La respiration dans les différents milieux de vie

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2 Chapitre 1 La respiration dans les différents milieux de vie La respiration est l une des caractéristiques essentielles de la vie. En quoi consiste-t-elle? Comment s'effectue-t-elle dans les différents milieux? Le milieu de vie d un être vivant est-il toujours le même que son milieu de respiration? Photographie :des lamantins venant respirer en surface. 11

3 ctivité 1 Vous Reconnaître qu un être vivant respire savez depuis l école primaire que la respiration humaine consiste à absorber du dioxygène et à rejeter du dioxyde de carbone. Peut-on mettre en évidence des échanges gazeux identiques chez les autres êtres vivants? Une mise en évidence simple de la respiration d un animal terrestre Composition de l air dioxygène (21 %) autres gaz (1 %) Installer le montage ci-contre avec des criquets, des grillons ou des escargots. Repérer l évolution de la teneur en dioxygène de l air de la boîte pendant environ dix minutes. Observer à la fin de la manipulation l aspect de l eau de chaux de la boîte de Petri ( 2). L oxymètre permet de mesurer avec précision la teneur en dioxygène* de l air grâce à une sonde électronique reliée à un boîtier à affichage numérique. sonde à dioxygène criquets boîte de Petri contenant de l eau de chaux sonde à dioxygène grille fine eau de chaux diazote (78 %) Évolution de la teneur en dioxygène de l air de la boîte Temps Dioxygène (en min) (en %) ,2 2 19,5 3 18,8 1 Mesure de la teneur de l air en dioxygène à l aide d un oxymètre. La boîte de Petri du montage ci-dessus est photographiée au début de la manipulation (t = 0 min), puis dix minutes plus tard (t = 10 min). Ce montage permet de comprendre ce qui s est produit pendant ces dix minutes. dioxyde de carbone * t = 0 min t = 10 min L'eau de chaux est un liquide incolore et limpide. eau de chaux troublée Montage témoin 2 12 Mise en évidence du rejet d un gaz grâce à l eau de chaux. Partie 1. Respiration et occupation des milieux de vie

4 B Des mesures réalisées avec un dispositif d ExO Placer des petits animaux dans une enceinte (boîte hermétique). Bien fermer l enceinte et placer la sonde oxymétrique. Suivre l évolution de la teneur en dioxygène de l air de l enceinte pendant quelques minutes. sonde oxymétrique écran ordinateur Dioxygène (en %) témoin sans criquets sonde oxymétrique adaptateur avec criquets dans l enceinte enceinte clavier avec animaux souris Ce dispositif d ExO utilise une sonde oxymétrique qui envoie des données à un ordinateur. Celui-ci construit alors automatiquement un graphique en temps réel. Temps (en min) 3 Le dispositif d ExO* permet de suivre en continu l évolution de la teneur en dioxygène du milieu de vie. Mots importants * Dioxygène : gaz qui constitue 21 % de l air atmosphérique. * Dioxyde de carbone : autrefois appelé gaz carbonique, c est un gaz présent en très faible quantité dans l air. * ExO : Expérimentation ssistée par Ordinateur. PISTES DE TRVIL Pour trouver ce qui caractérise la respiration d un animal : 1. Indiquez comment évolue la quantité de dioxygène dans la boîte contenant les êtres vivants ( 1 et 3). Proposez une explication. 2. Dites quelle information supplémentaire apporte l expérience avec l eau de chaux ( 2). Bilan de l activité : Expliquez en une phrase comment on peut reconnaître qu un animal terrestre respire. COMPÉTENCES : 1. et 2. S informer, raisonner. Chapitre 1. La respiration dans les différents milieux de vie 13

5 ctivité 2 En Les échanges gazeux chez d autres êtres vivants milieu terrestre, la respiration des animaux se manifeste par des échanges gazeux avec l air : absorption de dioxygène et rejet de dioxyde de carbone. Retrouve-t-on les mêmes échanges chez les animaux aquatiques et chez les végétaux? Les échanges gazeux respiratoires d un animal aquatique Placer deux poissons dans la boîte remplie d eau puis fermer hermétiquement le couvercle en évitant d emprisonner des bulles d air. Placer la sonde oxymétrique. Suivre l évolution de la teneur en dioxygène de l eau de l enceinte avec un système d ExO ou avec un oxymètre numérique. Dioxygène (en mg/l) témoin sans poissons Un test sur l eau de la boîte u début de l expérience (t0), avant de placer les poissons, on prélève 4 ml de l eau de la boîte (tube ). À la fin de l expérience (t = 10 min), on prélève à nouveau 4 ml de l eau de la boîte (tube B). Dans chaque tube on ajoute 10 gouttes de rouge de crésol. avec poissons dans l enceinte Temps (en min) Le rouge de crésol est un réactif rouge orangé qui vire au jaune en présence de dioxyde de carbone Des échanges gazeux* entre un animal aquatique et son milieu de vie (matériel Jeulin). Partie 1. Respiration et occupation des milieux de vie

6 B Des mesures réalisées chez les végétaux Placer de l herbe dans l enceinte du système ExO puis fermer hermétiquement le couvercle. Placer la sonde oxymétrique et mettre le dispositif à l obscurité. Suivre sur l écran l évolution de la teneur en dioxygène de l enceinte. Refaire la manipulation avec des radis. Les parties chlorophylliennes d un végétal doivent être placées à l obscurité sinon d autres échanges gazeux liés à la nutrition masquent les échanges gazeux respiratoires. Pour les parties non chlorophylliennes, c est inutile. Dioxygène (en %) Dioxygène (en %) Temps (en min) Temps (en min) 2 Une étude expérimentale d un aspect de la respiration chez les végétaux* (matériel Eurosmart). Mots importants * Échanges gazeux : prélèvement et rejet de gaz par un être vivant dans un milieu. * Végétaux : nom commun donné aux êtres vivants possédant de la chlorophylle. PISTES DE TRVIL Pour mettre en évidence les échanges gazeux respiratoires : 1. Proposez une explication aux résultats obtenus avec la sonde oxymétrique chez les poissons d une part ( 1) et les végétaux d autre part ( 2). 2. Quelles informations complémentaires apporte le test au rouge de crésol ( 1)? Bilan de l activité : Exprimez en une phrase comment on peut définir la respiration. COMPÉTENCES : 1. et 2. Raisonner. Chapitre 1. La respiration dans les différents milieux de vie 15

7 ctivité 3 Qu ils Milieux de respiration et milieux de vie soient dans l air ou dans l eau, tous les êtres vivants respirent. Cette respiration consiste à prélever du dioxygène et à rejeter du dioxyde de carbone dans le milieu. Le milieu de vie des animaux est-il toujours leur milieu de respiration? Les animaux de la prairie, autour d une mare Martin-pêcheur Un peu éloignés de la mare, dans le pré bien au sec et au soleil, les criquets respirent avec leurs trachées. Criquet des pâtures Même s il peut plonger un court instant en apnée pour capturer sa proie, le martinpêcheur respire dans l air avec ses poumons. Escargot petit-gris L escargot apprécie l humidité du bord de la mare, il respire dans l air grâce à un poumon dissimulé sous sa coquille. rgiope rayée À l affût sur sa toile, prête à dévorer sa proie à l aide de ses puissants chélicères, l argiope possède à la fois des poumons et des trachées. On rencontre souvent la grenouille sur les pierres du bord de la mare, mais à la moindre alerte, elle plonge dans l eau. u bout d un moment, on la voit réapparaître en surface : ses narines hors de l eau lui permettent de renouveler l air de ses poumons. Grenouille verte 16 Partie 1. Respiration et occupation des milieux de vie

8 B Les animaux qui vivent dans l eau de la mare Gardon commun Le gardon prélève le dioxygène de l eau grâce à ses branchies, dissimulées sous des opercules de chaque côté de la tête. Larves de moustique L écrevisse respire grâce à des branchies dissimulées sous sa carapace, de chaque côté du céphalothorax. Écrevisse américaine Toujours la tête en bas, les larves de moustique respirent grâce à un «tuba» qui affleure à la surface de l eau et approvisionne des trachées. Le dytique vient périodiquement à la surface prélever une réserve d air qu il emprisonne sous ses ailes. En plongée, cet air sert à alimenter ses trachées. Dytique marginé La limnée remonte régulièrement à la surface pour remplir d air son poumon. Limnée d eau Grenouille verte PISTES DE TRVIL Pour comprendre le comportement respiratoire de quelques animaux : 1. Réalisez un tableau présentant pour les différents animaux de la mare et de ses alentours : le milieu de vie, le milieu de respiration et les organes respiratoires. 2. À partir du tableau, reliez chaque organe respiratoire à un milieu de respiration. Bilan de l activité : Expliquez pourquoi des animaux peuvent avoir des comportements respiratoires différents dans un même milieu de vie. COMPÉTENCES : 1. S informer et communiquer. 2. Raisonner. Chapitre 1. La respiration dans les différents milieux de vie 17

9 ctivité 4 Qu ils Respirer dans l air avec des poumons vivent dans l air ou dans l eau, tous les animaux possédant des poumons échangent leurs gaz respiratoires avec le milieu aérien. Comment les poumons permettent-ils de respirer dans l air? Le poumon, un organe rempli d air Repérer l orifice respiratoire sur un escargot vivant. vec des gros ciseaux, découper le dernier tour de la coquille d un escargot mort. Souffler à l aide d une pipette dans l orifice respiratoire et observer le poumon. orifice pulmonaire paroi du poumon Poumon vide Poumon rempli d air 1 L escargot est un animal terrestre qui respire à l aide d un poumon*. Sur une grenouille dont le thorax a été ouvert, un tube effilé introduit dans la glotte permet de gonfler les deux poumons pour faciliter leur observation. Chaque poumon présente une organisation très simple : observez leur forme, leur paroi orifices des narines (arrivée de l'air dans la bouche) glotte (entrée de l'air dans les poumons) langue 2 Le thorax de la grenouille abrite deux poumons de part et d autre du cœur. 18 Partie 1. Respiration et occupation des milieux de vie

10 B D autres caractères des poumons Sur un escargot mort débarrassé de sa coquille : Introduire des ciseaux fins dans l orifice respiratoire ; Couper comme indiqué sur le dessin ci-contre ; Ouvrir le poumon et observer sa paroi supérieure à la loupe. Découper ici orifice du poumon rein cœur vaisseaux sanguins poumon glotte vaisseaux sanguins B vaisseaux sanguins paroi mince coupe transversale B vaisseaux sanguins 2 4 cœur poumon vaisseaux sanguins orifice du poumon bouche Dans la paroi des poumons, le sang est très abondant. Il fait le lien entre l air où est prélevé le dioxygène et les organes qui l utilisent. Il apporte aussi vers les poumons le dioxyde de carbone produit par les organes. Ces échanges de gaz ont lieu au niveau de la paroi pulmonaire. narine bouche poumon 3 La paroi du poumon de l escargot. 4 La paroi du poumon de la grenouille. Mots importants * Poumon : organe respiratoire en forme de sac rempli d air. * Sang : liquide circulant dans l organisme et dont une des fonctions est de transporter les gaz respiratoires ; il est rouge chez la grenouille, incolore chez l escargot. PISTES DE TRVIL Pour comprendre ce qu est la respiration pulmonaire : 1. Décrivez l organisation d un poumon ( 1 et 2). 2. Dites en une phrase quelle est l importance de la riche irrigation sanguine des poumons. 3. Expliquez comment respirent les animaux qui ont des poumons et qui vivent dans l eau. Bilan de l activité : Expliquez en quelques lignes comment un poumon permet de respirer dans l air. COMPÉTENCES : 1. S informer. 2. et 3. Raisonner. Chapitre 1. La respiration dans les différents milieux de vie 19

11 ctivité 5 Parmi Respirer dans l air avec des trachées les animaux qui effectuent leurs échanges respiratoires avec l air certains utilisent un ou deux poumons, d autres comme les insectes respirent avec des trachées. Comment les trachées permettent-elles d utiliser l air pour respirer? Une circulation d air dans tout le corps de l insecte Inspiration stigmate Le criquet a le corps entièrement recouvert d une carapace rigide et imperméable aux gaz. Une observation attentive de l insecte permet de découvrir des petits orifices, les stigmates*, de part et d autre de l abdomen. On peut également observer des mouvements rythmés de la partie inférieure de l abdomen : les photographies ci-contre fournissent deux instantanés de ces mouvements respiratoires. Expiration 1 Des mouvements de l abdomen révèlent la respiration de l insecte. trachées sacs aériens En découpant la partie latérale de l abdomen du criquet, on découvre des tubes blanc nacré, les trachées*, qui partent des stigmates. Par endroit ces trachées se renflent et forment des sacs remplis d air. stigmate 2 20 À l intérieur de l insecte un réseau de tubes très ramifiés, les trachées. Partie 1. Respiration et occupation des milieux de vie

12 B Un moyen efficace de distribuer le dioxygène aux organes trachée organe Sur un asticot, repérer les deux stigmates bruns situés à l extrémité de l abdomen. Prendre un stigmate avec une pince fine et tirer lentement pour extraire le réseau de trachées. Nettoyer ces filaments blancs avec de l eau avant de les monter entre lame et lamelle, puis observer au microscope. 20 carapace imperméable aux gaz organe stigmate trachée avec spirale rigide trachéoles La paroi des trachées et des trachéoles* est renforcée par une spirale rigide qui maintient les tubes ouverts et favorise la distribution du dioxygène aux organes. u cours des mouvements respiratoires, les muscles du thorax et de l abdomen de l insecte compriment les trachées et en chassent partiellement l air. Lorsque les spirales élastiques reprennent leur forme, l air pénètre à nouveau dans les trachées. trachéoles L observation des trachées au microscope permet de comprendre leur rôle. Mots importants * Stigmate : orifice respiratoire visible sur le corps d un insecte. * Trachée : tube très fin maintenu béant par une spirale rigide et dans lequel l air peut circuler. * Trachéole : petite trachée qui pénètre dans les organes. PISTES DE TRVIL Pour comprendre ce qu est la respiration trachéenne : 1. Décrivez comment est organisé le système respiratoire de l insecte ( 1 et 2). 2. Comment ses organes sont-ils approvisionnés en dioxygène ( 3)? 3. Certains animaux ayant des trachées peuvent vivre dans l eau (voir p. 17) : comment leur comportement permet-il cela? Bilan de l activité : Définissez en quelques lignes, la respiration trachéenne des insectes (milieu de respiration, caractéristiques des trachées, échanges). COMPÉTENCES : 1. S informer. 2. S informer, raisonner. 3. Raisonner. Chapitre 1. La respiration dans les différents milieux de vie 21

13 ctivité 6 Les Respirer dans l eau avec des branchies animaux qui vivent en permanence dans l eau de la mare, comme la truite ou l écrevisse, établissent des échanges gazeux avec l eau grâce à des branchies. Comment les branchies permettent-elles de respirer dans l eau? Les branchies, des organes en contact permanent avec l eau opercule ouïe L observation attentive de la tête d un poisson dans un aquarium montre qu il ouvre alternativement sa bouche et ses ouïes*. Ces mouvements rythmés créent un courant d eau qui traverse les branchies. branchies 1 Des mouvements réguliers qui révèlent la localisation des branchies du poisson. branchies plumeuses En découpant la carapace de l écrevisse sur le côté, on découvre des branchies* plumeuses. Ces branchies sont très riches en vaisseaux sanguins mais elles ne sont pas rouges car le sang des crustacés est incolore. Un courant d eau permanent baigne ces branchies et favorise les échanges gazeux respiratoires. Photographie : écrevisse morte placée dans l eau d un aquarium pour bien voir les branchies. 2 Les branchies de l écrevisse sont protégées par sa carapace. 22 Partie 1. Respiration et occupation des milieux de vie

14 B Les branchies, lieu d échanges entre l organisme et l eau Soulever l opercule* avec une pince puis le découper comme sur la photographie ci-contre. Écarter les branchies. Détacher une branchie en coupant l os à ses deux extrémités puis la déposer dans une coupelle contenant de l eau. Observer à la loupe. Quatre branchies sous chaque opercule os Chacune des branchies est soutenue par un os sur lequel s insèrent deux lames branchiales constituées par de très fins filaments (on en compte en moyenne 200 par lame). Ces filaments sont très richement irrigués et le sang n est séparé de l eau que par quelques centièmes de millimètre. os B vaisseaux sanguins filaments branchiaux filaments branchiaux a 3 Découvrir le rôle des branchies à l aide d une dissection (photographies : a - une branchie ; b - coupe transversale B). b Mots importants * Ouïe : ouverture en arrière des opercules. * Branchie : organe qui permet les échanges gazeux respiratoires entre l organisme et l eau. * Opercule : volet mobile qui protège les branchies. PISTES DE TRVIL Pour comprendre comment les branchies permettent de respirer dans l eau : 1. Faites une liste des caractères communs aux branchies du poisson et de l écrevisse ( 1, 2 et 3). 2. Recopiez le dessin du 3 puis indiquez par des flèches les échanges gazeux respiratoires qui ont lieu entre l eau et le sang au niveau d une branchie. Bilan de l activité : Expliquez comment une branchie permet de respirer dans l eau. COMPÉTENCES : 1. S informer. 2. Raisonner et communiquer. Chapitre 1. La respiration dans les différents milieux de vie 23

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