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 www. isell.be Aquarium-Muséum Liège www.aquarium-museum.be –Printemps des Sciences 2008 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 . 2 Dossier pédagogique réalisé par la section Régendat Sciences Naturelles de la Haute Ecole ISELL, Département pédagogique www. isell.be Aquarium-Muséum Liège www.aquarium-museum.be –Printemps des Sciences 2008 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. 3 Dossier pédagogique réalisé par la section Régendat Sciences Naturelles de la Haute Ecole ISELL, Département pédagogique www. isell.be Aquarium-Muséum Liège www.aquarium-museum.be –Printemps des Sciences 2008 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. 4 Dossier pédagogique réalisé par la section Régendat Sciences Naturelles de la Haute Ecole ISELL, Département pédagogique www. isell.be Aquarium-Muséum Liège www.aquarium-museum.be –Printemps des Sciences 2008 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 5 Dossier pédagogique réalisé par la section Régendat Sciences Naturelles de la Haute Ecole ISELL, Département pédagogique www. isell.be Aquarium-Muséum Liège www.aquarium-museum.be –Printemps des Sciences 2008 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 6 Dossier pédagogique réalisé par la section Régendat Sciences Naturelles de la Haute Ecole ISELL, Département pédagogique www. isell.be Aquarium-Muséum Liège www.aquarium-museum.be –Printemps des Sciences 2008 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. 7 Dossier pédagogique réalisé par la section Régendat Sciences Naturelles de la Haute Ecole ISELL, Département pédagogique www. isell.be Aquarium-Muséum Liège www.aquarium-museum.be –Printemps des Sciences 2008 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. 8 Dossier pédagogique réalisé par la section Régendat Sciences Naturelles de la Haute Ecole ISELL, Département pédagogique www. isell.be Aquarium-Muséum Liège www.aquarium-museum.be –Printemps des Sciences 2008 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. 9 Dossier pédagogique réalisé par la section Régendat Sciences Naturelles de la Haute Ecole ISELL, Département pédagogique www. isell.be Aquarium-Muséum Liège www.aquarium-museum.be –Printemps des Sciences 2008 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. 10 Dossier pédagogique réalisé par la section Régendat Sciences Naturelles de la Haute Ecole ISELL, Département pédagogique www. isell.be Aquarium-Muséum Liège www.aquarium-museum.be –Printemps des Sciences 2008 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. 11 Dossier pédagogique réalisé par la section Régendat Sciences Naturelles de la Haute Ecole ISELL, Département pédagogique www. isell.be Aquarium-Muséum Liège www.aquarium-museum.be –Printemps des Sciences 2008 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. 12 Dossier pédagogique réalisé par la section Régendat Sciences Naturelles de la Haute Ecole ISELL, Département pédagogique www. isell.be Aquarium-Muséum Liège www.aquarium-museum.be –Printemps des Sciences 2008 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. 13 Dossier pédagogique réalisé par la section Régendat Sciences Naturelles de la Haute Ecole ISELL, Département pédagogique www. isell.be Aquarium-Muséum Liège www.aquarium-museum.be –Printemps des Sciences 2008 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 14 Dossier pédagogique réalisé par la section Régendat Sciences Naturelles de la Haute Ecole ISELL, Département pédagogique www. isell.be Aquarium-Muséum Liège www.aquarium-museum.be –Printemps des Sciences 2008 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 15
