, contre 3% qui utilisent C4 fixation du carbone cependant, l'évolution de C4 dans plus de 60 lignées végétales en fait un exemple frappant d'évolution convergente.


Contenu

Les Dictionnaire anglais d'oxford dérive le mot directement du vieil anglais butorflēoge, les noms similaires des papillons en vieux néerlandais et en vieux haut allemand montrent que le nom est ancien, mais le néerlandais et l'allemand modernes utilisent des mots différents (vlinder et Schmetterling) et le nom commun varie souvent considérablement entre des langues par ailleurs étroitement apparentées. Une source possible du nom est le mâle jaune vif du soufre (Gonepteryx rhamni) une autre est que les papillons volaient dans les prairies pendant la saison du beurre au printemps et en été pendant que l'herbe poussait. [2] [3]

Les premiers fossiles de lépidoptères sont d'un petit papillon de nuit, crinière d'archéolepis, d'âge jurassique, il y a environ 190 millions d'années (mya). [4] [5] Les papillons ont évolué à partir des mites, donc tandis que les papillons sont monophylétiques (formant un seul clade), les mites ne le sont pas. Les plus anciens papillons proviennent de la formation MoClay ou Fur du Paléocène du Danemark, vieille d'environ 55 millions d'années. Le plus vieux papillon américain est l'Éocène supérieur Prodryas perséphone des Fossil Beds de Florissant, [6] [7] vieux d'environ 34 millions d'années. [8]

Traditionnellement, les papillons ont été divisés en la superfamille des Papilionoidea, à l'exclusion des groupes plus petits des Hesperiidae (skippers) et des Hedylidae d'Amérique, plus semblables aux papillons de nuit. L'analyse phylogénétique suggère que le Papilionoidea traditionnel est paraphylétique par rapport aux deux autres groupes, ils devraient donc tous deux être inclus dans Papilionoidea, pour former un seul groupe de papillons, synonyme du clade Rhopalocères. [9] [10]

Familles de papillons
Famille Nom commun Caractéristiques Image
Hédylidae papillons de nuit américains Petites antennes brunes, semblables à celles des papillons de nuit, non matraquées abdomen long et mince
Hespériidés Skippers Petits clubs de vol rapides sur des antennes accrochées vers l'arrière
Lycaenidae Bleus, cuivres, mèches de cheveux Les petites têtes aux couleurs vives ont souvent de fausses têtes avec des ocelles et de petites queues ressemblant à des antennes
Nymphalidés Papillons à pattes en brosse ou à quatre pattes Ont généralement des pattes antérieures réduites, donc apparaissent à quatre pattes souvent de couleur vive
Papilionidae machaons Ont souvent des « queues » sur les ailes, la chenille génère un mauvais goût avec une nymphe d'organe osmeterium soutenue par une ceinture de soie
Pieridae Blancs et alliés Principalement blanc, jaune ou orange quelques ravageurs sérieux de Brassica nymphe soutenue par une ceinture de soie
Riodinidae Marques métalliques Ont souvent des taches métalliques sur les ailes, souvent très colorées en noir, orange et bleu

Description générale

Les papillons adultes se caractérisent par leurs quatre ailes couvertes d'écailles, qui donnent leur nom aux lépidoptères (grec ancien λεπίς lepís, écaille + πτερόν pterón, aile). Ces écailles donnent leur couleur aux ailes de papillon : elles sont pigmentées avec des mélanines qui leur donnent des noirs et des bruns, ainsi que des dérivés d'acide urique et des flavones qui leur donnent des jaunes, mais de nombreux bleus, verts, rouges et couleurs irisées sont créés par coloration structurelle. produite par les microstructures des écailles et des poils. [11] [12] [13] [14]

Comme chez tous les insectes, le corps est divisé en trois parties : la tête, le thorax et l'abdomen. Le thorax est composé de trois segments, chacun avec une paire de pattes. Dans la plupart des familles de papillons, les antennes sont matraquées, contrairement à celles des papillons qui peuvent être filiformes ou plumeuses. La longue trompe peut être enroulée lorsqu'elle n'est pas utilisée pour siroter le nectar des fleurs. [15]

Presque tous les papillons sont diurnes, ont des couleurs relativement vives et tiennent leurs ailes verticalement au-dessus de leur corps lorsqu'ils sont au repos, contrairement à la majorité des papillons nocturnes qui volent la nuit, sont souvent de couleur cryptique (bien camouflés) et tiennent leurs ailes à plat la surface sur laquelle se tient le papillon) ou les replier étroitement sur leur corps. Certains papillons nocturnes, tels que le sphinx colibri, [16] sont des exceptions à ces règles. [15] [17]

Dimorphisme sexuel chez Cardamines d'Anthocharis

Homme

Femelle

Les larves de papillons, les chenilles, ont une tête dure (sclérifiée) avec de fortes mandibules utilisées pour couper leur nourriture, le plus souvent des feuilles. Ils ont un corps cylindrique, avec dix segments jusqu'à l'abdomen, généralement avec de courtes fausses pattes sur les segments 3 à 6 et 10 les trois paires de vraies pattes sur le thorax ont cinq segments chacune. [15] Beaucoup sont bien camouflés, d'autres sont aposématiques avec des couleurs vives et des projections hérissées contenant des produits chimiques toxiques obtenus à partir de leurs plantes alimentaires. La nymphe ou chrysalide, contrairement à celle des mites, n'est pas enveloppée dans un cocon. [15]

De nombreux papillons sont sexuellement dimorphes. La plupart des papillons ont le système de détermination du sexe ZW où les femelles sont le sexe hétérogamétique (ZW) et les mâles homogamétiques (ZZ). [18]

Répartition et migration

Les papillons sont répartis dans le monde entier à l'exception de l'Antarctique, totalisant quelque 18 500 espèces. [19] Parmi ceux-ci, 775 sont néarctiques 7 700 néotropicaux 1 575 paléarctiques 3 650 afrotropicaux et 4 800 sont répartis dans les régions orientales et australiennes/océaniques combinées. [19] Le papillon monarque est originaire des Amériques, mais au XIXe siècle ou avant, s'est répandu dans le monde entier et se trouve maintenant en Australie, en Nouvelle-Zélande, dans d'autres parties de l'Océanie et dans la péninsule ibérique. On ne sait pas comment les adultes dispersés ont pu être emportés par le vent ou les larves ou les pupes ont pu être transportées accidentellement par les humains, mais la présence de plantes hôtes appropriées dans leur nouvel environnement était une nécessité pour leur établissement réussi. [20]

De nombreux papillons, tels que la dame peinte, le monarque et plusieurs danaines migrent sur de longues distances. Ces migrations se déroulent sur plusieurs générations et aucun individu ne complète tout le voyage. La population de monarques de l'est de l'Amérique du Nord peut parcourir des milliers de kilomètres au sud-ouest jusqu'à des sites d'hivernage au Mexique. Il y a une migration inverse au printemps. [21] [22] Il a récemment été démontré que la dame peinte britannique entreprend un voyage aller-retour de 9 000 milles en une série d'étapes jusqu'à six générations successives, de l'Afrique tropicale au cercle polaire arctique - presque le double de la longueur du célèbre migrations entreprises par le monarque. [23] Des migrations spectaculaires à grande échelle associées à la mousson sont observées dans l'Inde péninsulaire. [24] Les migrations ont été étudiées plus récemment en utilisant des étiquettes d'aile et en utilisant également des isotopes d'hydrogène stables. [25] [26]

Les papillons naviguent à l'aide d'une boussole solaire à compensation de temps. Ils peuvent voir la lumière polarisée et donc s'orienter même dans des conditions nuageuses. La lumière polarisée proche du spectre ultraviolet semble être particulièrement importante. [27] [28] Beaucoup de papillons migrateurs vivent dans des régions semi-arides où les saisons de reproduction sont courtes. [29] Les histoires de vie de leurs plantes hôtes influencent également le comportement des papillons. [30]

Cycle de la vie

Les papillons au stade adulte peuvent vivre d'une semaine à près d'un an selon les espèces. De nombreuses espèces ont de longs stades de vie larvaire tandis que d'autres peuvent rester en dormance au stade de nymphe ou d'œuf et ainsi survivre aux hivers. [31] L'Arctique Melissa (Oeneis mélisse) hiverne deux fois sous forme de chenille. [32] Les papillons peuvent avoir une ou plusieurs couvées par an. Le nombre de générations par an varie des régions tempérées aux régions tropicales avec des régions tropicales montrant une tendance au multivoltinisme. [33]

La parade nuptiale est souvent aérienne et implique souvent des phéromones. Les papillons se posent ensuite sur le sol ou sur un perchoir pour s'accoupler. [15] La copulation a lieu queue à queue et peut durer de quelques minutes à quelques heures. Les cellules photoréceptrices simples situées au niveau des organes génitaux sont importantes pour ce comportement et d'autres comportements adultes. [34] Le mâle passe un spermatophore à la femelle pour réduire la compétition des spermatozoïdes, il peut la couvrir de son parfum, ou chez certaines espèces comme les Apollos (Parnasse) bouche son orifice génital pour l'empêcher de s'accoupler à nouveau. [35]

La grande majorité des papillons ont un cycle de vie en quatre étapes, un œuf, une larve (chenille), une nymphe (chrysalide) et une imago (adulte). Dans les genres Colias, Erebia, Euchloé, et Parnasse, un petit nombre d'espèces sont connues qui se reproduisent semi-parthénogénétiquement lorsque la femelle meurt, une larve partiellement développée émerge de son abdomen. [36]

Les œufs de papillon sont protégés par une couche externe de coquille dure, appelée chorion. Celui-ci est recouvert d'une fine couche de cire qui empêche l'œuf de se dessécher avant que la larve n'ait eu le temps de se développer pleinement. Chaque œuf contient un certain nombre de minuscules ouvertures en forme d'entonnoir à une extrémité, appelées micropyles le but de ces trous est de permettre aux spermatozoïdes d'entrer et de féconder l'ovule. Les œufs de papillon varient considérablement en taille et en forme d'une espèce à l'autre, mais sont généralement dressés et finement sculptés. Certaines espèces pondent des œufs seuls, d'autres en lots. De nombreuses femelles produisent entre cent et deux cents œufs. [36]

Les œufs de papillon sont fixés à une feuille avec une colle spéciale qui durcit rapidement. En durcissant, il se contracte, déformant la forme de l'œuf. Cette colle est facilement visible autour de la base de chaque œuf formant un ménisque. La nature de la colle a été peu étudiée mais dans le cas de Pieris brassicae, il commence comme une sécrétion granuleuse jaune pâle contenant des protéines acidophiles. Celui-ci est visqueux et s'assombrit lorsqu'il est exposé à l'air, devenant un matériau caoutchouteux insoluble dans l'eau qui se solidifie rapidement. [37] Papillons du genre Agathyme ne fixez pas leurs œufs sur une feuille, mais les œufs nouvellement pondus tombent à la base de la plante. [38]

Les œufs sont presque invariablement pondus sur les plantes. Chaque espèce de papillon a sa propre gamme de plantes hôtes et tandis que certaines espèces de papillons sont limitées à une seule espèce de plante, d'autres utilisent une gamme d'espèces végétales, comprenant souvent des membres d'une famille commune. [39] Chez certaines espèces, comme la grande fritillaire étoilée, les œufs sont déposés à proximité mais pas sur la plante alimentaire. Cela se produit très probablement lorsque l'œuf hiverne avant d'éclore et que la plante hôte perd ses feuilles en hiver, comme le font les violettes dans cet exemple. [40]

Le stade de l'œuf dure quelques semaines chez la plupart des papillons, mais les œufs pondus près de l'hiver, en particulier dans les régions tempérées, passent par un stade de diapause (repos) et l'éclosion peut n'avoir lieu qu'au printemps. [41] Certains papillons des régions tempérées, comme la beauté de Camberwell, pondent leurs œufs au printemps et les font éclore en été. [42]

Larve de chenille

Les larves de papillons, ou chenilles, consomment les feuilles des plantes et passent pratiquement tout leur temps à chercher et à manger de la nourriture. Bien que la plupart des chenilles soient herbivores, quelques espèces sont des prédateurs : Spalgis épius mange des cochenilles, [43] tandis que les lycaenides tels que Liphyra brassolis sont myrmécophiles, mangeant des larves de fourmis. [44]

Certaines larves, en particulier celles des Lycaenidae, forment des associations mutuelles avec les fourmis. Ils communiquent avec les fourmis en utilisant des vibrations transmises à travers le substrat ainsi qu'en utilisant des signaux chimiques.[45] [46] Les fourmis fournissent un certain degré de protection à ces larves et elles recueillent à leur tour des sécrétions de miellat. Grand bleu (Phengaris arion) truc des chenilles Myrmica les fourmis à les ramener à la colonie de fourmis où elles se nourrissent des œufs et des larves de fourmis dans une relation parasitaire. [47]

Les chenilles arrivent à maturité à travers une série de stades de développement connus sous le nom de stades larvaires. Vers la fin de chaque étape, la larve subit un processus appelé apolyse, médié par la libération d'une série de neurohormones. Au cours de cette phase, la cuticule, une couche externe dure constituée d'un mélange de chitine et de protéines spécialisées, est libérée de l'épiderme plus doux en dessous, et l'épiderme commence à former une nouvelle cuticule. À la fin de chaque stade, la larve mue, l'ancienne cuticule se fend et la nouvelle cuticule se dilate, durcissant rapidement et développant un pigment. [48] ​​Le développement des modèles d'ailes de papillon commence par le dernier stade larvaire.

Les chenilles ont des antennes courtes et plusieurs yeux simples. Les pièces buccales sont adaptées à la mastication avec des mandibules puissantes et une paire de maxillaires, chacun avec un palpe segmenté. Attenant à ceux-ci se trouve le labium-hypopharynx qui abrite une filière tubulaire capable d'extruder la soie. [11] Les chenilles comme celles du genre Calpodes (famille des Hesperiidae) ont un système trachéal spécialisé sur le 8ème segment qui fonctionne comme un poumon primitif. [49] Les chenilles de papillon ont trois paires de vraies pattes sur les segments thoraciques et jusqu'à six paires de fausses pattes provenant des segments abdominaux. Ces fausses pattes ont des anneaux de minuscules crochets appelés crochets qui sont engagés de manière hydrostatique et aident la chenille à saisir le substrat. [50] L'épiderme porte des touffes de soies, dont la position et le nombre aident à identifier l'espèce. Il y a aussi des décorations sous forme de poils, de protubérances ressemblant à des verrues, de protubérances ressemblant à des cornes et d'épines. À l'intérieur, la majeure partie de la cavité corporelle est absorbée par l'intestin, mais il peut également y avoir de grandes glandes à soie et des glandes spéciales qui sécrètent des substances désagréables ou toxiques. Les ailes en développement sont présentes à des stades plus avancés et les gonades commencent à se développer au stade d'œuf. [11]

Lorsque la larve est complètement développée, des hormones telles que l'hormone prothoracicotrope (PTTH) sont produites. À ce stade, la larve arrête de se nourrir et commence à « errer » à la recherche d'un site de nymphose approprié, souvent le dessous d'une feuille ou un autre endroit caché. Là, il file un bouton de soie qu'il utilise pour attacher son corps à la surface et mue une dernière fois. Alors que certaines chenilles tissent un cocon pour protéger la nymphe, la plupart des espèces ne le font pas. La nymphe nue, souvent connue sous le nom de chrysalide, pend généralement la tête en bas du crémaster, un coussinet épineux à l'extrémité postérieure, mais chez certaines espèces, une ceinture de soie peut être tournée pour maintenir la nymphe dans une position tête haute. [36] La plupart des tissus et des cellules de la larve sont décomposés à l'intérieur de la nymphe, à mesure que le matériau constitutif est reconstruit dans l'imago. La structure de l'insecte en transformation est visible de l'extérieur, avec les ailes repliées à plat sur la face ventrale et les deux moitiés de la trompe, avec les antennes et les pattes entre elles. [11]

La transformation nymphale en papillon par métamorphose a suscité un grand attrait pour l'humanité. Pour se transformer des ailes miniatures visibles à l'extérieur de la nymphe en grandes structures utilisables pour le vol, les ailes nymphales subissent une mitose rapide et absorbent une grande quantité de nutriments. Si une aile est enlevée chirurgicalement dès le début, les trois autres atteindront une taille plus grande. Dans la nymphe, l'aile forme une structure qui se comprime de haut en bas et se plisse des extrémités proximales aux extrémités distales à mesure qu'elle grandit, de sorte qu'elle peut rapidement être déployée jusqu'à sa taille adulte. Plusieurs limites observées dans le modèle de couleur adulte sont marquées par des changements dans l'expression de facteurs de transcription particuliers dans la pupe précoce. [51]

Adulte

Le stade reproducteur de l'insecte est l'adulte ailé ou imago. La surface des papillons et des mites est recouverte d'écailles, chacune étant une excroissance d'une seule cellule épidermique. La tête est petite et dominée par les deux grands yeux composés. Ceux-ci sont capables de distinguer les formes ou les mouvements des fleurs, mais ne peuvent pas voir clairement les objets distants. La perception des couleurs est bonne, en particulier chez certaines espèces de la gamme bleu/violet. Les antennes sont composées de nombreux segments et ont des pointes matraquées (contrairement aux papillons nocturnes qui ont des antennes effilées ou plumeuses). Les récepteurs sensoriels sont concentrés dans les pointes et peuvent détecter les odeurs. Les récepteurs du goût sont situés sur les palpes et sur les pieds. Les pièces buccales sont adaptées à la succion et les mandibules sont généralement de taille réduite ou absentes. Les premiers maxillaires sont allongés en une trompe tubulaire qui est enroulée au repos et élargie au besoin pour se nourrir. Les premier et deuxième maxillaires portent des palpes qui fonctionnent comme des organes sensoriels. Certaines espèces ont un proboscis ou des palpes maxillaires réduits et ne se nourrissent pas à l'âge adulte. [11]

De nombreux Héliconius les papillons utilisent également leur trompe pour se nourrir de pollen [52]. adultes. [53]

Le thorax du papillon est consacré à la locomotion. Chacun des trois segments thoraciques a deux pattes (chez les nymphalides, la première paire est réduite et les insectes marchent sur quatre pattes). Les deuxième et troisième segments du thorax portent les ailes. Les bords d'attaque des ailes antérieures ont des veines épaisses pour les renforcer, et les ailes postérieures sont plus petites et plus arrondies et ont moins de veines raidissantes. Les ailes antérieures et postérieures ne sont pas accrochées ensemble (comme elles le sont chez les papillons) mais sont coordonnées par le frottement de leurs parties qui se chevauchent. Les deux segments avant ont une paire de stigmates qui sont utilisés dans la respiration. [11]

L'abdomen se compose de dix segments et contient l'intestin et les organes génitaux. Les huit segments avant ont des stigmates et le segment terminal est modifié pour la reproduction. Le mâle a une paire d'organes de serrage attachés à une structure en anneau, et pendant la copulation, une structure tubulaire est extrudée et insérée dans le vagin de la femelle. Un spermatophore est déposé dans la femelle, après quoi les spermatozoïdes se dirigent vers un réceptacle séminal où ils sont stockés pour une utilisation ultérieure. Chez les deux sexes, les organes génitaux sont ornés de diverses épines, dents, écailles et soies, qui empêchent le papillon de s'accoupler avec un insecte d'une autre espèce. [11] Après avoir émergé de son stade nymphal, un papillon ne peut pas voler tant que les ailes ne sont pas déployées. Un papillon nouvellement émergé doit passer un certain temps à gonfler ses ailes avec de l'hémolymphe et à les laisser sécher, période pendant laquelle il est extrêmement vulnérable aux prédateurs. [54]

Comportement

Les papillons se nourrissent principalement du nectar des fleurs. Certains se nourrissent également du pollen, [55] de la sève des arbres, des fruits pourris, du fumier, de la chair en décomposition et des minéraux dissous dans le sable humide ou la saleté. Les papillons sont importants en tant que pollinisateurs pour certaines espèces de plantes. En général, elles ne transportent pas autant de pollen que les abeilles, mais elles sont capables de déplacer le pollen sur de plus grandes distances. [56] La constance des fleurs a été observée pour au moins une espèce de papillon. [57]

Les papillons adultes ne consomment que des liquides ingérés par la trompe. Ils sirotent l'eau des zones humides pour s'hydrater et se nourrissent du nectar des fleurs, à partir duquel ils obtiennent des sucres pour l'énergie, du sodium et d'autres minéraux essentiels à la reproduction. Plusieurs espèces de papillons ont besoin de plus de sodium que celui fourni par le nectar et sont attirés par le sodium dans le sel, ils se posent parfois sur les humains, attirés par le sel de la sueur humaine. Certains papillons visitent également les excréments et récupèrent des fruits ou des carcasses en décomposition pour obtenir des minéraux et des nutriments. Chez de nombreuses espèces, ce comportement de flaque de boue est limité aux mâles, et des études ont suggéré que les nutriments collectés peuvent être fournis en cadeau nuptial, avec le spermatophore, pendant l'accouplement. [58]

Dans le sommet des collines, les mâles de certaines espèces recherchent les sommets des collines et des crêtes, qu'ils patrouillent à la recherche de femelles. Comme il se produit généralement chez les espèces à faible densité de population, on suppose que ces points du paysage sont utilisés comme lieux de rencontre pour trouver des partenaires. [59]

Les papillons utilisent leurs antennes pour détecter le vent et les odeurs dans l'air. Les antennes se présentent sous différentes formes et couleurs, les hespéridés ont un angle pointu ou un crochet par rapport aux antennes, tandis que la plupart des autres familles présentent des antennes noueuses. Les antennes sont richement recouvertes d'organes sensoriels appelés sensilles. Le sens du goût d'un papillon est coordonné par des chimiorécepteurs sur les tarses, ou les pieds, qui ne fonctionnent qu'au contact, et sont utilisés pour déterminer si la progéniture d'un insecte pondeur sera capable de se nourrir d'une feuille avant que les œufs ne soient pondus dessus. [60] De nombreux papillons utilisent des signaux chimiques, certains phéromones ont des écailles olfactives spécialisées (androconia) ou d'autres structures (coremata ou "crayons à cheveux" chez les Danaidés). [61] La vision est bien développée chez les papillons et la plupart des espèces sont sensibles au spectre ultraviolet. De nombreuses espèces présentent un dimorphisme sexuel dans les motifs des taches réfléchissant les UV. [62] La vision des couleurs peut être répandue mais n'a été démontrée que chez quelques espèces. [63] [64] Certains papillons ont des organes auditifs et certaines espèces émettent des sons stridulatory et cliquetis. [65]

De nombreuses espèces de papillons maintiennent des territoires et chassent activement d'autres espèces ou individus qui pourraient s'y égarer. Certaines espèces se prélassent ou se perchent sur des perchoirs choisis. Les styles de vol des papillons sont souvent caractéristiques et certaines espèces ont des parades nuptiales. Les papillons ne peuvent voler que lorsque leur température est supérieure à 27 °C (81 °F) lorsqu'il fait frais, ils peuvent se positionner pour exposer le dessous des ailes à la lumière du soleil pour se réchauffer. Si leur température corporelle atteint 40 °C (104 °F), ils peuvent s'orienter avec les ailes repliées sur le bord du soleil. [66] Se prélasser au soleil est une activité qui est plus courante aux heures les plus fraîches du matin. Certaines espèces ont développé des bases d'ailes sombres pour aider à recueillir plus de chaleur et cela est particulièrement évident dans les formes alpines. [67]

Comme chez de nombreux autres insectes, la portance générée par les papillons est plus que ne peut être expliquée par l'aérodynamique stable et non transitoire. Des études utilisant Vanessa atalante dans une soufflerie montrent qu'ils utilisent une grande variété de mécanismes aérodynamiques pour générer de la force. Ceux-ci incluent la capture de sillage, les tourbillons au bord de l'aile, les mécanismes de rotation et le mécanisme de « clap-and-fling » de Weis-Fogh. Les papillons sont capables de passer d'un mode à un autre rapidement. [68]

Écologie

Parasitoïdes, prédateurs et agents pathogènes

Les papillons sont menacés à leurs premiers stades par les parasitoïdes et à tous les stades par les prédateurs, les maladies et les facteurs environnementaux. Les braconides et autres guêpes parasites pondent leurs œufs dans des œufs ou des larves de lépidoptères et les larves parasitoïdes des guêpes dévorent leurs hôtes, se nymphosant généralement à l'intérieur ou à l'extérieur de l'enveloppe desséchée. La plupart des guêpes sont très spécifiques à leur espèce hôte et certaines ont été utilisées comme contrôle biologique des papillons nuisibles comme le grand papillon blanc. [69] Lorsque le petit chou blanc a été accidentellement introduit en Nouvelle-Zélande, il n'avait pas d'ennemis naturels. Afin de le contrôler, des pupes qui avaient été parasitées par une guêpe chalcidique ont été importées, et le contrôle naturel a ainsi été retrouvé. [70] Certaines mouches pondent leurs œufs à l'extérieur des chenilles et les larves de mouches nouvellement écloses se frayent un chemin à travers la peau et se nourrissent de la même manière que les larves de guêpes parasitoïdes. [71] Les prédateurs des papillons comprennent les fourmis, les araignées, les guêpes et les oiseaux. [72]

Les chenilles sont également affectées par une gamme de maladies bactériennes, virales et fongiques, et seul un petit pourcentage des œufs de papillon pondus atteignent l'âge adulte. [71] La bactérie Bacillus thuringiensis a été utilisé en pulvérisations pour réduire les dommages causés aux cultures par les chenilles du grand papillon blanc et le champignon entomopathogène Beauveria bassiana s'est avéré efficace dans le même but. [73]

Les espèces menacées

L'aile d'oiseau de la reine Alexandra est le plus grand papillon du monde. L'espèce est en voie de disparition et est l'un des trois seuls insectes (les deux autres étant également des papillons) à être inscrit à l'Annexe I de la CITES, ce qui rend le commerce international illégal. [74]

Papillon noir dard d'herbe (Ocybadistes chevalierorum) est un papillon de la famille des Hesperiidae. Il est endémique de la Nouvelle-Galles du Sud. Il a une distribution très limitée dans la région de Boambee.

Défenses

Les papillons se protègent des prédateurs par divers moyens.

Les défenses chimiques sont très répandues et reposent pour la plupart sur des produits chimiques d'origine végétale. Dans de nombreux cas, les plantes elles-mêmes ont développé ces substances toxiques comme protection contre les herbivores. Les papillons ont développé des mécanismes pour séquestrer ces toxines végétales et les utiliser à la place dans leur propre défense. [76] Ces mécanismes de défense ne sont efficaces que s'ils sont bien annoncés, ce qui a conduit à l'évolution de couleurs vives chez les papillons désagréables (aposématisme). Ce signal est couramment imité par d'autres papillons, généralement uniquement des femelles. Un imitateur batesien imite une autre espèce pour profiter de la protection de l'aposématisme de cette espèce. [77] Le mormon commun de l'Inde a des formes femelles qui imitent les machaons au corps rouge désagréables, la rose commune et la rose cramoisie. [78] Le mimétisme müllerien se produit lorsque les espèces aposématiques évoluent pour se ressembler, vraisemblablement pour réduire les taux d'échantillonnage des prédateurs Héliconius les papillons des Amériques en sont un bon exemple. [77]

Le camouflage se trouve dans de nombreux papillons. Certains comme le papillon feuille de chêne et la feuille d'automne sont de remarquables imitations de feuilles. [79] En tant que chenilles, beaucoup se défendent en gelant et en apparaissant comme des bâtons ou des branches. [80] D'autres ont des comportements déimatiques, tels que se cabrer et agiter leurs extrémités avant qui sont marquées d'ocelles comme s'il s'agissait de serpents. [81] Certaines chenilles papilionides comme le machaon géant (Papilio cresphonte) ressemblent à des fientes d'oiseaux de manière à être ignorées par les prédateurs. [82] Certaines chenilles ont des poils et des structures hérissées qui offrent une protection tandis que d'autres sont grégaires et forment des agrégats denses. [77] Certaines espèces sont myrmécophiles, formant des associations mutualistes avec les fourmis et gagnant leur protection. [83] Les défenses comportementales incluent se percher et incliner les ailes pour réduire l'ombre et éviter d'être visible. Certains papillons nymphalides femelles protègent leurs œufs des guêpes parasitoïdes. [84]

Les Lycaenidae ont une fausse tête composée d'ocelles et de petites queues (fausses antennes) pour détourner l'attaque de la région de la tête la plus vitale. Ceux-ci peuvent également amener les prédateurs en embuscade tels que les araignées à s'approcher du mauvais côté, permettant aux papillons de détecter rapidement les attaques. [85] [86] Beaucoup de papillons ont des ocelles sur les ailes qui peuvent aussi dévier les attaques, ou peuvent servir à attirer des partenaires. [51] [87]

Des défenses auditives peuvent également être utilisées, ce qui, dans le cas du skipper grisonnant, fait référence aux vibrations générées par le papillon lors de l'expansion de ses ailes pour tenter de communiquer avec les prédateurs des fourmis. [88]

De nombreux papillons tropicaux ont des formes saisonnières pour les saisons sèches et humides. [89] [90] Ceux-ci sont commutés par l'hormone ecdysone. [91] Les formes de saison sèche sont généralement plus cryptiques, offrant peut-être un meilleur camouflage lorsque la végétation est rare. Les couleurs sombres dans les formes de saison humide peuvent aider à absorber le rayonnement solaire. [92] [93] [87]

Les papillons sans défenses comme les toxines ou le mimétisme se protègent grâce à un vol plus cahoteux et imprévisible que chez les autres espèces. On suppose que ce comportement rend plus difficile pour les prédateurs de les attraper, et est causé par la turbulence créée par les petits tourbillons formés par les ailes pendant le vol. [94]

Des populations de papillons en déclin ont été observées dans de nombreuses régions du monde, et ce phénomène est cohérent avec la diminution rapide des populations d'insectes dans le monde. Au moins dans l'ouest des États-Unis, cet effondrement du nombre de la plupart des espèces de papillons a été déterminé comme étant provoqué par le changement climatique mondial, en particulier par des automnes plus chauds. [95] [96]

Dans l'art et la littérature

Les papillons sont apparus dans l'art il y a 3500 ans dans l'Egypte ancienne. [97] Dans l'ancienne ville mésoaméricaine de Teotihuacan, l'image brillamment colorée du papillon a été sculptée dans de nombreux temples, bâtiments, bijoux et blasonnée sur des brûleurs d'encens. Le papillon était parfois représenté avec la gueule d'un jaguar, et certaines espèces étaient considérées comme les réincarnations des âmes des guerriers morts. L'association étroite des papillons avec le feu et la guerre a persisté dans la civilisation aztèque. Des preuves d'images similaires de jaguar-papillon ont été trouvées parmi les civilisations zapotèque et maya. [98]

Les papillons sont largement utilisés dans les objets d'art et les bijoux : montés dans des cadres, incrustés dans de la résine, exposés dans des bouteilles, laminés dans du papier et utilisés dans certaines œuvres d'art et mobilier mixtes. [99] Le naturaliste norvégien Kjell Sandved a compilé une photographie Alphabet Papillon contenant les 26 lettres et les chiffres 0 à 9 des ailes de papillons. [100]

Sir John Tenniel a dessiné une illustration célèbre d'Alice rencontrant une chenille pour Lewis Carroll Alice au pays des merveilles, ch. 1865. La chenille est assise sur un champignon vénéneux et fume un narguilé. L'image peut être lue comme montrant soit les pattes antérieures de la larve, soit comme suggérant un visage avec un nez et un menton saillants. [2] Livre pour enfants d'Eric Carle La chenille affamée dépeint la larve comme un animal extraordinairement affamé, tout en apprenant aux enfants à compter (jusqu'à cinq) et les jours de la semaine. [2]

L'une des chansons les plus populaires et les plus souvent enregistrées par le barde suédois du XVIIIe siècle, Carl Michael Bellman, est "Fjäriln vingad syns på Haga" (Le papillon ailé est vu à Haga), l'une de ses Les chansons de Fredman. [101]

Madame Papillon est un opéra de 1904 de Giacomo Puccini sur une jeune mariée japonaise romantique qui est abandonnée par son mari officier américain peu de temps après leur mariage. Il était basé sur la nouvelle de John Luther Long écrite en 1898. [102]

Dans la mythologie et le folklore

Selon Lafcadio Hearn, un papillon était considéré au Japon comme la personnification de l'âme d'une personne, qu'elle soit vivante, mourante ou déjà morte. Une superstition japonaise dit que si un papillon entre dans votre chambre et se perche derrière le paravent en bambou, la personne que vous aimez le plus vient vous voir. Un grand nombre de papillons sont considérés comme de mauvais présages. Lorsque Taira no Masakado se préparait secrètement à sa célèbre révolte, un essaim de papillons est apparu à Kyoto si vaste que les gens étaient effrayés, pensant que l'apparition était un présage du mal à venir. [103]

celui de Diderot Encyclopédie cite les papillons comme symbole de l'âme. Une sculpture romaine représente un papillon sortant de la bouche d'un homme mort, représentant la croyance romaine que l'âme sort par la bouche. [104] Conformément à cela, le mot grec ancien pour "papillon" est ψυχή (pschē), qui signifie principalement « âme » ou « esprit ». [105] Selon Mircea Eliade, certains des Nagas de Manipur revendiquent l'ascendance d'un papillon. [106] Dans certaines cultures, les papillons symbolisent la renaissance. [107] Le papillon est un symbole d'être transgenre, en raison de la transformation de chenille en adulte ailé. [108] Dans le comté anglais du Devon, les gens se précipitaient autrefois pour tuer le premier papillon de l'année, pour éviter une année de malchance. [109] Aux Philippines, un papillon ou un papillon noir persistant dans la maison est considéré comme signifiant un décès dans la famille. [110] Plusieurs États américains ont choisi un papillon d'État officiel. [111]

Collecte, enregistrement et élevage

« Collecter » signifie conserver les spécimens morts, et non garder les papillons comme animaux de compagnie. [112] [113] La collecte de papillons était autrefois un passe-temps populaire, il a maintenant été largement remplacé par la photographie, l'enregistrement et l'élevage de papillons pour les relâcher dans la nature. [2] [ douteux - discuter ] [ citation complète nécessaire ] L'illustrateur zoologique Frederick William Frohawk a réussi à élever toutes les espèces de papillons trouvées en Grande-Bretagne, à raison de quatre par an, pour lui permettre de dessiner chaque étape de chaque espèce. Il a publié les résultats dans le manuel au format folio L'histoire naturelle des papillons britanniques en 1924. [2]

Les papillons et les mites peuvent être élevés pour les loisirs ou pour la libération. [114]

En technologie

L'étude de la coloration structurelle des écailles des ailes des papillons machaon a conduit au développement de diodes électroluminescentes plus efficaces, [115] et inspire la recherche en nanotechnologie pour produire des peintures qui n'utilisent pas de pigments toxiques et le développement de nouvelles technologies d'affichage. [116]

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Listes régionales

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Calibrer un microscope

Pour calibrer correctement votre réticule avec un micromètre de platine, alignez la ligne zéro (début) du micromètre de platine avec la ligne zéro (début) du réticule. Maintenant, scannez soigneusement jusqu'à ce que vous voyiez à nouveau les lignes s'aligner. Vous pouvez ensuite utiliser un rapport simple pour déterminer la valeur que chaque ligne représente dans votre réticule.

Dans l'exemple ci-dessus, le micromètre de l'oculaire (image du réticule) est en haut et l'image du micromètre de la platine est en bas. Le micromètre d'étage mesure 1 mm de long avec 100 divisions, de sorte que chaque division du micromètre d'étage mesure un centième de mm (0,01 mm ou 10 um). Astuce, vous déplacez le point décimal sur trois positions vers la droite pour changer mm en micromètres.

Le micromètre oculaire est divisé en 100 unités. Nous n'avons pas besoin de connaître la distance réelle entre les marques dessus.

Lorsque les repères zéro sont alignés, balayez et recherchez un point pratique où les lignes convergent à nouveau. Si vous regardez la marque 30 sur le réticule, vous verrez un alignement assez proche avec le micromètre de la platine. Combien de divisions ? Vous avez dit 20 ? Vous avez raison! Et, si chaque ligne mesure 10 um de large, à quoi correspondront 20 lignes ? Réponse : 200 um.

Maintenant, ce n'est qu'un simple ratio mathématique. 30 divisions du réticule (micromètre oculaire) équivalent à 200 micromètres. Alors qu'est-ce qu'une division sur le réticule égale? Voyons, 30 est à 200 comme on est à X. Rappelez-vous comment faire un rapport ? Deux fractions, 30 sur 200 sont égales à 1 sur X. Multiplication croisée, vous obtenez 30X = 200 um, résolvez X en divisant les deux côtés par 30 et X est égal à 6,7 um. Notez qu'ils s'alignent à nouveau à 60 mais que l'alignement est décalé de un à 90. Si nous utilisons 90 et 61 (610 um), nous obtenons 6,8 um. Plus l'intervalle est large, plus vos résultats doivent être précis.

N'oubliez pas que cette distance entre les lignes de réticule n'est bonne que pour cet objectif particulier et qu'elle peut ne pas être un bon nombre rond. Lorsque vous passez à un objectif différent, vous devez recalibrer.

Temps de quiz : Notre micromètre de scène a une ligne de 1 mm de long avec 100 divisions. Cela signifie que chaque division est d'un centième de mm (0,01 mm ou 10 um). En le regardant avec le réticule, on remarque que les traits convergent en 8 et de nouveau en 16. On choisira 16. Au repère 16 du réticule, on remarque 60 traits sur le micromètre de la platine. Que représente chaque marque sur le réticule ?

Si vous avez 37,5 um, donnez-vous un A !

Pour plus d'informations, vous pouvez consulter ce lien sur l'étalonnage du réticule oculaire.


Le microscope optique

  • Microscopes optiques, ou Microscopes optiques, comme on les appelle plus correctement, utilisent de la lumière et plusieurs lentilles pour grossir un échantillon. La lumière du Lentille condenseur, puis à travers le Spécimen où certaines longueurs d'onde sont filtrées pour produire une image. La lumière traverse ensuite le Objectif, qui la focalise et peut être modifiée afin de modifier le grossissement. Enfin, la lumière traverse le Oculaire Lentille, qui peut également être modifié pour modifier le grossissement, et dans l'œil.
  • Les grossissement maximal des microscopes optiques est généralement ×1500, et leur résolution maximale est 200 nm, en raison de la longueur d'onde de la lumière. Un avantage du microscope optique est qu'il peut être utilisé pour visualiser une variété d'échantillons, y compris des organismes vivants entiers ou des sections de plantes et d'animaux plus grands. C'est aussi relativement peu coûteux.

Il existe deux types de microscope optique. Microscopes composés contenir plusieurs lentilles et grossir un échantillon plusieurs centaines de fois. Microscopes à dissection en revanche ont un faible grossissement final mais sont utiles lorsqu'une grande distance de travail entre les objectifs et la platine est requise (par exemple. pendant la dissection). Ils ont deux oculaires produire un Vue stéréoscopique 3D.

De nombreux spécimens nécessitent préparation avant d'être examinés au microscope optique, car certains peuvent ne pas être colorés ou se déformer lorsqu'ils sont coupés. Les échantillons sont Coloré avec des taches colorées qui se lient à certains produits chimiques ou structures cellulaires. Par exemple, Acetic Orcein colore l'ADN en rouge foncé. Des échantillons peuvent également être Sectionné - noyé dans de la cire qui aide à préserver la structure lors de la coupe.


Logiciel pour microscopes optiques (Widefield) et systèmes confocaux

Suite d'imagerie numérique pour les applications de recherche

ZEN est l'interface utilisateur unique que vous verrez sur tous les systèmes d'imagerie par microscopie optique de ZEISS.

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Noyau ZEN

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Respiration cellulaire aérobie : 3 étapes importantes de la respiration aérobie | La biologie

Certaines des étapes importantes de la respiration aérobie sont les suivantes :

(a) Glycolyse (b) Cycle de Krebs (c) Chaîne de transport d'électrons.

La respiration aérobie est le processus par lequel l'énergie du glucose est libérée en présence d'oxygène. Elle n'a lieu que si l'oxygène est disponible.

Par exemple, si le glucose était oxydé, le résultat serait de l'énergie, du dioxyde de carbone et de l'eau. Jetez un oeil à la formule chimique donnée ci-dessous.

En termes simples, glucose + oxygène = dioxyde de carbone + eau + énergie (ATP)

En bref, la respiration aérobie aide à libérer un maximum d'énergie et élimine également le dioxyde de carbone et l'excès d'eau.

Il y a trois étapes de la respiration aérobie comme indiqué ci-dessous :

(a) Glycolyse :

La glycolyse a lieu dans le cytosol de la cellule où le glucose est partiellement oxydé et se décompose en 3 molécules de carbone privées. Ce processus de glycolyse produit de l'énergie : 2 molécules d'ATP et 2 molécules de NADH (nicotinamide adénine dinucléotide). Chaque molécule de NADH porte 2 électrons énergétiques. Les cellules utilisent plus tard ces électrons.

(b) Cycle de Krebs :

C'est la prochaine étape de la respiration cellulaire aérobie. Dans le cycle de Krebs, les molécules privées sont traitées pour libérer l'énergie stockée entre leurs liaisons moléculaires. L'énergie est libérée sous forme d'ATP. Ce cycle est également appelé cycle de l'acide citrique.

(c) Chaîne de transport d'électrons :

C'est la dernière étape de la respiration cellulaire aérobie. L'énergie entière n'a pas été libérée du glucose pendant la glycolyse et le cycle de Krebs. Dans cette étape de la respiration aérobie, l'énergie restante du glucose sera libérée par la chaîne de transport d'électrons. Le réseau d'électrons transportant des protéines vers la membrane interne de la cellule est connu sous le nom de chaîne de transport d'électrons.

Finalement, à ce stade, les électrons ainsi que les protons seront ajoutés à l'oxygène. Lorsque des électrons et des protons sont ajoutés à l'oxygène, il produit de l'eau et non de l'ATP (énergie). En fait, lorsque les protons sont déplacés à travers la membrane cellulaire, de l'ATP est produit. Ce processus est appelé chimiose.


Comment fonctionne la photosynthèse

Un élément clé qui pilote la photosynthèse est la molécule de chlorophylle. La chlorophylle est une grosse molécule avec une structure spéciale qui lui permet de capturer l'énergie lumineuse et de la convertir en électrons de haute énergie, qui sont utilisés lors des réactions des deux phases pour finalement produire le sucre ou le glucose.

Chez les bactéries photosynthétiques, la réaction a lieu dans la membrane cellulaire et à l'intérieur de la cellule, mais à l'extérieur du noyau. Chez les plantes et les protozoaires photosynthétiques - les protozoaires sont des organismes unicellulaires appartenant au domaine eucaryote, le même domaine de la vie qui comprend les plantes, les animaux et les champignons - la photosynthèse a lieu dans les chloroplastes. Les chloroplastes sont un type d'organites ou de compartiments liés à une membrane, adaptés à des fonctions spécifiques telles que la création d'énergie pour les plantes.


Filtration de la lumière

La plupart des sources lumineuses émettent une large gamme de longueurs d'onde qui couvrent tout le spectre de la lumière visible. Dans de nombreux cas, cependant, il est souhaitable de produire une lumière qui a un spectre de longueur d'onde restreint. Cela peut être facilement accompli grâce à l'utilisation de filtres spécialisés qui transmettent certaines longueurs d'onde et absorbent ou réfléchissent sélectivement les longueurs d'onde indésirables.

Les filtres de couleur sont généralement construits à l'aide de morceaux transparents de verre teinté, de plastique, de gélatine laquée (par exemple, des filtres Wratten) qui ont été traités pour transmettre sélectivement les longueurs d'onde souhaitées tout en restreignant les autres. Les deux types de filtres les plus couramment utilisés aujourd'hui sont absorption filtres qui absorbent les longueurs d'onde indésirables et ingérence filtres qui suppriment les longueurs d'onde sélectionnées par interférence et réflexion destructrices internes. Dans n'importe quel filtre, une petite quantité de lumière incidente est réfléchie par la surface quelle que soit la construction du filtre et une petite partie de la lumière est également absorbée. Cependant, ces artefacts sont généralement très minimes et n'interfèrent pas avec la fonction principale du filtre.

Filtres d'absorption - Ces filtres sont généralement construits en verre teinté, en gélatine laquée ou en polymères synthétiques (plastiques) et ont une large gamme d'applications. Ils sont utilisés pour créer des effets spéciaux dans un certain nombre d'applications photographiques et sont largement utilisés dans l'industrie du cinéma. De plus, les filtres d'absorption se trouvent couramment dans les panneaux et les feux de circulation et comme signaux directionnels sur les automobiles, les bateaux et les avions. Le schéma ci-dessous (Figure 1) illustre un filtre magenta conçu pour s'adapter à un objectif de caméra. Nous avons également construit un tutoriel Java interactif qui décrit le fonctionnement des filtres en gélatine laquée et en verre.

Sur la figure 1, les trois ondes incidentes sont colorées en rouge, vert et bleu mais sont destinées à représenter toutes les couleurs qui composent la lumière blanche. Le filtre transmet sélectivement les portions rouge et bleue du spectre de lumière blanche incidente, mais absorbe la plupart des longueurs d'onde vertes. Comme discuté dans notre section sur couleurs primaires, la couleur magenta est obtenue en soustrayant le vert de la lumière blanche. Les propriétés de modulation de la lumière d'un filtre de couleur typique sont illustrées à la figure 2. Dans ce cas, nous examinons un Correction de couleur filtre qui ajoute un facteur de 50 unités de compensation de couleur (cc) à la lumière incidente. Les détails des filtres de correction des couleurs seront discutés dans le Correction de couleur rubrique ci-dessous.

Dans la figure 2 ci-dessus, l'absorption est tracée en fonction des longueurs d'onde visibles qui traversent le filtre magenta. L'intensité maximale de la lumière absorbée tombe à environ 550 nanomètres, en plein centre de la région verte des longueurs d'onde visibles. Le filtre absorbe également un peu de lumière dans les régions bleue et rouge, ce qui indique que ce filtre n'est pas parfait et qu'une petite partie de toutes les longueurs d'onde ne passe pas. Un filtre parfait aurait un pic très net centré dans la région verte qui s'estompe jusqu'à une absorption nulle aux longueurs d'onde non vertes, mais cela est pratiquement impossible à réaliser avec des filtres à absorption visible du monde réel qui peuvent être fabriqués à des prix raisonnables. Ce type d'absorption indésirable est souvent appelé absorption secondaire et est commun à la plupart des filtres.

Filtres d'absorption

Découvrez comment les filtres d'absorption en gélatine et en verre sont utilisés pour laisser passer une bande spécifique de longueurs d'onde.

Filtres d'interférence - Ces filtres diffèrent des filtres d'absorption en ce qu'ils réfléchissent et interfèrent de manière destructive avec les longueurs d'onde indésirables au lieu de les absorber. Le terme dichroïque résulte du fait que le filtre apparaît d'une couleur sous éclairage en lumière transmise et d'une autre en lumière réfléchie. Dans le cas du filtre dichroïque magenta illustré ci-dessous sur la figure 3, la lumière verte est réfléchie par la face du filtre et la lumière magenta est transmise par l'autre côté du filtre.

Les filtres dichroïques sont fabriqués à l'aide de couches minces multicouches qui sont déposées sur du verre de qualité optique par dépôt sous vide. Ces filtres ont quatre types de conception de base : filtres passe-longueur courte, passe-longueur longue, passe-bande et filtres coupe-bande. Les filtres dichroïques sont beaucoup plus précis et efficaces dans leur capacité à bloquer les longueurs d'onde indésirables par rapport aux filtres à absorption en gel et en verre. Les filtres dichroïques passe-longueurs d'onde courtes et longues agissent comme leur nom l'indique et ne permettent la transmission que de bandes étroites de longueurs d'onde courtes ou longues, reflétant les longueurs d'onde indésirables. Les filtres dichroïques passe-bande sont les plus courants et sont conçus pour transmettre des longueurs d'onde sélectionnées dans la région visible. Le diagramme ci-dessous (Figure 4) illustre le spectre de transmission d'un filtre dichroïque passe-bande typique.

Dans ce graphique, nous avons tracé les longueurs d'onde transmises par le filtre en fonction du pourcentage de transmission. Notez que la longueur d'onde maximale est à 550 nanomètres, juste au centre de la région verte. Ce filtre est beaucoup plus efficace que le filtre magenta en verre ou en gel laqué évoqué ci-dessus car il n'y a pratiquement pas de passage de longueurs d'onde indésirables et la transmission secondaire est quasi inexistante. Le dernier type de filtres dichroïques est connu sous le nom de filtres de longueur d'onde coupe-bande, qui fonctionnent en "coupant" ou en éliminant les longueurs d'onde indésirables. Les filtres coupe-bande sont effectivement le contraire des filtres dichroïques passe-bande.Pour utiliser l'exemple illustré dans le tracé, un filtre coupe-bande laisserait passer les longueurs d'onde de couleur rouge et bleue qui sont bloquées avec le filtre passe-bande.

Les filtres dichroïques sont couramment utilisés pour un certain nombre d'applications, notamment la filtration spécialisée pour la microscopie optique et la photographie. Les agrandisseurs couleur de haute qualité utilisent des filtres dichroïques (au lieu de filtres d'absorption) pour régler finement la couleur de la lumière qui traverse le négatif couleur ou le transparent. Cela permet au photographe un degré élevé de contrôle de la correction des couleurs sur les tirages photographiques.

Correction de couleur - Les photographes et les microscopistes doivent souvent apporter de légères corrections à la couleur de l'éclairage dans les agrandisseurs photographiques et les chemins optiques des microscopes pour assurer un rendu des couleurs précis. Cela se fait généralement avec Compensation des couleurs Kodak (en abrégé CC) filtres qui peuvent être placés dans le trajet optique de l'agrandisseur ou du microscope. Bien que nous fassions référence aux filtres Kodak ici, il existe une grande variété de fabricants qui produisent ces filtres à base de gels teints ou de verre dichroïque. Ces filtres sont étiquetés avec un numéro qui correspond à la capacité d'absorption de lumière du filtre, généralement dans la plage quelque peu arbitraire de 05, 10, 20, 30, 40 et 50, comme illustré dans le tableau ci-dessous pour les filtres cyan.

Filtre
La désignation
Léger
Transmis
Approximatif
Transmission
Filtre de crête
Densité
05 (CC05C)8.9
unités
89%0.05
10 (CC10C)7.9
unités
79%0.10
20 (CC20C)6.3
unités
63%0.20
30 (CC30C)5
unités
50%0.30
40 (CC40C)4
unités
40%0.40
50 (CC50C)3.2
unités
32%0.50
Tableau 1

Au fur et à mesure que les chiffres augmentent, plus de lumière est absorbée car les filtres sont de plus en plus sombres. Dans l'exemple ci-dessus, une plage de filtres cyan de 05 à 50 est présentée où la couleur d'arrière-plan du tableau correspond à la couleur approximative du filtre. Le filtre 30 cyan (appelé filtre CC50C (cyan)) réduit l'intensité de la couleur complémentaire de 50 % ou d'un pas d'exposition (f-stop). Les filtres CC sont disponibles sous forme de filtres Wratten (dimensionnés à 2" × 2" ou 3" × 3") en 6 couleurs différentes : bleu, jaune, vert, magenta, cyan et rouge et en plusieurs densités (comme illustré dans les tableaux 1 et 2). Le moyen le plus simple de se souvenir de leur utilisation est de consulter le "triangle de compensation de couleur", illustré à la figure 5 ci-dessous.

Suivez simplement les flèches du sommet au côté opposé ou du côté au sommet opposé. Vous pouvez également vous référer au Tableau 2 pour la couleur correcte du filtre CC. Par exemple, une dominante verte est supprimée à l'aide d'un filtre magenta CC. La densité appropriée du filtre CC choisi doit être déterminée par des expositions d'essai. Voir John Delly's "Photographie à travers le microscope" pour les illustrations en couleur des dominantes de couleur.

Couleur à être
réduit
Couleur
compenser
Filtre
obligatoire
BleuJauneCCY
CyanrougeRCC
VertMagentaCCM
JauneBleuCCB
rougeCyanCCC
MagentaVertGCC
Tableau 2

Lorsque nous menons des expériences impliquant la photomicrographie (photographie au microscope), nous ajoutons souvent des filtres de compensation de couleur dans le trajet lumineux. Ceci est plus facile à réaliser en façonnant le filtre en cercle avec des ciseaux et en l'insérant dans le chemin lumineux juste derrière le filtre de diffusion. Alternativement, Kodak vend de petits cadres métalliques qui contiennent des filtres Wratten qui peuvent être placés sur le port de lumière du microscope juste au-dessus du diaphragme de champ. Cela permet une correction globale des couleurs dans les photomicrographies résultantes.

Auteurs contributeurs

Mortimer Abramowitz - Olympus America, Inc., Two Corporate Center Drive., Melville, New York, 11747.

Michael W. Davidson - National High Magnetic Field Laboratory, 1800 East Paul Dirac Dr., The Florida State University, Tallahassee, Floride, 32310.


Comment fonctionnent les rêves

Quand nous dormons, nous traversons cinq stades de sommeil. La première étape est un sommeil très léger dont il est facile de se réveiller. La deuxième étape passe dans un sommeil légèrement plus profond, et les étapes trois et quatre représentent notre sommeil le plus profond. Notre activité cérébrale tout au long de ces étapes ralentit progressivement de sorte que pendant le sommeil profond, nous ne ressentons que des ondes cérébrales delta - les ondes cérébrales les plus lentes (voir l'encadré "Ondes cérébrales"). Environ 90 minutes après l'endormissement et après le quatrième stade de sommeil, nous commençons le sommeil paradoxal.

Le mouvement oculaire rapide (REM) a été découvert en 1953 par des chercheurs de l'Université de Chicago, Eugene Aserinsky, étudiant diplômé en physiologie, et Nathaniel Kleitman, Ph.D., chaire de physiologie. sommeil paradoxal se caractérise principalement par des mouvements des yeux et constitue la cinquième étape du sommeil.

Pendant le sommeil paradoxal, plusieurs changements physiologiques ont également lieu. Le rythme cardiaque et la respiration s'accélèrent, la pression artérielle augmente, nous ne pouvons pas non plus réguler notre température corporelle et notre activité cérébrale augmente au même niveau (alpha) que lorsque nous sommes éveillés, voire plus. Le reste du corps, cependant, est essentiellement paralysé jusqu'à ce que nous quittions le sommeil paradoxal. Cette paralysie est causée par la libération de glycine, un acide aminé, du tronc cérébral sur les motoneurones (neurones qui conduisent les impulsions vers l'extérieur du cerveau ou de la moelle épinière). Parce que le sommeil paradoxal est le stade du sommeil auquel la plupart des rêves ont lieu, cette paralysie pourrait être le moyen naturel de s'assurer que nous ne réalisons pas nos rêves. Sinon, si vous dormez à côté de quelqu'un qui rêve de jouer au kickball, vous pourriez recevoir des coups de pied à plusieurs reprises pendant que vous dormez.

Les quatre étapes en dehors du sommeil paradoxal sont appelées sommeil non paradoxal (NREM). Bien que la plupart des rêves se produisent pendant le sommeil paradoxal, des recherches plus récentes ont montré que les rêves peuvent se produire pendant n'importe quelle étape du sommeil. Tore A. Nielsen, Ph.D., du Dream and Nightmare Laboratory à Montréal, appelle cela le « sommeil paradoxal caché » faisant son apparition pendant le sommeil NREM. Cependant, la plupart des rêves NREM n'ont pas l'intensité des rêves REM.

Tout au long de la nuit, nous passons plusieurs fois par ces cinq étapes. Chaque cycle suivant, cependant, comprend plus de sommeil paradoxal et moins de sommeil profond (stades trois et quatre). Au matin, nous avons presque tous les stades un, deux et cinq (REM) de sommeil.

Regardons ce qui se passe si vous n'obtenez pas de sommeil paradoxal.

Notre cerveau parcourt quatre types d'ondes cérébrales, appelées delta, thêta, alpha et bêta. Chaque type d'onde cérébrale représente une vitesse différente des tensions électriques oscillantes dans le cerveau. Delta est le plus lent (zéro à quatre cycles par seconde) et est présent dans le sommeil profond. Thêta (quatre à sept cycles par seconde) est présent dans la première étape lorsque nous sommes en sommeil léger. Alpha les ondes, fonctionnant à huit à 13 cycles par seconde, se produisent pendant le sommeil paradoxal (ainsi que lorsque nous sommes éveillés). Et bêta les vagues, qui représentent les cycles les plus rapides à 13 à 40 par seconde, ne sont généralement vues que dans des situations très stressantes ou des situations qui nécessitent une concentration mentale et une concentration très fortes. Ces quatre ondes cérébrales constituent le électroencéphalogramme (EEG).


Voir la vidéo: CIP - Chapitre I - Section (Décembre 2022).