5ème - Respiration et occupation des milieux 1 RESPIRATION ET OCCUPATION DES MILIEUX Séance 1 (Aquarium + 2 réservoirs et eau à des températures différentes) Power point sur un cours d’eau et la répartition des poissons : on n’a pas les mêmes poissons suivant l’endroit du cours d’eau. Les truites sont en amont Les ombres sont au milieu Les barbeau sont en aval. La répartition des animaux et des végétaux est variable selon le milieu de vie. On dit que les peuplements changent. Rappel 6ème : les peuplement changent en fonction du milieu de vie Ils sont influencés par les facteurs du milieu. I – La répartition des êtres vivants dépend de leurs milieux de vie : Ecrire les conditions du milieu déduites du power point + temp. [I] Eau assez calme Végétaux verts abondants 16 °C BARBEAU (30 à 100 cm) Eau agitée Végétaux verts 13 °C OMBRE (30 à 35 cm) Eau très agitée Végétaux verts absents 11,5 °C TRUITE (30 à 40 cm) 5ème - Respiration et occupation des milieux 2 Problème : Comment des modifications de température ou de courant, peuvent-elles perturber certains poissons ? A – Les caractéristiques du milieu influencent les peuplements : On peut imaginer que ces conditions vont perturber la nage…[Ra hyp] Pour voir en quoi les poissons sont perturbés il suffit de le mettre dans des conditions qu’il supporte mal. ou 2 Poissons rouges dans 2 aquariums où l’eau n’est pas à la même température. noter les différences dans le comportement des poissons [I] la nage n’a rien de particulier par contre les mouvements de bouche sont plus rapides quand la température est plus élevée. Fiche réaction d’un poisson + fiche méthodologique sur l’exploitation. REACTION D’UN POISSON DANS DES EAUX DE CARACTERISTIQUES DIFFERENTES Nous plaçons un poisson tour à tour dans une eau qui correspond à celle de l’amont d’une rivière puis dans une eau qui correspond à celle de l’aval. Les constatations sont consignées dans le tableau ci-dessous : Eau de type amont Eau de type aval Nombre d’ouverture de la bouche par minute 82 138 1 – Exploiter ce tableau [I] En amont, les poissons ouvrent 82 fois la bouche par minute. En aval, les poissons ouvrent 138 fois la bouche par minute 2 – Imaginer le type de perturbation que subit le poisson [Ra] Les poissons semblent avoir du mal à respirer dans l’eau de l’aval Classification animale Prochain cours : Papier millimétré Séance 2 (EXAO + eau de chaux + tubes à essai par table) Rappel primaire + préacquis : en quoi consiste la respiration ? à prendre de l’O2 et à rejeter du CO2. On peut donc penser que l’agitation du milieu et/ou la température influencent la respiration des poissons. Cette hypothèse implique que : [Ra cev] - les poissons prennent de l’O2 dissous dans l’eau et rejettent du CO2 et 5ème - Respiration et occupation des milieux 3 Donc s’il a du mal à respirer dans l’eau de l’aval, c’est qu’il doit y avoir moins d’O2. que la quantité d’O2 diminue quand la température augmente et/ou quand l’agitation diminue. Lancer l’EXAO sur un poisson rouge dans un petit bocal pendant 5 minutes (adapter l’échelle des ordonnées). - TP : Pendant ce temps tester l’eau pour le CO2 dissous [Ma] quel est le réactif au CO2 ? eau de chaux mettre eau du robinet dans tubes à essai et ajouter de l’eau de chaux prendre de l’eau du bocal et ajouter l’eau de chaux L’eau de chaux se trouble en présence d’eau de l’aquarium, cette dernière contient donc du CO2 dissous. Par contre l’eau de chaux reste limpide au contact de l’eau du robinet. C’est donc le poisson qui libère ce CO2. Revenir à l’EXAO et exploiter à l’oral les résultats avec le vidéoprojecteur [I] RESULTATS EXAO DES TENEURS EN DIOXYGENE DISSOUS EN PRESENCE D’UN POISSON Voici les résultats obtenus grâce à une sonde à dioxygène placée dans l’eau avec le poisson. Ces données sont approximatives. Temps en seconde Teneur en dioxygène dissous (g/l) 0 7,45 30 7,3 60 7,2 90 7,18 120 7,1 150 7 Information : dans une eau sans poisson, la teneur en dioxygène dissous reste à 7,45 g/l. 1 – Construire le graphique de la teneur en dioxygène dissous en fonction du temps quand le poisson est dans l’eau [C] 2 – Décrire (exploiter) ce graphique [I] Au début de l’expérience la teneur en oxygène dissous est de 7,45 g/l. Au bout de 60 secondes elle a diminué pour atteindre 7,2 g/l. Au bout de 150 secondes elle n’est plus que de 7 g/l. 3 – Poser une conclusion [Ra] Le poisson a puisé de l’oxygène dissous dans l’eau. Les poissons font des échanges avec l’eau. Ils prélèvent l’O 2 dissous et libèrent du CO2 qui se dissous. 5ème - Respiration et occupation des milieux 4 Séance 3 : (EXAO + bécher + agitateur) Ecrire la fiche méthodologique sur la construction des graphiques. Revenir sur la seconde CEV : la quantité d’O2 diminue quand la température augmente et/ou quand l’agitation diminue. EXAO sur les quantités de dioxygène dissous dans des eaux de température différente. [I] plus c’est chaud moins c’est oxygéné. Livre page 28 : Mesure de l’O2 dissout dans une eau agitée ou non [I] L’oxygénation de l’eau (quantité d’oxygène dissous) varie selon la température de l’eau et son agitation. Une eau agitée et fraîche sera plus oxygénée qu’une eau calme et plus chaude. Conclusion : les caractéristiques de l’eau modifient les peuplements car elles influencent les conditions de la respiration aquatique. Séance 4 (Poisson + pince + ciseaux + verre de montre + eau + loupes) Quels sont les organes respiratoires permettant aux poissons de puiser de l’oxygène dissout ? les branchies B – Les branchies permettent de puiser le dioxygène dissous dans l’eau : Pour confirmer le rôle des branchies dans la respiration des poissons par exemple, il faut [Ra cev] - constater que l’eau peut aller aux branchies - constater que les branchies peuvent assurer la prise d’oxygène 5ème - Respiration et occupation des milieux 5 Localisation des branchies : regarder le poisson rouge : il y a des mouvements de la bouche et des ouies [I] donc on peut penser que les branchies sont à ce niveau distribuer les têtes de poissons et soulever les ouies [Ma] revenir aux mouvements du poisson : on peut penser que l’eau entre par la bouche et sort par les ouies et donc au niveau des branchies. Vérification d’un lien existant entre la bouche et les ouies grâce à une sonde cannelée ou autre. Il existe un passage entre la bouche et les ouies, il faut encore vérifier que l’eau passe bien par là. Or pour voir les mouvements de l’eau il faut la colorer. TP avec bleu de méthylène devant la bouche d’un poisson rouge ou transparent Grâce à de l’eau colorée, on sait que l’eau entre par la bouche du poisson et ressort par les ouies. Sous les ouies on trouve des branchies. Bouche Ouie masquant les branchies mouvement de l’eau Il faut maintenant doser les quantités d’O2 dissous à l’entrée de la bouche et à la sortie des ouies. Fiche comparaison de la composition de l’eau [I] Dioxygène et dioxyde de carbone dissous dans l’eau Eau entrant Dioxygène dissous : 5 cm3 / l Dioxyde de carbone dissous : 45 cm3 / l Eau sortant Dioxygène dissous : 1 cm3 / l Dioxyde de carbone dissous : 49 cm3 / l 5ème - Respiration et occupation des milieux 6 Comparer ces compositions [I] : Il y a 4 cm3 / l de moins en dioxygène dissous dans l’eau qui sort. Le dioxyde de carbone dissous passe de 45 cm3 / l à 49 cm3 / l. C’est donc bien au cours de ce trajet que l’eau perd de l’O2 dissous et s’enrichit en CO2 dissous. Les branchies sont des organes respiratoires permettant des échanges d’O2 et de CO2 entre l’organisme et l’eau. La branchie est donc un organe respiratoire. C’est à son niveau que l’O 2 dissous entre dans le corps du poisson et le CO2 fait l’inverse. Comment se fait ce passage ? Comment les branchies permettent-elles ces échanges ? TP branchies avec loupe [Ma] noter les vaisseaux les filaments branchiaux très fins le nombre de filaments TP branchie + page 13 : Les branchies sont très irrigués et sont formées de filaments branchiaux fins. L’O2 et le CO2 traversent donc ces filaments. Le sang s’oxygène et évacue le CO2. Les branchies sont des lieux d’échange. Distribuer la fiche annotation DM : faire un schéma de la branchie sur feuille de dessin grâce à la page 13 N° 2d Réviser évaluation Séance 5 Ramasser le DM pour corriger la manière d’annoter Sang riche en CO2 et Pauvre en O2 Sang riche en O2 et Pauvre en CO2 B R A N C H I E Courant d’eau 5ème - Respiration et occupation des milieux 7 L’eau circule au niveau des branchies grâce à des mouvements respiratoires. Ce courant d’eau permet d’amener, en permanence, aux branchies de l’eau riche en oxygène dissout. Les branchies prélèvent cet oxygène dissout et libèrent du CO 2 dans l’eau. Exercice sur la moule à noter + compléter la classification animale EXERCICE Dans l’eau de mer, la coquille de la moule reste entrouverte. Elle est alors traversée par un courant d’eau (60 à 75 l d’eau circulent dans la cavité de la moule en 24H). A l’intérieur de la coquille, on observe des branchies formées de lamelles. Sur le bord des lamelles se trouvent de très nombreux cils vibratiles qui battent en permanence. 1 – Proposer une expérience pour montrer l’existence d’un courant d’eau. [Ra] 2 – Expliquer comment l’eau de mer est renouvelée à l’intérieur de la coquille. [I] 3 – Indiquer, grâce à vos connaissances, quelles sont les caractéristiques des branchies. [Ra] Séance 6 Correction évaluation Power point : Observation de différents comportements respiratoires dans le milieu aquatique : Certains animaux comme la grenouille où l’orque monte fréquemment à la surface de l’eau Ils viennent en fait chercher de l’air pour respirer Car même en vivant dans l’eau il prennent de l’O2 atmosphérique C - Certains animaux aquatiques puisent l’O2 atmosphérique Fiche sur les échanges gazeux [I] I LA RESPIRATION DE LA GRENOUILLE On place une grenouille dans un récipient fermé avec une sonde à dioxygène et un tube à essai plein d’eau de chaux. Voici les résultats : Quantité d’O2 dans le récipient au début de l’expérience : 20,9 % Quantité d’O2 dans le récipient 15 minutes plus tard : 18,4 % Aspect de l’eau de chaux au début de l’expérience : limpide. Aspect de l’eau de chaux 15 minutes plus tard : trouble. En déduire, en vous justifiant, les échanges gazeux qui ont lieu entre la grenouille et l’air du récipient. La quantité d’O2 diminuant, la grenouille a pris l’O2. par contre l’eau de chaux se trouble donc la grenouille a rejeté du CO2. 5ème - Respiration et occupation des milieux 8 Certains animaux aquatiques prélèvent l’O2 atmosphérique et rejettent du CO2 dans l’atmosphère. Ils respirent en faisant des échanges gazeux. Les échanges se faisant avec l’air on pense immédiatement aux poumons comme organes respiratoires TP dissection de la grenouille ou page 14 [I] présence de poumons rosés donc présence de sang séparé de l’air par une surface fine. Lapin ouvert : remplir les poumons en soufflant [Ma] l’air entre dans les poumons Page 14 : L’air inspiré, riche en O2, arrive dans les poumons. Au niveau de ce lieu d’échange, l’O2 parvient au sang et le CO2 entre dans les poumons. Par la suite l’air riche en CO2 est expiré. Film sur une grenouille pour voir les mouvements respiratoires [I] Ces échanges gazeux sont permis par un renouvellement de l’air dans les poumons grâce à des mouvements respiratoires. De plus les animaux aquatiques respirant dans l’air remonte fréquemment à la surface, c’est un comportement respiratoire. Power point avec l’orque et le dauphin : constater qu’il y a aussi une remontée à la surface remarquer l’endroit où il souffle : le dessus de la tête regarder sur le dauphin, c’est une narine = évent qui peut se fermer pour la plongée donc les comportement sont un peu différents. Les mouvements respiratoires et les comportements respiratoires peuvent varier selon l’espèce animale considérée. Conclusion : Les poumons sont des lieux d’échanges entre l’air et le sang permettant à des animaux aquatiques ou terrestres de respirer. Si les animaux pulmonés vivent en milieu aquatique, ils devront adopter un comportement respiratoire leur permettant ces échanges. DM sur la baleine page 24 n° 6 + réviser les exploitations Bilan : Les échanges gazeux d’O2 et de CO2 peuvent se faire entre l’animal et l’eau ou entre l’animal et l’atmosphère. Le milieu impliqué dans ces échanges peut être différent du milieu de vie de l’animal. Pour effectuer ces échanges, il existe plusieurs types d’appareils respiratoires. 5ème - Respiration et occupation des milieux 9 Séance 7 (aquarium avec plante + élodée à la lumière et à l’obscurité pour voir le dégagement de bulles.) Correction DM Les animaux échangent des gaz respiratoires avec le milieu atmosphérique ou aquatique car ces derniers renferment de l’O2. Comment les milieux se réapprovisionnent-t-ils en O2 ? [Ra prob] II – L’oxygénation des milieux : Revenir sur la rivière qui est plus oxygénée en amont qu’en aval or l’amont est plus agité par le courant donc il y a plus de bulles donc on peut penser à une origine atmosphérique penser aux résultats obtenus en EXAO sur l’oxygénation d’une eau agitée ou page 28 L’oxygénation de l’eau des rivières est favorisée par le courant et donc l’agitation de l’eau. Il y a donc dissolution du dioxygène atmosphérique dans l’eau de rivière ou de la mer … Aquarium avec un couvercle, des poissons rouges, des élodées et une pompe dirigée vers le bas. [I] Comment s’oxygène l’eau de l’aquarium vu qu’il y a un couvercle et peu d’agitation ? On peut penser aux plantes. Remarquer la présence de bulles sur l’élodée [I] On peut penser que les végétaux libèrent de l’oxygène. On suppose que les végétaux libèrent du dioxygène dans leur milieu de vie aérien ou aquatique. Pour vérifier cela il faut voir si le milieu s’enrichit en O 2 en présence de végétaux. ou EXAO avec des élodées (ou leur feuilles découpées) à la lumière (6min) (ne pas oublier de mettre dans l’eau du bicarbonate de potassium) [Ma + I] constater que l’oxygénation augmente. Fiche à RAMASSER ET NOTER 5ème - Respiration et occupation des milieux 10 OXYGENATION DU MILIEU ET VEGETAUX Des végétaux aquatiques sont placés dans un récipient éclairé. Une sonde oxymétrique est mise au contact de l’eau. Voici les résultats obtenus : Temps (min) Dioxygène dissous (mg/l) 0 4 1 4,1 2 4,32 3 4,5 Exploiter ce tableau [I] Les végétaux aquatiques libèrent de l’O2 qui se dissous dans l’eau. Ra EXERCICE Un physicien anglais de 1772, Mr Priestley mit une tige de menthe et une souris dans un récipient fermé. Il fut étonné de voir que cet animal ne mourait pas asphyxié dans le récipient. Expliquer pourquoi la souris a survécu. Les végétaux terrestres libèrent aussi de l’O2 dans l’atmosphère. Livre page 29 d : exploiter + mettre les élodées à la lumière puis à l’obscurité pour voir le nombre de bulles. remarquer qu’à la lumière il y a libération d’O2 absence de libération à la l’obscurité De 0 à 1 minute, il y a 430 mol/l d’O2. A la lumière, entre 1 et 4 minutes, la quantité d’O2 passe de 430 à 540 mol/l. A l’obscurité, entre 4 et 7 minute, la quantité d’O2 diminue pour atteindre 500 mol/l. Enfin de 7 à 10 minute en présence de lumière, la quantité d’O2 passe de 500 à plus de 580 mol/l. Cette production d’O2 ne se fait qu’à la lumière. remarque qu’à l’obscurité la quantité d’O2 ne se stabilise pas, elle diminue. De l’O2 disparaît du milieu de vie La seule possibilité est que le végétal l’est pris Le végétal respire. Pour prouver cela il faudrait une production de CO2 A l’obscurité, on note une diminution de la quantité d’O 2 dans le milieu. Ceci nous fait supposer que les végétaux respirent. 5ème - Respiration et occupation des milieux 11 On a déjà vu qu’ils utilisent de l’O2, rejettent-ils du CO2 ? LES ECHANGES GAZEUX DE LA CAROTTE A l’aide d’un dispositif d’EXAO, on mesure les quantité d’O2 et de CO2 de l’air d’un récipient fermé et éclairé contenant des carottes. On utilise deux capteurs : une sonde oxymétrique et une sonde à CO2. Exploiter ce graphique [I] Les pourcentages d’O2 passe de 21 % à 20,1%. Les pourcentages de CO2 passent de 0,1% à 0,2 %. La carotte libère du CO2 et consomme de l’O2. Elle respire On constate que la carotte respire mais ne libère pas d’O2 même si elle est éclairée. Remarquer la différence entre une carotte et une élodée ou la menthe. pas de feuilles pas de vert. Pas chlorophyllien. La racine de la carotte contrairement à l’élodée ou à la menthe n’est pas verte. Elle n’est pas chlorophyllienne. Bilan : Les végétaux respirent en permanence. De plus, à la lumière, les végétaux chlorophylliens (= végétaux verts) libèrent de l’O2 dans le milieu. DM à ramasser : construire la courbe de la quantité d’O2 dissous dans l’eau en fonction du temps en présence d’un végétal. 5ème - Respiration et occupation des milieux 12 Séance 8 (criquets, pinces, boîtes dissection) Fiche sur une rivière polluée et sur la répartition des insectes aquatiques [I] constater que les insectes sont différents le long de la rivière les insectes de l’amont sont perles, éphémères… les insectes de zones polluées sont éristales… compléter la classification animale III – La pollution aquatique influence les peuplements animaux : Fiche paysage sur une rivière + power point sur les animaux larve d’éphémère larve de trichoptere NB : des schémas sont dans votre livre à la page 39 larve d’éristale larve de chironome Décrire la répartition de ces larves d’insectes le long de cette rivière. [I] ces deux points de la rivière sont peuplés différemment . Les larves d’éphémères et de trichoptères peuplent l’amont. L’aval est peuplé par les larves de chironomes et d’éristale. Emettre une hypothèse pour expliquer votre observation. [Ra] Il est possible que la ville et sa pollution perturbent les milieux et donc la respiration. 5ème - Respiration et occupation des milieux 13 Hypothèse : la pollution influence la répartition des EV et donc sans doute leur respiration [Ra hyp] En plus on s’aperçoit que l’éristale a comme un tuba. On peut imaginer que la pollution influence l’oxygénation de l’eau et donc la respiration des insectes. Si cela est vrai alors : on doit pouvoir mettre en évidence l’existence d’échanges gazeux entre les insectes et leur milieu de vie la pollution aquatique doit faire diminuer l’oxygénation de l’eau A – Les échanges gazeux entre les insectes et le milieu : TP EXAO avec vers de farine ou criquets + eau de chaux [Ma + I] Grâce à l’EXAO, on sait que les insectes prennent dans le milieu de l’O 2 et rejettent du CO2. Ils respirent. DM ou exercice sur les graphiques pour les échanges gazeux des insectes. Power point : les photo de la larve d’éphémère et de la larve d’éristale. certains prennent l’O2 dans leur milieu de vie aérien ou aquatique d’autres ne prélèvent pas l’O2 dans leur milieu de vie Certains insectes prennent l‘O2 dans leur milieu de vie (ex : criquet, larve d’éphémère) aérien ou aquatique. D’autres prélèvent leur O 2 dans un milieu différent (larve d’éristale, larves de moustiques). Pour prendre l’O2 atmosphérique, on suppose que les insectes possèdent un organe respiratoire semblable aux poumons. Dissection criquet : [Ma] pas de poumon mais de nombreux tuyaux qui partent de la paroi du corps et qui vont jusqu’aux muscles. Les insectes ne possèdent pas de poumons. Leur dissection montre de très nombreux tuyaux qui parcourent tout le corps. Ces tuyaux nommés trachées partent de la paroi du corps et vont jusqu’aux muscles. 5ème - Respiration et occupation des milieux 14 On peut penser qu’ils sont responsables de la respiration. pour cela il faut un contact avec l’extérieur repérer les stigmates à la surface du corps. Au niveau de la paroi, ils s’ouvrent sur l’extérieur par des stigmates (=orifices). (page 18). Film sur la respiration du criquet : ouverture et fermeture des stigmates mouvements respiratoires de l’abdomen Les stigmates s’ouvrent et se ferment. Grâce aux mouvements de l’abdomen (=mouvements respiratoires) l’air qui entre dans les trachées se déplacent. Séance 9 (criquet, pinces, lames, lamelles, eau, lames prêtes) Sur la dissection on n’a pas vu de sang pour transporter l’O2 aux organes les trachées doivent l’amener directement elles doivent être très fines à leurs extrémités TP microscopie des trachées [Ma] Les trachées se ramifient en tuyaux de plus en plus fins. Ainsi l’air va dans tous les organes et le sang n’est pas indispensable. paroi du corps stigmate Organe Trachée Bilan : La respiration consiste, chez les animaux et les végétaux, à absorber de l’O 2 et à rejeter du CO2. ces absorptions et rejets ne se font pas toujours dans les mêmes milieux ni avec les mêmes organes respiratoires. Exercice sur appareil respiratoire et milieux de vie 5ème - Respiration et occupation des milieux 15 Revenir sur la deuxième CEV : la pollution doit faire chuter l’oxygénation de l’eau. B - La pollution influence la respiration aquatique : I OXYGENATION DE L’EAU ET POLLUTION Animaux de la zone de prélèvement Larves d’éphémères, larves de trichoptères Chironomes, tubifex, éristales, sangsue Quantité de dioxygène dissous 12,2 mg/l 3,4 mg/l Valider ou infirmer votre supposition grâce au tableau ci-dessus : les zones peuplées par les larves d’éphémères… ont 12,2 mg/l de dioxygène dissous. Par contre quand l’eau ne contient que 3,4 mg/l de dioxygène dissous alors on trouve des éristales… La pollution fait onc chuter la quantité de dioxygène dissous. Conclusion : l’Homme agit sur son milieu. La pollution aquatique, que ses activités engendrent, cause une diminution de l’oxygénation de l’eau des rivières. Ainsi l’homme a une action sur les peuplements car il perturbe les conditions de respiration. Comment peut-on diminuer ces pollutions aquatiques ? Les entreprises doivent moins rejeter Exposé Il faut nettoyer l’eau dans des centrales dépuration Pour diminuer ces effets néfastes, il est demandé aux industries de surveiller leurs rejets. De plus des centrales d’épuration placées sur les rivières ou les fleuves traitent l’eau afin de retenir un maximum de déchets chimiques et de détritus. 5ème - Respiration et occupation des milieux 16 Séance 10 (criquet, pinces, lames, lamelles, eau, lames prêtes) Bilan : POLLUTION DES EAUX Actions négatives de l’Homme MILIEU AQUATIQUE OU AERIEN O2 Respiration CO2 respiration STATION D’EPURATION ET MOINS DE REJETS NOCIFS Actions positives de l’Homme Evaluation VEGETAL CHLOROPHYLLIEN ANIMAL Organe respiratoire