chapitre 2 L’organisation chimique fondamentale de la vie 33
Les éléments chimiques de la matière vivante
Des 92 éléments naturels, environ 20 à 25 % sont des éléments essentiels, c’est-à-dire dont un organisme a besoin
pour mener une vie saine et pour se reproduire. Les éléments
essentiels sont semblables parmi les organismes, mais il existe
certaines variations ; par exemple, les humains ont besoin de
25 éléments alors que les végétaux n’en exigent que 17.
Quatre d’entre eux, soit l’oxygène (O), le carbone (C),
l’hydrogène (H) et l’azote (N), constituent à eux seuls 96 % de
la matière vivante. Le calcium (Ca), le phosphore (P), le potassium (K), le soufre (S) et quelques autres éléments forment
presque tout le reste de la masse d’un organisme (4 %). L’organisme a besoin de certains éléments en infimes quantités ;
ces éléments trace sont essentiels à son fonctionnement.
Quelques-uns d’entre eux, comme le fer (Fe), sont indispensables à toutes les formes de vie, alors que d’autres le sont
uniquement pour quelques espèces. Par exemple, chez les
Vertébrés (animaux dotés d’une colonne vertébrale), l’iode (I)
est un constituant essentiel d’une hormone produite par la
glande thyroïde. Un apport quotidien de 0,15 mg d’iode suffit
au bon fonctionnement de la thyroïde humaine, mais un
régime alimentaire déficient en iode fait augmenter le volume
de cette glande et entraîne une déformation appelée goitre.
Dans les régions où l’on consomme des fruits de mer ou du sel
iodé, l’incidence du goitre a diminué. Tous les éléments qui
entrent dans la composition du corps humain figurent dans
le tableau 2.1.
Certains éléments naturels sont toxiques pour les organismes. Chez les humains, par exemple, l’arsenic est associé à
de nombreuses maladies et ses effets peuvent être mortels. Dans
certaines régions du monde, l’arsenic est naturellement présent
dans le sol et peut être entraîné dans les eaux souterraines.
Après avoir consommé de l’eau riche en arsenic provenant de
puits forés en Asie du Sud, des millions de personnes ont été
accidentellement contaminées. Les autorités publiques tentent
actuellement de remédier à ce problème afin de réduire les
taux d’arsenic dans l’eau potable.
Étude de cas : l’évolution de la tolérance
aux éléments toxiques
évolutIon
Certaines espèces se sont adaptées à des
milieux contenant des éléments habituellement toxiques. Les
communautés végétales qui se développent dans un sol riche
en serpentine en offrent un exemple éloquent. Ressemblant
au jade par sa couleur, la serpentine est un minerai riche en
divers éléments toxiques comme le chrome, le nickel et le
cobalt. La plupart des végétaux ne survivent pas dans un sol
contenant de la serpentine, à l’exception d’un petit nombre
d’espèces spécialement adaptées à ce milieu (figure 2.4). On
suppose que les végétaux de ces communautés serpentinicoles
m Figure 2.3 L’émergence (apparition de nouvelles propriétés)
au moment de la formation d’un composé. Le sodium, un métal alcalin,
se combine au chlore, un gaz toxique, pour former un composé comestible,
le chlorure de sodium ou sel de table.
Sodium
+
Chlore
Chlorure de sodium
tableau 2.1 Les éléments constituant le corps humain
Élément
chimique
Symbole
Pourcentage
de la masse corporelle
(incluant l’eau)
Oxygène
Carbone
Hydrogène
Azote
O
C
H
N
65,0 %
18,5 %
9,5 %
3,3 %
Calcium
Phosphore
Potassium
Soufre
Sodium
Chlore
Magnésium
Ca
P
K
S
Na
Cl
Mg
1,5 %
1,0 %
0,4 %
0,3 %
0,2 %
0,2 %
0,1 %
Éléments trace (moins de 0,01 %) : bore (B), chrome (Cr), cobalt (Co),
cuivre (Cu), fluor (F), iode (I), fer (Fe), manganèse (Mn), molybdène
(Mo), sélénium (Se), silicium (Si), étain (Sn), vanadium (V) et zinc (Zn).
96,3 %
3,7 %
m Figure 2.4 Une communauté végétale serpentinicole. La photo
principale montre des plantes qui poussent dans un sol riche en serpentine,
une roche contenant des éléments habituellement toxiques. Les deux gros
plans montrent la serpentine et un lis Tiburon Mariposa (Calochortus
tiburonensis) adapté à ce milieu hostile semi-désertique.
Les éléments chimiques de la matière vivante
Des 92 éléments naturels, environ 20 à 25 % sont des éléments essentiels, c’est-à-dire dont un organisme a besoin
pour mener une vie saine et pour se reproduire. Les éléments
essentiels sont semblables parmi les organismes, mais il existe
certaines variations ; par exemple, les humains ont besoin de
25 éléments alors que les végétaux n’en exigent que 17.
Quatre d’entre eux, soit l’oxygène (O), le carbone (C),
l’hydrogène (H) et l’azote (N), constituent à eux seuls 96 % de
la matière vivante. Le calcium (Ca), le phosphore (P), le potassium (K), le soufre (S) et quelques autres éléments forment
presque tout le reste de la masse d’un organisme (4 %). L’organisme a besoin de certains éléments en infimes quantités ;
ces éléments trace sont essentiels à son fonctionnement.
Quelques-uns d’entre eux, comme le fer (Fe), sont indispensables à toutes les formes de vie, alors que d’autres le sont
uniquement pour quelques espèces. Par exemple, chez les
Vertébrés (animaux dotés d’une colonne vertébrale), l’iode (I)
est un constituant essentiel d’une hormone produite par la
glande thyroïde. Un apport quotidien de 0,15 mg d’iode suffit
au bon fonctionnement de la thyroïde humaine, mais un
régime alimentaire déficient en iode fait augmenter le volume
de cette glande et entraîne une déformation appelée goitre.
Dans les régions où l’on consomme des fruits de mer ou du sel
iodé, l’incidence du goitre a diminué. Tous les éléments qui
entrent dans la composition du corps humain figurent dans
le tableau 2.1.
Certains éléments naturels sont toxiques pour les organismes. Chez les humains, par exemple, l’arsenic est associé à
de nombreuses maladies et ses effets peuvent être mortels. Dans
certaines régions du monde, l’arsenic est naturellement présent
dans le sol et peut être entraîné dans les eaux souterraines.
Après avoir consommé de l’eau riche en arsenic provenant de
puits forés en Asie du Sud, des millions de personnes ont été
accidentellement contaminées. Les autorités publiques tentent
actuellement de remédier à ce problème afin de réduire les
taux d’arsenic dans l’eau potable.
Étude de cas : l’évolution de la tolérance
aux éléments toxiques
évolutIon
Certaines espèces se sont adaptées à des
milieux contenant des éléments habituellement toxiques. Les
communautés végétales qui se développent dans un sol riche
en serpentine en offrent un exemple éloquent. Ressemblant
au jade par sa couleur, la serpentine est un minerai riche en
divers éléments toxiques comme le chrome, le nickel et le
cobalt. La plupart des végétaux ne survivent pas dans un sol
contenant de la serpentine, à l’exception d’un petit nombre
d’espèces spécialement adaptées à ce milieu (figure 2.4). On
suppose que les végétaux de ces communautés serpentinicoles
m Figure 2.3 L’émergence (apparition de nouvelles propriétés)
au moment de la formation d’un composé. Le sodium, un métal alcalin,
se combine au chlore, un gaz toxique, pour former un composé comestible,
le chlorure de sodium ou sel de table.
Sodium
+
Chlore
Chlorure de sodium
tableau 2.1 Les éléments constituant le corps humain
Élément
chimique
Symbole
Pourcentage
de la masse corporelle
(incluant l’eau)
Oxygène
Carbone
Hydrogène
Azote
O
C
H
N
65,0 %
18,5 %
9,5 %
3,3 %
Calcium
Phosphore
Potassium
Soufre
Sodium
Chlore
Magnésium
Ca
P
K
S
Na
Cl
Mg
1,5 %
1,0 %
0,4 %
0,3 %
0,2 %
0,2 %
0,1 %
Éléments trace (moins de 0,01 %) : bore (B), chrome (Cr), cobalt (Co),
cuivre (Cu), fluor (F), iode (I), fer (Fe), manganèse (Mn), molybdène
(Mo), sélénium (Se), silicium (Si), étain (Sn), vanadium (V) et zinc (Zn).
96,3 %
3,7 %
m Figure 2.4 Une communauté végétale serpentinicole. La photo
principale montre des plantes qui poussent dans un sol riche en serpentine,
une roche contenant des éléments habituellement toxiques. Les deux gros
plans montrent la serpentine et un lis Tiburon Mariposa (Calochortus
tiburonensis) adapté à ce milieu hostile semi-désertique.