Scénarioduchapitre«Stabilitéetdiversitédesreprésentantsd’uneespèce»Partieduprogramme«Levivantetsonévolution»

PartieduBOtraitée

Compétence(s)duprogramme Connaissancesassociées

Expliquer sur quoi reposent la diversité et la stabilité génétique des individus. Expliquer comment les phénotypes sont déterminés par les génotypes et par l’action de l’environnement. Relier, comme des processus dynamiques, la diversité génétique et la biodiversité.

• Diversité et dynamique du monde vivant à différents niveaux d’organisation; diversité des relations interspécifiques.

• Diversité génétique au sein d’une population ; héritabilité, stabilité des groupes.

• ADN, mutations, brassage, gène, méiose et fécondation.

Idées-cléspourmettreenœuvresonenseignement

• Identifierdescaractèrespropresàuneespèceetdistingueruncaractèredesformesvariablesqu’ilpeutprendrechezlesindividusd’unemêmeespèce:génotypeetphénotype;influencedel’environnementsurlephénotype.

• Expliquerquetouteslescellulesd’unindividu(àl’exceptiondesgamètes)possèdentlemêmenombredechromosomesparnoyauàl’issuedelamitose.

• Relierl’ADNdeschromosomesausupportdel’informationgénétique.• Relierl’apparitiondenouveauxallèlesàl’existencedemutations.• Expliquerladiversitéetl’héritabilitédecaractèresparlebrassagedel’informationgénétiqueassociéàlaméioseetàlafécondation.

• Repéreretrelierlabiodiversitéauxdifférenteséchellesduvivant(écosystème,espècesetallèles

Acquisdescyclesprécédents

Lesélèvesconnaissentdescyclesdedéveloppement,ilsconnaissentlerôledesdeuxsexesdanslareproductionsexuée.Aucycle3etàl’occasiondel’étudedelarépartitiondesêtresvivantsetdupeuplementdesmilieux,ilsontobservédesinteractionsentrelesêtresvivantsetleurenvironnement.Ils identifient les modifications au cours des saisons en lien avec des conditionsphysicochimiques;ilsconnaissentlanotiond’écosystèmesetsaventidentifierunfacteuràl’originedeleursmodifications.Ilscomprennentdynamique.Cetteétudeaétémiseenlienavecdesaménagementsréalisésparl’êtrehumain

PrécisionsetlimitesCette partie permet de faire le lien entre l’information génétique des individus et lescaractèresqu’ilsexpriment.Lerôledel’environnementsurcetteexpressionestàmontrerà partir d’exemples simples (coloration de peau lors de l’exposition au soleil chez l’êtrehumain, modification de la couleur du pelage de certaines espèces en fonction de la

température,productiondepigments chez les cyanobactéries en fonctionde la longueurd’ondedelalumièrereçue,etc.).Pourrelierl’ADNdeschromosomesausupportdel’informationgénétique,unexempledetransgenèse peut être utilisé. Il permet alors de montrer que l’ADN est une moléculesupportdel’informationgénétique.Il est possible de montrer que l’environnement, dans certaines conditions, modifiel’expression des gènes des individus qui y sont exposés et de leurs descendances. Il estimportantderesterpourcetteétudeàl’échelledesorganismes.Il est possible également d’établir que certains caractères ne sont pas inscrits dans lepatrimoine génétique mais qu’ils sont transmis de générations en générations par unapprentissage:chantsdesoiseaux,cultureschezleshominidés(chimpanzés,gorilles,êtreshumains,etc.).L’étudedu comportement des chromosomes en anaphase demitose suffit à expliquer lemaintiendunombredechromosomesdanslescellulesaumomentd’unemitose;demêmel’étudeducomportementdeschromosomeslorsdelapremièredivisiondeméiosepermetd’expliquerlaréductiondunombredechromosomeslorsdelaméiose.Ladiversitédesorganismesissusdelareproductionsexuées’expliqueparlesmécanismesdelaméioseetdelafécondation.Lesmécanismeschromosomiquesdubrassagede l’informationgénétiquenesontpasauprogrammeducollège.Enrevanche,ilfaudramontrerque,lorsd’unereproductionsexuée,qu’ilestpossibled’identifierdenouvellescombinaisonsdecaractèresquin’existaientpaschez les parents ce qui montre un brassage de l’information génétique. Cette étude estmenéeàl’échelledesphénotypes.

ContinuitéaveclelycéeEn classe de seconde, l’élève découvrira comment unemolécule, l’ADN, peut porter uneinformation, en particulier avec l’enchainement des bases azotées ce qui permettrad’expliquerauniveaumoléculairelesmutations.Ilcomplèteralespremièresapprochessurlasélectionnaturelleenapprofondissant lescaractéristiquesdecelle-cietenassociant ladérive génétiqueà la sélectionnaturelle. Cela viendra compléter sa visiondesprocessusdynamiquesdeladiversitégénétiqueetdelabiodiversité.

Acquiscycle3et4utiliséspourcettepartie- Idéed’espèce- Notiondecellule- Notiondecritèrespourlaclassificationetdecaractèrespartagés- Reproductionsexuée:spermatozoïde,ovule,fécondation,cellule-œuf

SynopsisL’observationd’unepopulationanimaleouvégétalemontredescaractèrescommunsauxindividusdecespopulationsetdesvariationsdecescaractères,variationspropresàchaqueindividud’unepopulation.Lescaractèresd’unindividuformentsonphénotype.Cescaractèrescommunsetleursvariationsindividuellessetransmettentdegénérationengénération,ilssonthéréditaires.Certainscaractèressontliésàl’environnementetnesetransmettentpas.Dansl’idéed’unenseignementcurriculaire,toutecettepremièrepartiepeutêtreréaliséeen5èmeouen4ème.Larecherched’explicationsestalorsréservéeàla3ème.

Ilfautdoncexpliquerlastabilitédescaractèrescommunsdansuneespèce.Sicescaractèressontmaintenusc’estqu’uneinformationesttransmisedegénérationengénérationd’individus.Chaqueindividuestissud’unecellule-œufàl’origined’unembryonpuisd’unindividu;onpeutalorssedemanderoùsontlocaliséesdanslacellule-œuflesinformationstransmisesdegénérationengénérationetsupportsdescaractèreshéréditaires.Orsaitqu’unecelluleœufcommetoutecelluleanimaleouvégétale,c’estnoyau,cytoplasme,membraneetnondescaractères.Donconpeutseposerdesquestionsautourdecesinformationsdanslacellule-oeuf:où?quoi?comment?- Localisonsàpartird’expériencesetdeleursrésultatsdetransfertdenoyau:les

informationàl’originedescaractèreshéréditaireslocaliséesdanslenoyau.- Allonsvoirdeplusprèscequ’ilyadanslenoyauetfairelelienaveclephénotype:

chromosomes,caryotypes(fille/garçon,monosomie).- Comprenonsdequoisontfaitleschromosomes:d’ADN.- Comprenonscommentsontorganiséeslesinformationssurleschromosomes

(expériencesdetransgénèse).Nousavonsalorscomprisqueleschromosomes,constituésd’ADNsontlesupportdesinformations.Resteàcomprendrelemécanismedemaintienducaryotype.Pouraborderlesnotionsdefaçonprogressiveoncommenceparétudierlemaintienducaryotypeaucoursdelamitose.Onvoitseulementensuitelaconservationd’unegénérationàl’autreàtraverslafécondationetlaméiose.Maissimêmecaryotype,commentexpliquerladiversitédesindividus?Observonsdeplusdeschromosomes:ilsportentdesunitésd’informationsàl’originedescaractères,lesgènes.Can’expliquetoujourspasladiversité:notionsd’allèlesliésauxmutations.Etsionreprendlaméioseetlafécondationonmontrequelesbrassagesgénétiquessontàl’originedeladiversitédesindividusd’uneespèce.Donsleschromosomessontbienlesupportdesinformationsàl’originedescaractèreshéréditairesetdeleursvariations;l’ensembledecesinformationsformeleprogrammegénétique.

Lescénariodétailléproposénetraitepasl’intégralitédusynopsis.Ils’arrêteà«Allonsvoirdeplusprèscequ’ilyadanslenoyauetfairelelienaveclephénotype:chromosomes,caryotypes(fille/garçon,monosomie)»

LégendeTraceécritedesélèves:cequ'ilyaenrouge,lestitres,lesproblèmes...Envert:lescompétencesEnitaliqueviolet:annotationspourleprofesseurEnitaliquebleu:lienlogiques,phasedetravailorales,collégialespermettantdeconstruireladémarcheEnnoir,lesactivités.LesélèvessontévaluéstouteslessemainesBenclasseentièrelorsdes5dernièresminutesducours.Ilsdoiventréciterunbilanvuaucoursdesdeuxdernièressemainesouréaliserunexercicesurunecompétencevueprécédemment.

Séance1Itemsévaluéspourlamiseensituation:

• Travaillerenautonomie• S'interroger,formulerunproblème(enclasseentière)• Conclureàpartirdesrésultats(enclasseentière)• Extrairelesinformationsutilesdephotographies

Itemsévaluéspourl’activité:• Extrairelesinformationsutilesd'untexte,(pargroupe)• Extrairelesinformationsutilesd'undocument,(pargroupe)• Savoirrestituersoncours,• Attitudeenclasse:respectdesautres,écoute,partage

Phasecollégiale:projectiondedifférentespopulations/espècesetdedifférentsreprésentantsde ces populations/espèces pour faire émerger l’idée de caractères propres à cespopulations/espècesetdediversitédeleursreprésentants.Inscriptiondutitre

Chap.1:Stabilitéetdiversitédesreprésentantsd’uneespècePhasecollégiale:Reprisedesphotosetdesinterrogationscollégialessoulevéesparcesimagesenlesprécisantetformalisantlesquestionnementsautourde:

- caractèrespropresetvariationsindividuelles- naturedecesdifférentscaractères- originedecescaractères.

On peut imaginer construire une carte mentale qui fera émerger les différents points àappréhenderdansce(ouces)chapitres.InscriptionduproblèmeProblème:Commentsefait-ilquelesreprésentantsd’uneespècesoientàlafoistrèsdifférentesettrèssemblables?Enseignant: On a évoqué l’idée de caractères, il s’agit maintenant d’essayer de définir cequ’estuncaractèreetd’enconnaîtrelesdifférentescatégories.InscriptiondutitreI–NotiondecaractèresLesdifférentsexemplesdoiventpermettrededéfinirdescaractèresspécifiques,lesvariabilitésindividuelleshéréditairesetlescaractèresmodifiésparl’environnement,nonhéréditaires.Lamutualisationpermettraàtousdecomprendrecesnotions.Distributiondel’activité:Modalitédetravail:pargroupede3ou4,activitéproposéesurdifférentscaractères:

− ungroupetravaillerasurunexemplevégétal:arbre,sescaractèresspécifiques,formesnainesouportendrapeau,caractèresnonhéréditaires.

− ungroupetravaillerasurunexemplevégétal: fleur,sescaractèresspécifiques,couleur,caractèreshéréditaires.

− ungroupetravaillerasurunexempleanimal:lelapin,sescaractèresspécifiques,avecdesdonnéessurlechangementdupelagedulapinliéauxsaisons.ungroupetravaillerasurunexempleanimal:desêtreshumains,sescaractèresspécifiquesavecuncaractèrehéréditairetype«roulerlalangueenU».

− ungroupetravaillerasurunexempleanimal:desêtreshumains,sescaractèresspécifiquesavecuncaractèrenonhéréditaire,commelamusculature,lebronzage.

Productionattendue:Chaquegroupedevrarédigeruntextefaisantémerger lanotiondecaractèresspécifiques,précisantsilecaractèreétudiéesthéréditaireounonhéréditaireenargumentant.

A la finde l'heure,pendantquechacundesgroupesprésenterasesrésultatsautableau, lesélèves remplirontun tableauavec lesdifférents caractèresétudiéspar laclasse. Ilsdevrontindiqueràchaquefoissilecaractèreesthéréditaireounon.BilanLes représentants d’une espèce présentent des caractères partagés par tous lesreprésentantsdel’espèce:cesontlescaractèresspécifiques.L’ensembledecescaractèresspécifiquespeutfairel’objetdevariationsindividuelles.Un caractère héréditaire est un caractère qui se transmet de générations engénérations mais qui peut en sauter une ou plusieurs. On observe une stabilité descaractèrescommunsdansuneespèceaucoursdesgénérations.Certainscaractèrespeuventêtremodifiéspar l’environnementoulemodedevie.Cesmodificationsnesontpashéréditaires.Séance2Itemsévalués:

• Formulerunehypothèse,(collégiale)• Proposerunprotocoleexpérimental,(pargroupe)• Extrairelesinformationsutilesd'undocument.(pargroupe)

Transition:Acquis:

- Les caractères héréditaires communs à l’espèce sont transmis de génération engénérationavecunecertainestabilité.

Quellesquestionsseposer:- commentuncaractèrepeut-ilsetransmettre?- sousquelleformesetransmet-ildegénérationengénération?

Cela implique de faire appel aux acquis sur les modalités de la reproduction sexuée et laformationd’unindividuàpartird’unecelluleœufunique.Ilfautamenerlesélèvesverscetteproblématique.Problème:Commentexpliquerque lescaractèreshéréditairesse transmettent degénérationengénération?Pour justifier la1èrepartieduI, faireémerger l’idéequepourrépondreauproblème, il fautpasserparuneétapequifasselelienentrecellule-œufetcaractèreshéréditaires.II–L’originedescaractèreshéréditairesActivitécollégiale:Questionnerenorganisantlesréponsesautableaupourconstruireunschémaquivaameneràs’interrogersurlalocalisationdesinformationsàl’originedescaractères,lanaturedecetteinformation.Questions:

- Rappelermoil’origined’unnouvelindividu:fécondationetobtentiond’unecelluleœuf

- Donner moi le devenir de cette cellule œuf: division, embryon, être humain. Aillustrerpardesphotographiesdesstades2,puis8cellulesavantdemontrerceque

celadonneàlafin(exemple:unlapinetunêtrehumain).- Rappelermoil’organisationd’unecellule:lacelluleestcomposéed'unnoyau,d'un

cytoplasmeetd'unemembrane- Formuleralorsleproblèmeàrésoudre.

Puisqueleseullienphysiqueentredeuxgénérationsestlaproductiondecettecelluleœuf,onarriveàl’idéequelescaractèreshéréditairesdoiventêtretransmisauniveaudescellules.Normalementlesélèvessedemandentoùsetrouventcescaractèresauniveaudelacellule-oeuf.Lesaideràformulerleproblème.Inscrireleproblème.Problème:Oùsetrouventlesinformationsàl’originedescaractèresauniveaudelacellule-oeufetdescellulesengénéral?

A.Localisationdesinformationsàl’originedescaractèresOnaévoquél’organisationdelacellule,lasuitedoitarriverlogiquement.Activité individuelle: rédigerdeshypothèsesquant à la localisationdans la celluledesinformationsàl’originedescaractères.Hypothèsesattendues:Lesinformationsàl’originedescaractèrespeuventsetrouver:

• danslenoyau,• danslecytoplasme,• danslamembrane,• danstouslesendroitsenmêmetemps

MutualisationComme les conséquences vérifiables sont ici difficiles à trouver, on passe par une étape deréflexionautoursdesexpériencesenvisageables.

Activité:RecherchedeconséquencesvérifiablesEnphasecollégiale,montrerunevidéosuruneénucléationafinde leurmontrercequ'ilestpossible de faire techniquement. Cela permettra aux élèves qui ont des difficultésd'abstractionderéaliserlasuitedel'activité.Laquestionsuivantestalorsinscriteautableau:«Quelleexpériencepourrait-onréaliserafindesavoirsiceshypothèsessontvalidéesounon?»Leurfairechoisirleshypothèsesouimposerunchoixsuivantleniveaudesélèves.Pargroupede3,lesélèvesimaginentdesexpériencesàréaliserpourtesterceshypothèses.Onleurindiqueauparavantquelamembranenepeutêtredissociéeducytoplasmeetquedoncdeuxhypothèsesseronttestéesdanslemêmetemps.Unefoiscesexpériencestrouvées,undeuxièmetravailestensuitedemandéafindetrouverlesconséquencesvérifiables.Lesélèvesdoiventcompléteruntableauavecdeuxcasdefigures.Dansunpremiercasonimagineque l'hypothèsedes élèves est validéeet les élèvesdoivent indiquer ceque l'ondoitobtenircommerésultat.Dans ledeuxièmecas,on imagineque l'hypothèseest invalidée,etdemêmelesrésultatssontàimaginerparlesélèves.Celafacilitelacompréhensiondesexpériencesdetransfertsdenoyaux,étudiéesparlasuite.Dans les 5 dernières minutes du cours: évaluation sur la notion de caractères. Cettedéfinitionestàréciter:

! expert:pourceuxquirécitentparcœur! Acquis:pourceuxquiontdonnétouteslesnotions! Encoursd'acquisition:lorsqu'ilmanqueunoudesélémentsderéponse! Nonacquis:lorsqu'iln'yarien

3questionssontposéesauxélèvesengrandedifficulté.Séance3Itemsévalués:

• Déduireetinterpréterlesinformations,(pargroupe)• Extrairelesinformationsutilesd'undocument(pargroupe)

Fairerappeleràl’oralceàquoionétaitarrivéenfindeséance2.Distributiond'activité:Activité:Localisationdesinformationsàl’originedescaractères.Uneexpériencedetransplantationdenoyauchezunesourisestdistribuéesous la formed'unschémaetd'uncourstexte.Consignes:1/Auseindugroupe,expliquercequechacunacomprisdel'expérience.2/Unefoisquetouslesmembresdugroupesontd'accords,expliquerenquelqueslignescequelesscientifiquesontfait.3/Indiquerlerésultatdel'expérience.4/ Conclure en indiquant où se trouve les informations. Pour cela, s’aider du tableauremplisaucoursprécédent.BilanC’est lenoyaude la cellule-œufquicontient lesinformationsà l’originedescaractèreshéréditairestransmisdegénérationengénération.Transition:Acquis:

- Les informations transmises de génération en génération et qui sont à l’origine descaractèressontlocaliséesdanslenoyau.

D’ou cette nouvelle question: Où, dans le noyau, se situe précisément ces informations etcommentseprésentent-elles?B.Supportdesinformationsàl’originedescaractèresProblème:Où,danslenoyau,sesitueprécisémentlesinformationsetcommentseprésentent-elles?Hypothèsesdesélèves:Ellessont:

• surlepourtourdunoyau• aucœurdunoyau• ...

Discussion collégiale: quelle stratégie de résolution proposez-vous pour tester voshypothèses?Propositiond’allerobserverdescellules.

C’estcequiserafaitàlaprochaineséance.Séance4Itemsévalués:

• Réaliseruncroquis• Suivreunprotocolemanipulatoire• Utiliserunoutil(microscope)

TravaillerenautonomieDiscussioncollégiale:quedevons-nousfaireaujourd’huietpourquoi?Distributiond'activité:Activité:ObservationdecellulesCe travailmanipulatoirepermetaux élèvesd'observer les chromosomes. Ils nepeuventpasencorefairelelienavecentreceschromosomesetlesinformationssicen'estquecesontdeuxchosesprésentesaumêmeendroit.

Ils'agitd'extrairelesglandessalivairesdelarvedechironome,lescoloreretlesobserver.L'objectifestdevoirdeschromosomessansexpliquerlelienavecl'ADN.On leur fait réaliser un croquis à partir des observations (des résultats sont projetés autableaupourceuxn'ayantpasréussi).Ceschémapermetdes’assurerquetouslesélèvesperçoiventclairementlesdifférentespartiesde la cellule et localisent dans les noyaux des structures particulières dont la légende estdonnéeautableau.

Descroquisd'étudiantsréalisésàpartird’observationsmicroscopiquessemblablesoùleschromosomessontfacilementquantifiables,sontalorsmontrésauxélèves.Lenombredechromosomesestainsimisenévidenceetons'aperçoitqu'ilest lemêmepourtoutes lescellulesobservées.BilanDanslenoyaudetouteslescellules,ilexistedesfilamentsprenantfacilementlacoloration,leschromosomes.Ces chromosomessontobservablesuniquement lorsque la celluleestendivision.Leurnombreestlemêmequellequesoitlacelluleobservéeauseindel'espèce.Séance5Itemsévalués:

• Extrairelesinformationsdedocuments,• Déduireetinterpréterlesinformations,

Transition:On vient de voir que le noyau des cellules contient des chromosomes et que le nombre dechromosomesestlemêmequellequesoitlacelluleobservéeauseind’uneespèce.Lesinformationstransmisesdegénérationengénérationetquisontàl’originedescaractèressontlocaliséesdanslenoyau.Quelle nouvelle question se pose-t-on? y a-t-il un lien entre les chromosomes et lesinformationsàl’originedescaractères?Inscriptionduproblèmeetdistributiondel’activité.

Activité:Lienentreleschromosomesetlesinformationsàl’originedescaractères.Desphotosdechromosomesdedifférentescelluleshumainessontdonnéesauxélèvesavecla consigne de les compter. Cela permet aux élèves de s'apercevoir que ce nombre estdifférentdeceluiobtenuavecleslarvesdechironome,maistoujoursidentiqueauseindel'espèce.Des caryotypes de fille et de garçon, d’individu atteint demonosomie et les phénotypesassociéssontétudiés.Celanouspermetdeconstaterquecesontleschromosomesquiportentlesinformationsetquetouteslescellulespossèdentl'intégralitédesinformations.BilanUne espèce possède le même nombre de chromosomes dans ces cellules. Ceschromosomes portent tout le programme génétique nécessaire à la réalisation d'unindividu (oreille, nez, les différents muscles, les différents os...). On peut donc dire quetoutes lescellulesd’unêtrevivantpossèdentdansleurnoyaulatotalitéduprogrammegénétiqueEvaluation avec un exercice sur la démarche scientifique autour de la localisation del'informationdanslescellules(alguesacétabulaires).