Erreur - Lycée Jean Moulin

Classe seconde / La terre dans l'univers : planète habitée
Année 2010 / 2011
LA TERRE DANS L'UNIVERS : PLANÈTE HABITÉE..............................................................................................2
CHAPITRE I – NATURE ET UNITÉ DU MONDE VIVANT...................................................................................................................2
1/ Les conditions de la vie : une particularité de la terre ...........................................................................................2
2/ La nature du vivant..................................................................................................................................................4
A – Les formes de vie...............................................................................................................................................4
B – La composition chimique du vivant...................................................................................................................6
C / Les transformations chimiques dans les cellules................................................................................................7
3 / La biodiversité, résultat et étape de l'évolution......................................................................................................8
A/ La biodiversité : écosystèmes et espèces.............................................................................................................8
B/ Variabilité dans le temps de la diversité biologique............................................................................................9
C / Biodiversité et liens de parenté entre les organismes : le cas de vertébrés.........................................................9
CHAPITRE II – L'EVOLUTION DES ÊTRES VIVANTS.....................................................................................................................10
1 / La structure de l'ADN........................................................................................................................................... 10
2 / Les variations de l'ADN........................................................................................................................................11
3 / La sélection naturelle ...........................................................................................................................................12
4 / La Dérive génétique..............................................................................................................................................13
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LA
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TERRE DANS L ' UNIVERS
:
PLANÈTE HABITÉE
Problème : Comment expliquer l'émergence et le développement de la vie sur terre au sein du système solaire ?
C HAPITRE I – N ATURE
ET UNITÉ DU MONDE VIVANT
1/ LES CONDITIONS DE LA VIE : UNE PARTICULARITÉ DE LA TERRE
TP : Recherche des informations des planètes du système solaire sur internet
Tableau comparatif des planètes du système solaire
Le système solaire est formé
de plusieurs types d'objets :
comètes (amas de roches et
de glaces), astéroïdes, d'une
étoile (soleil) et de plusieurs
planètes. On classe les
planètes en deux grands
types : les planètes rocheuses
ou telluriques (mercure, venus, terre et mars) et les planètes gazeuses.
TP: Réalisation de graphiques à partir des données du tableau comparatif des planètes (TABLEUR)
Variation des températures à la surface des planètes en fonction de la distance au soleil
Température de surface (en °C)
600
500
Venus
400
300
200
Mercure
100
Terre
Mars
Lune
0
Jupiter
Saturne
-100
Uranus
Neptune
-200
-300
0
5
10
15
20
25
30
35
Distance au soleil (en u.a.)
Variation de la masse volumique d'une planète en fonction de la distance au soleil
Masse volumique (T/m3)
5,5
Terre
Mercure
Venus
4,5
Mars
3,5
2,5
1,5
Neptune
Jupiter
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0,5
0
5
Uranus
2/13
Saturne
10
15
20
Distance au soleil (u.a)
25
30
35
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Les caractéristiques des planètes : (voir les graphiques ci-dessus)
–
–
–
–
La température à la surface des planètes décroit avec éloignement au soleil.
L'atmosphère va modifier la température de la planète (ex : Vénus est plus éloignée que Mercure, pourtant sa
température est supérieure à celle de Mercure. Cela s'explique par une atmosphère dense sur Vénus,
provoquant un fort effet de serre).
Les planètes telluriques sont de petites planètes très denses
Les planètes gazeuses sont des planètes géantes peu denses.
Comment expliquer que la vie ne se développe que sur terre :
Exercice : État de l'eau sur les planètes telluriques
La terre seule présente les particularités permettant l'émergence de la vie :
présence d'eau liquide (car les conditions de Pression et température le
permettent) et atmosphère compatible (la présence d'atmosphère est possible
grâce à la taille et la température terrestre : les gaz atmosphérique ont une vitesse
inférieure à la vitesse d'évasion).
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2/ LA NATURE DU VIVANT
A – Les formes de vie
TP 1-2 / Observation détaillée de paramécie (Animaux) et euglènes (Euglènes) et E. Coli+ ppt ultra structure cellulaire
Dessin : observation de stomates d'épiderme inférieur de feuille de polypodes / au microscope optique
Livre pages 40-43
Observations du TP :
- Les paramécies sont des organismes unicellulaires de grandes tailles, capables de se délacer rapidement par des
mouvement de cils (visibles à leur périphérie). Ce sont des cellules appartenant au règne des animaux.
- Les euglènes sont des cellules plus petites que les paramécies. Elles possèdent en plus dans leur cytoplasme des
chloroplastes (organites pigmentés en vert). Les euglènes sont des algues unicellulaires. Elles appartiennent au règne
des végétaux.
- Les streptocoques et bacilles (observés dans le yaourt) sont des organismes unicellulaires de très petite taille. Elles ne
possèdent pas de noyau, ni de chloroplastes.
La cellule est l'unité irréductible de la vie, elle présente cependant une très grande
diversité de forme, de taille et d'organisation.
–
–
Une cellule est un volume rempli de cytoplasme et délimité par une
membrane.
Le cytoplasme comprend une partie liquide dans lequel flottent des
structures organites
On peut classer les organismes vivants en plusieurs catégories :
– Les organismes unicellulaires (comme les paramécies, les euglènes, les
bacilles...) formés d'une seule cellules et les organismes pluricellulaires
formés de plusieurs cellules.
Parmi ces organismes, certains sont formés de :
– Les cellules ayant un noyau : les eucaryotes (animaux, plantes ,
champignon)
– Les cellules sans noyau : les procaryotes (bactérie : ex : streptocoque et
bacille)
Fiche bilan (recto) : Schéma des cellules végétales, animales et bactérienne.
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B – La composition chimique du vivant
TP 1/2 – Comparaison de la composition chimique de la matière vivante et de la matière minérale
Fiche complétée de la nature chimique de la matière vivante et minérale
Composition atomique des molécules organiques et des molécules minérales
Livre pages 46-47
Catégorie de
molécule
Modèle 3D
Molécule
Glucide (Glucose)
organique
(monde vivant)
Lipide (Acide
oléique)
Molécule
minérale
Type d'atomes et ordre
d'importance
H>C>O
H>C>O
Protide (Glycine)
H>C>O>N
Silicate (Biotite)
O>Si>Fe>Mg>Al>H>K
Les cellules qui constituent les êtres vivants sont un assemblage de différentes molécules : lipides, protides, glucides,
et eau.
Ces molécules contiennent surtout les atomes de C, O, N, H et P. Du fait de la prédominance des atomes de carbone, on
parle de matière carbonée ou matière organique.
Le monde minéral :
– atmosphère formée de molécules à l'état de gaz : H, N, O
– hydrosphère formé de molécules à l'état liquide : H et O
– géosphère (roche) molécule à l'état de cristal (solide) : Si, O, Ca, Mg, Fe, Al, K
Le monde vivant et le monde minéral sont constitués d'atomes de même nature, mais la proportion de ces atomes dans
les molécules carbonées et dans les molécules minérales sont différentes.
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C / Les transformations chimiques dans les cellules
TP – Mise en évidence de la fabrication d'amidon par les cellules à chloroplastes de l'élodée (algue verte)
Exercice (fiche recto/verso) : les transformationss chimiques dans les cellules (tp_metabolisme)
Exercice (fiche recto) : Les échanges de molécules gazeuses dans les cellules
Fiche bilan (fiche recto) : Les métabolismes (cellule chlorophyllienne / cellule non chlorophyllienne)
Fiche (fiche recto) : DM (td_metabolisme_energie_cellulaire)
Bilan : De nombreuses transformations chimiques (ex : comme la fabrication de l'amidon dans les chloroplastes) ont
lieu à l'intérieur des cellules. On appelle ces réactions chimiques le métabolisme. Le métabolisme est contrôlé par les
gènes (ex : certaines plantes mutantes fabriquent un amidon différent) et influencé par l'environnement (ex : la
fabrication de l'amidon se fait en présence de lumière).
Les cellules possédant des chloroplastes, appelées cellules chlorophylliennes, sont capables de transformer les
molécules minérales (CO2 et H2O) en molécules carbonées (organiques). On parle de métabolisme autotrophe.
Les cellules sans chloroplastes ne
peuvent pas transformer les molécules
minérales en molécules carbonées. Elles
utilisent des molécules carbonées déjà
constituées. On parle alors de
métabolisme hétérotrophe.
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3 / LA BIODIVERSITÉ, RÉSULTAT ET ÉTAPE DE L'ÉVOLUTION
A/ La biodiversité : écosystèmes et espèces
TP – Étude de 4 écosystèmes forestiers méditerranéens (Travail de botanique en classe)
Écosystème : Ensemble des espèces végétales et animales qui cohabitent en un même endroit.
Espèce : Une espèce regroupe des individus ayant une très forte ressemblance et pouvant se reproduire entre eux. (Ex :
Les chênes verts). Cependant les espèces entre elles ont également des ressemblances. On regroupe les espèces qui se
ressemblent dans un Genre (ex : le genre Chêne qui regroupe les chênes Blancs, les chênes verts, les chênes
kermès....).
En sciences, on nomme un organisme par le nom du Genre, suivi du nom de l'espèce, écrits en latin (le nom du
Genre portant un Majuscule). (Ex : Quercus ilex = chêne vert : Quercus = Genre , ilex = espèce)
Trois espèces du Genre Quercus
Chêne kermès Quercus coccifera
Chêne blanc Quercus pubescens
Chêne vert Quercus ilex
Notion de biodiversité :
On distingue :
- la diversité des espèces (existence d'une grande variété d'organismes dans un écosystème)
- la diversité es écosystèmes (existence de différents ecosystèmes / Ex : 4 forêts autour Salagou)
Problème : Comment expliquer l'existence de différents écosystèmes ?
TP – Étude de la répartition des 4 écosystèmes forestiers méditerranéens (Travail SIG google earth)
Fiche élève : Étude de la diversité écosystémique entre le lac de Vailhan et le Lac du Salagou
On compare (avec le logiciel Google earth) les cartes représentant les écosystèmes forestiers avec la carte géologique.
On cherche ainsi à connaître l'influence de la roche sur la répartition des écosystèmes.
Bilan :
La diversité des écosystèmes s'explique par la variation locale de conditions écologiques (roches,
humidité...). Les plantes par exemples se développeront dans un milieu qui correspond à leur préférence écologique
(illustré par leur écogrammes).
Livre pages 88-89
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B/ Variabilité dans le temps de la diversité biologique
Question : La diversité biologique biologique est elle stable dans le temps ?
TP – La forêt héraultaise entre le chalcolithique et l'actuel (Google earth + Docs. Papier + tableur)
Fiche élève : Explication de la variation dans le temps de la forêt héraultaise : Rocher du Causse à claret
Bilan : La diversité biologique se modifie dans le temps en un endroit donné.
Deux facteurs sont déterminant dans la survie d'un organisme dans un milieu :
–
–
L'organisme devra être adapté aux conditions du milieu (humidités, sols, températures..
L'organisme sera en concurrence avec d'autres organismes. Les organismes qui se reproduiront avec le plus
d'efficacité dans le milieu pourront ainsi assurer leur pérennité.
Une modification des conditions du milieu et/ou des conditions de concurrence (notamment par l'intervention de
l'homme) entre les organismes peut engendrer une variation de la biodiversité.
C / Biodiversité et liens de parenté entre les organismes : le cas de vertébrés
Problème : Comment établir les liens de parenté entre les espèces à partir de leur classification ?
Fiche élève : Comment classer les êtres vivants...
TP – Classification et liens de parenté chez les vertébrés
Fiche élève : Tableau de caractères des vertébrés + feuille avec boites + feuille avec arbre phylogénétique
Exerice : Lien de parenté entre certains dinosaures et les vertébrés actuels
Bilan :
Rappel La théorie de l’évolution développe l’idée que les espèces vivantes proviennent les unes des autres
par descendance avec modification.
(Voir fiche élève comment classer les êtres vivants...)
L'observation de l'anatomie des organismes permet les regrouper selon leurs caractères partagés. Le
partages de caractères entre deux espèces, illustre l’existence d’un ancêtre commun.
Cet ancêtre commun leur a cédé par descendance ces caractères. La modification de certains caractères font
apparaître de nouveaux caractères.
La représentation graphique de la classification, sous la forme d’un arbre phylogénétique permet d'identifier
les liens de parenté entre les différentes espèces.
Le groupe des vertébrés inclus l'ensemble des animaux possédant : Polarité antéro-postérieure, Polarité
dorso-ventrale, Symétrie bilatérale et un squelette osseux.
Livre pages 94-97
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C HAPITRE II – L' EVOLUTION
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DES ÊTRES VIVANTS
Problème : Comment expliquer l'évolution des caractères héréditaires des êtres vivants
1 / LA STRUCTURE DE L'ADN
Constat : L'ADN est la molécule contenue dans les chromosomes. Elle porte donc le message hérédiataire qui permet la
transmission des caractères hérédiaires.
Sous Problème : Quelle est la structure de la molécule d'ADN ?
TP – Etude de la structure de l'ADN à l'aide du logiciel Rastop
Tableau de comparaison des 4 nucléotides
Différences
Noms des
nucléotides
- Le nombre d'atomes varie entre les 4
molécules
- Les extrémités de chaque molécule contenant
les atomes N (Azote) sont différentes :
Adénine
1 hexagone et 1 pentagone sans atome
d'oxygène
Guanine
1 hexagone et 1 pentagone avec une atome
d'oxygène
Cytosine
1 hexagone, avec deux atomes d'oxygène
Thymine
1 hexagone, avec 1 atome d'oxygène
Points communs
- Les 4 molécules sont formées des mêmes
atomes : C (Carbone), N (Azote), P (Phosphore),
H (Hydrogène), O (Oxygène)
- L'extrémité de chaque molécule est identique :
un regroupement d'atomes d'Oxygène autour
d'un atome de Phosphore.
- Au centre de chaque molécule se trouve le
même agencement d'atomes ( C, H et O) en
forme de pentagone
Livre pages 70-71
Bilan : L'ADN (Acide Désoxyribose Nucléique) est une molécule complexe de très grande taille. Elle est constituée de
2 brins symétriques formant un hélice. Chaque brin est un assemblage linéraire de nucléotides (séquence de
nucléotides) . On remarque que les nucléotides de chaque brin sont complémentaires : Les nucléotide thymine et
adénine se font toujours face, de même que les nucléotides cytosine et guanine.
Fiche bilan ADN élève
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2 / LES VARIATIONS DE L'ADN
Sous Problème : Y a t'il une corrélation entre les modifications des caractères et les modifications de l'ADN ?
TP – Etude des modifications de l'ADN entre différents vertébrés (Logiciel Anagène)
- Dans un premier temps, on étudie le caractère héréditaire NAD (NAD est une protéine présente chez tous les êtres
vivants – C'est un caractère partagé). On réalise une comparaison de NAD entre différents vertébrés (Voir tableau 1).
Rappel : Une protréine est une séquence d'acides aminés.
Tableau N°1 : Comparaison des protéines NAD chez certains vertébrés
Taille (nombre
Différence (nombre
d'acides aminés) Différence (%)
d'acides aminés)
Homme (référence)
65
Anguille
81
95,1
77
Chimpanzé
67
16,4
11
Chien
91
95,6
87
Gibon
65
24,6
16
Orang_outan
65
30,8
20
- Dans un deuxième temps, on étudie l'ADN responsable de la transmission de ce caractère héréditaire NAD (On
compare donc les nucléotides de l'ADN de chaque vertébrés)
Tableau N°2 : Comparaison des séquences d'ADN chez certains vertébrés
Taille (nombre de
Différence (nombre
Différence (%)
nucléotides)
de nucléotides)
Homme (référence)
237
Anguille
392
82,1
322
Chimpanzé
237
11
26
Chien
456
83,6
381
Gibon
237
24,1
57
Orang_outan
237
24,5
58
Question : Le quel des vertébrés étudiés a le lien de parenté le plus développé avec l'homme ?
Réponse : D'après les données des deux tableaux, le chimpanzé est le vertébré présentant le moins de différences avec
l'homme au niveau du caractère NAD (11 acides aminés différents, soit 16,4 % de différence). Il présente également le
moins de différence avec l'homme, lorsque l'on compare l'ADN (26 nucléotides différents, soit 11 % de différence). ON
peut donc supposer que le chimpanzé est le vertébrés ayant le degré de parenté le plus important avec l'homme.
Bilan : Il existe une corrélation très nette entre les modifications d'un caractère héréditaire et les modifications de
l'ADN.
Une modification de l'ADN (appelé mutation de l'ADN) correspond a un changement de l'ordre des nucléotides
dans la séquence de la molécule d'ADN.
Un gène : Un gène est un fragment précis d'ADN responsable de la transmission d'un caractère (ex : le fragment d'ADN
responsable du caractère NAD).
Un allèle : Il existe plusieurs variantes d'un gène (voir le tableau n°2 ci-dessous). Chacune de ces variante est appelé
allèle. (Ex : le tableau N°2 présente 6 allèles du gène responsable du caractère NAD).
Livre pages 72-73 (+ Bilan page 75/76/77)
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3 / LA SÉLECTION NATURELLE
TP : Sélection naturelle et évolution de la denture chez les mammifères (voir fiche sur la denture du condylarthre)
Tableau de comparaison de la denture et des régimes alimentaires chez certains mammifères
Espèce
Régime alimentaire
Type de croissance
Formule dentaire
Chien
carnivore
Limitée
3/3i +1/1c +4/4p +2/3m
Chat
carnivore
Limitée
3/3i +1/1c +3/2p +1/1m
Sanglier
omnivore
Limitée
3/3i +1/1c +4/4p +3/3m
Chèvre
herbivore
Continue
0/3i +0/1c +3/3p +3/3m
Vache
herbivore
Continue
0/3i +0/1c +3/3p +3/3m
Lapin
herbivore
Continue
2/1i +0/0c +3/2p +3/3m
Brebis Bélier
herbivore
Continue
0/3i +0/1c +3/3p +3/3m
Cheval
herbivore
Continue
3/3i +(1/1mâle)c +3/3p +3/3m
Problème : Comment expliquer le passage de l' ancêtre commun des herbivores (40 millions d'années :
condylarthres) possédant des dents à croissance limitée aux herbivores actuels possédant des dents à croissance
continue ?
Explication envisageable : Il y a 40 Ma les condylarthres possédaient des dents à croissance limitée et consommaient
des herbes non abrasives. Puis les graminées sont apparues vers 36 Ma. Les condylarthres étaient alors désavantagés
par leur dents à croissance limitée, qui se trouvaient usées par les graminées abrasives. Une mutation touchant le gène
responsable des dents a fait apparaître le caractère "dents à croissance continue" chez un descendant d'un
condylarthre. Ce descendant a été avantagé par rapport aux autres condylarthres. Il s'est donc plus reproduit. Les
générations suivantes ont ainsi vues le nombre de condylarthres à "dents à croissance continue" disparaitre et le
nombre de descendants à dents à croissance continue prendre le dessus.
Bilan : Des mutations sur les gènes peuvent provoquer l'apparition de nouveaux caractères par modification des
caractères ancestraux. Si ces caractères dérivés apportent un avantage à l'individu dans l'écosystème, celui-ci
deviendra concurrentiel par rapport à ses congénères et se reproduira davantage. Ses descendants pourront alors devenir
les seuls représentant de l'espèce. Ce phénomène est appelé sélection naturelle. Elle peut conduire à l'apparition de
nouvelles espèces, ainsi qu'à la disparition d'espèces.
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4 / LA DÉRIVE GÉNÉTIQUE
Notion de 3ième
- Un gène occupe la même position sur chacun des deux chromosomes d’une paire. Il peut présenter des versions différentes
appelées allèles" et "Les cellules possèdent, pour un même gène, soit deux fois le même allèle, soit deux allèles différents.
- Au cours de sa formation, chaque cellule reproductrice reçoit un chromosome de chaque paire. Lors de la fécondation,
spermatozoïde et ovule participent à la transmission de l'information génétique Pour chaque paire de chromosomes, un
chromosome vient du père, un de la mère
Génotype : Paire d'allèles détenue pour un gène.
Fréquence d'un allèle : (nmbre d'exemplaire de cet allèle dans une population * 100 / nombre total d'allèles du gène
dans la population)
TP : La dérive génétique : importance du hasard et de la taille d'une population dans la sélection d'un allèle
On utilise le logiciel BioDyn pour simuler l'influence de la taille d'une population et du hasard dans l'évolution de la
fréquence de 3 allèles (A1, A2, A3) d'un gène dans une population.
Effectifs à t=500 générations dans une population comportant initialement 50 représentants de chaque génotype :
-->résultat du calcul des fréquences :
Effectifs à t=500 générations dans une population comportant initialement 3 représentants de chaque génotype
:
--> résultats du calcul des fréquences :
Bilan :
La fréquence d'un allèle et donc du caractère héréditaire associé peut évoluer de façon aléatoire. Cet effet
est appelé la dérive génétique. La dérive génétique est d'autant plus importante que la population d'individu est de
petite taille.
Donc la disparition et les appatitions des espèces est causée par la sélection naturelle mais également par la
dérive génétique.
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