Les grands groupes eucaryotes

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1 Leçon examen de didactique Remarque préalable : Les groupes dont on va parler ici sont des groupes qui posent "problèmes" et que Lecointre recommande de ne pas étudier en classe d'un point de vue évolutif. Or ces groupes sont connus des élèves et font textuellement partie du programme. Il s'agit des animaux, des végétaux et des champignons. Je propose donc ici d'en parler à la fin du chapitre sur l'évolution, après m'être assurée que les élèves ont bien compris les notions de bases. Je pense que c'est la seule option possible. En parler en dehors d'un cadre évolutif laisserait planer un flou peu didactique sur la place de ces groupes dans le monde vivant. Il faut cependant prendre conscience qu'à la fin de ce cours sur l'évolution et la classification, j'aurai dit aux élèves qu'il n'y a plus de dinosaures, ni de poissons, que les champignons sont presque des animaux et que les végétaux n'existent pas. Ils risquent de me prendre pour une "folle" si le contexte évolutif n'a pas été correctement posé. Code couleur : Noir = corps du texte Bleu = les réponses attendues (ce que je crois que les élèvent savent) Vert = compétences visées Niveau considéré : 6 e. Matériel didactique : voir documents élèves Références : «Animal ou végétal? Une distinction obsolète", Marc-André Selosse, (professeur à l université de Montpellier), pour la Sciences n 350, décembre «Comprendre et enseigner la classification du vivant» Lecointre, Edition Belin, 2008 Moyens audio-visuels: petit film mettant en évidence le déplacement des cellules Prérequis : Notion d'évolution et de classification des espèces. Les trois grands règne. La place des eucaryotes dans le vivant. Objectifs de la leçon : Le but de ce cours est plus de mettre en pratique les notions vues précédemment et de les utiliser pour questionner les représentations des élèves. Compétences travaillées (voir développement) Bâtir un raisonnement logique, acquérir des concepts fondamentaux, expliquer/interpréter un phénomène et le fonctionnement d'un objet (vivant), résoudre des applications concrètes. Questions d interrogation ou d examen 1) Cas de l'anémone de mer Définition wikipédia. Leur anatomie [1] montre un pied qui s'ancre dans le sable ou s'attache sur des substrats durs. Elles se déplacent par glissement sur le fond et peuvent même se déraciner et nager en cas d'attaque. Les anémones de mer hébergent dans leurs tentacules des algues unicellulaires, des zooxanthelles, qui métabolisent l'énergie lumineuse en énergie exploitable par l'organisme. De façon opportuniste, elles se nourrissent de plancton, de petites crevettes ou poissons attrapés grâce à leurs tentacules, lesquels apportent ensuite la proie à l'orifice central pour la digestion dans une cavité centrale. Les excréments sortent du corps par le même orifice. 1

2 Dans cette description des anémones de mer, quels sont les éléments qui la rapprochent des eumycètes, ceux qui la rapprochent des chlorobiontes et ceux qui la rapprochent des métazoaires. Au final a quel groupe appartient-elle? Justifie ta réponse. 2) Le levure Saccharomyces serevisae est un unicellulaire hétérotrophe, impliqué dans le fermentation de la bière et du pain, et capable de synthétiser de la chitine. Cet unicellulaire est capable d'excréter des enzymes pour digérer les sucres. A quel groupe appartient-il? Justifie ta réponse (3 arguments). I. Plan de la leçon 0. Mise en situation : I. Exercice de classification La définition animaux = hétérotrophe n'est pas complète II. Les "animaux" ou métazoaires III. Les "champignons" = eumycètes Question : les champignons sont-ils plus proches des eumétazoaires ou des végétaux? IV. Les "végétaux" ou chlorobionthes Analyse du document 2: caractère photosynthétique Pourquoi une vacuole et une parois rigide? Trypanosomes et végétaux: Analyse du document 3 et de la vidéo. II. Introduction/mise en situation On montre la planche déjà utilisée lors de l'exercice de classification (séance n 6, voir trame) et on demande aux élèves, par groupe de 4, rassembler ces espèces en 2 ou 3 grands sousgroupes monophylétiques (maximum 3). Justifier votre choix par les caractères homologues exclusifs qui permettent de regrouper ces êtres vivants ensembles. (10') III. Développement Voir contenu intégral de la leçon. IV. Conclusion/synthèse Voir contenu intégral de la leçon.. Sources documentaires cf. documents 2

3 V. Contenu intégral de la leçon O. Mise en situation On montre la planche déjà utilisée lors de l'exercice de classification (séance 6) et on demande aux élèves, par groupe de 4, rassembler ces espèces en 2 ou 3 grands sous-groupes monophylétiques (maximum 3). Justifier votre choix par les caractères homologues exclusifs qui permettent de regrouper ces êtres vivants ensembles. (10') Animaux végétaux/ Animaux végétaux champignons Sur base de ce qu'ils disent, on espère arriver à Les végétaux = ceux qui font la photosynthèse (autotrophes) Les animaux= ceux qui sont hétérotrophes Les champignons? On insiste sur le fait que, comme on l'a vu précédemment, les animaux présentés ici sont tous des eucaryotes et que les eucaryotes ne représentent qu'une petite proportion du vivant. Compétences visées : Résoudre une application concrète (c3.1, c3.2, c3.3, c3.4) I. Les animaux (métazoaires) Les champignons, ils sont autotrophes ou hétérotrophes? (10') Hétérotrophes Donc, sur base de ce que vous m'avez dit, les champignons sont des animaux. Heuu, non car ils ne se déplacent pas. Ok, ceci veut dire que le caractère autotrophe n'est pas exclusif aux animaux. Sur base de ceci, comment pourrait-on définir les animaux? Organismes hétérotrophes recherchant activement leur nourriture par déplacement d une partie ou de tout l individu, ce sont les métazoaires. Que faut-il pour manger et pour se déplacer quand on est pluricellulaire? -un système digestif -un système nerveux -des cellules musculaires Les eumétazoaires sont des métazoaires pluricellulaires possédant une cavité gastrovasculaire, un système nerveux et des cellules musculaires. Objectif : acquisition de savoir, questionnement des préconceptions Compétence : Expliquer/interpréter le fonctionnement d'un objet (c1; c4; c5; c6). II. Les champignons (eumycètes) Revenons à nos champignons Comment se nourrissent-ils? Hétérotrophes. Oui, mais ont-ils une bouche, une cavité digestive? Non Alors comment font-ils? Absorption de petites molécules diffusant à travers la parois (= absorbotrophie). Objectif : acquisition de savoir, questionnement des préconceptions Compétence : Expliquer/interpréter le fonctionnement d'un objet (c1; c4; c5; c6). 3

4 D'un point de vue évolutif, sont-ils plus proches des animaux ou des végétaux? (ont-ils un ancêtre commun plus récent avec les animaux ou avec les végétaux?). Sondage (qui pense quoi?) Exercice (activité 2 p 227 Lecointre, document 1) (10') (NB: ils auront déjà construit et travaillé avec des arbres phylogénétiques, notamment lors du travail sur l'évolution de l'homme au cours duquel un exercice sur phylogène est programmé). Résoudre une application concrète (c3.1; c3.2; c3.3; c3.5) Les champignons sont plus proches des animaux que des végétaux car -le glucide de réserve est le glycogène -les cellules sont constituées de chitine Regardez ces petites vidéos. On montre des vidéos de spermatozoïdes humains au microscope ainsi que de spores de champignons et d'anthérozoïaires végétaux (je n'ai pas trouvé toute les vidéos, il faudrait que je cherche encore ou que je contacte des labos de biologie végétale) Conclusions: Les métazoaires et les champignons possèdent des flagelles propulseurs. Ils appartiennent au groupe des ophistoconthes. On insiste sur le fait que le rapprochement entre les animaux et les champignons est validé par des études de comparaison de séquences d'adn. III. Les "végétaux"- Chlorobiontes (10') Compétences : Expliquer/interpréter un phénomène ou le fonctionnement d'un objet Résoudre une application concrète Sur base du document 2, quel est le seul groupe de végétaux qui est monophylétique. La lignée verte Qu'ont-ils en commun? Ils sont verts Cette couleur verte provient de la chlorophylle a et b Y a-t-il d'autres végétaux photosynthétiques? Oui Ceux qui ont des chloroplastes forment-ils un groupe monophylétique? Non NB: Par contre, ceux qui ont la chlorophylle a et b forment un groupe monophylétique, celui des chlorobiontes Chlorobiontes : groupe de ceux qui ont des chlorophylles a et b. Il regroupe les plantes terrestres et les algues vertes. Pourquoi, s'il ne s'agit pas d'un groupe monophylétique, tous les organismes photosynthétiques ont une paroi rigide et une vacuole? Parce que c'est une conséquence de l'autotrophie. 4

5 Les autotrophe n'ont plus besoin d'être apte à réaliser la phagocytose. Une paroi, qui aurait auparavant entravé la phagocytose, devient alors utile pour la protection de la cellule contre les prédateurs, les stress mécaniques et osmotiques, Mais avec une parois rigide, la cellule ne peut plus réalise l'exocytose pour rejeter ses déchets. D'où l'apparition d'une vacuole. Je vais vous parler de mon unicellulaire préféré : Trypanosoma brucei (5') C'est le parasite responsable de la maladie du sommeil en Afrique. Il vit en partie dans le sang des mammifères. Il se nourrit par endocytose, il est donc hétérotrophe. Il stocke le glucose Regardez-le bien. Comment se déplace-t-il? Son flagelle le tracte. Cela est-il pareil chez les métazoaires et les eumycètes? Non, c'est l'inverse Sur cet arbre (document 3), où se trouve les trypanosome? Dans les kinétoplastides Quel est le groupe le plus proche? Les plantes En sachant que certains éléments du génome de Trypanosoma brucei sont très proches de ceux de certaines plantes, imagine un scénario évolutif permettant d'expliquer 1) pourquoi les plantes et les trypanosomes sont si proches Parce que certaines plantes ont un ancêtre commun direct avec les trypanosomatidae. 2) les trypanosomes forment un groupe monophylétique avec un autre groupe d'unicellulaire, lequel? (document 2) Les euglènes 2) en se souvenant de l'hypothèse endosymbiotique de chloroplastes, comment pourrait-on imaginer un scénario évolutif expliquant que certains organismes d'un groupe monophylétique font la photosynthèse et que d'autres ne la font pas? Les trypanosomes auraient perdu secondairement leur organite photosynthétique. Devoir : lire l'article "pour la sciences". Il pourra vous aider à répondre à la question d'interrogation. Ici, la synthèse consiste essentiellement à redonner les définitions vues au fur et à mesure des exercices. Il me semble donc plus efficace de leur distribuer un document correct que les élèves ne doivent pas copier plutôt que de leur faire prendre note. Synthèse : (5') Les unicellulaires eucaryotes (anciennement appelés protozoaires) 1) ne forment pas un groupe monophylétique 2) ont parfois une évolution complexe au sein de laquelle la limite animal/végétal/champignon ne fonctionne pas. Pour les pluricellulaires on peut conserver un classement qui tient compte de cette distinction tout en respectant l'histoire évolutive. Les ophistoconthes : ceux dont les spermatozoïdes possèdent un flagelles propulseur. Au sein de ceux-ci on a les eumycètes et les métazoaires. 5

6 Les métazoaires : pluricellulaires hétérotrophes recherchant activement leur nourriture par déplacement d une partie ou de tout l individu, Ceux-ci contiennent les eumétazoaires: caractérisés par une cavité digestive unique, un système nerveux et des cellules musculaires. Les eumycètes : organismes hétérotrophes absorbotrophes caractérisés par la possession -de cellules constituées de chitine -de glycogène comme glucide de réserve NB: ce groupe contient aussi des unicellulaires. et les chlorobionthes (ou plantes terrestres) Plantes terrestres pluricellulaires contenant un chloroplaste et de la chlorophylle verte. Les chlorobionthes, eumétazoaires et eumycètes ne reflètent qu'une infime partie des eucaryotes qui ne sont eux-mêmes qu'une faible proportion des êtres vivant. Notons que des groupes anciens disparaissent de la classification au fur et à mesure des nouvelles connaissances. Ainsi les animaux et les végétaux n'ont plus de sens d'un point de vue évolutif. Le savoir scientifique est en constante construction. 6