Dossier à l`usage des enseignants - Aquarium

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2008
ISELL Ste Croix
www.aquarium-museum.be
22, quai van Beneden
Hors-Château, n°61 - 4000 Liège
tél. : 04/223.26.28
4020 Liège
www.isell.be
04 366 50 21
Animation proposée à l’Aquarium-Muséum Liège
Les adaptations des
animaux à la vie sur Terre
Dossier à l’usage des enseignants
Dossier pédagogique réalisé par les étudiants en 2° année de
la section Régendat Sciences Naturelles et l’aide de Madame
Santina Donatelli, Professeur, de la Haute Ecole ISELL à
Liège :
Baudoin Frédéric, Delaye Coralie, Dorthu Laura, Dupont Audrey,
Fornasari Joachim, Houbart Adrien, LiLot Coralie, Meens Céline, Pirotte
François, Putz Vincent, Romain Laetitia
Février 2008
Faites des Sciences et Découvrez les technologies … à l’Embarcadère du Savoir !
www.ulg.ac.be/sciences
10 > 16 mars 2008 dans le cadre du Printemps des Sciences
Pôle mosan d’Enseignement Supérieur et Universitaire
Dossier pédagogique réalisé par la section Régendat Sciences Naturelles
de la Haute Ecole ISELL, Département pédagogique
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Nous nous sommes intéressés à deux modes de déplacement chez les vertébrés la nage
(ou plus précisément le déplacement en milieu aquatique) et le saut. En effet, ces modes
de locomotions suscitaient de nombreuses questions. Voici quelques questions auxquelles
nous nous sommes proposés de trouver des réponses. Quels sont ces animaux qui se
déplacent en effectuant le saut ou la nage ? Quelles adaptations morphologiques ou
physiologiques présentent-ils ? Comment s’effectuent les mouvements ? En quoi le mode
de locomotion de ces animaux est-il adapté à leurs milieux de vie ?
Lors de notre animation à l’aquarium - muséum, les adaptations des animaux à ces
modes de locomotion seront présentés façon ludique et interactive.
1. Ces vertébrés qui se déplacent dans l’eau….
L’anaconda.
Le squelette.
Il comprend un crâne, une colonne vertébrale, des côtes, et parfois une
ceinture pelvienne. Les nombreuses vertèbres, qui composent la colonne
vertébrale très souple, sont très solides pour résister à la traction imposée par les
muscles. Il y a une paire de côtes rattachée à chaque vertèbre cervicale ou
dorsale (jusqu'à 400 chez certaines espèces, les petits serpents pouvant néanmoins
en avoir 180), mais il n'y en a pas sur les vertèbres caudales. Elles sont très bien
articulées, ce qui permet une grande liberté de mouvement. Les côtes ne se
rejoignent pas le long du ventre et s'écartent, quand le serpent avale une grosse
proie .
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Le déplacement.
Le signe le plus distinctif des serpents est leur forme. L'allongement du corps
et la réduction ou la perte des membres se sont produits plusieurs fois dans
l'évolution des vertébrés. Cette modification de la forme du corps a de profondes
conséquences sur la biologie d'un animal, et de toute évidence, sur sa façon de se
mouvoir.
La colonne vertébrale des serpents offre plusieurs caractères liés à la
locomotion apode. Tout d'abord, le nombre de vertèbres est fortement accru, ce
qui rend la colonne vertébrale beaucoup plus flexible. L'homme n'a que 32
vertèbres alors que certains serpents en ont plus de 400. Ensuite, les serpents ont des
apophyses supplémentaires sur les vertèbres, ce qui améliore les connections entre
elles et accroît la stabilité de la colonne vertébrale.
Les ondulations du corps sont également rendues possibles par l’existence de
longs et puissants muscles latéraux. En fait, l'animal contracte et relâche en
alternance des muscles situés de chaque côté de son corps, ce qui donne
l'impression de "vagues" le parcourant.
Mouvement rectiligne.
Dans la locomotion rectiligne, le serpent avance en ligne droite et utilise des
mouvements de la peau du ventre par rapport au reste du corps. Des groupes
successifs d'écailles ventrales sont soulevés puis déplacés vers l'avant et ancrés par
leur bord externe. Grâce à ces points d'appui, le reste du corps est ensuite avancé,
puis le mouvement se répète.
La progression résulte d'une série de contractions et de relâchement des
muscles, notamment lorsqu'ils rampent vers une proie en terrain découvert. Les
mouvements sont lents et malaisés à détecter quand il circule de cette façon
Ondulation latérale.
C'est le mode de déplacement le plus courant. Le serpent utilise un point de
contact au sol comme appui. Ensuite il soulève le tronc au-dessus du sol pour
établir un autre point de contact.
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Mouvement en accordéon.
En peu d'espace, le serpent contracte ses muscle à l'arrière, à mesure qu'il
étend sa partie antérieure, puis à l'avant pour ramener l'arrière.
Déroulement latéral.
La locomotion latérale convient en particulier aux substrats mous, comme le
sable ou la boue, où il y a peu de chances de trouver des irrégularités solides
permettant les ondulations habituelles.
Mouvement ondulatoire.
La partie antérieure du corps (en avant du point A) reste immobile et prend
appui sur le substrat; en arrière, la partie restante du corps ondule et se raccourcit.
Puis c'est au tour de la partie située en arrière du point B de prendre appui sur le sol
en restant immobile et c'est la partie en avant de ce point B qui s'allonge, ce qui
fait avancer le reptile sur le sol.
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Introduction
La baleine
Les baleines, dauphins et marsouins ressemblent peut-être aux poissons, en
particulier aux requins. Ce sont pourtant des mammifères, beaucoup plus proches
de l'homme que des poissons: ils ont le sang chaud (homéothermes), respirent de
l'air, sont vivipares et n'ont généralement qu'un seul petit à la fois. Comme vous,
une baleine a un coeur à quatre compartiments. De même, elle a des poumons,
puisqu'elle respire l'air en surface et non l'eau comme les poissons. Elle a aussi un
estomac, un foie, des reins et des intestins mais ni vésicule biliaire, ni appendice.
Au cours de leur évolution, leurs membres antérieurs se sont transformés en
nageoires, à l'intérieur desquelles on reconnaît, sur le plan anatomique, les os et les
doigts caractéristiques de la main des mammifères. Les membres postérieurs ont
totalement disparu. Une équipe de chercheurs a recensé les mutations génétiques
à l'origine de la disparition de leurs « pattes ». Il ressort de ces travaux que la perte
des membres inférieurs de la baleine est le fruit de 15 millions d'années de
mutations.
Anatomie externe et revêtement
La plupart des cétacés modernes possèdent un corps fuselé, hydrodynamique, propulsé
par des puissantes nageoires caudales situées dans un plan horizontal, mais qui battent
l'eau verticalement. L'aileron dorsal souvent proéminent contrôle sans doute l'assiette de
l'animal lors de la nage.
Les parties saillantes, capables de gêner l'écoulement fluide ont disparu. De ce fait, il n'y a
plus guère de poils, plus d'oreilles externes, plus de museau ou de nez saillant: les organes
génitaux et les glandes mammaires sont noyés dans la silhouette de l'animal.
Anatomie interne et évolution du squelette.
Au cours de l’évolution le crâne des baleines a subit de nombreuse modification comme
par exemple les narines, situées au bout du museau, se sont reculées vers le dessus de la
tête et sont devenues des évents. En arrière du crâne, le squelette diffère radicalement des
mammifères terrestres. Les vertèbres cervicales sont très réduites. Certaines d'entre elles,
sinon toutes, ont fusionné : la tête n'est donc pas mobile par rapport au reste du corps.
Soutenus par la poussée hydrostatique, les cétacés ne sont pas soumis aux mêmes
contraintes que les créatures terrestres. Les côtes ne sont pas fermement attachées au
sternum ou à la colonne vertébrale. Elles sont incapables de supporter le poids de l'animal
lorsque ce dernier est porté à la terre : s'échouer équivaut à un arrêt de mort.
La ceinture pelvienne n'est plus que vestige d'une structure où venaient s'articuler les
membres postérieurs, un simple rappel des formes ancestrales quadrupèdes. Les membres
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antérieurs sont toujours bien développés. Malgré leurs nouvelles fonctions, ils ont conservé
leur architecture primitive, identique à celle de nombreux vertébrés. Les "doigts" souvent au
nombre de 4, sont allongés par une multiplication des phalanges. Les baleines ont
généralement 4 nageoires : deux nageoires pectorales (à la place des bras), une nageoire
caudale (qu’on appelle aussi la queue) et une nageoire dorsale. Les deux nageoires
pectorales servent de gouvernail et de stabilisateur aux baleines. La nageoire caudale sert
à la propulsion. La nageoire dorsale a différentes fonctions selon l’espèce de baleine. Elle
ne contient ni os ni muscle; la baleine ne contrôle pas sa forme et ne peut pas non plus la
bouger. Chez certaines baleines (ex. : baleine franche et narval), la nageoire dorsale a
disparu. Chez d’autres espèces (ex. : rorqual bleu et cachalot), cette nageoire est si petite
qu’elle n’a plus vraiment de fonction. Chez le béluga, la nageoire dorsale s’est transformée
en crête dorsale ce qui lui permet de briser la glace mince afin de pouvoir respirer. Pour
d’autres espèces plus rapides (ex. : dauphins, épaulards et marsouins), leur grande
nageoire dorsale contribue à leur hydrodynamisme, c’est-à-dire qu’elle les aide à glisser
plus facilement dans l’eau. La nageoire dorsale est faite de tissus conjonctifs.
Evolution et adaptation des nageoires pectorales
Les nageoires pectorales des baleines sont particulièrement exemplaires. Le squelette de
mon bras est fait de trente os, qui constituent dix-sept articulations, toutes très mobiles, de
l'épaule jusqu'au bout des doigts. La nageoire d'une baleine est, elle aussi, faite des mêmes
trente os. Ils forment aussi les mêmes dix-sept articulations, mais une seule est mobile, celle
de l'épaule. Les seize autres sont tout à fait figées, ankylosées en permanence. L'évolution
explique très bien cette structure de la nageoire. La baleine a besoin d'une sorte de rame,
mobile mais rigide. Mais comme elle descend d'un ancêtre pourvu d'un bras comme le
nôtre, le sien est fait des mêmes os et des mêmes articulations placés dans le même ordre.
Pour en faire une rame, la sélection a dû figer seize des dix-sept articulations, alors que la
nageoire des baleines aurait été bien mieux conçue et bien plus simple si elle avait été
faite d'un seul os, par exemple.
Illustration d’un cétacé
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Les poissons osseux (actinoptérygiens)
Corps : Les poissons n'ont pas tous la même forme, mais ils disposent tous d'écailles, yeux,
bouche, opercules, ligne latérale et anus. Les narines sont présentes chez tous les poissons
mais sont plus ou moins visibles.
Squelette et déplacement : La plupart des poissons se déplacent en contractant
alternativement les muscles insérés de chaque côté de la colonne vertébrale. Ces
contractions font onduler le corps de la tête vers la queue. Les nageoires du poisson sont
utilisées comme stabilisateurs. La nageoire caudale sert aussi à augmenter la surface de la
queue, augmentant ainsi la poussée lors de la nage, et donc la vitesse.
Le corps fuselé des poissons permet de diminuer les frictions lorsqu'ils nagent, et donc
d'éviter qu'ils soient ralentis par la résistance de l'eau. De plus, leurs écailles sont enrobées
d'un mucus qui diminue les frottements. La peau des poissons à squelette osseux possède
des écaille plates et des glandes sécrétant un mucus glissant, qui augmente
l'hydrodynamisme. Une vessie natatoire leur permet de flotter sans effort à la profondeur
désirée.
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Les requins
Présentation : Les requins sont des poissons cartilagineux et la plupart sont des prédateurs.
Seulement, une douzaine sont considérés comme dangereux pour l'homme. De
nombreuses espèces sont menacées de disparition.
Squelette : Le requin se caractérise par sa silhouette fuselée, particulièrement
hydrodynamique, et ses nageoires pectorales et dorsales, ainsi que sa nageoire caudale
hétérocerque (de forme asymétrique). Il est pourvu d'un squelette entièrement
cartilagineux.
Corps : Sa peau est rugueuse, recouverte d'écailles osseuses d'origine dermique et
épidermique, qui le protègent contre les parasites et améliorent sa pénétration dans l'eau.
Déplacement : Les requins utilisent leur nageoire caudale pour se propulser et changer
brutalement de direction, les nageoires pectorales font office de gouvernail selon le même
principe que les ailerons d'avion, là ou les nageoires dorsales servent de stabilisateurs. Pour
pouvoir respirer, ils sont obligés de nager en permanence, même à faible vitesse, afin de
maintenir un courant d'eau apportant suffisamment d'oxygène à leurs branchies.
Contrairement à la plupart des autres poissons, ils n'ont pas de vessie natatoire pour se
stabiliser en profondeur mais utilisent le squalène, huile présente dans leur foie, de densité
moindre que l'eau pour corriger leur flottabilité négative.
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Les manchots.
Ces oiseaux sont massifs, avec un cou court, un bec pointu et des pattes palmées.
L'articulation des fémurs au niveau de la ceinture pelvienne leur impose une stature
verticale au sol. Le fait qu'ils soient massifs et donc que leurs pattes, leur tête, leurs
nageoires pectorales et leur queue ne soient pas réellement séparées du corps, leur
confèrent une bonne résistance au froid et à la nage. Ils possèdent, en outre, une bonne
couche de graisse. Leur plumage est formé de petites plumes très serrées, comparables à
des écailles, uniformes sur tout le corps, fait unique chez les oiseaux. Afin d'avoir le minimum
de résistance dans l'eau, les manchots se mettent le plus droit possible en recroquevillant
leur
tête
dans
leurs
épaules.
Ses ailes, très réduites, ne lui permettent absolument pas de voler, mais sont
formidablement adaptées à la nage. Maladroit et lent sur le sol où il se laisse
volontairement glisser, le manchot est remarquablement agile et rapide dans l'eau. Ses
ailes lui servent alors de nageoires, et ses pattes palmées de gouvernail. Les ailes et la
poitrine sont musculairement bien développés pour leur permettre de se propulser sous
l'eau
(milieu
plus
dense
et
plus
résistant
que
l'air).
Les os des manchots sont plus solides et denses pour leur permettre de surmonter la
flottabilité.
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Manchot royal (wikipépédia)
Quand l’homme nage…
Peu de mammifères terrestres nagent aussi bien que l'Homme. Les différentes nages
contemporaines ont été stylisées par la modernité, et confirment l'adaptation et la diversité
de nos possibles déplacements dans l'eau.
Comme les mammifères aquatiques et nombre de poissons, l'Homme dispose d'une
couche adipeuse juste sous la peau, qui réduit considérablement la perte thermique sans
interférer avec la locomotion aquatique ( pas de frottements ou de turbulences dus à une
fourrure ) cependant les plongeurs portent des combinaisons pour augmenter l'isolation
thermique (et donc diminuer la perte de chaleur). La tête humaine a une protubérance
nasale caractéristique, distincte des autres singes, idéale pour fendre l'eau de manière plus
aérodynamique lorsque la tête se redresse et regarde vers l'avant.
Le corps humain est plus aérodynamique que celui des chimpanzés, ses plus proches
cousins et montre une forme comparable à celle de la quille d'un bateau. De plus
l'orientation des poils de l'homme correspond exactement à celle qu'on attendrait pour
faciliter un écoulement optimal de l'eau lors d'une progression en milieux aqueux.
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2. Illustration du saut chez les vertébrés
Le saut est un mode de déplacement que peuvent pratiquer les humains et
certains animaux consistant à se propulser dans l'air en exerçant une poussée sur le
sol , souvent en enchaînant une contraction suivie d'une extension rapide d'un ou
plusieurs membres. Dans ce mode de locomotion, le membre est un ressort à
compression. Les trois segments des membres postérieurs (stylopode=fémur,
zeugopode = tibia-péroné et autopode =pied)ont une longueur équivalente. Le
système de saut est le même chez les grenouilles, les kangourous, les lièvres avec
cependant deux modalités :
- Chez la grenouille, sauteur quadrupède, la propulsion est réalisée par les membres
postérieurs et la réception est assurée par les membres antérieurs.
- Chez les kangourous, sauteurs bipèdes, propulsion et réception sont assurées par les membres
postérieurs.
Les kangourous
La plupart des kangourous habitent dans les plaines intérieures , semi-déserts, forêts
humides et collines d’Australie. Ces animaux ont un régime alimentaire herbivore.
La taille varie de 28 cm de long, plus 14 cm queue à Poids1,65 m, plus 1,07 m de queue.
Le Poids va de 0.5kg jusqu'à 90 kg.
Ces animaux vivent jusqu'a 20 ans à l'état sauvage, 28 ans en captivité. Les kangourous
peuvent courir 50 k/h, et sauter 4 mètres en une fois.
Comment sautent-ils ?
Ces animaux ont de longues pattes arrières et se déplacent rapidement et en sautant. Leur
longue queue sert à contrebalancer le poids du corps quand ils sautent. Pour marcher, les
kangourous utilisent leur pattes avant et leur queue pour supporter leur poids, puis ils
balancent leurs pattes arrières en avant. Ces dernières les soutiennent alors, tandis qu'ils
avancent leurs pattes avant et leur queue.
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Leurs pattes arrières longues et fines ont quatre doigts, dont deux sont gros. Les deux autres
petits et réunis. Le tout forme un "peigne" pour entreprit le poil.
Les grenouilles
Les Amphibiens (du grec amphi= double et bios= vie) sont des vertébrés tétrapodes
ectothermes qui ont typiquement une peau mince, sans écailles, mais avec des
glandes produisant du mucus ou du venin. Leur cycle de vie a deux stades: une forme
larvaire aquatique et une forme adulte qui peut être terrestre ou aquatique.
La classe des Amphibiens comprend les grenouilles, rainettes et crapauds (Ordre
Anoures, qui veut dire sans queue), et les salamandres et tritons (Ordre Urodèles, qui
veut dire queue visible).
Les Anoures (grenouille) ont une tête large, n'ont pas de queue, et ont des pattes
postérieures et une ceinture pelvienne très développée qui leur permet de se déplacer
en sautant.
Comment sautent les grenouilles ?
La colonne vertébrale des Amphibiens est rigide. La ceinture pelvienne des grenouilles
est particulièrement robuste et permet de transférer les forces des jambes au corps.
Lorsque l'animal est au repos, les membres ne sont pas directement sous le corps, mais
forment un angle droit.
Les lagomorphes
Les lagomorphes est un ordre de mammifères qui rassemble les lièvres, lapins et pikas.
C’est un groupe d’animaux aux longues oreilles et aux yeux très écartés. Ils sont
spécialement adaptés aux biotopes de toundras, prairies, rocailles, steppes arides mais
certains habitent pourtant les régions tempérées, les forêts septentrionales ou tropicales.
Certains sont sociaux, d’autres solitaires.
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Comment sautent ces animaux?
La locomotion normale d'un lièvre en quête de nourriture est le saut à quatre pattes. Les
deux pattes antérieures avancent chacune d'un pas, puis les pattes postérieures se
déplacent ensemble vers l'avant.
Empreintes de lièvre
Pattes postérieures
Pattes
antérieures
Lorsqu'il est effarouché, le lièvre se dresse tout droit sur ses pattes postérieures, souvent en
bondissant sur la pointe des pieds pendant qu'il soupèse le danger. Cette posture est une
adaptation remarquable à son environnement, la perspective lui donnant un meilleur
aperçu du milieu ouvert. Si le danger est réel, il s'enfuit à toute vitesse en bondissant sur
ses pattes postérieures comme le fait le kangourou, les pattes antérieures blotties
contre la poitrine. Il se sauve habituellement en gravissant une pente. De cette
manière, un lièvre sur ses gardes peut facilement semer la plupart de ses
prédateurs potentiels.
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photo du lièvre européen
Sources consultées :
http://biodidac.bio.uottawa.ca
http://www.biodeug.com/cours/ba34.php
www2.ac-rennes.fr/cst/29/defi%20mouvement/locomotion.pdf
http://www.fotosearch.fr/NGF005/72887197/
http://pdubois.free.fr/mammiferes/images/LepusEuropaeus.jpg
http://www.infovisual.info
http://WWW.wikipéfia.org
http ://WWW. 3.ac-nacy-metz.fr
http://www.cndp.fr/revue TDC
http://www.lesbaleines.net/connaissances/anatomie_classication/morphologie.ph
p
http://dinosoria.com/requin_morphologie.htm
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http://requin.passion.free.fr
http://www.irnp.fr/lamap
http://www.gallimard-jeunesse.fr
http://www.demauroy.net/imagier/bipedie.htm
http://www. dfo-mpo.gc;ca/canwaters-eaucan/bbb-lgb/creaturesanimaux/cetaceans-cetacés/index_f.asp
http://www.membres.lycos.fr
http://www.ia53.ac-nantes.fr
http://users.belgacom.net/ecolibre/grenouille.htm
Encyclopédie des animaux, Bordas 1994
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