Respiration et occupation des milieux de vie Objectifs scientifiques l s'agit : - d'établir l'unité de la respiration ; - de mettre en relation la diversité des appareils et des comportements respiratoires avec l'occupation des milieux ; - de mettre en relation la répartition des êtres vivants avec les conditions de la respiration ; - d'étudier l'influence de l'homme sur les conditions de la respiration. Cette étude peut faire l'objet d'une diverse diversification pédagogique : travail en ateliers, par groupes, sur projet. Objectifs éducatifs Cette partie contribuée à l'éducation à l'environnement. Développement durable plus que les activités humaines influent sur les caractéristiques des milieux de vie donc sur les conditions de la respiration et de la répartition des êtres vivants. Cohérence verticale À l'école primaire, les élèves ont pu découvrir l'adaptation des êtres vivants aux conditions du milieu mais ce programme précise qu'aucune connaissance n est exigible. La classification des êtres vivants amorcés en cas de sixième est enrichie par les nouvelles espèces rencontrées, afin de préparer la compréhension de la notion d'évolution.
1 - Les échanges gazeux respiratoires dans les milieux. Tous les êtres vivants respirent-ils? O.C. : Tous les êtres vivants absorbent du O 2 et rejettent du CO 2 : c est la respiration. O.M. : - Mettre en évidence l'absorption de dioxygène et le rejet de dioxyde de carbone par un être vivant /Re - Conception et réalisation expérimentation assistée par ordinateur (EXAO) pour mettre en évidence la consommation de dioxygène par un être vivant. /Re - Concevoir une expérience pour la vérifier (criquet, poisson, élodée). () - Prévoir un témoin () - Etre critique () Supports : - Des systèmes expérimentaux qui mettent en évidence la respiration dans différents milieux par quelques êtres vivants (poisson, criquet élodée). - Travail en 3 ateliers. Activité 1 Q1. ppeler les gaz qui sont échangés avec le milieu au cours de la respiration. ReC Q2. Redire ensuite comment peut-on mettre en évidence ces gaz. ApC Q3. Proposer un montage expérimental simple qui montre les échanges de gaz entre un être vivant (animal ou végétal) et son milieu et le réaliser avec les objets proposés. /Re Q4. Porter dans un tableau les changements de concentration des deux gaz au cours de deux temps (0 min et 30 min). C Présenter l ensemble des résultats de toutes ces expériences sous forme d un tableau en indiquant l être vivant, le milieu où il vit, la disparition d un gaz par (-) ou sa production par (+). Q5. Comparer les variations des concentrations des deux gaz au cours de deux temps, puis interpréter ces modifications. Conclure quant à la certitude du phénomène observé. Q6. Discuter sur la nécessité d effectuer une expérience complémentaire pour être sûr de la réalité du phénomène observé. Conclusion Chez les végétaux comme chez les animaux, la respiration consiste, dans un milieu : - à absorber du dioxygène (O 2) - à rejeter du dioxyde de carbone (CO 2).
Comment des animaux peuvent-ils vivre et respirer dans des milieux aussi différents que l air et l eau? O.C. : La diversité des comportements respiratoires permet aux animaux d occuper différents milieux. O.M. : Réaliser des observations () Compléter un tableau à plusieurs entrées. (C) Pré requis - Les êtres vivants sont nombreux et variés et occupent selon leurs caractéristiques physiques du milieu différent (6 ème ). Pour fonctionner un organisme doit s'alimenter et respirer. (5 ème ) Activité 2 Q1. Lire attentivement les 2 textes suivants et répondre aux questions. 1 - Les Mammifères marins comme les baleines possèdent des poumons. Entre deux plongées en apnée, ils doivent remonter à la surface pour respirer. ls possèdent des narines situées sur le dessus de la tête appelées évents qui laissent échapper un jet de vapeur «le souffle» quand la baleine expire. Notifier le groupe de classification auquel appartient la baleine. Dire dans quel milieu vit-elle et dans quel milieu respire-t-elle. Marquer d un (E) le dessin qui correspond à l expiration et d un () celui qui illustre l inspiration. Classer les dessins dans un ordre logique. ApC 2 - L'argyronète est une araignée qui à l inverse des autres araignées, passe sa vie dans l'eau! Elle y construit son repaire entre les plantes aquatiques qu'elle relie par des fils de soie. Grâce à ses pattes postérieures et à son abdomen, elle transporte des bulles d'air qui seront déposées sous les fils et qui seront ainsi retenues comme des ballons captifs! Quand la bulle fait environ 1cm 3, l'araignée la tapisse d'un cocon de soie. Elle ne laisse qu'une ouverture à la partie inférieure de la bulle ; celle-ci lui servira à accéder dans la bulle. Ce système ressemble beaucoup à la «cloche à plongeur», véritable ancêtre du sous-marin. Notifier le groupe de classification auquel appartient l argyronète. ApC Dire dans quel milieu vit-elle et dans quel milieu respire-t-elle. Préciser par quel système ingénieux permet à l'argyronète de rester longtemps sous l'eau pour y chasser sans avoir à remonter respirer à la surface. ndiquer si elle doit remonter tout de même de temps en temps à la surface. Dire pourquoi. Q2. Chercher les comportements particuliers de l'homme quand il souhaite évoluer dans un milieu différent de son milieu habituel. ApC Q3. Compléter le tableau présenté, à l aide de votre manuel si nécessaire (p.16 à 19, puis 25)ou autre document. Groupe de classification Milieu de vie Milieu de respiration Organe de respiration Comportemen t particulier de respiration Homme Baleine Sardine Asticot Asticot à queue de rat Argyronète Moule
Q4. Observer ensuite les informations portées par ce tableau et répondre aux questions suivantes pprocher le groupe de classification et le type d organe respiratoire. pprocher le milieu de respiration et le type d organe respiratoire. Conclusion La diversité des appareils et des comportements respiratoires d adaptation permet aux animaux d'occuper différents milieux.
2 - Des façons différentes de respirer dans l eau et dans l air Comment des animaux peuvent-ils respirer dans l eau? O.C. : - Recherche des organes respiratoires chez différents animaux. O.M. : - Réaliser une dissection permettant de mettre en évidence un organe respiratoire. /Re - Réaliser une observation d'organes respiratoires en utilisant une loupe binoculaire ou microscope. Supports : Matériel nécessaire (1/2 classe de 12 élèves) élèves travaillant en groupes de 2 ou 4 selon les étapes. Pour la dissection : -6 poissons (sardines) -6 cuvettes à dissection -6ciseaux forts -6 ciseaux fins -6 pinces fines -Sonde cannelée (montrer cet instrument si celui-ci n a jamais été utilisé auparavant) -6 verres de montre -6 loupes binoculaires -6 lampes -papier absorbant -12 paires de gants chirurgicaux Documents fournis pour l activité -Fiche technique de la dissection -Feuille à compléter par l élève (sur la fiche technique d activité) Activité 3 Q1. Observer le poisson qui nage dans l aquarium. Rechercher des indices dans une zone du poisson qui oriente vers la présence d organes respiratoires. Q2. Après avoir repéré la zone du poisson qui fait naître un intérêt, on procède à son examen attentif. - Placer le poisson dans la cuvette - ntroduire délicatement la sonde cannelée par la bouche du poisson, en biais, le plus loin possible. a Révéler ce que vous examinez. - Retirer la sonde, puis soulever délicatement les opercules. b Exposer ce que vous examinez. - Avec les ciseaux forts, découper l opercule et le retirer afin de dégager les organes sous-jacents. - Explorer celles-ci avec les pinces fines, délicatement. c conter avec exactitude ce que vous observer. d Traduire l information qu apporte la couleur des branchies. ApC e Faire un schéma de la dissection de la tête de poisson. C Légender ce schéma avec : bouche ; branchies ; opercule découpé, narine. Q3. Afin de préciser la structure d une branchie, on propose d extraire une de ces branchies de la façon suivante : - Avec les ciseaux forts, sectionner une branchie à ses deux extrémités afin de l isoler et de l extraire des autres. - La retirer et la déposer dans un verre de montre. - Recouvrir la branchie avec de l eau afin d éviter qu elle ne se dessèche. Re - Observer la branchie à la loupe binoculaire. a Décrire cette branchie et retrouver des ressemblances avec une alvéole /ApC Q4. Observer le tableau suivant qui récapitule la composition en gaz des courants d eau traversant les branchies. Tableau1 : Composition en O 2 et en CO 2 des courants d eau d un poisson et celle de son sang Dioxyde de carbone Dioxygèn e Eau entrant par la bouche Pauvre Riche Eau sortant par les ouïes Riche Pauvre Sang entrant dans les Riche Pauvre branchies Sang sortant des branchies Pauvre Riche Après avoir analysé les données du tableau 1, justifier le rôle respiratoire des branchies. Bilan 1 Les poissons réalisent les échanges gazeux respiratoires entre l eau et leur sang par l intermédiaire d organes situés derrière les opercules : les branchies. Les branchies sont des organes formés de nombreux filaments, les filaments branchiaux, soutenus par un os, et dans lesquels circule du sang. Grâce à ces organes, le dioxygène de l eau passe dans le sang et le dioxyde de carbone du sang passe dans l eau.
Comment des animaux non dotés de poumons peuvent-ils respirer dans l air? O.C. : - Recherche des organes respiratoires chez différents animaux. O.M. : - Réaliser une dissection permettant de mettre en évidence un organe respiratoire. /Re - Réaliser une observation d'organes respiratoires en utilisant un microscope. Re Supports : Matériel nécessaire (classe de 12 élèves) élèves travaillant en groupes de 2 ou 4 selon les étapes. Pour la dissection : - 12 asticots - 12 asticots - 12 paires de pinces fines - 12 scalpels - 12 verres de montre + eau - 12 lames + 24 lamelles - Colorant bleu de méthylène -papier absorbant -12 paires de gants chirurgicaux Matériel vidéo : -Télé -Flexcam -Vidéo microscope Documents fournis pour l activité -Fiche technique de la dissection -Feuille à compléter par l élève (sur la fiche technique d activité) Pré requis - mouvements respiratoires (chez l être humain) - la respiration consiste en l absorption d O2 et le rejet de CO2 - organe respiratoire (chez l être humain) Motivation de l activité - On a déjà montré l existence d échanges gazeux entre un être vivant = (criquet par exemple) et le milieu de respiration (air). Quel est donc l organe qui permet de réaliser les échanges gazeux chez un insecte? Est-ce des poumons? Activité 4 Q1. Observer la sauterelle sur la vidéo proposée. Rechercher des indices dans une zone de son corps qui oriente vers la présence d organes respiratoires. Q2. Afin d étudier les organes respiratoires des insectes, il est plus facile d examiner ceux d un asticot qui est la larve de la mouche. Elle possède les mêmes organes respiratoires que l adulte ailée. Repérer et orienter les différentes parties de l asticot, à l aide du schéma ci-dessous. Abdomen Partie antérieure Partie postérieure Points noirs (ou stigmates) Pinces pour tirer cette partie Scalpel appuyé sur le milieu du Figure 1 : Les différentes parties d un asticot. corps Pour examiner les organes respiratoires, suivre scrupuleusement les étapes suivantes : 1 - Appuyer le scalpel sur le milieu du corps de l asticot et tirer l arrière à l aide de la paire de pinces 2 - Nettoyer la partie arrière dans l eau en grattant délicatement avec le scalpel, puis ajouter une goutte de colorant sur cette partie arrière et attendre 1 à 2 minutes. 3 - Placer la partie arrière dans une goutte d eau posée sur la lame et recouvrir d une lamelle 4 - Observer au faible grossissement la préparation. Q3. Décrire les trachées d un insecte et expliquer en une phrase quel peut être leur rôle. C/
Bilan 2 Chez les insectes, les gaz respiratoires sont directement échangés entre les organes et l air. Un système de tuyaux, les trachées, communique avec des orifices, les stigmates, situés à la surface du corps de l animal. Conclusions Chez les animaux, les échanges gazeux, se font entre l'air ou l eau et l'organisme, par l'intermédiaire d'organes respiratoires tels que poumons, branchies, trachée.
3 - Peuplement et respiration Comment se fait-il que la truite qui a des branchies, ne soit pas partout présente dans les rivières? O.C. : Les caractéristiques d'un milieu (température de l'eau, présence de végétaux verts,...) influencent la quantité d O 2 dissous par conséquent elles influencent aussi la respiration et la répartition des êtres vivants. Relier la répartition des êtres vivants à une teneur en dioxygène O.M. : - Recherche d'une explication à la répartition d'animaux vivant dans un cours d'eau. / - Saisir des informations à partir d'un document brut () - Formuler une hypothèse. () - Prévoir une expérience () Supports : un document sur la répartition des poissons et les conditions du milieu. (livre Belin p.26-27) Activité 5 Q1. A partir du livre (p.28 et 29), Construire un tableau qui récapitule les paramètres mesurés (température ; concentration de dioxygène) de 3 différentes zones délimitées dans La Loire, depuis sa source jusqu à l estuaire et les et êtres vivants (poissons) qui prédominent dans ces zones. /C Q2. Noter comment varie la température depuis la source du fleuve jusqu à l embouchure. Même question pour la variation de la quantité de dioxygène. Q3. Formuler un problème que fait naître ces observations. Proposer une hypothèse qui répond au problème posé. Exposer de façon brève, l expérience que vous proposeriez pour tester cette hypothèse. Dire quelle est la conséquence possible qu entraîne cette hypothèse sur l occupation du cours d eau. Q4. Citer des mécanismes qui peuvent enrichir la concentration de dioxygène du cours d eau. ApC Conclusion Les caractéristiques du milieu déterminent les conditions de la respiration et influent ainsi sur la répartition des êtres vivants.
4 - Origines du dioxygène terrestre. Comment le dioxygène est-il renouveler sur Terre? O.C. : - Expliquer la modification de l'occupation d'un milieu par la variation d'un facteur, le peuplement végétal qui influe sur la respiration. - Mettre en évidence le rejet du dit dioxygène par les végétaux chlorophylliens - Relier l'oxygénation d'un milieu et la présence de végétaux chlorophylliens. O.M. : - Mise en évidence et comparaison du rejet du dioxygène par les végétaux chlorophylliens à la lumière et à l'obscurité. (Re/) Supports : Matériel nécessaire (classe de 12 élèves) élèves travaillant en groupes de 2 - Elodées du Canada - 6 béchers - 6 entonnoirs - 6 caches lumière - allumettes Activité 6 Q1. Enoncer une hypothèse qui expose l origine du dioxygène atmosphérique. On cherche à vérifier l hypothèse H 0 précédente. Q2. Proposer une expérience qui permet de tester cette hypothèse. On réalise l expérience suivante : L élodée du Canada est une plante de verte aquatique, très fréquente, souvent utilisée dans les aquariums. Réaliser deux montages A et B identiques : 1. Remplir un bécher d eau et déposer au fond des tiges sectionnées (vers le haut) d élodées. 2. Coiffer des élodées d un entonnoir retourné et disposer dessus un tube à essai entièrement rempli d'eau. (il ne doit pas y avoir de bulles dans le tube). 3. Placer le montage B à l obscurité (simulant la nuit) et éclairer le montage A (pour simuler le jour) durant 24 h. Q3. Comparer les résultats obtenus dans les deux conditions expérimentales (A et B). Proposer à partir de connaissances en sciences physiques une identification du gaz produit ApC Q4. nterpréter ensuite les résultats obtenus. Q5. Dire pourquoi met-on alors des plantes chlorophylliennes dans un aquarium dans lequel vivent des poissons. Conclusion A la lumière, les végétaux chlorophylliens contribuent à oxygéner le milieu.
5 -Action de l homme sur la respiration des êtres vivants. Comment l Homme modifie-t-il les conditions de respiration des êtres vivants? O.C. : - Relier action de l'homme sur l'environnement et effet sur la répartition des êtres vivants. O.M. : - Exploitation de données sur la répartition d'être vivant d un même milieu, à deux endroits ou à des moments différents en liaison avec une action de l Homme. / Supports : -un transparent Activité 7 L arrivée dans un cours d eau d un égout urbain donne lieu à une pollution locale. Ces eaux usées apportent à ce milieu beaucoup de matières organiques (restes d aliments ; excréments..) qui perturbent alors le fonctionnement de l écosystème en place. Les documents projetés montrent ce déséquilibre qui prend place entre les composantes du milieu. Q1. Montrer les variations de la concentration de matière organique le long du cours d eau. Montrer les variations de la concentration de dioxygène dissous le long du cours d eau. Montrer les variations de la concentration de bactéries le long du cours d eau. Ces bactéries dites aérobies consomment de la matière organique et se reproduisent très vite en milieu favorable. Proposer une hypothèse qui explique les variations d oxygène dissous le long du cours d eau. Q2. A partir du document projeté, construire un tableau qui associe la qualité de l eau à la faune présente aux 3 endroits de la rivière. / C Formuler ensuite une hypothèse qui expose cette répartition caractéristique de la faune. Q3. ppeler les solutions que l Homme utilise pour remédier à ce déséquilibre. ApC Conclusion L homme par son action dans le milieu peut modifier la teneur en dioxygène de l eau et donc sur la répartition des êtres vivants. l agit sur la biodiversité.