TD IUFM Biologie

QUELQUES RAPPELS GENERAUX
Démarche d’investigation :
Questionnement – Situation d’entrée (émergence des représentations des élèves : individuellement puis
confrontation en groupes) et problème – Hypothèse – Investigation (observations, expérimentations,
modélisation...) – Interprétation des résultats et notions – Généralisation – Conceptualisation.
Il faut faire la différence entre expérimenter et manipuler. L’expérimentation fait partie de la démarche
scientifique car on met à l’épreuve une hypothèse et les élèves conçoivent le protocole. La manipulation
ne fait pas partie de la démarche scientifique car on y suit un protocole.
Les niveaux d’organisation du vivant
Atomes
Molécules
cellules
Tissus
Appareils
Organismes
Population (même
espèce)
Peuplement (= Biocénose = ensemble de différentes espèces dans un même milieu)
Ecosystème (Biotope : milieu physico-chimique + Biocénose : faune et flore)
Biosphère
(Planète Terre
Système solaire
Galaxie : Voie Lactée)
La biosphère fonctionne principalement grâce à une source d’énergie = l’énergie solaire. Seule une infime
partie est utilisée (énergie utile), le reste est reflété, réfracté et perdu sous forme de chaleur (pertes).
Notion d’interdépendance
Bilan de la photosynthèse (Producteurs)
Eg solaire + CO2 + H2O
Glucose + O2
6CO2 + 6H2O
C6H12O6 + 6CO2
Bilan de la respiration (cellulaire)
Glucose + O2
CO2 + H2O + Energie
C6H12O6 + 6O2
6CO2 + 6H2O + Energie
Matière minérale et matière organique
La matière minérale :
- Ne possède pas de Carbone lié à de l’Hydrogène.
- Ne vient d’être vivant.
- On y compte : l’eau (H2O), les sels minéraux (NaCl, chlorures, sulfates, phosphates, nitrates..., Ca,
K, Mg, Fe, Zn...
La matière organique :
- Provient des organismes vivants.
- Elle comporte du Carbone relié à de l’Hydrogène
- Il existe 4 grandes catégories : les glucides (CHO), les lipides (CHO), les protides (CHON) et les
acides nucléiques (CHONP).
REPRODUCTION ET DEVELOPPEMENT CHEZ LES ANIMAUX
La reproduction est la fonction par laquelle une espèce peut assurer sa descendance pour survivre, se
propager et évoluer.
Il existe la reproduction asexuée et la reproduction sexuée.
Les espèces hermaphrodites : quand l’animal est capable de produire simultanément ou successivement
les 2 types de gamètes.
On peut distinguer : le dimorphisme sexuel, les comportements reproducteurs (tels que le rut, parades
sexuels, combats...), présence ou non d’accouplement, le type de fécondation (interne ou externe) et le
mode de reproduction (vivipare, ovipare ou ovovivipare).
Il faut dissocier accouplement – fécondation
Fécondation externe
Fécondation interne
Avec accouplement
Sans accouplement
Avec accouplement
Sans accouplement
Grenouille
Thon
Insectes
Certains batraciens
Crapaud
Huître
Mammifères
Moule
Oiseaux
Oursin
La fécondation externe entraîne une absence de protection des œufs et de soins aux petits. La production
d’œufs est alors importante pour maximiser la vie de quelques uns.
La fécondation interne entraine souvent une faible production d’œufs, mais la protection maximise les
chances de survie.
Ovipare : L’embryon est protégé dans un œuf ou une gangue. Il n’y a pas de lien nutritionnel avec la
mère. Il y a souvent des échanges gazeux avec le milieu extérieur. La ponte se fait dans l’eau ou sur la
terre. Naissance = éclosion. La couvaison chez certains oiseaux est une des modalités de l’incubation (=
maintien d’une température constante pour permettre le développement).
Ovovivipare : La couvaison est interne (reptiles et quelques poissons). L’embryon est protégé par un
œuf. Il n’y a pas de lien nutritionnel avec la mère. L’éclosion se fait dans le ventre de la mère.
Viviparité : L’embryon est protégé par un placenta et des annexes embryonnaires. Il y a un lien
nutritionnel et des échanges gazeux avec la mère par le biais du placenta. Naissance = mise bas.
Développement juvénile
Le jeune vit dans le même milieu de vie et a la même alimentation que l’adulte. Il a un développement
juvénile direct.
La larve a une alimentation différente et un milieu de vie différent de l’adulte. Elle a un développement
juvénile indirect. Par exemple chez les insectes :
Larve
Pupe ou nymphe
imago (= adulte). On parle alors de métamorphose lors du
passage de la larve à l’adulte. C’est l’apparition et la disparition d’organes.
Courbes de croissance
La souris a une croissance continue jusqu’à atteindre un maximum. Par contre le phasme a une croissance
discontinue, c'est-à-dire qu’il y a des moments de croissance : les mues. Cette modalité de croissance se
trouve principalement chez les Arthropodes.
Rmq : La « mue » des crapauds et des serpents = desquamation.
REPRODUCTION ET DEVELOPPEMENT CHEZ LES VEGETAUX
L’organe sexuel des Angiospermes (plantes à fleurs) est la fleur.
Corolle = ensemble des pétales.
Calice = ensemble des sépales.
Pistil = ovaire (contenant les ovules) + stile + stigmate.
Etamines = filet + anthères (contenant les grains de pollen, contenant eux-mêmes les gamètes mâles).
Chez les végétaux, il n’y a pas d’accouplement mais il y a fécondation.
Le grain de pollen germe sur le stigmate en formant un tube pollinique.
La graine = embryon + réserves (contenues dans les cotylédons) + enveloppe protectrice (tégument).
La pollinisation = transport et dépôt du grain de pollen sur le stigmate.
Un ovule fécondé par un « spz » donne une graine.
Un ovaire, après fécondation, se transforme en fruit.
Développement des Végétaux : la graine
La graine = Embryon + réserves (dans les cotylédons) + téguments. C’est un organe de dissémination
(avec des caractéristiques morphologiques liées à la dispersion).
Sous nos latitudes, en hiver, les graines sont en vie ralentie (=dormance) = arrêt de la croissance,
déshydratation, respiration minimum, ralentissement du métabolisme, maintien des fonctions essentielles.
La germination (= passage de la vie ralentie à la vie active de la graine) : Levée de la dormance par
augmentation de la température ambiante (sous nos latitudes, elle se fait le plus souvent par l’exposition à
une période de froid). Réhydratation (et donc gonflement de la graine) permettant l’hydrolyse
enzymatique de l’amidon dans les cotylédons. Puis déchirure du tégument et sortie de la radicule. S’ensuit
un développement des poils absorbants (absorption d’eau). Utilisation des réserves d’amidon pour la
croissance de la jeune plantule.
Au début, la plante utilise les réserves contenues dans les cotylédons pour sa croissance (hétérotrophie).
Puis quand les réserves sont épuisées, la plante devient autotrophe.
Respiration
C6H12O6 + 6O2
6CO2 + 6H2O + Energie
Photosynthèse
La plante est adulte quand elle est capable de se reproduire (= production de fleurs).
Un arbre a une croissance infinie par les bourgeons et une croissance discontinue car elle est variable en
fonction des saisons.
LA REPRODUCTION ASEXUEE
Elle se trouve beaucoup chez les unicellulaires (tels que la paramécie), les planaires, les spongiaires, les
cnidaires. Elle se fait par bourgeonnement, scissiparité ou à partir d’une partie du corps.
On la trouve aussi chez les végétaux : pomme de terre (tubercule), fraisier (par stolon), les bulbes (tulipe,
crocus, jacinthe), le muguet, l’iris (par rhizome), les fougères, les mousses.
Mais aussi chez les Champignons.
La reproduction asexuée permet de coloniser rapidement un milieu et a un faible coût énergétique. La
reproduction sexuée permet l’adaptabilité aux variations des conditions de milieu.
NUTRITION DES ANIMAUX
Manger = implique une bouche.
Consommer = on consomme des aliments en les prélevant dans le milieu.
S’alimenter = on apporte des aliments au corps selon ses besoins.
Se nourrir = on se nourrit en utilisant les aliments pour le fonctionnement du corps.
L’alimentation est la façon dont on se nourrit.
La nutrition est l’ensemble des processus permettant la vie cellulaire. Elle permet le renouvellement
moléculaire, la production d’énergie et l’activité cellulaire. Cela implique la coopération des divers
appareils.
La digestion est la transformation des aliments en nutriments.
L’absorption est le passage des nutriments dans le sang.
Un nutriment est une petite molécule soluble et en faible variété : 20 acides aminés, le glycérol et les
acides gras, le glucose, l’eau, les sels minéraux et les vitamines.
L’assimilation est l’utilisation des nutriments bâtisseurs par les cellules pour fabriquer leur propre
matière organique (protéines). Cette synthèse est nécessaire au renouvellement moléculaire et cellulaire
compensant les pertes naturelles.
Les aliments peuvent être classés de différentes manières selon divers critères :
- Selon leur composition chimique : les glucides (= les « sucres »), les lipides (= les graisses), les
protides, l’eau, les sels minéraux et les vitamines. Les glucides peuvent être simples (une seule
molécule tel que le glucose) ou complexe (une succession de glucides simples tels que l’amidon
qui est une succession de molécules de glucose ; ou le glycogène). Les lipides peuvent être saturés
(sans aucune double liaison entre les carbones ; ils sont mauvais pour la santé) et les insaturés
(avec des doubles liaisons entre les carbones ; ils sont plutôt bons pour la santé). Les protéines
sont des suites de molécules simples, les acides aminés (chez tous les êtres vivants, il existe 20
acides aminés).
- Selon leurs rôles dans le corps : les bâtisseurs (protides et les lipides), les énergétiques (glucides
et lipides), les fonctionnels (vitamines, sels minéraux et protides).
- Selon leur classement nutritionnel (par ordre d’importance pour l’équilibre alimentaire) : boissons
(eau...) ; fruits et légumes ; féculents (céréales, riz, pomme de terre, légumes secs) ; produits
laitiers ; viandes, poissons et œufs ; matière grasse ; sel et produits sucrés.
Remarque : Le pain est un aliment composé (amidon, gluten, sel, eau). L’amidon qui le compose est un
aliment simple.
La digestion = découpage des macromolécules en molécules simples.
L’absorption = passage des nutriments de l’intestin grêle vers le sang.
Lors de la digestion et de l’assimilation :
- La transformation des aliments dans le tube digestif se fait grâce à des phénomènes chimiques
(salive, sucs gastriques, pancréatiques, intestinaux et bile) et des phénomènes mécaniques
(mastication, contractions de l’estomac et de l’intestin grêle).
- Les glandes digestives sécrètent des sucs digestifs ou de la bile.
- la bile n’est pas un suc car elle ne contient pas d’enzymes. Elle facilite l’attaque enzymatique des
lipides en faisant une émulsion.
- Les enzymes sont des catalyseurs accélérant les réactions chimiques.
- Les glucides, les acides aminés, l’eau, les vitamines et les sels minéraux vont dans le sang. Alors
que les lipides (acides gras et glycérol) vont dans la lymphe.
La glycémie
Chez un être humain, la glycémie moyenne est de 1g/L de sang. Le surplus est stocké dans le foie. Si le
foie est « plein », le surplus est transformé en graisse. Les hormones pancréatiques, l’insuline et le
glucagon permettent la régulation de la glycémie. L’insuline permet de stocker le glucose sanguin sous
forme de glycogène dans le foie. Le glucagon permet de libérer le glucose du foie dans le sang. Le
glucose est aussi stocké dans les muscles pour leurs propres besoins.
NUTRITION ET CROISSANCE DES VEGETAUX
La photosynthèse est la production de matière organique à partir de matière minérale exclusivement
présent dans le milieu à l’aide d’une source d’énergie : la lumière solaire captée par la chlorophylle.
Un bourgeon est un rameau en miniature contenant tige, feuilles + bourgeon en miniature assurant la
croissance. Il existe 2 types de bourgeons : les bourgeons floraux (zone de croissance des fleurs) et les
bourgeons à bois (zones de croissance des feuilles et des tiges).
ECOSYSTEME
Ecosystème = biocénose (=ensemble des êtres vivants) + biotope (milieu physico-chimique)
Chaîne alimentaire = représentation conventionnelle matérialisant les relations alimentaires entre les
êtres vivants. La relation est « est mangé par ».
La chaîne est une seule suite.
Un réseau est un ensemble de chaînes d’un même milieu.
Le régime alimentaire est l’ensemble des aliments dont se nourrit un animal à un moment donné dans un
milieu donné. Il dépend des ressources et des startégies adaptatives. Ils permettent d’établir des chaînes
alimentaires.
Le préférendum = les êtres vivants ne se répartissent pas au hasard, certains ont des préférences pour leur
habitat.
Exemples :
- de chaînes alimentaires :
Particules végétales de vase (producteurs Iaires : autotrophe)
Petits poissons (CII)
Martin pêcheur (CIII)
- De réseau alimentaire (à 4 chaînes) :
Vers de vase (CI)
Les consommateurs et les décomposeurs sont des producteurs IIaires (= hétérotrophes).
Dans un réseau, l’ordre des consommateurs dépend de la chaîne à laquelle ils appartiennent. Si le hérisson
mange des baies, il est CI. Par contre s’il mange un ver de terre, il est CII.
Les chaînes et réseaux impliquant des décomposeurs sont particuliers. Le premier maillon est de la
matière organique morte. Le deuxième maillon est l’ensemble des décomposeurs qui transforment la
matière organique morte en matière minérale. Ils assurent un recyclage.
Rmq : Le plancton est l’ensemble des êtres vivants qui se déplacent passivement en milieu marin. Le
phytoplancton = producteurs Iaires.
Les animaux possèdent une dentition adaptée à leur régime alimentaire. La denture est l’ensemble des
dents présentes sur une mâchoire. La dentition est les générations de dents. Les animaux peuvent avoir
une denture complète (comme l’être humain) ou incomplète (comme le cheval qui n’a pas de canines).
Les impacts anthropiques sur l’environnement
-
-
Impacts positifs (ils tendent vers une augmentation de la biodiversité) :
o Protection des espèces et des espaces (que nous avons nous-mêmes abîmés !)
o Réimplantation d’espèces (que nous avons fait disparaître)
Impacts négatifs (ils tendent vers une diminution de la biodiversité) :
o Surexploitation et surprélèvement dans les milieux
o Pollutions chimiques et organiques
La biodiversité est l’ensemble des espèces présentes dans un milieu donné à un temps donné.
L’effet de serre est phénomène naturel. C’est une augmentation de la température moyenne de la surface
due à la capture des infrarouges par des gaz particuliers (CO2, CH4, H2O). Les IR proviennent du sol
après réception d’un rayonnement solaire incident (Car tout corps chauffé émet des IR).
Classification
Une espèce est un ensemble d’êtres vivants interféconds à descendance fertile. On ne peut pas utiliser le
critère de ressemblance (cas du dimorphisme sexuel par exemple).
Une espèce est désignée par le système binomial de Linné : Nom de genre et nom d’espèce. Elle peut
aussi l’être par son nom vernaculaire (courant).
Les notions de races et de variétés ne s’appliquent qu’aux animaux domestiques (issus de la sélection
artificielle de caractères particuliers).
On ne décrit un groupe qu’en fonction des critères (caractères morphologiques, anatomiques,
physiologiques et génétiques) qui lui sont exclusifs (groupes monophylétiques) représentant une
ascendance commune. Par exemple : les mammifères regroupent les animaux possédant des poils et des
mamelles.
RESPIRATION
La respiration, ce sont les échanges gazeux (O2, CO2) et la production d’énergie par dégradation des
nutriments.
C6H12O6 + 6O2
6CO2 + 6H2O + Energie
Attention : respiration ≠ ventilation.
L’inspiration est un phénomène actif, c’est à dire qu’elle fait intervenir des muscles se contractant : les
muscles intercostaux, les muscles releveurs des côtes et le diaphragme. Alors le volume de la cage
thoracique augmente. Les poumons se dilatent grâce à la plèvre qui rend solidaire les poumons et la cage
thoracique. Alors se produit un appel d’air = l’air entre dans les poumons.
L’expiration est un phénomène passif car les muscles se relâchent. Les poumons se compriment = sortie
d’air.
Cf. cours respiration et circulation sanguine
SCHEMA-BILAN
NUTRITION ET RESPIRATION