COMPARAISON DES MODES DE REPRODUCTION SC06 Degré : 9e CO Durée : 4 h 1. Objectif Comparaison entre le mode de reproduction de divers organismes uni- et pluricellulaires : différenciation entre reproduction sexuée et asexuée (bactérie, algue, fraisier, hydre, arthropode, vertébré,…) (PER). Les élèves doivent être capable de : o comparer la reproduction animale et végétale en identifiant les similitudes 2. Place dans le programme Cycle 1 : Cycle 2 : 3. Progression Etape Contenu 1 Distinguer les reproductions asexuée et sexuée (D1-D2) 2 Comparer les reproductions sexuées végétale et animale (concepts d‘oviparité et de viviparité) (D3) 3 Comparer des reproductions animales à fécondation interne ou externe à l’aide d’exemples (D4) 4 Construction d’un tableau récapitulatif (D5) 5 6 Exercices Prolongements possibles : - les stratégies reproductives, nombre de gamètes (Sciences 7e chapitre 17) 4. Activités et documents D1 : Reproductions asexuée et sexuée D2 : Commentaires sur les reproductions asexuée et sexuée D3 : Comparer les reproductions sexuées animale et végétale D4 : Comparer des reproductions animales D5 : Tableau récapitulatif Compétence observer classer observer exploiter déduire transposer structurer communiquer développer formuler des hypothèses D1 Reproductions asexuée et sexuée Situation-problème « Lors d’un camp de jeunes durant l’été, Thomas ayant très soif, a bu l’eau d’une petite mare qui venait d’apparaître dans une prairie à la suite d’un orage. Le lendemain, son copain Arthur se désaltéra dans la même mare. Il tomba malade en début de soirée et fut hospitalisé. Diagnostique du médecin : l’enfant a ingéré un grand nombre de paramécies (organismes unicellulaires). » Imagine ce qui s’est passé et recherche dans les images ci-dessous ce qui a pu se produire. Source : Sciences et compétences au quotidien 1ère année, De Boeck, 2004. Les paramécies : différentes images x 40 (D. Pradès) x 40 x 40 (D. Pradès) Différents types de reproduction asexuée Une reproduction asexuée se fait sans mâle ni femelle et est le résultat de la division en deux d’un organisme. L’escherichia coli est une bactérie présente dans l’intestin de l’homme qui aide à la digestion. Lors de voyages, on peut absorber des souches d’escherichia coli étrangères. Inoffensives pour la population locale, elles provoquent la « turista » (diarrhée violente) pour le voyageur car leur nombre augmente très rapidement par scissiparité. (Source : idem) Les bactéries se multiplient par …………………………………… L’hydre verte est un cnidaire très commun dans l’eau des mares. Pendant la belle saison, lorsque la nourriture (petits crustacés d’eau douce) est abondante, l’hydre bourgeonne de nouveaux individus. Ceux-ci se détachent lorsqu’ils ont une taille suffisante, et mènent dès lors une vie indépendante. Ils pourront bourgeonner à leur tour. (Source : idem) Les hydres se multiplient par …………………………………………….. Le fraisier émet une tige aérienne, le …………………………….. qui, au contact du sol, forme un nouvel individu. C’est du ………………………….. naturel. Les oignons, les tulipes,…, toutes les plantes à bulbes, se multiplient par la production de bulbes latéraux : les …………………………………… Certains êtres vivants comme les algues ont un cycle de reproduction sexuée (colorie-le en rouge) et un cycle de reproduction asexuée (colorie-le en bleu). Les jardiniers utilisent des techniques reproductives artificielles comme le bouturage ou la greffe. Qu’est-ce que la parthénogenèse ? Il n’y a pas de mâle… Comment se reproduisent les moisissures, les champignons, les virus,… ? D2 Commentaires sur les reproductions asexuée et sexuée La reproduction asexuée existe chez les unicellulaires, les végétaux et les animaux invertébrés. Elle produit une multitude de clones (génétiquement identiques les uns aux autres). Elle présente l’avantage de produire beaucoup de descendants en peu de temps et de permettre ainsi une colonisation rapide d’un milieu. Les clones s’adaptent par contre moins bien aux changements du milieu. La reproduction des bactéries peut être http://www.youtube.com/watch?v=gEwzDydciWc visualisée sur Des paramécies en division peuvent être observées au microscope en prenant une goutte du film grisâtre qui se développe à la surface d’une eau dans laquelle trempent des herbes depuis quelques jours. La reproduction sexuée nécessite deux gamètes qui effectuent une fécondation. Elle permet de mélanger le patrimoine génétique de deux individus pour obtenir des descendants variés qui peuvent s’adapter à un environnement en constante modification. La fécondation peut être interne ou externe, pour les animaux aquatiques chez qui la cellule-œuf ne risque pas de se dessécher. La coordination des deux partenaires peut se faire par un événement extérieur (température, durée du jour,…), par des phéromones ou par la parade nuptiale. D3 Comparer les reproductions sexuées animale et végétale Proposition de séquence : Devoir préalable : exercices 1 et 2 D’après le texte de l’exercice 2, légender le cycle de vie du cerf sur le document annexe. Discuter des conditions nécessaires de rencontre des deux partenaires (parade nuptiale,…). Comparer les 3 cycles de vie proposés (la fougère, la plante à fleurs et le cerf) : relever les termes communs et établir une synthèse écrite des éléments essentiels de la reproduction sexuée : un individu mâle un individu femelle des cellules reproductrices (gamètes) mâles, les spermatozoïdes des cellules reproductrices (gamètes) femelles, les ovules une fécondation qui aboutit à la production d’une cellule-œuf (zygote) ovipare / vivipare D’autres exemples sont à utiliser dans Sciences 7e chapitres 16-17. Le bilan de la page 169 résume les éléments ci-dessus. Devoirs : exercices 3-4 Comparaison de cycles de vie un végétal : la fougère (Sciences et compétences au quotidien 1re année, De Boeck, 2004) un végétal : une plante à fleurs (Sciences et compétences au quotidien 1re année, De Boeck, 2004) un animal : le cerf (Je construis mes apprentissages en sciences 1re / 2e, De Boeck, 2007) D4 Comparer des reproductions animales A l’aide de divers documents de nature différente, les élèves sont amenés à découvrir différents modes de reproduction dans le règne animal. Ce travail peut être effectué sous forme de postes où passent les élèves par groupes, surtout si un ou des documents sont de nature audiovisuelle ou informatique. Une modélisation sous forme de cycle de vie peut être demandée pour chaque animal : « Dans le cahier, dessiner un cycle reproductif simplifié pour chaque animal présenté. » La comparaison doit faire ressortir les similitudes : un individu mâle, un individu femelle, des organes reproducteurs (testicules, ovaires), des gamètes (spermatozoïdes, ovule), une fécondation, une cellule-œuf ou zygote. La comparaison permet aussi de faire ressortir les différences : milieu aquatique ou aérien, fécondation externe ou interne, oviparité ou viviparité, accouplement ou non. La différence entre fécondation (union des gamètes) et accouplement (union entre un individu mâle et un individu femelle permettant la reproduction) est à relever. Types de documents : Sciences 7e p. 162 Sciences 7e p. 163 Sciences 7e p. 164 Sciences 7e p. 174-175 Film Oiseau, t'as de beaux oeufs tu sais ! Téléchargeable sur espacesciences.org Texte La reproduction de la grenouille Images La reproduction du poisson Documents La reproduction de l’écrevisse Cycle de vie La tortue grecque Sciences 7e p. 165 Moule (mollusques) Fucus (algues) Grillon (insectes) Oursin (échinodermes), truite (poissons) Oiseaux Grenouille (amphibiens) Poisson Ecrevisse (crustacés) Reptile Escargot (mollusques, hermaphrodite) La reproduction de la grenouille C’est au printemps que l’on peut observer des grenouilles femelles à l’abdomen dilaté ; elles ont les ovaires et oviductes bourrés d’ovules. Les mâles grimpent sur le dos des femelles qu’ils enlacent à l’aide des pattes antérieures. Ils peuvent ainsi rester accouplés plusieurs jours, nageant l'un contre l’autre. Les ovules entourés d’une couche gélatineuse sont pondus et aussitôt fécondés par le mâle qui les arrose de son sperme appelé laitance. Bien qu’il y ait accouplement, la fécondation est externe. Chaque œuf dont la couche gélatineuse gonfle au contact de l’eau donne naissance à une masse parsemée de petits points noirs. Au bout de quelques jours, un petit être en forme de virgule s’y agite : c’est l’embryon. Sortie de l’œuf, une larve pisciforme se fixe sur une plante aquatique au moyen d’une ventouse ; elle se nourrit uniquement de ses réserves alimentaires. Bientôt se développent sur le côté de la tête des petits filaments parcourus par des vaisseaux sanguins : ce sont des branchies externes. La larve est alors appelée têtard. Ensuite une bouche et un anus se percent ; le têtard s’alimente indifféremment de végétaux et de chair animale. Les branchies externes ne tardent pas à disparaître et l’animal dispose d’un orifice sur le côté de la tête : le spiracle. L’eau qui entre par la bouche, ressort par cet orifice après avoir traversé une cavité qui contient des branchies : c’est le stade des branchies internes. Ensuite, le têtard subit de profondes transformations : les pattes postérieures apparaissent puis les pattes antérieures tandis que la queue se résorbe. Les branchies internes se flétrissent, les poumons se développent et le têtard ressemble de plus en plus à une petite grenouille qui vient respirer à la surface de l’eau, indice de la respiration pulmonaire. Le passage de la vie aquatique à la vie aérienne est caractérisé par une suite de transformations appelées métamorphoses. Sciences et compétences au quotidien, 2e année, de Boeck, 2005. La reproduction du poisson Sciences et compétences au quotidien, 2e année, de Boeck, 2005. La reproduction de l’écrevisse Sciences et compétences au quotidien, 2e année, de Boeck, 2005. La reproduction de la tortue grecque Je construis mes apprentissages en sciences 1re/2e, De Boeck, 2007 D5 Tableau récapitulatif Construire avec les élèves un tableau résumant les similitudes et les différences dans les modes de reproduction en lien avec les groupes animaux étudiés lors de la classification. Exemple 1: Reproduction asexuée Par scissiparité Par Par Par bourgeonnement marcottage bulbilles Unicellulaires Pluricellulaires végétaux Pluricellulaires animaux (hydres, vers,…) … Reproduction sexuée Fécondation externe Milieu aquatique Fécondation interne Milieu aquatique (mammifères) Milieu terrestre Végétaux Vers Gastéropodes Céphalopodes Arthropodes Reptiles Oiseaux Mammifères Échinodermes Cnidaires Lamellibranches Poissons Amphibiens Reptiles X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X Mammifères Arthropodes X Amphibiens Céphalopodes X X Oiseaux Lamellibranches X X Poissons Gastéropodes X Vers X Cnidaires X Echinodermes Végétaux Reproduction asexuée Reproduction sexuée Accouplement Fécondation externe Fécondation interne Milieu aquatique Milieu terrestre Oviparité Viviparité Unicellulaires Exemple 2 : X X X X X X X X X X X X X X X X COMPARAISON DES MODES DE REPRODUCTION : exercices 1. Comparer deux objets selon des critères donnés. Compare une pomme et une orange, puis une paire de ciseaux et un sécateur, selon les critères ci-dessous. Une pomme Une orange Critères de comparaison Objets comparés Forme Couleur Texture Épaisseur de la peau Taille (diamètre) Odeur Critères de comparaison Objets comparés Une paire de ciseaux Un sécateur Forme des lames Épaisseur des lames Longueur des lames Forme du manche Longueur relative du manche et des lames Prise en main Adapté d’après : « Je construis mes apprentissages en sciences 1re », De Boeck, 2007 2. Le rut ou la saison des amours Quand vient la saison des amours, à la fin de l’été, les forêts se mettent soudain à vibrer du long brame du cerf. Un cri qui, pendant quelques semaines, va affirmer la position hiérarchique du mâle. Le brame désigne à la fois la période du rut et le fait de raire (cri de l’animal). Les cerfs ne restent en rut que deux ou trois semaines, au cours desquelles ils ne s’alimentent pratiquement plus. Ils peuvent perdre jusqu’au quart de leur poids. Pendant toute la durée du rut, quand il n’est pas occupé à courtiser ou à poursuivre les biches, le cerf s’affaire pour défendre son harem de la convoitise des rivaux. Le brame joue alors un rôle prépondérant : avant d’en venir à se battre, les mâles commencent à sa jauger de la voix, puis se défient en un véritable duel vocal. En général, le plus faible choisit sagement la retraite. Quand la menace d’éventuels rivaux s’estompe autour du harem, le cerf dominant revient à son obsession : la saillie des biches. Lors de l’accouplement, le cerf introduit son pénis dans le vagin de la femelle afin d’y glisser ses cellules sexuelles mâles ou gamètes (les spermatozoïdes). Ces derniers se dirigent vers la cellule sexuelle femelle ou gamète (l’ovule) afin de la féconder. Les femelles peuvent être fécondées dès leur premier anniversaire. La gestation dure environ huit mois. La biche met bas (mettre au monde) un seul faon qu’elle allaite. Les naissances ont généralement lieu entre le 15 mai et le 15 juin. Cet animal est vivipare. Source : Sciences et compétences au quotidien 1re année, De Boeck, 2004. Après avoir lu le texte, définis les termes suivants : rut – saillie – accouplement –gamètes – gestation – féconder – vivipare 3. Oviparité / viviparité : biffer ce qui est faux. La tortue Les insectes Le chien © L’île aux tortues © CERIMES © TDG ovipare / vivipare ovipare / vivipare ovipare / vivipare La baleine La grenouille Le lézard © EPFL © Baff © H.Minuth ovipare / vivipare ovipare / vivipare ovipare / vivipare 4. Cycles de vie 1. Compléter les cycles de vie suivants avec les mots ci-dessous : mâle – femelle – spermatozoïdes – ovule – fécondation – cellule-œuf 2. Dire pour chaque être vivant s’il est vivipare ou ovipare. vivipare / ovipare vivipare / ovipare Cycle de vie de la vache vivipare / ovipare vivipare / ovipare 5. Le cycle de vie de la grenouille Classer les images dans l’ordre chronologique et donner un titre pour chacune d’elles. Sciences et compétences au quotidien 2e année, De Boeck, 2005 6. Le cycle de vie de la tortue Ordonner les paragraphes suivants. ❒ La tortue grecque ne couve pas ses œufs. Elle les dépose dans le sable sec, exposé au soleil, et ne s’en occupe plus. ❒ L’œuf fécondé se divise successivement en 2, 4,8,… Chaque cellule ainsi formée contient une copie du plan complet de fabrication de la nouvelle tortue. ❒ Pendant l’incubation, l’embryon se développe en puisant son énergie dans les réserves de vitellus. Les éléments nutritifs de ce vitellus sont absorbés et transportés par voie sanguine. ❒ Le noyau du spermatozoïde (gamète mâle) contenant le ½ plan de fabrication d’une tortue fusionne avec le noyau de l’ovule (gamète femelle) contenant l’autre ½ plan : l’ovule est alors fécondé et s’appelle « œuf ». ❒ A la fin de l’incubation, la tortue déchire sa coquille et sort de l’œuf. Dès sa naissance, elle est apte à se débrouiller seule. ❒Le soleil transmet sa chaleur aux œufs fécondés qui peuvent ainsi se développer. Je construis mes apprentissages en sciences, fiches-outils, 1re, De Boeck, 2007 7. Comparer la reproduction du cerf et celle de la tortue grecque, en indiquant les critères de comparaison. 8. Le cycle de vie du loriot. Ordonner les paragraphes suivants commençant par l’accouplement. en ❒ Lorsqu’ils couvent, les oiseaux placent leurs œufs contre une plaque incubatrice (zone pectorale, nue, chaude, fortement irriguée par les vaisseaux sanguins). Cette plaque transmet la chaleur du corps aux œufs fécondés qui peuvent ainsi se développer. ❒ L’œuf fécondé se divise successivement en 2, 4,8… Chaque cellule ainsi formée contient une copie du plan complet de fabrication du nouveau loriot. ❒ Pendant l’incubation, l’embryon se développe en puisant son énergie dans les réserves de vitellus. Les éléments nutritifs de ce vitellus sont absorbés et transportés par voie sanguine. ❒ Le noyau du spermatozoïde (gamète mâle) contenant le ½ plan de fabrication d’un oiseau fusionne avec le noyau de l’ovule (gamète femelle) contenant l’autre ½ plan : l’ovule est alors fécondé. ❒A la fin de l’incubation, l’oisillon brise sa coquille et sort de l’œuf. Il naît nu et aveugle, incapable de subvenir à ses besoins. Il est entièrement dépendant de ses parents qui le nourrissent, le réchauffent, le protègent. ❒Les œufs sont déposés dans un nid, d’architecture parfois compliquée. Ils seront couvés par les parents (femelle et/ou mâle). ❒ Le corps se couvre de duvet puis de plumes plus importantes. L’oisillon reste au nid. Il est nidicole. ❒ Le mâle rapproche son cloaque de celui de la femelle. Ses spermatozoïdes remontent l’oviducte et assurent la fécondation des ovules. La fécondation se fera à l’intérieur du corps de la femelle : c’est une fécondation interne. Je construis mes apprentissages en sciences, fiches-outils, 2e, De Boeck, 2007 Image : Tous les oiseaux d’Europe, Bordas, 1981 9. Dans ces classifications des végétaux et des animaux : - entoure en vert ceux qui se reproduisent de manière asexuée ; - entoure en bleu ceux qui se reproduisent de manière sexuée avec une fécondation externe ; - entoure en rouge ceux qui se reproduisent de manière sexuée avec une fécondation interne. classification des végétaux classification des animaux Source : Sciences 7e, DECS, 2003. Corrigé des exercices D1 Différents types de reproduction asexuée Les bactéries se multiplient par scissiparité. Les hydres se multiplient par bourgeonnement. Le fraisier émet une tige aérienne, le stolon qui, au contact du sol, forme un nouvel individu. C’est du marcottage naturel. Les oignons, les tulipes,…, toutes les plantes à bulbes, se multiplient par la production de bulbes latéraux : les bulbilles. 1. Comparer deux objets selon des critères donnés. Une pomme ronde, (allongée) rouge, verte, jaune,… lisse fine 7-9 cm acide, sucrée Une orange ronde orange rugueuse épaisse 6-8 cm acidulée, amère,… Objets comparés Forme des lames Épaisseur des lames Longueur des lames Forme du manche Longueur relative du manche et des lames Prise en main Une paire de ciseaux pointue fine longue court, pour les doigts lames > manche Un sécateur pointue épaisse courte long, pour les mains manche > lames par les doigts par la main entière Critères de comparaison Critères de comparaiso n Objets comparés Forme Couleur Texture Épaisseur de la peau Taille (diamètre) Odeur Adapté d’après : « Je construis mes apprentissages en sciences 1re », De Boeck, 2007 2. Le rut ou la saison des amours rut : le comportement et la période de l'année durant laquelle un certain nombre d'espèces de mammifères sont sexuellement réceptives et s'accouplent. saillie : rapport sexuel accouplement : union de deux individus sexuellement complémentaire en vue de la reproduction gamètes : cellules reproductrices mâles ou femelles gestation : période durant laquelle une femelle vivipare porte son ou ses petits dans son utérus, entre la nidation et la naissance féconder : créer une cellule-œuf à partir de de l’union de deux gamètes vivipare : espèce dont l’embryon se développe à l’intérieur de la mère 3. Oviparité / viviparité : biffer ce qui est faux. La tortue Les insectes Le chien ovipare / vivipare ovipare / vivipare ovipare / vivipare La baleine La grenouille Le lézard (ovovivipare !) ovipare / vivipare ovipare / vivipare ovipare / vivipare 4. Cycles de vie mâle femelle mâle fécondation cellule-oeuf femelle spermatozoïdes ovule fécondation vivipare / ovipare vivipare / ovipare Cycle de vie de la vache femelle mâle cellule-oeuf ovule fécondation mâle spermatozoïdes femelle fécondation cellule-oeuf vivipare / ovipare vivipare / ovipare 5. Le cycle de vie de la grenouille Classer les images dans l’ordre chronologique et donner un titre pour chacune d’elles. 6 2 4 7 5 1 3 Sciences et compétences au quotidien 2e année, De Boeck, 2005 1 : accouplement 5 : apparition des pattes arrière (8 sem.) 2 : œufs (2 h.) 6 : apparition des pattes avant (12 sem.) 3 : larves (embryons) (3 j.) 7 : jeune grenouille (>3 mois) 4 : têtards (2 sem.) 6. Le cycle de vie de la tortue Ordonner les paragraphes suivants. 1. Le noyau du spermatozoïde (gamète mâle) contenant le ½ plan de fabrication d’une tortue fusionne avec le noyau de l’ovule (gamète femelle) contenant l’autre ½ plan : l’ovule est alors fécondé et s’appelle « œuf ». 2. L’œuf fécondé se divise successivement en 2, 4, 8,… Chaque cellule ainsi formée contient une copie du plan complet de fabrication de la nouvelle tortue. 3. La tortue grecque ne couve pas ses œufs. Elle les dépose dans le sable sec, exposé au soleil, et ne s’en occupe plus. 4. Le soleil transmet sa chaleur aux œufs fécondés qui peuvent ainsi se développer. 5. Pendant l’incubation, l’embryon se développe en puisant son énergie dans les réserves de vitellus. Les éléments nutritifs de ce vitellus sont absorbés et transportés par voie sanguine. 6. A la fin de l’incubation, la tortue déchire sa coquille et sort de l’œuf. Dès sa naissance, elle est apte à se débrouiller seule. Je construis mes apprentissages en sciences, fiches-outils, 1re, De Boeck, 2007 7. Comparer la reproduction du cerf et celle de la tortue grecque, en indiquant les critères de comparaison. Similitudes : deux individus de sexe différent, spermatozoïde, ovule, fécondation, division cellulaire, amnios Différences : développement de l’embryon dans un œuf (tortue, ovipare) ou dans le ventre de la femelle avec un placenta (cerf, vivipare), énergie reçue par le soleil et le vitellus (tortue) ou par la femelle (cerf), éclosion (tortue) ou mise bas (cerf) 8. Le cycle de vie du loriot. 1. Le mâle rapproche son cloaque de celui de la femelle. Ses spermatozoïdes remontent l’oviducte et assurent la fécondation des ovules. La fécondation se fera à l’intérieur du corps de la femelle : c’est une fécondation interne 2. Le noyau du spermatozoïde (gamète mâle) contenant le ½ plan de fabrication d’un oiseau fusionne avec le noyau de l’ovule (gamète femelle) contenant l’autre ½ plan : l’ovule est alors fécondé. 3. L’œuf fécondé se divise successivement en 2, 4,8… Chaque cellule ainsi formée contient une copie du plan complet de fabrication du nouveau loriot. 4. Les œufs sont déposés dans un nid, d’architecture parfois compliquée. Ils seront couvés par les parents (femelle et/ou mâle). 5. Lorsqu’ils couvent, les oiseaux placent leurs œufs contre une plaque incubatrice (zone pectorale, nue, chaude, fortement irriguée par les vaisseaux sanguins). Cette plaque transmet la chaleur du corps aux œufs fécondés qui peuvent ainsi se développer. 6. Pendant l’incubation, l’embryon se développe en puisant son énergie dans les réserves de vitellus. Les éléments nutritifs de ce vitellus sont absorbés et transportés par voie sanguine. 7. A la fin de l’incubation, l’oisillon brise sa coquille et sort de l’œuf. Il naît nu et aveugle, incapable de subvenir à ses besoins. Il est entièrement dépendant de ses parents qui le nourrissent, le réchauffent, le protègent. 8. Le corps se couvre de duvet puis de plumes plus importantes. L’oisillon reste au nid. Il est nidicole. Je construis mes apprentissages en sciences, fiches-outils, 2e, De Boeck, 2007 Image : Tous les oiseaux d’Europe, Bordas, 1981 9. C A A C D D C D C D B B Source : Sciences 7e, DECS, 2003. A : reproductions sexuée et asexuée chez les mêmes individus B : reproduction asexuée majoritaire C : reproduction sexuée, fécondation externe D : reproduction sexuée, fécondation interne