Points forts des interventions du 5 et 6 mars 2002, Paris ENCP
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Programme de SVT de Terminale S rentrée 2002 Points forts des interventions du 5 et 6 mars 2002, Paris ENCP Présentation générale du programme de SVT de Terminale S (Bernard Calvino, président du groupe d’experts – Dominique Rojat, IGEN) BC : Fil conducteur du programme : stabilité et variabilité au cours du temps Cohérence moins nette du programme après retour de la consultation et mise en place de l’immunologie dans le tronc commun. Spécialité : - rupture par rapport aux thèmes du tronc commun ; - nombre de thèmes limités à 3 pour leur permettre d’être transversaux. Documents d’accompagnement : essentiels, indispensables, ils précisent des programmes parfois pas très explicites. Evaluation terminale : sur le programme, unique référence officielle. DC ● Un programme pour tous les types d’élèves de TS avec un double but : donner une culture scientifique solide à des élèves qui ne seront pas des scientifiques ; - initier une formation scientifique pour les futurs scientifiques. - 3 chemins possibles : - acquisition d’un corpus de connaissances (culture scientifique) ; - formation de l’esprit scientifique : compréhension et pratique d’un raisonnement scientifique ; - développer le plaisir de faire de la science. Des contradictions dans ces objectifs à résoudre uniquement au niveau de la classe et de la pratique quotidienne : - entre objectifs quantitatifs et qualitatifs en tenant compte du temps disponible ; - entre un enseignement exigeant et le plaisir d’apprendre ; - entre un objectif de modernisation des contenus et le souci d’avoir une démarche aussi concrète que possible. Un programme dans la continuité de notre enseignement permettant : - une approche constructiviste et non descriptive (le fonctionnel pour aborder le structural) ; - une approche qui sollicite plus la réflexion que la mémoire ; - une approche manipulatoire et de réflexion (de plus en plus) d'où le choix de l'enseignement de spécialité plus manipulatoire ; - une approche conceptuelle (le temps) avec une imbrication biologie et géologie. En conclusion, ce programme - est quantitativement modeste au niveau cognitif ; - incite à la démarche explicative ; - associe intelligence de la main et de l’esprit ; - développe la réflexion critique. L’évaluation des élèves se fera donc sur l’aspect cognitif et méthodologique. Page 1/5 Notes prises par BARRE Mary-Paule, MOTTET Odile, PEUZIAT Yves, VAAST Maurice et BARRE Jean-Pierre Enseignement obligatoire 1.1 Introduction : Approche du temps en biologie et géologie (Bernard Calvino, président du groupe d’experts) L’originalité : l’affirmation d’une introduction. Il est nécessaire de prendre du temps, ½ semaine, pour donner du sens pour tout le programme : le fil conducteur est le temps. Toutes les possibilités existent, abstraites ou concrètes, en fonction des élèves, du goût du professeur, des disponibilités : TP, intégration des acquis des TPE, recherche documentaire… Parenté entre être vivants actuels et fossiles – Phylogenèse - Evolution (Jean Claude Hervé, membre du groupe d’experts) 1.2 3 semaines = sensibilisation et non exhaustivité, objectif culturel et non acquisition de raisonnement cladistique. S’appuyer sur les connaissances acquises en collège (mécanismes producteurs de la vie, évolution), en seconde (“ Cellule, ADN, unité du vivant ”) et en première (génotype, phénotype…) …clairement rappelées dans le programme en rubriques "notions et contenus" et "activités envisageables". Recherche de parenté entre les êtres vivants - Question : comment établir des relations de parenté entre les êtres vivants ? - Objectif : Sensibiliser au raisonnement cladistique = savoir lire un arbre phylogénétique La méthode utilisée par les scientifiques pour construire une relation de parenté est hors programme : ni homologies structurales et de filiation, ni la parcimonie…annoncer le statut des caractères dans les exemples choisis : état ancestral, état dérivé…polarisation de ces caractères pour des organismes sans référence à des groupes extérieurs. - Méthode : 1. faire un choix des organismes vertébrés et des caractères à comparer (caractères simples) il ne s'agit pas d'en faire une recherche. Ainsi, faire le choix de caractères en rapport avec les groupes constitutifs des Vertébrés (présence ou non d'un amnios, tétrapodie ou non, présence ou non d'un placenta) utilisés ensuite pour la mise en place de l'espèce humaine ; 2. établissement de la matrice ; 3. construction d’un arbre phylogénétique pour trouver l’ancêtre commun exclusif. A l’examen pas de demande de construction d’arbre. Le but est d'apprendre à construire un arbre pour mieux savoir en lire en s'appuyant sur les caractères dérivés pour trouver l’ancêtre commun ; Page 2/5 Notes prises par BARRE Mary-Paule, MOTTET Odile, PEUZIAT Yves, VAAST Maurice et BARRE Jean-Pierre 4. utilisation des données moléculaires, non pas pour faire de la cladistique mais pour montrer la pertinence, la fiabilité de ce niveau d’organisation pour construire des arbres. Pertinence car identité possible entre arbre construit à partir de caractères anatomiques et gènes (considérés ici comme des caractères.) Attention à l’utilisation des fossiles : ne pas les considérer comme l’ancêtre commun (au nœud des branches les arbres) mais comme les formes actuelles. Utilisation de ces acquis pour s’intéresser aux primates et à l’Homme…à la ligné humaine. - Situer l’Homme dans le règne animal. Établir une phylogénie des primates en utilisant les caractères anatomiques dérivés (quels sont les caractères dérivés propres aux primates que ne possèdent pas les autres Mammifères et qu'ils ont hérité d'un ancêtre commun ?) puis on s'appuie sur les données moléculaires pour conforter les relations de parentés établies. Terminologie adoptée : 11 : Hominoïdes (Gibbon, Orang-Outan, Chimpanzé, Homme) 12 : Hylobatoïdes 13 : Hominoïdés 14 : Pongidés 15 : Hominidés (Chimpanzé, Homme) 16 : Gorillidés 17 : Homininés (Lignée Humaine) 18 : Paninés 19 : Hominines 19 12 11 17 15 13 18 16 14 Extrait du livre "classification phylogénétique des êtres vivants" de Hervé Le Guyader et Guillaume Lecointre de chez Belin. - - - Insister sur le fait que cet ancêtre commun n’est ni un Homme ni un Chimpanzé. Dégager les grandes caractéristiques de la lignée humaine (datation, caractère buissonnant.) Rechercher des spécificités de la lignée humaine en recherchant les états dérivés qui lui sont propres et en repérant la place des fossiles. Deux groupes Homo et Australo. Conduire une réflexion sur des arbres déjà construits, différents pourquoi pas, pour comprendre les positions des concepteurs. Pour la lignée humaine possibilité de positionner les fossiles trouvés comme des ancêtres communs : question de durée…et de modifications. Argumenter sur l'origine de Homme moderne : existence d’une même population ancestrale à partir de données génétiques (toutes les populations possèdent les Page 3/5 Notes prises par BARRE Mary-Paule, MOTTET Odile, PEUZIAT Yves, VAAST Maurice et BARRE Jean-Pierre mêmes allèles dont seules les fréquences diffèrent.) La distance génétique est liée à la distance géographique. 1.3 Stabilité et variabilité des génomes et évolution (Jean Claude Hervé, membre du groupe d’experts) 6 semaines Deux perspectives dans cette partie : - concept de stabilité : le maintien au cours du temps d’une évolution ; - concept de variabilité : les mécanismes créant de la diversité (variabilité) ont permis cette stabilité temporelle. Mécanismes moléculaires ayant des conséquences au niveau des groupes d’individus isolés (les populations.) Les mécanismes moléculaires impliqués dans la stabilité du génome et la diversité des individus. - L’étude des cycles de développement d’un Mammifère et d’un champignon ascomycète a pour objectif de donner une vision globale et de replacer les acquis de 3ème : méiose, fécondation. - Méiose et fécondation sont à l’origine : d’une part de la stabilité de l’espèce (conservation du caryotype) et sont donc abordés sous l’angle explicatif = comportement des chromosomes pour passer de 2n à n ; d’autre part de la variabilité génétique à l’échelle de l’individu. On commencera par l’étude des asques 2/2/2/2 chez Sordaria : non pas pour montrer l'existence de brassage (erreur jusqu’à présent commise…le brassage ne peut pas être perçu si seul un gène est évoqué ! ! ) mais pour noter l’existence d’échanges entre des chromatides homologues. Puis, l’étude des asques 4/4 permettra de montrer le caractère aléatoire du lieu de crossing. Attention des échanges existent mais ils ne sont pas repérables. L’acquisition de la diversité au travers des brassages génétiques : ne peut se faire qu’à partir de l’étude de Test cross chez les diploïdes d’où l’importance de ces croisements que les élèves devront savoir interpréter. L’importance du brassage interchromosomique augmente avec le nombre des chromosomes, mais attention, le brassage intra existe toujours et est source de nombreuses combinaisons. L'unicité et la diversité des gamètes sont liées à un phénomène d'amplification par les deux brassages associés. On ne doit pas étudier de F2. Pas d’étude en tronc commun des brassages liés aux chromosomes sexuels. Nouveauté : insister sur le fait que la nouveauté phénotypique n'est pas due obligatoirement à un seul gène en faisant l’étude des résultats d’un test cross. Si les résultats de test cross donnent 50-50 alors un seul gène est en cause, s'ils sont différents de 50/50 alors plusieurs gènes sont en cause dans la réalisation phénotypique. La première étape de réflexion doit se faire sur le nombre de gènes impliqués puis sur la localisation… Page 4/5 Notes prises par BARRE Mary-Paule, MOTTET Odile, PEUZIAT Yves, VAAST Maurice et BARRE Jean-Pierre Les mutations et les duplications géniques sont à l’origine des innovations génétiques - - - Attention, dans l’esprit du programme les duplications géniques sont des mutations comme les substitutions délétions et insertions. Ne pas oublier qu’une duplication génique n’entraîne pas obligatoirement une modification phénotypique. A l'origine des allèles actuellement connus : une cellule d'un individu qui mute. Il n'y aura transmission que si cette cellule donne un gamète. Il y a une filiation entre les allèles car il y a évolution du génome au sein d'une espèce. L'étude des gènes codant pour les hormones (LH, HCG…), les pigments visuels, les globines permettent de relier duplications et mutations dans les phénomènes d'innovation génétique. L’étude est orientée vers les populations et non vers les individus : le polymorphisme actuel est le résultat de mutations survenues dans le passé. Puis problème du maintien de ces innovations pour comprendre les populations (groupe dans lequel elles sont repérées et qu’elles contribuent à isoler) : leur sélection (la sélection naturelle), leur importance (implication des gènes du développement). Questions / Réponses: Logiciel “ Phylogène ” intéressant Abattre concept de fossile vivant Difficulté de “ sélection naturelle ” à comprendre = passage de l’individu à la population, (la mutation se produit dans une cellule de l'individu, et n'est transmissible que si elle affecte les cellules germinales…mais l'orientation de cette étude est la population et non l'individu ; la situation actuelle est le résultat de mutations survenues dans le passé) Prudence : ne pas transformer des corrélations (mutation, duplication et nouveautés génotypiques) en des liens de Causalité La mesure du temps dans l’Histoire de la Terre et de la Vie (Gérard Vidal et Philippe Gillet, membres du groupe d’experts) 1.4 2 semaines Peu d’informations complémentaires par rapport aux documents d’accompagnement. Les datations : - relatives : 4 principes clefs à mobiliser ou à aborder (superposition, recoupement, continuité, identité paléontologique) ; - absolues : notion de repères en plus de la relation d’ordre (relatif). Un document commun avec apport des maths / physique chimie pour rechercher une homogénéité de langage est en cours de rédaction. La notion centrale de la datation absolue : élément chimique père / élément chimique fils et le passage de l’un à l’autre. Le problème consiste alors à connaître des données concernant l'importance des éléments pères et fils au départ et à l’arrivée (roche étudiée au labo) et le passage de l’un à l’autre. Différents modèles existent donc (14C / K-Ar / Rb-Sr) utilisés différemment selon les inconnues dont nous disposons. Page 5/5 Notes prises par BARRE Mary-Paule, MOTTET Odile, PEUZIAT Yves, VAAST Maurice et BARRE Jean-Pierre Au bac, cette partie de programme ne pourra faire l’objet d’une question I. La maîtrise de l’outil mathématique n’est pas une compétence disciplinaire. 1.5 La convergence lithosphérique et ses effets (Gérard Vidal, Philippe Gillet, membres du groupe d’experts et Jean-Marc Lardeaux, professeur des universités, laboratoire de dynamique de la lithosphère Lyon 1) Durée 4 semaines Objectifs : Clore les études menées en 1e S et 4e. En 4e l'étude des séismes et du volcanisme a fait percevoir l'existence d'une activité interne de la Terre. Pour sa structure, on s'en tient à la distinction lithosphère – asthénosphère et à l'intérieur de la lithosphère, à la mise en évidence de la croûte océanique et de la croûte continentale. Les notions en relation avec les mouvements des plaques sont : déplacement des continents, ouverture des océans, convergence engendre des déformations de la lithosphère et aboutit à la formation des montagnes. En 1e S : la divergence a été étudiée, la convergence a été présentée. Au terme de la 1e S : un document de travail récapitulatif a pu (peut) être construit. Support de base de l’étude en TS. En temps : 2/3 subduction et 1/3 collision Attention : pas d’étude de la convergence avec travail exhaustif sur une chaîne de montagne (les Alpes.) Il s’agit d’étudier les marqueurs, des indices de la convergence, de montrer, par l’étude des Alpes et celle de zones de subduction actuelles (Guirlande Pacifique, Caraïbes), que la subduction a eu lieu avant la collision. Pour ce faire, on doit connaître l’âge des échantillons (schistes bleus, éclogites : de –50 à –55 Ma) et les comparer avec l’âge de la collision déduite de celui des mouvements de chevauchements dans le front pennique (- 32 Ma par la méthode Uranium / Zircon dans les apatites) et de celui de la collision côté Europe (- 35 Ma d’après la sédimentation dans les bassins structuraux.) Limites dans l’étude du métamorphisme associé : montrer - que la composition chimique ne change que très peu dans l’histoire métamorphique d’une roche : celle d’un basalte est très proche de celle d’une éclogite exceptée la teneur en eau ; - qu’il y a des modifications minéralogiques liées à des hydratations ou déshydratation en comparant, par exemple la composition chimique d’une chlorite et d’un glaucophane. Les élèves ne doivent pas connaître les minéraux ni les réactions de transformation mais doivent savoir mettre en évidence la déshydratation. Attention : sur les cartes géologiques des Alpes sont nommées “ ophiolites ”, - des morceaux de plancher océanique qui n’ont jamais subduqué comme les ophiolites du Chenaillet par exemple - mais aussi des schistes bleus, verts, des éclogites que l’on peut nommer : “ méta-ophiolites ” Page 6/5 Notes prises par BARRE Mary-Paule, MOTTET Odile, PEUZIAT Yves, VAAST Maurice et BARRE Jean-Pierre 1.6 La procréation (Bernard Calvino, président du groupe d’experts) 6 semaines Cadre de l’étude Le développement (concept temps). La procréation comme l'immunologie ne répond pas facilement à l’axe conceptuel souhaité par le groupe d’experts. L’importance de la procréation est vue autour de la nécessité du comportement reproducteur dans le temps et en ce qu’elle sous-tend les concepts de variabilité et stabilité. Place dans l’histoire de la vie : On doit, en introduction, définir la notion de Mammifère placentaire avec l'acquisition de la nidation. Important pour se situer dans le cadre conceptuel retenu. On replace le problème par rapport à la régulation de la glycémie. Montrer comment le génotype détermine le phénotype grâce à des hormones selon une succession de 4 étapes : 1. mise en place d’un appareil phénotypiquement indifférencié mais génétiquement déterminé ; 2. différenciation du sexe gonadique par action de la protéine Sry ; 3. différenciation du sexe phénotypique par action des hormones : testostérone et hormone antimullerienne ; 4. fonctionnalité et puberté. Etudier la régulation physiologique de l’axe gonadotrope - Chez l’homme : homéostat de testostérone (équilibre synthèse / catabolisme) – contrôlé par GnRh , puis FSH-LH. Montrer qu’il s’agit d’un système en cascade avec amplification (augmentation des doses à chaque niveau : GnRh, LH, testostérone)…amplification freinée par le nombre de récepteurs. - Chez la femme : deux processus “ organisateurs ” de la cyclicité menstruelle : ponte ovulaire et menstruations. FSH et LH contrôlent les deux ½ temps. Introduire la notion de “ servomécanisme ” (cf conférence du 19.06.00 à l’I.U.F.M. de Rouen) c’est à dire d’un pilotage de la grandeur de consigne : à savoir la concentration des œstrogènes qui exerce soit une rétroaction négative ou régulation en constance sur l’axe gonadotrope qui permet de maintenir constante sa concentration (homéostat) ; soit une rétroaction positive ou régulation en tendance sur l’axe gonadotrope qui permet d'augmenter sa concentration. Rencontre des gamètes et début de la grossesse Page 7/5 Notes prises par BARRE Mary-Paule, MOTTET Odile, PEUZIAT Yves, VAAST Maurice et BARRE Jean-Pierre Aspect comportemental - Importance du synchronisme des comportements (œstrus et lutte) stéréotypés, et sous contrôle hormonal. Spécificité de l’espèce humaine : dissociation comportements sexuel / reproducteur. Maîtrise de la procréation. - I.7 La rencontre des gamètes n’est possible que pendant une courte durée Rôle important de l’H.C.G. et de la progestérone en début de grossesse Ne pas oublier les travaux sur l’homme. Focaliser sur la femme : connaissances de l’axe gonadotrope qui a permis les développements médicaux, contraceptifs, PMA (aborder les problèmes éthiques)… L’action de la pilule du lendemain ne s’explique que par un déséquilibre du contrôle de l’action de l’axe gonadotrope. Immunologie (Rosine Boyadjan, membre du groupe d’experts) 4 semaines Initialement prévu dans le cadre de la spécialité (voir remarque sur le thème 3) Cohérences verticale - Cohérence avec le fil directeur, les concepts de variabilité et stabilité et de temps - En 3e : le sujet "Protection de l’organisme" doit être traité en 8heures (durée conseillée), l'exemple du SIDA est évoqué dans le cadre de la protection contre les MST et abordé pour construire les notions liées aux immunodéficiences acquises. En 1ère S : continuité phénotype, génotype, environnement. Au cours du temps : l’immunité acquise apparaît chez les vertébrés à mâchoire, l’immunité innée existe chez les autres animaux et même chez les végétaux. La stabilité et la variabilité : la variabilité des constituants immunitaires permet la stabilité du monde vivant et des organismes. Le problème de la lutte contre le SIDA est l’adaptabilité des cellules immunitaires face à la variabilité du génome viral. Cette partie du programme permet une approche concrète de l’immunologie au travers de l'exemple du SIDA (intérêt des élèves, prévention, santé publique) suivie d’une généralisation des processus immunitaires mis en jeu. Le but est de permettre un aller retour entre informations culturelles et données scientifiques. Page 8/5 Notes prises par BARRE Mary-Paule, MOTTET Odile, PEUZIAT Yves, VAAST Maurice et BARRE Jean-Pierre Les aspects à éliminer par rapport à l’ancien programme : soi et non soi ; immunité "non spécifique" ( si ce n’est la coopération avec les cellules de l’immunité acquise) ; greffes ; allergies ; maladies auto-immunes. Les concepts majeurs à ne plus aborder : la double reconnaissance (rôle de CMH ) ; les CPA ; le rôle du complément. Modification de terminologie - Ne plus employer les termes d’immunité spécifique et non spécifique remplacés par acquise ( ou adaptative) et innée ( ou naturelle.) On ne fait plus la distinction entre immunité spécifique ou non car on a découvert (chez la drosophile notamment) des récepteurs portés par les macrophages qui permettent la discrimination du soi, du non-soi ou du soi modifié. Les mécanismes de reconnaissance ne sont pas les mêmes mais ils existent ; - Éviter d’utiliser les expressions “ immunité à médiation humorale et cellulaire ” source de confusion pour les élèves quant à l’intervention des cellules. A la limite, on peut utiliser ces termes mais ils ne sont pas exigibles. SIDA : ( cf documents d’accompagnement) pas d’épidémiologie. A partir de cet exemple : généralisation des processus immunitaires mis en jeu. - - - - Le problème posé est relatif au déroulement de la réponse immunitaire face aux virus et non pas seulement face au HIV. Les anticorps : agents du maintien de l’intégrité du milieu extracellulaire : nature et structure, origine, mode d’action, coopération avec les phagocytes, différenciation en plasmocyte, sélection et expansion clônales, différenciation en lymphocytes B sécréteurs ou plasmocytes, phase effectrice. Les lymphocytes T cytotoxiques : agents du maintien de l’intégrité des populations cellulaires. Les cellules infectées expriment à leur surface des fragments peptidiques de l'antigène, ce qui permet leur reconnaissance, la phase effectrice… Les lymphocytes T4 sont les pivots des réactions immunitaires. Leur intervention est montrée par défaut. A la suite de l'entrée d'un antigène dans l'organisme, des LT4 spécifiques de cet antigène se différencient en LT4 producteurs d'interleukines. Le processus d'activation n'est pas au programme. Vaccin et mémoire immunitaire : principe, problèmes posés par la vaccination anti HIV, voies de la recherche. Phénotype immunitaire : interaction génotype et environnement peut être traité au cours des parties précédentes ; le phénotype immunitaire est à considérer à différentes échelles : à l'échelle de l'individu, c'est la capacité de répondre avec plus moins d'efficacité à un certain nombre d'antigènes à un moment donné de sa vie ; à l'échelle des la cellule, ce sont les différentes populations de lymphocytes ; à l'échelle moléculaire, ce sont les récepteurs des LT, LB ainsi que AC. Le phénotype immunitaire évolue en même temps qu'évolue l'environnement antigénique de l'organisme (rôle des vaccinations et de l'environnement.) Les mécanismes de réarrangements géniques peuvent être abordés à la demande des élèves mais ne feront pas l’objet de questions au bac. Page 9/5 Notes prises par BARRE Mary-Paule, MOTTET Odile, PEUZIAT Yves, VAAST Maurice et BARRE Jean-Pierre Questions : Une cellule infectée est-elle une CPA ? Non car elle présente l’épitope sur son CMH1 et n’a pas de récepteur assurant la co-stimulation Partie immunogénique d’un antigène Dans une molécule immunogénique, certaines séquences contiguës ou non sont immunogéniques : ce sont les épitopes ou déterminants antigéniques qualifiés de linéaires dans le premier cas, conformationnels dans le second. La zone de l’anticorps qui “ lit ” l’épitope est le paratope. 1.8 Couplage des événements biologiques et géologiques au cours du temps (Béatrice Salviat, Gérard Vidal, membres du groupe d’experts) 1.5 semaine. Concept de stabilité / variabilité au sein de l’histoire de la Planète Terre par interaction entre les enveloppes solides et fluides de la planète et la biosphère. Cette cohérence était plus pertinente dans la première mouture. On étudie uniquement l’influence de l’histoire de la Terre sur l’histoire de la vie. Les analyses stratigraphiques et paléontologiques doivent permettre de repérer des périodes de stabilité relatives interrompues par des extinctions de masses : les crises. Limite K/T approche distincte de l’approche actuelle où cette limite est vue comme une crise permettant de mettre en place un repère dans l’histoire de la Terre. Ses causes sont dues aux résultats de la combinaison de phénomènes exceptionnels (astéroïdes, phénomènes volcaniques d'ampleur quasi unique) traduits en phénomènes climatologiques. Concept de stabilité - variabilité : A l'échelle des temps géologiques, la coïncidence d'une météorite et du volcanisme est probable alors qu'elle est improbable à l'échelle humaine. Ceci a eu pour conséquences le déclin de certains groupes, la disparition d'autres mais aussi le développement de groupes comme les Mammifères, oiseaux, crocodiles … Autres crises crises Fin permien Fin ordovicien autres causes Pas de météorite, volcanisme exceptionnel en Sibérie = 3% de ceux du Deccan (mais cf Pour la science mai 2002) Régression consécutive à une grande glaciation au pôle sud Encore en discussion Page 10/5 Notes prises par BARRE Mary-Paule, MOTTET Odile, PEUZIAT Yves, VAAST Maurice et BARRE Jean-Pierre Il n'existe pas de cause unique. Ce sont des bouleversements climatiques qui ont entraîné les extinctions libérant, de ce fait, des niches écologiques. Quel est le rôle de l'Homme ? 1. Sur le climat : la température actuelle est inférieure à celle du Crétacé mais la pente est la plus importante connue. 2. Sur le nombre des espèces : accélération de l’extinction par l’action de l’Homme. Depuis les 450 000 dernières années, le taux de C02 dépasse de loin les valeurs maximales atteintes. La pente est très importante ce qui pourrait être à l'origine d'un problème d'irréversibilité. Il existe des paramètres qui ont un effet de seuil. Mais attention, la coïncidence entre 2 évènements n’implique pas une relation de causalité. Toute connaissance s'acquiert à partir de doutes et d'incertitudes. Remarque : il serait judicieux de remplacer les courbes de % d’extinction en fonction du temps par des diagrammes en bâtons. Enseignement de spécialité. Le programme et les compléments sont clairs, peu de commentaires, simplement quelques précisions. 2.1 Du passé géologique à l'évolution future de la planète. (Gérard Vidal et Philippe Gillet, membres du groupe d’experts) (10 semaines). Mobilisation des acquis de seconde, extension des connaissances pour les temps passés. Intérêt des modèles climatiques qui "collent" aux réalités d'aujourd'hui et qui "peuvent" permettre une prospective dans une certaine mesure. Sur les 700 000 dernières années - - On utilise les isotopes de l'oxygène, marqueurs des variations climatiques et du niveau des mers (cf documents d'accompagnement.) Le rapport des isotopes 18 16 O/ O et le 18O sont des outils intéressants ; ce qui compte c'est leur variation dans le temps. Insister sur la globalité des changements climatiques et la corrélation avec la teneur en gaz à effet de serre de l'atmosphère. Les changements climatiques sont le reflet d'un système complexe (cf documents d'accompagnement) qui fait intervenir les effets directs de la rotation et de la rythmicité de la Terre autour du soleil (l'insolation varie selon les 3 paramètres orbitaux de la Terre : excentricité, obliquité et précession d'équinoxe) ; des facteurs d'amplification et d'interaction (albédo, teneur en dioxyde de carbone) Page 11/5 Notes prises par BARRE Mary-Paule, MOTTET Odile, PEUZIAT Yves, VAAST Maurice et BARRE Jean-Pierre - Problème des causalités : ne pas rentrer dans ce jeu, ce qui compte c'est la corrélation (le système est complexe), la corrélation entre certains paramètres existe mais l'enchaînement des causalités est encore à l'étude. Sur des périodes plus longues - Changements climatiques aux plus grandes échelles de temps (voir documents d'accompagnement.) La résolution est de moins en moins grande d'où la nécessité de s'intéresser à des phénomènes majeurs, glaciation permo-triasique et période chaude du Crétacé. Les mécanismes qui contrôlent les variations climatiques à ces échelles de temps impliquent des variations importantes des gaz à effet de serre : mobilisation ou libération du dioxyde de carbone… réactions irréversibles ou simples échanges là est le point clé de l'importance de telle ou telle réaction. Climats futurs en bilan : en s'appuyant sur le passé, des paramètres peuvent être retenus pour des modélisations mais attention, la modélisation n'est valable que dans le cadre du choix de ces paramètres. - Mécanismes des variations du niveau de la mer. Les principales causes sont : dilatation thermique (5m) ; formation et destruction des calottes glaciaires (70m) ; volume des bassins océaniques (300m). On parle bien entre autres de l'activité (gonflement) des dorsales dans le processus à certaines époques. Pour le 18O des carbonates on a choisi les foraminifères benthiques car la température des fonds marins est quasi constante. Pour les climats futurs, les incertitudes sont liées au fait qu'on ne prend pas en compte certains facteurs (certains gaz). Questions réponses Cohérence avec ce qui a été vu en 2nde En seconde, il est question d'aborder la globalité des problèmes de la Planète, En TS, il s'agit de privilégier le développement d'une démarche scientifique en se focalisant sur un exemple, celui de l'évolution des climats. Cette démarche scientifique fait appel à la modélisation en s'appuyant sur des connaissances des fonctionnements climatiques passés et des paramètres intervenant dans leur réalisations. Limites des modèles car les modèles actuels sont différents des modèles passés ; ils sont mis en place pour quantifier un mécanisme pour le tester ; tous les modèles donnent les mêmes résultats au niveau global mais pas à des niveaux plus précis comme l'Europe. Le plus important c'est le choix des paramètres : les incertitudes sont liées au fait qu'on ne prend en compte que certains facteurs. Les élèves doivent-ils être capables d'expliquer les relations 18O température ? Importance de l'actualisme dans l'utilisation de cet outil : je constate qu'actuellement, 18O varie avec la température puis j'explique cette corrélation en restant concret c'est-à-dire en utilisant le schéma. Page 12/5 Notes prises par BARRE Mary-Paule, MOTTET Odile, PEUZIAT Yves, VAAST Maurice et BARRE Jean-Pierre Le rapport 18O / 16O standard pour la glace est celui de l'eau de mer, le 18O standard pour la glace est le rapport isotopique de l'eau de mer, le 18O standard pour les Foraminifères benthiques est celui d'un rostre de Bélemnite, le choix des Foraminifères benthiques et non planctoniques est gage de constance : les eaux profondes où ils vivent sont à une température très basse qui varie peu. 2.2 Des débuts de la génétique aux enjeux actuels des biotechnologies. (Jean Claude Hervé, membre du groupe d’experts) (10 semaines). C'est la première fois qu'est intégré au programme un thème d'Histoire des Sciences. Le but n'est pas ici de faire acquérir des nouvelles connaissances en génétique (les élèves ont déjà des connaissances de génétique acquises aussi bien au collège qu'au lycée) mais il s'agit bien d'un chapitre concernant l'Histoire des Sciences et donc d'une réflexion sur la(es) manière(s) dont se sont construites les notions dans le domaine de la génétique en s'appuyant sur des exercices pratiques, expérimentales et des activités concrètes. L'esprit est clairement indiqué dans le document d'accompagnement : la perspective historique ne consiste pas à faire "comme si on ne savait pas", mais elle vise à préciser l'origine et l'évolution des connaissances et représentations actuelles "ce que l'on sait". Toute la génétique du tronc commun doit être réalisée et il y a un minimum de connaissances à acquérir concernant la biologie florale. Les débuts de la génétique, les travaux de Mendel (1870). - - - - - - Mendel : se placer dans les conditions réelles de l'époque. Il n'était pas un simple moine, c'était un érudit scientifique travaillant dans la même direction que ses prédécesseurs : la recherche d'hybrides stables présentant un mélange des caractères parentaux. Il s'agit de sensibiliser les élèves à la notion de rupture des conceptions majeures d'une discipline : la rupture mendélienne est le passage du paradigme "hérédité par mélange" à celui de "hérédité particulaire". Montrer l'originalité de ses travaux (par rapport à ce qui se faisait avant) sur des caractères invariables, l'utilisation de l'hybridation, l'approche quantitative des résultats en partant du monohybridisme et en reprenant les travaux effectifs de Mendel (graines lisses et ridées) : F1 F2 F3. Nécessaire pour montrer la réapparition des lignées pures parentales. Ces caractères qui réapparaissent dans leur pureté montrent qu'il n'y a pas de mélange mais indépendance particulaire de ces caractères. Les mêmes résultats ont été obtenus sur 7 caractères avec établissement de rapports précis. Interprétation fondamentale : chaque gamète (cellule pollinique et cellule ovulaire) ne possède qu'un des deux caractères parentaux (loi de pureté des gamètes.) Ces consignes valent pour le dihybridisme dont on donne simplement les résultats. - Il faut prendre les textes de Mendel, s'interroger sur ses erreurs par rapport aux connaissances actuelles (voir les tableaux de croisement, lignée pure avec un seul allèle.) Le champ conceptuel à cette époque était insuffisant pour aller plus loin. Page 13/5 Notes prises par BARRE Mary-Paule, MOTTET Odile, PEUZIAT Yves, VAAST Maurice et BARRE Jean-Pierre La théorie chromosomique de l'hérédité. (c'est l'occasion de découvrir ce qu'est une théorie scientifique) - - - Montrer brièvement que le champ conceptuel a évolué de Mendel à Devries, on redécouvre Mendel grâce au développement de la cytologie : en 1875, les chromosomes sont repérés, en 1883 des travaux sont réalisés sur leur comportement lors de la fécondation chez l'ascaris. Réflexion sur ce qu'est une théorie scientifique, sur la naissance d'une théorie scientifique au travers de la théorie chromosomique de l'hérédité. Sutton et Boveri (1903 et 1904) auteurs de la théorie chromosomique de l'hérédité, spécialistes de la méiose, n'ont effectué aucun travail particulier sauf mettre en parallèle la cytologie (comportement des chromosomes) et la génétique (comportement des facteurs héréditaires.) Il y a évolution du champ conceptuel grâce aux connaissances cytologiques. Une théorie est donc une opération intellectuelle qui va au-delà des faits car il fallait, pour cela, être convaincu de la permanence des chromosomes dans les cellules au cours de la vie de l'organisme et lors de la transmission. La génétique devient Science avec les travaux de Morgan (1910- 1915) qui était opposé à la théorie chromosomique ! - - Morgan est un embryologiste, Il cherche simplement, au moins au début, à obtenir des mutants à partir de drosophiles d'élevage. Il obtient un mâle aux yeux blancs. Il convient de se mettre dans cette situation (l'hérédité liée au sexe est inconnue des élèves.) Voir comment les croisements réalisés à partir des mutants obtenus ont pu conforter la théorie chromosomique de l'hérédité. Réaliser le croisement et faire trouver les élèves ♂ aux yeux blancs ♀ aux yeux rouges F2 ♂ yeux blancs Liaison "au sexe" - - Analyse de la transmission d'autres gènes et allèles liés (notions nouvelles) pour l'hérédité liée au sexe. Analyse des résultats : liaison des gènes mais rupture (relation avec la découverte en 1909 des chiasmas.) Nouvelle évolution du champ conceptuel grâce aux connaissances cytologiques. Les cartes génétiques sont alors possibles. - On ne demandera pas aux élèves de réaliser des cartes génétiques. Avènement de la biologie moléculaire. Investissement des connaissances des élèves pour la période 1940 1970 : calendrier simple à faire établir. Fin 1970 : Ce qui a été compris est le "gène mythique" mais non le "gène opérationnel", c'est maintenant devenu une entité palpable, manipulable. Page 14/5 Notes prises par BARRE Mary-Paule, MOTTET Odile, PEUZIAT Yves, VAAST Maurice et BARRE Jean-Pierre La révolution technologique des années 1970 Le cadre conceptuel reste identique ; même s'il n'y a pas eu rupture conceptuelle, il y a eu rupture technologique : le gène devient une entité, une réalité, un support d'étude et de manipulation : Enzymes de restriction, Eco R1, séparation des fragments d'ADN par électrophorèse, possibilité d'obtenir de l'ADN recombinant, clonage, séquençage… Présenter ces technologies fondamentales même si elles ne sont pas demandées pour l'examen. La période 1920-1970 ne donnera pas lieu à des questions à l'examen. Enjeux des biotechnologies L'étude de la transgénèse est limitée aux végétaux. Il convient d'avoir un point de vue critique (discussion) sur les OGM. Biotechnologies et génétique humaine L'étude des arbres généalogiques n'aboutit pas à des démonstrations concernant les allèles dominants, récessifs, ni sur le positionnement des gènes sur les autosomes ou sur X ou Y. On précisera aux élèves, le gène en cause et où il est situé. L'objectif de l'élève est la médecine prédictive, prénatale, l'évaluation des risques pour un fœtus de posséder tel ou tel allèle. Thérapie génique (somatique ou germinale) On peut étudier des exemples récents de cas d'immunodéficience traitée par thérapie génique, (pas de récepteurs aux cytokines, donc ni de RIMH ou RIMC.) Autres maladies : résultats non satisfaisants. Dégager pourquoi cela ne marche pas pour certaines pathologies. Bilan des objectifs à atteindre : Les élèves ont compris que les connaissances évoluent, ce qu'est une théorie scientifique et ils ont manipulé. 2.3 Diversité et complémentarité des métabolismes. (Jean Paul Dubacq, membre du groupe d’experts.) (10 semaines) Thème prévu dans un premier temps dans le cadre du tronc commun (inversion avec l'immunologie) et avec un développement plus conséquent de l'écosystème (lieu de stabilité) et l'histoire de la vie (variabilité). En conséquence, absence de mitochondries et de chloroplastes dans le tronc commun. Déconnecté du programme général, ce chapitre s'appuie sur une autre approche pédagogique : expérimentale, documentaire… synthèse. Page 15/5 Notes prises par BARRE Mary-Paule, MOTTET Odile, PEUZIAT Yves, VAAST Maurice et BARRE Jean-Pierre Le paragraphe introductif et les compléments sont importants, ils insistent sur l'esprit du programme : le problème du flux d'énergie au travers du vivant n'est pas le fil conducteur. Ce choix tient compte des acquis très différents des élèves et de leur méconnaissance des notions et des lois de la thermodynamique, difficiles …. La complémentarité et la diversité des métabolismes cellulaires permettent de comprendre le fonctionnement des écosystèmes. Ecosystème organisme Cellule sans exagérer la place de l'écosystème. Le bilan des connaissances sur la cellule est un chapeau très important, il doit conduire à un approfondissement du métabolisme cellulaire. Les composantes de l'écosystème sont en équilibre quand celui-ci est à maturité. Par exemple la forêt amazonienne est un écosystème en équilibre : elle produit autant de C02 qu'elle en consomme. - Il faut détruire ou resituer certaines images telles que "les forêts poumons du globe". - Les perturbations d'origine humaine sont provisoires, il y a un retour progressif à l'équilibre. Le reste est classique avec des simplifications. Terminologies à proscrire Certains raccourcis tels que ATP "molécule riche en énergie", "petite monnaie" peuvent avoir des sens très différents, voire incorrects ou aberrants. On considérera que l'ATP est un intermédiaire métabolique Une réaction est-elle ou non spontanée ? A B n'est qu'un raccourci si on a des corps intermédiaires A' B'… Beaucoup réfléchir sur certaines expressions énergétiques : Qu'est-ce en effet que l'énergie ? L'enthalpie standard d'une réaction chimique n'est valable que dans un système fermé placé dans des conditions elles-mêmes standard, cette notion n'est donc pas valable en biologie, dans la cellule qui est un système ouvert. On ne parle donc que des molécules, de leurs origines et de leurs transformations et intérêts sans aborder vraiment le concept énergétique. Dans le but d'adopter une communauté de langage, une rédaction commune avec les chimistes a été réalisée et ce document sera joint aux textes d'accompagnement. Page 16/5 Notes prises par BARRE Mary-Paule, MOTTET Odile, PEUZIAT Yves, VAAST Maurice et BARRE Jean-Pierre
