Sommaire. Séquence 4. Séance 1. Séance 2. Comment les informations héréditaires se transmettent-elles d une génération à une autre?

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1 Sommaire Nous savons maintenant où se trouvent les informations héréditaires. De plus nous savons aussi comment ces informations se transmettent de cellules en cellules au cours des multiplications cellulaires. Toutefois, il nous reste à découvrir comment ces informations se transmettent d une génération à la suivante. Problématique : Comment les informations héréditaires se transmettent-elles d une génération à une autre? Séance 1 Transmission des informations héréditaires entre générations 2 e partie : Évolution des organismes vivants, histoire de la Terre Séance 2 Disparitions et formations de groupes d êtres vivants 42 Cned, Sciences de la vie et de la Terre 3e

2 séance 1 Séance 1 Transmission des informations héréditaires entre générations je m interroge Nous avons vu que toutes les cellules d un organisme possèdent les informations héréditaires, portées par 46 chromosomes. Nous savons aussi qu un nouvel individu se forme par la fusion de deux types de cellules reproductrices : l ovule chez la femme, le spermatozoïde chez l homme. On peut se demander alors pourquoi le nombre de chromosomes ne double pas à chaque génération (on devrait avoir = 92 chromosomes, ce qui n est pas le cas). Comment expliquer la conservation du nombre de chromosomes lors de la reproduction? Exercice 1 : [I Observer] Pour répondre à cette question, l observation des caryotypes de deux cellules reproductrices s impose. D après l étude des deux documents et tes connaissances de la fécondation, explique pourquoi le nombre de chromosomes de l espèce humaine reste à 46 (23 paires de chromosomes) après la fécondation. [Utiliser des informations] Si la question te pose un problème, va voir l annexe «Besoin d aide?» en fin de séquence. Vérifie tes réponses dans le livret de corrigés avant de continuer. Cned, Sciences de la vie et de la Terre 3e 43

3 séance 1 Exercice 2 : [Ra Exploiter des résultats] Les cellules reproductrices sont donc les seules cellules de l organisme à posséder uniquement 23 chromosomes. Elles ne possèdent donc que la moitié des informations héréditaires contenues dans le noyau de toutes les cellules de l organisme. Mais alors, comment se fait la séparation des chromosomes et donc des allèles différents qu ils peuvent porter lors de la formation des cellules reproductrices? Pour connaître le mode de séparation des chromosomes lors de la formation des cellules reproductrices, des chercheurs ont réalisé un suivi précis des chromosomes d une cellule avec utilisation de marqueurs pour repérer le devenir des allèles de plusieurs gènes situés sur des chromosomes différents pendant la formation des cellules reproductrices à partir de leur cellule d origine appelée cellule mère (schémas ci-dessous). Schématisation de l état des chromosomes de la cellule Nom Temps (en heures) cellule mère 0 4 chromosomes simples par cellule cellule mère 18 4 chromosomes doubles par cellule deux cellules observables 24 2 chromosomes doubles par cellule quatre cellules reproductrices observables 28 2 chromosomes simples par cellule Schéma de la formation des cellules reproductrices chez l Homme (pour des facilités de compréhension, seules deux des 23 paires de chromosomes ont été représentées) À l aide du document ci-dessus, explique ce qui permet aux caryotypes de cellules reproductrices de posséder seulement 23 chromosomes. [Utiliser des informations pour expliquer] Si la question te pose un problème, va voir l annexe «Besoin d aide?» en fin de séquence. 44 Cned, Sciences de la vie et de la Terre 3e

4 séance 1 Vérifie tes réponses dans le livret de corrigés avant de continuer. Exercice 3 : [C Communiquer des informations scientifiques] Lors du suivi de la totalité des cellules mères, afin de savoir comment elles sont à l origine des cellules reproductrices, les scientifiques ont repéré qu il existait d autres cellules reproductrices que celles repérées en suivant le devenir d une cellule et ceci dans les mêmes proportions pour toutes (25 %). Ils les ont schématisées : Après avoir réalisé deux schémas figurant le devenir de la cellule mère au cours de la formation des cellules reproductrices (en t aidant des schémas des exercices 2 et 3), explique comment ces quatre cellules reproductrices différentes ont été obtenues. [Utiliser des informations scientifiques] Si la question te pose un problème, va voir l annexe «Besoin d aide?» en fin de séquence. Vérifie tes réponses dans le livret de corrigés avant de continuer. Exercice 4 : [C Communiquer des informations scientifiques] Nous savons à présent que les cellules reproductrices ne possèdent pas toutes les mêmes informations héréditaires. Ceci est la conséquence de la répartition au hasard de chromosomes génétiquement différents (qui possèdent des allèles différents) lors de la formation des cellules reproductrices (voir exercice 3). Mais nous ne savons toujours pas comment se fait la transmission des informations génétiques d une génération à l autre (notre problématique de départ). Il nous reste à étudier le devenir des chromosomes et de leurs allèles lors de la fécondation. Le tableau ci-après te montre le contenu chromosomique de cellules reproductrices qui peuvent être fabriquées par un homme et une femme (1 re colonne et 1 re ligne sur fond bleu). Par la suite dans chaque case du tableau, on peut représenter la diversité du résultat de la rencontre d un spermatozoïde (sur une ligne) et d un ovule (sur une colonne). Cned, Sciences de la vie et de la Terre 3e 45

5 séance 1 Après avoir complété les cases vides du tableau, en utilisant toutes les connaissances acquises au cours de cette séance, réponds au problème posé dès le début en expliquant comment l information héréditaire se transmet d une génération à l autre en maintenant un même nombre de chromosomes chez les individus de chaque génération. [Réaliser un compte-rendu écrit] Si la question te pose un problème, va voir l annexe «Besoin d aide?» en fin de séquence. Vérifie tes réponses dans le livret de corrigés avant de continuer. 46 Cned, Sciences de la vie et de la Terre 3e

6 séance 1 j e retiens Chaque cellule reproductrice contient 23 chromosomes. Lors de la formation des cellules reproductrices les chromosomes d une paire, génétiquement différents, se répartissent au hasard. Les cellules reproductrices produites par un individu sont donc génétiquement différentes. (Exercices 1, 2 et 3) La fécondation, en associant pour chaque paire de chromosomes, un chromosome du père et un de la mère, rétablit le nombre de chromosomes de l espèce. Chaque individu issu de la reproduction sexuée est génétiquement unique. (Exercice 4) Cned, Sciences de la vie et de la Terre 3e 47

7 séance 2 Séance 2 Disparitions et formations de groupes d êtres vivants je m interroge Dans les années 1890, la paléontologie était sur toutes les lèvres. Cette science d étude des espèces fossiles 1 passionnait les milieux scientifiques et le public en général. En effet on trouvait alors de nombreux fossiles d espèces totalement inconnues à l époque actuelle. morguefile.com by Gargouille Comment expliquer que des êtres vivants puissent ainsi disparaître ou se former au cours des temps géologiques? Exercice 5 : [I Rechercher et extraire de l information] Certains fossiles sont les témoins que des êtres vivants peuvent disparaître (dinosaures, par exemple) ou se former au cours du temps. D abord nous pouvons chercher quels sont les groupes d êtres vivants concernés par ces changements. Tous les groupes sont-ils concernés par les disparitions et les formations d êtres vivants? Certains paléontologues ont regroupé les informations qu ils possèdent sur le nombre de fossiles. Ils ont comptabilisé pour chaque groupe le nombre d espèces présentes à un moment donné. L ensemble de ces comptages a permis de construire le graphique suivant. Sur ce graphique chaque groupe est représenté par une couleur. Quand le symbole est large, le groupe était composé de nombreuses espèces, inversement quand il est fin. De même si un symbole n arrive pas jusqu au 0 (0 = époque actuelle), c est que ce groupe a disparu. 1. fossile : trace ou reste d organisme ayant vécu dans le passé (vu en 5 e ). 48 Cned, Sciences de la vie et de la Terre 3e

8 séance 2 À partir d observations faites sur le graphique ci-dessus, précise si tous les groupes sont concernés par les disparitions et les formations d êtres vivants, et s ils le sont de façon identique. [Utiliser des informations issues d un graphique] Si la question te pose un problème, va voir l annexe «Besoin d aide?» en fin de séquence. Exercice 6 : [I Rechercher et extraire de l information] Tous les êtres vivants sont concernés par ces changements (disparitions et formations). Toutefois nous ne pouvons pas dater ou même estimer quand ces changements ont débuté. Depuis quand ces successions de disparitions et de formations existent-elles? Pour répondre à cette question, des observations directes ne seront pas possibles. En effet aucun être humain n était présent à cette époque et donc il n existe aucune «trace écrite», ou constat d observation. Par contre si on peut trouver des roches très anciennes contenant des traces ou des restes d organismes vivants (c est-à-dire des fossiles), on pourrait dater, de façon plus ou moins précise, le commencement (donc la formation) de la mise en place de la biosphère (ensemble des êtres vivants). Cned, Sciences de la vie et de la Terre 3e 49

9 séance 2 Les images ci-dessus nous montrent à gauche un fossile et à droite un être vivant actuel (un stromatolithe). Les stromatolithes sont des édifices minéraux fabriqués par des bactéries (donc des êtres vivants) dans des eaux chaudes, peu profondes. Il en existe actuellement en Australie. Ces bactéries utilisent la lumière du soleil comme source d énergie et se fabriquent une protection minérale, qui formera des couches années après années. En quoi la comparaison des découvertes des géologues et des biologistes permet-elle de donner une date à l apparition des premiers êtres vivants? Tu donneras cette date. [Utiliser des informations issues du réel] Si la question te pose un problème, va voir l annexe «Besoin d aide?» en fin de séquence. Vérifie tes réponses dans le livret de corrigés avant de continuer. 50 Cned, Sciences de la vie et de la Terre 3e

10 séance 2 Exercice 7 : [I Rechercher et extraire des informations] Nous savons maintenant que les êtres vivants sont apparus il y a plusieurs milliards d années, et que tous les groupes d êtres vivants sont affectés par des disparitions ou des formations. Certes tous les groupes sont affectés, mais le sont-ils en même temps? Ou alors la disparition d un groupe correspond-elle à la formation d un autre? Il nous faut approfondir les relations temporelles des changements entre groupes pour voir si on peut y trouver une cause unique. Pour suivre les changements qu ont subis les êtres vivants au cours du temps, il est possible d utiliser un graphique montrant la variation du nombre de familles d êtres vivants, tout groupe confondu. Pour plus de simplicité, les familles ont été regroupées selon leur milieu de vie. Ce graphique permet donc de suivre la biodiversité (ici la mesure des variations du nombre de familles d êtres vivants) au cours des temps géologiques. À partir des informations fournies par ces deux graphiques, montre qu il existe des moments de l histoire de la Terre où des disparitions rapides et importantes d êtres vivants affectent à la fois le milieu continental et océanique. [Utiliser des informations issues de graphes] Si la question te pose un problème, va voir l annexe «Besoin d aide?» en fin de séquence. Vérifie tes réponses dans le livret de corrigés avant de continuer. Cned, Sciences de la vie et de la Terre 3e 51

11 séance 2 j e retiens Les roches sédimentaires, archives géologiques, montrent que, depuis plus de trois milliards d années, des groupes d organismes vivants sont apparus, se sont développés, ont régressé, et ont pu disparaître. (Exercices 1 et 2) Au cours des temps géologiques, de grandes crises de la biodiversité ont marqué l évolution ; à des extinctions en masse (exercice 3) succèdent des périodes de diversification. La succession des formes vivantes et des transformations géologiques ayant affecté la surface de la Terre depuis son origine, est utilisée pour subdiviser les temps géologiques en ères et en périodes de durée variable. 52 Cned, Sciences de la vie et de la Terre 3e

12 ANNEXE «Besoin d aide?» Séance 1 Exercice 1 : [I Observer] Dans ta réponse tu dois : indiquer le nombre de chromosomes présents dans un ovule, indiquer le nombre de chromosomes présents dans un spermatozoïde, préciser que la cellule-œuf se forme par la fusion de deux cellules reproductrices : l ovule et le spermatozoïde ; c est la fécondation, indiquer le nombre de chromosomes que possède la cellule-œuf, à partir des informations ci-dessus, donner la raison pour laquelle le nombre de chromosomes propre à l espèce humaine est toujours de 46 après une fécondation. Exercice 2 : [Ra Exploiter des résultats] Dans ta réponse tu dois : décrire chaque étape retenue par les scientifiques (0 h, 18 h, 24 h, 28 h) en identifiant le nombre de cellules par rapport à l étape précédente, le nombre de chromosomes dans chaque cellule, le type de chromosome simple ou double dans chaque cellule, répondre à la consigne posée en retenant les événements repérés lors de la description précédente qui se sont produits entre 0 h et 28 h permettant d obtenir un caryotype divisé par deux par rapport aux autres cellules de l organisme. Exercice 3 : [C Communiquer des informations scientifiques] Dans ta réponse tu dois : dessiner la cellule mère puis une flèche aboutissant à la cellule observée à 18 h, puis deux flèches aboutissant aux cellules observées à 24 h et ainsi de suite jusqu aux cellules reproductrices de l exercice 2, effectuer la même chose afin d aboutir aux cellules reproductrices présentées dans l exercice 3, comparer les deux schémas réalisés pour trouver l explication à l existence de quatre types de cellules reproductrices possibles. Cned, Sciences de la vie et de la Terre 3e 53

13 Exercice 4 : [C Communiquer des informations scientifiques] Aide pour le tableau de croisement : dans chaque case tu dois reporter les chromosomes avec les couleurs, dans chaque colonne tu reportes les chromosomes provenant des cellules reproductrices de la mère, puis dans chaque ligne tu reportes les chromosomes provenant des cellules reproductrices du père, tu obtiens au final une case qui est le croisement des informations génétiques de la mère (colonne) et du père (ligne), tu peux suivre l exemple à gauche en t aidant des lignes pointillées. Dans ta réponse tu dois : expliquer comment les cellules reproductrices possédant seulement la moitié du stock de chromosomes sont obtenues, expliquer comment est maintenu le même nombre de chromosomes à partir des cellules reproductrices possédant seulement la moitié du stock de chromosomes. 54 Cned, Sciences de la vie et de la Terre 3e

14 Séance 2 Exercice 5 : [I Rechercher et extraire de l information] Dans ta réponse tu dois : décrire les changements qui ont affecté plusieurs groupes, prendre l exemple des dinosaures (qui n arrivent pas à l époque actuelle), prendre l exemple des poissons osseux et indiquer les changements dans leur nombre d espèces depuis leur apparition (vers 410 Ma), comparer plusieurs groupes pour préciser si tous les groupes sont pareillement concernés. Exercice 6 : [I Rechercher et extraire de l information] Dans ta réponse tu dois : trouver les points communs qui existent entre la découverte du géologue et celle du biologiste, préciser les similitudes au niveau des observations microscopiques, utiliser ces informations comme argument permettant de donner une date à l apparition des premiers êtres vivants, donner une date approximative à laquelle on est sûr que la vie existait déjà. Exercice 7 : [I Rechercher et extraire des informations] Dans ta réponse tu dois : utiliser une règle afin de repérer que des disparitions massives ont eu lieu en même temps en mer et sur terre à certaines dates de l histoire de la Terre, répondre à la question en notant ces dates dans une phrase répondant à la consigne. Cned, Sciences de la vie et de la Terre 3e 55