Regard de l Homme sur le vivant Devant l abondance des formes vivantes, on peut se demander : s il existe une explication à ce foisonnement, comment cette diversité a pu se développer, comment se situe l Homme aujourd hui parmi le vivant. Introduction Devant l abondance et le foisonnement des êtres vivants, nécessité d une mise en ordre donc d une classification. Depuis les croyances anciennes où l Homme se plaçait au sommet de la création sur une Terre qu il plaçait au centre du monde jusqu à la classification actuelle en passant par la théorie de Darwin. Images projetées au sol et sur le mur concernant la diversité des formes vivantes dans tous les milieux, mur de squelettes, calmar et squelette de Baleine en suspension (voir «Introduction au vivant») Ordonner pour nommer - Distinguer les notions de tri, rangement et classement sous deux angles d approche : dans un environnement quotidien et dans un cabinet de naturaliste. - Démontrer le besoin de nommer les objets, l importance du sens précis des mots qui servent à nommer : le langage scientifique devient un référentiel commun qui évite les confusions. - Introduire la notion d espèce, l important étant de savoir ce que l on nomme. Trier, classer «Abolir nos hiérarchies» CLASSER POUR CONNAITRE Opposition entre deux décors o Boutique pour montrer que «trier», «ranger» et «classer» sont des actes habituels dans la vie courante (pour nous aider à nous y retrouver) o Cabinet de naturaliste reconstitué (s opposant à la boutique bien rangée et organisée) dans lequel des objets témoignant des activités de recherche et d étude ont été mis en scène : instruments de mesure, ouvrages anciens, bocaux, outils, crânes, animaux naturalisés, planches d herbier, presse à herbier Bornes interactives (un jeu en 2 exemplaires) pour mettre en pratique et illustrer les actions de trier, ranger, classer. Trois panneaux portant chacun des objets triés, rangés et classés pour présenter la différence entre ces actions : des poupées russes, des objets de collections (coquilles et objets préhistoriques). 1
Nommer Composition graphique avec un Pinson et une Asphodèle, chacun accompagné du nom scientifique en latin (2 mots) et du nom dans diverses langues (nom vernaculaire) pour mettre en évidence l importance de l utilisation universelle du latin pour désigner les êtres vivants. Jeu constitué de 3 rouleaux portant une image, une définition, un nom pour illustrer l importance des noms utilisés, chaque nom étant porteur de sens : associer un nom précis à une définition. - oiseau avec bec pointu et serres... Rapace - animal à mamelles pour nourrir les petits. Mammifère - quadrupède possédant des sabots.. Equidé - silex à bord tranchant dû à des cassures intentionnelles.. Outils préhistoriques taillés - animal à pattes courtes et palmées. Anatidé ou Palmipède - jolie plante à fleurs blanches que l on appelle aussi Poireau de chien, bâton blanc, Pourrade, Royal Stuff... Asphodelus ramosus - oiseau muni d un bec puissant lui permettant de manger des graines... Granivore - animal à quatre mains Quadrumane Une espèce, des espèces, les espèces Définir la notion d espèce, niveau élémentaire de base pour décrire et classer le vivant. 1. Reconnaître Pour arriver à une définition typologique : Compositions graphiques et spécimens naturalisés associés présentant des individus appartenant à la même espèce, malgré leurs différences apparentes (variations au sein d une espèce) : 3 Rolliers d Europe, 4 Gros-becs casse-noyaux Composition graphique et spécimens naturalisés associés présentant des individus qui se ressemblent sans appartenir à la même espèce : Grands-Ducs d Europe et Grands- Ducs d Afrique Borne interactive pour apprendre à distinguer des espèces différentes malgré leurs ressemblances (confusions courantes comme souris/musaraigne ; guêpe/abeille.. et exemples chez les végétaux) 2. Naissance Pour arriver à une définition biologique : Composition graphique et spécimens naturalisés montrant : - la reproduction uniquement possible entre individus de la même espèce, les descendants étant fertiles : sanglier et 3 marcassins, végétaux jeunes et matures - la reproduction entre des individus appartenant à 2 espèces, les descendants dits «hybrides» étant incapables de se reproduire : cane col vert, canard de Barbarie et Canard mulard) 2
Les espèces dérivent les unes des autres : la reproduction sexuée permet l apparition de caractères nouveaux à l origine d espèces nouvelles qui se succèdent dans le temps. Les attributs des espèces sont une mosaïque de caractères ancestraux qui les rassemblent et de caractères dérivés (ou évolués donc nouveaux) qui les distinguent. Pour soutenir le propos concernant variation et sélection naturelle à l origine de l évolution : Compositions graphiques et spécimens associés pour présenter : - une illustration imagée avec un arbre phylogénétique d objets Laguiole, dans lequel certaines lignées sont interrompues, les objets étant moins bien adaptés. On retrouve dans ces objets, des caractères ancestraux (la marque de l abeille par exemple) et des caractères nouveaux créant des objets complètement nouveaux (tire-bouchon par exemple) - arbre généalogique d une famille permettant l identification des ancêtres - la naissance d espèces illustrée par un arbre phylogénétique simplifiée des Rosacées (dessins de fleurs avec spécialisation de plus en plus poussée) ; - la variation à l intérieur d une espèce, la spéciation et ses causes illustrées par des espèces naturalisées : Corneille noire et Corneille mantelée (2 sous-espèces par variations biologiques) Goéland brun et Goéland argenté (isolement géographique) Chien Grand Bleu de Gascogne et Loup (isolement reproductif, sélection par l Homme) Audiovisuel pour montrer les mécanismes de la reproduction sexuée qui aboutissent aux variations (fécondation, duplication, mutations génétiques) et les mécanismes de sélection naturelle : un naturaliste fait des observations à plusieurs années d intervalles sur des espèces de Phalènes du Bouleau blanches et noires (papillons) Ressemblances cachées (classification des espèces) Les critères de classification ont changé jusqu à la classification scientifique actuelle. Certaines clés sont nécessaires à la lecture et à la compréhension de la classification phylogénétique. Se reproduire c est provoquer la diversité (origine des espèces) Des exemples d analogie et d homologie illustrés avec des spécimens placés dans une même vitrine : o deux insectes naturalisés, d une même espèce, Macrodotia cervicornis ; l un «éclaté» permet de distinguer son anatomie o une Chauve-souris, Noctule o un oiseau, Hibou Une analogie existe entre les ailes d insectes et celles des Mammifères et des Oiseaux (fausses ressemblances). Une homologie existe entre les ailes de Chauve-souris et celles de l oiseau, membres des Tétrapodes (ressemblances prises en compte dans la classification). Les notions de caractère primitif et caractère évolué ou dérivés Les caractères qui permettent de regrouper les espèces. 3
Deux bornes interactives pour apprendre à reconnaître analogie et homologie «Identifier les bons caractères» Il s agit de choisir si le caractère que les 2 espèces ont en commun peut être utilisé pour les situer dans la classification. Espèces Caractères Réponses Palmier / Pin Port arborescent Non Adaptation convergente Ornithorynque / Vache Poils et lait Oui MAMMIFERES Canard / Vache Vertèbres Oui VERTEBRES Ver spirographe / lis de mer Pédoncule Non Adaptation convergente tentacules Condor / Marabout Squelette Oui VERTEBRES ADN Orvet / Couleuvre Corps allongé Non Adaptation convergente Allure de ver Brachiopode / Mollusque Coquille Non Adaptation convergente Rhinocéros / Cheval Nombre impair de Oui PERISSODACTYLES doigts Homme / Oiseau Vertèbres Oui AMNIOTES Amnios Kangourou / Taupe marsupiale Poche maternelle Oui MARSUPIAUX Oiseau / Chauve-souris Ils volent Non Adaptation convergente Dauphin / Taureau Pénis en forme Oui CETARTIODACTYLES de S Bambou / Folle avoine Caractères Oui MONOCOTYLEDONES anatomiques Chevalier armé / Bernard l Ermite Carapace Non Adaptation convergente Anémone de mer / Grenouille Oui EUMETAZOAIRES Oursin / Hérisson Piquants Non Adaptation convergente Serpent / Mille-pattes Côté droit/gauche Oui BILATERIENS Avant/arrière Fourmilier / Oryctérope Museau allongé Non Adaptation convergente Tatou / Pangolin Ecailles Non Adaptation convergente Morille / Eponge Cellules mobiles Oui OPISTOCHONTES à un flagelle Hirondelle / Martinet Ailes et forme du Non Adaptation convergente corps Ornithorynque / Canard Œufs Oui AMNIOTES «Regrouper les espèces» Il s agit de choisir un caractère parmi les 10 proposés puis de sélectionner les 4 espèces qui partagent ce caractère parmi toutes les propositions qui se présentent sur l écran. Audiovisuel pour donner les clés de lecture du cladogramme qui suit (méthode utilisée pour regrouper les espèces en tenant compte des caractères partagés). 4
La communauté du vivant Clé de lecture de l espace suivant «Ordre du vivant». Présentation des 29 taxons (silhouettes gravées dans du verre à la même échelle), les représentants des groupes d êtres vivants actuels : c est le panorama du vivant qui ne donne aucune indication sur la place de chacun dans la classification. 1. Bactériophage 7. Ginkgo 13. Ascaris 19. Étoile de mer 25. Femme 2. Colibacille 8. Éphédra 14. Mille-pattes 20.Ascidie (violet) 26. Tortue 3. Amibe 9. Sabot de Vénus 15.Crabe 21.Lamproie 27.Serpent 4. Algue bleue 10. Morille 16.Ténia 22.Raie 28. Crocodile 5. Feuille châtaignier 11.Éponge 17.Ver de terre 23.Morue 29. Grue 6. Mousse 12. Anémone de mer 18.Escargot 24.Grenouille En contournant le mur du vivant : projection d images montées à l envers donnant l idée de «remonter» vers la simplicité du vivant. découverte du cladogramme : les taxons sont positionnés à l extrémité des branches de l arbre de l évolution. Sur l une des faces du cladogramme, une composition graphique décortiquant la place du Lion dans la classification : groupes auxquels il appartient, justifiés par les attributs ou acquisitions. «Je suis un être vivant, un Eucaryote, un Métazoaire, un Deutérostomien, un Vertébré, un Tétrapode, un Gnathostome, un Mammifère, un Carnivore, un Félidé, une Pantera, un Leo» Le cladogramme Les bornes permettent de visualiser les acquisitions successives qui ont permis d arriver aux différents groupes d êtres vivants actuels Toutes les branches issues d un même nœud s éclairent sur les bornes et sur le cladogramme lui-même : les clades sont ainsi repérables. A chaque nœud renseigné, une image représente le groupe et l acquisition (mots soulignés du tableau). 5
Les nœuds renseignés du cladogramme 1 Vivant Brin d'adn Autonomie, réplication, duplication 13 Cuticulates Exuvie Carapace externe ou cuticule les oblige à muer (une exuvie) 2 Eucaryotes Cellule modélisée (avec noyau) Reproduction sexuée, autonomie énergétique 14 Mandibulates Présence de mandibules 3 Bicontes Cellule libre à 2 flagelles 15 Spiraliens Les cellules de l œuf se divisent en spirale 4 Lignée verte Algue verte unicellulaire Cellules à chloroplastes : photosynthèse 16 Deutérostomiens Neurula de grenouille Système nerveux dorsal Ouverture de l anus avant la bouche chez l embryon (Neurula de grenouille) 5 Métabiontes Plante à plusieurs cellules 17 Pharyngotrèmes Chordés Amphioxus Présence d une corde et d un pharynx 6 Hémitrachéophytes Fougère arborescente Plantes à cellules ligneuses, conductrices de sève 18 Vertébrés Des vertèbres : une colonne vertébrale 7 Spermatophytes 8 Opisthochontes 9 Métazoaires (animaux) 10 Eumétazoaires 11 Bilatériens 12 Protostomiens Cacaoyer avec cabosses Plantes à graines Spermatozoïde Cellules libres à flagelle propulseur Hydre d'eau douce Cohésion des cellules grâce au collagène Animaux à cellules nerveuses et musculaires Planaire Animaux à côté droit et côté gauche (Planaire) Embryon d'un mollusque Système nerveux ventral Ouverture de la bouche avant l anus chez l embryon 19 Gnathostomes 20 Ostéichtyens 21 Tétrapodes 22 Amniotes 23 Sauropsidés 24 Diapsides 25 Archosauriens Mâchoire de requin Mâchoire articulée Os 4 vrais membres pairs (sanglier) Ouf de poule ouvert Poche remplie de liquide : capacité à se reproduire sur terre Iris avec muscles striés 2 fosses temporales derrière l orbite (tête de serpent) Gésier (canard) Exemple du champignon : Opistochontes (toutes les lignées appartenant aux Opistochontes s éclairent) Eucaryotes (toutes les lignées appartenant aux Eucaryotes s éclairent) Vivant (tout le cladogramme est allumé). 6
Virus Eubactérie Paramécie Glaucophyte Algue rouge Mousse Gnétophyte Conifère Plante à fleur Champignon Eponge Méduse Vers rond Myriapode Crustacé Vers plat Annélide Echinoderme Mollusque Ascidie Lamproie Requin Sardine Amphibien Mammifère Tortue Serpent Oiseau Crocodile Intérêt du cladogramme Le cladogramme fait apparaître des nœuds renseignés avec apparition : du nom du groupe une image associée (exemple pour les Cuticulates : une mue illustrant la nécessité la présence d un squelette externe rigide ou cuticule empêchant une croissance continue). les phylums conduisant aux différents groupes actuels. Il permet : le passage de la représentation de la classification phylogénétique en arbre à la représentation en groupes emboîtés, d expliquer la notion de clade, de mettre en évidence l absence de certains groupes qui n existent pas dans cette classification (Poissons, Reptiles). Quelques exemples de nœuds renseignés du cladogramme 1 VERTEBRES : des vertèbres, une colonne vertébrale OSTEISCHTYENS : les poissons osseux possèdent tous des os AMNIOTES : une poche remplie de liquide amniotique (amnios) c est la liberté de pondre sur terre! Virus Eubactérie Paramécie Glaucophyte Algue rouge Mousse Gnétophyte Conifère Plante à fleur Champignon Eponge Méduse Vers rond Myriapode Crustacé Vers plat Annélide Echinoderme Mollusque Ascidie Lamproie Requin Sardine Amphibien Mammifère Tortue Serpent Oiseau Crocodile Virus Paramécie Algue rouge Gnétophyte Plante à fleur Eponge Vers rond Crustacé Annélide Echinoderme Lamproie Sardine Mammifère Serpent Oiseau Eubactérie Glaucophyte Mousse Conifère Champignon Méduse Myriapode Vers plat Mollusque Ascidie Requin Amphibien Tortue Crocodile 2 PROTOSTOMIENS : leur système nerveux est ventral, chez leur embryon la bouche se forme avant l anus CUTICULATES : leur carapace externe (cuticule) exiguë les oblige à muer en période de croissance MANDIBULATES : myriapodes, crustacés et insectes possèdent des mandibules Virus Paramécie Algue rouge Gnétophyte Plante à fleur Eponge Vers rond Crustacé Annélide Echinoderme Lamproie Sardine Mammifère Serpent 3 METABIONTES : plantes à plusieurs cellules HEMITRACHEOPHYTES : plantes à cellules ligneuses conductrices de sève SPERMATOPHYTES : plantes à graines 7
Clades - groupes emboîtés Exemple 1 Acquisition : vertèbres Vertébrés Acquisition : os Osteiscthyens Acquisition : amnios Amniotes Exemple 2 Acquisition : la bouche s ouvre avant l anus chez l embryon Protostomiens Acquisition : cuticule Cuticulates Acquisition : mandibules Mandibulates Exemple 3 Acquisition : plusieurs cellules Métabiontes Acquisition : lignine Hémitracheophytes Acquisition : graines Spermatophytes 8