Respiration et occupation des milieux de vie

Chapitre
1
La respiration dans
les différents milieux de vie
La respiration est l’une des caractéristiques essentielles de
la vie. En quoi consiste-t-elle ? Comment s'effectue-t-elle
dans les différents milieux ? Le milieu de vie d’un être vivant
est-il toujours le même que son milieu de respiration ?
Photographie :des lamantins venant respirer en surface.
11
Activité
1
Reconnaître
qu’un être vivant respire
Vous savez depuis l’école primaire que la respiration humaine consiste à absorber du dioxygène
et à rejeter du dioxyde de carbone.
•
A
Peut-on mettre en évidence des échanges gazeux identiques chez les autres êtres vivants ?
Une mise en évidence simple de la respiration d’un animal terrestre
Je réalise
• Installer le montage ci-contre
avec des criquets, des grillons
ou des escargots.
• Repérer l’évolution de la
teneur en dioxygène de l’air de
la boîte pendant environ dix
minutes.
• Observer à la fin de la manipulation l’aspect de l’eau de
chaux de la boîte de Petri
(Doc 2).
Composition de l’air
dioxygène
autres gaz
(21 %)
(1 %)
sonde
à dioxygène
diazote (78 %)
Évolution de la teneur
en dioxygène de l’air
de la boîte
criquets
boîte de Petri
contenant de l’eau de chaux
L’oxymètre permet de
mesurer avec précision la
teneur en dioxygène * de
l’air grâce à une sonde électronique reliée à un boîtier
à affichage numérique.
D oc
1
sonde à dioxygène
grille fine
eau de chaux
Temps
Dioxygène
(en min)
(en %)
0
21
1
20,2
2
19,5
3
18,8
Mesure de la teneur de l’air en dioxygène à l’aide d’un oxymètre.
La boîte de Petri du montage ci-dessus est photographiée au début de la manipulation (t = 0 min),
puis dix minutes plus tard (t = 10 min).
t = 0 min
t = 10 min
Ce montage permet de 䉴
comprendre ce qui s’est produit pendant ces dix minutes.
dioxyde de carbone*
L'eau de chaux
est un liquide
incolore et limpide.
eau de chaux troublée
Montage témoin
D oc
2
12
Mise en évidence du rejet d’un gaz grâce à l’eau de chaux.
Partie 1. Respiration et occupation des milieux de vie
B
Des mesures réalisées avec un dispositif d’ExAO
Je réalise
• Placer des petits animaux
dans une enceinte (boîte hermétique).
• Bien fermer l’enceinte et
placer la sonde oxymétrique.
• Suivre l’évolution de la
teneur en dioxygène de l’air
de l’enceinte pendant quelques
minutes.
sonde
oxymétrique
écran
Dioxygène (en %)
ordinateur
témoin sans criquets
adaptateur
sonde
oxymétrique
enceinte
avec animaux
avec criquets
dans l’enceinte
clavier
Temps (en min)
souris
Ce dispositif d’ExAO utilise une sonde oxymétrique qui envoie des données à un ordinateur.
Celui-ci construit alors automatiquement un graphique en temps réel.
D oc
3
Le dispositif d’ExAO* permet de suivre en continu l’évolution de la teneur en dioxygène du milieu de vie.
M ots importants
* Dioxygène : gaz qui constitue
21 % de l’air atmosphérique.
* Dioxyde de carbone : autrefois appelé gaz carbonique, c’est
un gaz présent en très faible
quantité dans l’air.
* ExAO : Expérimentation Assistée
par Ordinateur.
PISTES DE TRAVAIL
Pour trouver ce qui caractérise la respiration d’un animal :
1. Indiquez comment évolue la quantité de dioxygène dans la boîte contenant les êtres vivants ( D oc 1 et 3). Proposez une explication.
2. Dites quelle information supplémentaire apporte l’expérience avec l’eau
de chaux ( D oc 2).
Bilan de l’activité : Expliquez en une phrase comment on peut reconnaître
qu’un animal terrestre respire.
COMPÉTENCES : 1. et 2. S’informer, raisonner.
Chapitre 1. La respiration dans les différents milieux de vie
13
Activité
2
Les échanges gazeux
chez d’autres êtres vivants
En milieu terrestre, la respiration des animaux se manifeste par des échanges gazeux
avec l’air : absorption de dioxygène et rejet de dioxyde de carbone.
•
A
Retrouve-t-on les mêmes échanges chez les animaux aquatiques et chez les végétaux ?
Les échanges gazeux respiratoires d’un animal aquatique
Je réalise
• Placer deux poissons dans la boîte
remplie d’eau puis fermer hermétiquement le couvercle en évitant
d’emprisonner des bulles d’air.
• Placer la sonde oxymétrique.
• Suivre l’évolution de la teneur en
dioxygène de l’eau de l’enceinte
avec un système d’ExAO ou avec
un oxymètre numérique.
Dioxygène (en mg/L)
témoin sans poissons
Un test sur l’eau de la boîte
Au début de l’expérience (t0), avant
de placer les poissons, on prélève
4 mL de l’eau de la boîte (tube A).
À la fin de l’expérience (t = 10 min),
on prélève à nouveau 4 mL de l’eau
de la boîte (tube B).
Dans chaque tube on ajoute 10 gouttes
de rouge de crésol.
avec poissons
dans l’enceinte
Temps (en min)
Le rouge de crésol est un réactif rouge
orangé qui vire au jaune en présence de
dioxyde de carbone.
D oc
1
14
Des échanges gazeux* entre un animal aquatique et son milieu de vie (matériel Jeulin).
Partie 1. Respiration et occupation des milieux de vie
B
Des mesures réalisées chez les végétaux
Je réalise
• Placer de l’herbe dans l’enceinte du
système ExAO puis fermer hermétiquement le couvercle.
• Placer la sonde oxymétrique et
mettre le dispositif à l’obscurité.
• Suivre sur l’écran l’évolution de la
teneur en dioxygène de l’enceinte.
• Refaire la manipulation avec des
radis.
Les parties chlorophylliennes d’un végétal doivent
être placées à l’obscurité sinon d’autres échanges
gazeux liés à la nutrition masquent les échanges
gazeux respiratoires.
Pour les parties non chlorophylliennes, c’est
inutile.
Dioxygène (en %)
Dioxygène (en %)
Temps (en min)
Temps (en min)
D oc
2
Une étude expérimentale d’un aspect de la respiration chez les végétaux* (matériel Eurosmart).
M ots importants
* Échanges gazeux : prélèvement et rejet de gaz par un être
vivant dans un milieu.
* Végétaux : nom commun
donné aux êtres vivants possédant de la chlorophylle.
PISTES DE TRAVAIL
Pour mettre en évidence les échanges gazeux respiratoires :
1. Proposez une explication aux résultats obtenus avec la sonde oxymétrique chez les poissons d’une part (D oc 1) et les végétaux d’autre part
(D oc 2).
2. Quelles informations complémentaires apporte le test au rouge de crésol
(D oc 1) ?
Bilan de l’activité : Exprimez en une phrase comment on peut définir la respiration.
COMPÉTENCES : 1. et 2. Raisonner.
Chapitre 1. La respiration dans les différents milieux de vie
15
Activité
3
Milieux de respiration
et milieux de vie
Qu’ils soient dans l’air ou dans l’eau, tous les êtres vivants respirent. Cette respiration
consiste à prélever du dioxygène et à rejeter du dioxyde de carbone dans le milieu.
•
A
Le milieu de vie des animaux est-il toujours leur milieu de respiration ?
Les animaux de la prairie, autour d’une mare
Un peu éloignés de la
mare, dans le pré bien
au sec et au soleil, les
criquets respirent avec
leurs trachées.
Martin-pêcheur
Criquet des pâtures
Même s’il peut plonger un court instant en
apnée pour capturer sa proie, le martinpêcheur respire dans l’air avec ses poumons.
Escargot petit-gris
L’escargot apprécie
l’humidité du bord de
la mare, il respire dans
l’air grâce à un poumon dissimulé sous
sa coquille.
Argiope rayée
À l’affût sur sa toile, prête à dévorer sa
proie à l’aide de ses puissants chélicères,
l’argiope possède à la fois des poumons
et des trachées.
16
Partie 1. Respiration et occupation des milieux de vie
On rencontre souvent la
grenouille sur les pierres
du bord de la mare, mais à
la moindre alerte, elle
plonge dans l’eau. Au
bout d’un moment, on la
voit réapparaître en surface : ses narines hors de
l’eau lui permettent de
renouveler l’air de ses
poumons.
Grenouille verte
B
Les animaux qui vivent dans l’eau de la mare
Gardon commun
Le gardon prélève le
dioxygène de l’eau
grâce à ses branchies,
dissimulées sous des
opercules de chaque
côté de la tête.
Larves de moustique
Écrevisse américaine
L’écrevisse respire
grâce à des branchies
dissimulées sous sa
carapace, de chaque
côté du céphalothorax.
Toujours la tête en bas, les larves de
moustique respirent grâce à un « tuba »
qui affleure à la surface de l’eau et approvisionne des trachées.
Le dytique vient périodiquement à la surface
prélever une réserve
d’air qu’il emprisonne
sous ses ailes. En plongée, cet air sert à alimenter ses trachées.
Dytique marginé
La limnée remonte
régulièrement à la surface pour remplir d’air
son poumon.
Limnée d’eau
PISTES DE TRAVAIL
Pour comprendre le comportement respiratoire de quelques
animaux :
1. Réalisez un tableau présentant pour les différents animaux de la mare et de ses alentours : le milieu de vie, le
milieu de respiration et les organes respiratoires.
2. À partir du tableau, reliez chaque organe respiratoire à un
milieu de respiration.
Grenouille verte
Bilan de l’activité : Expliquez pourquoi des animaux peuvent
avoir des comportements respiratoires différents dans un même
milieu de vie.
COMPÉTENCES : 1. S’informer et communiquer. 2. Raisonner.
Chapitre 1. La respiration dans les différents milieux de vie
17
Activité
4
Respirer dans l’air
avec des poumons
Qu’ils vivent dans l’air ou dans l’eau, tous les animaux possédant des poumons échangent
leurs gaz respiratoires avec le milieu aérien.
•
A
Comment les poumons permettent-ils de respirer dans l’air ?
Le poumon, un organe rempli d’air
Je réalise
• Repérer l’orifice respiratoire sur un
escargot vivant.
• Avec des gros ciseaux, découper
le dernier tour de la coquille d’un
escargot mort.
• Souffler à l’aide d’une pipette
dans l’orifice respiratoire et observer le poumon.
orifice
pulmonaire
Poumon vide
paroi du poumon
Poumon rempli d’air
D oc
1
L’escargot est un animal terrestre qui respire à l’aide d’un poumon*.
Sur une grenouille dont le thorax a été ouvert, un tube
effilé introduit dans la glotte permet de gonfler les deux
poumons pour faciliter leur observation. Chaque poumon présente une organisation très simple : observez
leur forme, leur paroi…
orifices
des narines
(arrivée de l'air
dans la bouche)
glotte (entrée
de l'air dans
les poumons)
D oc
2
18
langue
Le thorax de la grenouille abrite deux poumons de part et d’autre du cœur.
Partie 1. Respiration et occupation des milieux de vie
B
D’autres caractères des poumons
Je réalise
Découper
ici
glotte
rein
Sur un escargot mort débarrassé de sa coquille :
• Introduire des ciseaux fins
dans l’orifice respiratoire ;
• Couper comme indiqué
sur le dessin ci-contre ;
• Ouvrir le poumon et
observer sa paroi supérieure
à la loupe.
vaisseaux
sanguins
cœur
paroi mince
B
A
poumon
orifice du
poumon
coupe transversale AB
vaisseaux
sanguins
vaisseaux
sanguins
vaisseaux
sanguins
ⴛ4
ⴛ2
cœur
poumon
vaisseaux
sanguins
orifice du
poumon
narine
Dans la paroi des poumons, le sang est très
abondant. Il fait le lien entre l’air où est prélevé
le dioxygène et les organes qui l’utilisent. Il
apporte aussi vers les poumons le dioxyde de
carbone produit par les organes. Ces échanges
de gaz ont lieu au niveau de la paroi pulmonaire.
poumon
bouche
bouche
D oc
3
La paroi du poumon de l’escargot.
M ots importants
* Poumon : organe respiratoire
en forme de sac rempli d’air.
* Sang : liquide circulant dans
l’organisme et dont une des
fonctions est de transporter les
gaz respiratoires ; il est rouge
chez la grenouille, incolore chez
l’escargot.
D oc
4
La paroi du poumon de la grenouille.
PISTES DE TRAVAIL
Pour comprendre ce qu’est la respiration pulmonaire :
1. Décrivez l’organisation d’un poumon (D oc 1 et 2).
2. Dites en une phrase quelle est l’importance de la riche irrigation sanguine des poumons.
3. Expliquez comment respirent les animaux qui ont des poumons et qui
vivent dans l’eau.
Bilan de l’activité : Expliquez en quelques lignes comment un poumon permet de respirer dans l’air.
COMPÉTENCES : 1. S’informer. 2. et 3. Raisonner.
Chapitre 1. La respiration dans les différents milieux de vie
19
Activité
5
Respirer dans l’air
avec des trachées
Parmi les animaux qui effectuent leurs échanges respiratoires avec l’air certains utilisent
un ou deux poumons, d’autres comme les insectes respirent avec des trachées.
•
A
Comment les trachées permettent-elles d’utiliser l’air pour respirer ?
Une circulation d’air dans tout le corps de l’insecte
stigmate
Inspiration
Le criquet a le corps entièrement recouvert d’une carapace
rigide et imperméable aux gaz. Une observation attentive
de l’insecte permet de découvrir des petits orifices, les stigmates*, de part et d’autre de l’abdomen. On peut également
observer des mouvements rythmés de la partie inférieure
de l’abdomen : les photographies ci-contre fournissent
deux instantanés de ces mouvements respiratoires.
Expiration
D oc
1
Des mouvements de l’abdomen révèlent la respiration de l’insecte.
trachées
sacs aériens
En découpant la partie latérale de l’abdomen du
criquet, on découvre des tubes blanc nacré, les
trachées*, qui partent des stigmates. Par endroit
ces trachées se renflent et forment des sacs remplis d’air.
D oc
2
20
stigmate
À l’intérieur de l’insecte un réseau de tubes très ramifiés, les trachées.
Partie 1. Respiration et occupation des milieux de vie
B
Un moyen efficace de distribuer le dioxygène aux organes
Je réalise
trachée
organe
• Sur un asticot, repérer
les deux stigmates bruns situés à
l’extrémité de l’abdomen.
• Prendre un stigmate avec une
pince fine et tirer lentement pour
extraire le réseau de trachées.
• Nettoyer ces filaments blancs
avec de l’eau avant de les monter entre lame et lamelle, puis
observer au microscope.
carapace
imperméable
aux gaz
ⴛ 20
organe
trachéoles
stigmate
trachéoles
trachée avec
spirale rigide
La paroi des trachées et des trachéoles* est renforcée
par une spirale rigide qui maintient les tubes ouverts et
favorise la distribution du dioxygène aux organes.
Au cours des mouvements respiratoires, les muscles du thorax et de l’abdomen de l’insecte compriment les trachées et en
chassent partiellement l’air. Lorsque les spirales élastiques reprennent
leur forme, l’air pénètre à nouveau dans les trachées.
D oc
3
ⴛ 200
L’observation des trachées au microscope permet de comprendre leur rôle.
M ots importants
* Stigmate : orifice respiratoire
visible sur le corps d’un insecte.
* Trachée : tube très fin maintenu béant par une spirale rigide
et dans lequel l’air peut circuler.
* Trachéole : petite trachée qui
pénètre dans les organes.
PISTES DE TRAVAIL
Pour comprendre ce qu’est la respiration trachéenne :
1. Décrivez comment est organisé le système respiratoire de l’insecte
( D oc 1 et 2).
2. Comment ses organes sont-ils approvisionnés en dioxygène ( Doc 3) ?
3. Certains animaux ayant des trachées peuvent vivre dans l’eau (voir
p. 17) : comment leur comportement permet-il cela ?
Bilan de l’activité : Définissez en quelques lignes, la respiration trachéenne
des insectes (milieu de respiration, caractéristiques des trachées, échanges).
COMPÉTENCES : 1. S’informer. 2. S’informer, raisonner. 3. Raisonner.
Chapitre 1. La respiration dans les différents milieux de vie
21
Activité
6
Respirer dans l’eau
avec des branchies
Les animaux qui vivent en permanence dans l’eau de la mare, comme la truite ou
l’écrevisse, établissent des échanges gazeux avec l’eau grâce à des branchies.
•
A
Comment les branchies permettent-elles de respirer dans l’eau ?
Les branchies, des organes en contact permanent avec l’eau
opercule
ouïe
L’observation attentive de la tête
d’un poisson dans un aquarium
montre qu’il ouvre alternativement
sa bouche et ses ouïes * . Ces
mouvements rythmés créent un
courant d’eau qui traverse les
branchies.
branchies
D oc
1
Des mouvements réguliers qui révèlent la localisation des branchies du poisson.
branchies plumeuses
En découpant la carapace de l’écrevisse sur le
côté, on découvre des branchies* plumeuses.
Ces branchies sont très riches en vaisseaux sanguins mais elles ne sont pas rouges car le sang
des crustacés est incolore. Un courant d’eau permanent baigne ces branchies et favorise les
échanges gazeux respiratoires.
Photographie : écrevisse morte placée dans l’eau d’un
aquarium pour bien voir les branchies.
D oc
2
22
Partie 1. Respiration et occupation des milieux de vie
Les branchies de l’écrevisse sont
protégées par sa carapace.
B
Les branchies, lieu d’échanges entre l’organisme et l’eau
Je réalise
• Soulever l’opercule* avec une pince
puis le découper comme sur la photographie ci-contre.
• Écarter les branchies.
• Détacher une branchie en coupant l’os à ses deux extrémités
puis la déposer dans une coupelle
contenant de l’eau.
• Observer à la loupe.
Quatre branchies
sous chaque opercule
Chacune des branchies est soutenue par un os sur lequel
s’insèrent deux lames branchiales constituées par de très fins
filaments (on en compte en moyenne 200 par lame). Ces
filaments sont très richement irrigués et le sang n’est séparé de
l’eau que par quelques centièmes de millimètre.
os
os
A
vaisseaux
sanguins
B
filaments
branchiaux
filaments
branchiaux
a
D oc
3
b
Découvrir le rôle des branchies à l’aide d’une dissection ( photographies : a - une branchie ; b - coupe transversale AB).
M ots importants
* Ouïe : ouverture en arrière
des opercules.
* Branchie : organe qui permet
les échanges gazeux respiratoires entre l’organisme et l’eau.
* Opercule : volet mobile qui
protège les branchies.
PISTES DE TRAVAIL
Pour comprendre comment les branchies permettent de respirer dans l’eau :
1. Faites une liste des caractères communs aux branchies du poisson et de
l’écrevisse ( D oc 1, 2 et 3).
2. Recopiez le dessin du Doc 3 puis indiquez par des flèches les échanges
gazeux respiratoires qui ont lieu entre l’eau et le sang au niveau d’une
branchie.
Bilan de l’activité : Expliquez comment une branchie permet de respirer dans
l’eau.
COMPÉTENCES : 1. S’informer. 2. Raisonner et communiquer.
Chapitre 1. La respiration dans les différents milieux de vie
23