Thème 1 SVT - Biodiversité et organisation du vivant PDF

Thème 1 La Terre, la Vie et l’organisation du vivant Partie 1 : L’organisation fonctionnelle du vivant Chapitre 1 : L’organisme pluricellulaire : un ensemble de cellules spécialisées Acquis : la cellule est constituée d’une membrane, d’un cytoplasme et de matériel génétique qui...

Thème 1 La Terre, la Vie et l’organisation du vivant Partie 1 : L’organisation fonctionnelle du vivant Chapitre 1 : L’organisme pluricellulaire : un ensemble de cellules spécialisées Acquis : la cellule est constituée d’une membrane, d’un cytoplasme et de matériel génétique qui peut être contenu dans un noyau chez les eucaryotes ou libre dans le cytoplasme chez les procaryotes. Elle constitue l’unité structurelle du vivant. Les caractéristiques des êtres vivants sont d’être capables : de naître, de posséder un métabolisme , de grandir, de se reproduire, d’interagir avec leur environnement et finalement de mourir. A) Les cellules : spécialisa-on et organisa-on Problématique: Comment peut se traduire la spécialisation des cellules chez les êtres vivants pluricellulaires ? Réflexions sur la résolution des problématiques : Un être vivant unicellulaire doit être capable d’assurer toutes les fonctions du vivant avec une seule cellule généraliste. Un être vivant pluricellulaire possède des cellules spécialisées qui peuvent assurer une ou plusieurs fonctions. Actions réalisées : observations de différents êtres vivants unicellulaires et de différents organes d’êtres vivants pluricellulaires afin de pouvoir les comparer. Si on observe de grandes différences entre les cellules, alors ces différences sont responsables de la spécialisation. Résultats obtenus :  Observations Interprétations L’euglène est un organisme unicellulaire qui doit assurer toutes ses fonctions en 1 seule cellule. Il dispose donc d’un noyau pour se reproduire, d’un flagelle pour se déplacer et de chloroplastes pour se fournir Microphotographie en sucres. d’observation d’une Euglène Naître, grandir, se reproduire, G X 1000 interagir avec son environnement, posséder un métabolisme et mourir. Le spermatozoïde possède un flagelle qui lui permet de se déplacer. Son 1/2 noyau fusionne avec celui de l’ovocyte pour permettre la formation d’une cellule œuf Microphotographie qui sera à l’origine d’un d ’o b s e r vat i o n d ’u n nouvel être vivant. spermatozoïde humain Se reproduire, interagir avec G X 1000 son environnement,mourir  Observations Interprétations Les cellules intestinales sont collées les unes aux autres et forment un tissu monocouche. Ce tissu est appelé une muqueuse. Les cellules présentent des microvillosités qui permettent d’optimiser l’absorption des Microphotographie nutriments. d’observation d’une coupe Posséder un métabolisme, d’intestins interagir avec son G X 600 environnement, mourir. La cellule de pomme de terre contient des grains d’amidon qui lui permettent de disposer de réserves de sucres qui proviennent de la Microphotographies de photosynthèse. cellules de pomme de terre Posséder un métabolisme, colorées à l’eau iodée mourir. G X 600  Observations Interprétations Les neurones sont capables de recevoir des informations au niveau des dendrites et de les transmettre à d’autres cellules par l’intermédiaire de leur axone. Microphotographies de Interagir avec son neurones humains isolés environnement. G X 600 Les cellules sont collées les unes aux autres, forment un épiderme et contiennent des organites verts appelés chloroplastes. Ces derniers contiennent de la chlorophylle qui permet la photosynthèse. Microphotographie d’observation d’une Interagir avec son feuille d’Élodée environnement, posséder un G X 600 métabolisme.  Observations Interprétations Les cellules de l’épiderme d’oignons sont collées les unes aux autres et forment une barrière de protection appelée épiderme. Elles sont remplies d’un liquide pigmenté et acide qui protège le bulbe des rayons du soleil M i c ro p h o t o g r a p h i e d ’ o b s e r v a t i o n d’épiderme d’oignon et des prédateurs. G X 600 Posséder un métabolisme, interagir avec son environnement, mourir. Les cellules possèdent une membrane, un noyau et du cytoplasme. Elles sont jointives ( épiderme) et permettent au triton de se protéger de son environnement. Elles ont la particularité de pouvoir Microphotographie d’observation de laisser passer le dioxygene cellules de mue de triton dissous dans l’eau. G X 600 Interagir avec son environnement, posséder un métabolisme, mourir. Bilan/ A retenir : Une cellule spécialisée possède une fonction développée par rapport aux cellules généralistes qui doivent nécessairement assurer plusieurs fonctions du vivant. Structures cellulaires et contenu présentent des spécificités en rapport avec la fonction exercée par la cellule ( cellule de pomme de terre entièrement remplie d’amidon, extensions cytoplasmiques de neurones…). Au final, la forme, la couleur ou encore les appendices permettent d’assurer de manière optimale la fonction dévolue au tissu cellulaire. B) Organisation tissulaire. Les cellules sont organisées en tissus, puis en organes grâce à une matrice extra cellulaire composée principalement de protéines ( collagène et acide hyaluronique). Chapitre 2 ADN et information génétique Acquis Toutes les cellules possèdent une informa-on géné-que sous forme d’ADN. Celui-ci est localisé dans le cytoplasme pour les cellules sans noyau et situé dans le noyau pour les cellules eucaryotes. Il se condense lors des divisions cellulaires pour prendre la forme de chromosomes. Le phénotype est lié au génotype et à l’ac-on de l’environnement. Tp2 ADN et génome : universalité et variabilité Problématiques : Qu’est-ce que l’ADN ? Comment peut-il perme]re la spécialisa-on ? Réflexions sur la résolution des problématiques Question1 : Quelle est la forme générale de la molécule d’ADN ? Réponse : la molécule d’ADN présente une forme générale en double hélice Ques-on 2 : Combien de chaînes possède-t-elle ? Réponse : La molécule d’ADN possède 2 chaine(s) Ques-on 3 : Que peut-on constater quant à l’organisa-on des bases azotées? Les bases azotées sont complémentaires deux à deux : Adénine / Thymine et Cytosine/ Guanine Question 4 : Comment, d’après vous, avec seulement 4 bases azotées différentes peut-on constituer un message aussi complexe que notre information génétique ? Le message génétique est déterminé par l’ordre des nucléotides sur une chaîne de l’ADN. Il y est codé. On parle de séquence de nucléotides. Question 5 : Complétez et légendez le schéma de la molécule d’ADN. Question 6 : Donnez, en puissance de 10, un ordre de grandeur de la différence de taille entre l’ADN et une cellule. L’ADN mesure quelques nanomètres. La cellule mesure quelques dizaines de micromètres. Soit une différence de 1.10-4. l’ADN est environ 10000 fois plus petit que la cellule. Question 7 : Comparez les deux électrophorèses. Les deux electrophorèses sont identiques, donc on peut en déduire que les deux cellules possèdent le même ADN. Question 9 : Utilisez le document 2 pour valider ou infirmer votre hypothèse. La cellule de foie possède le même ADN mais ne produit qu’une partie des ARN. Elles n’exploitent donc pas tout l’ADN présent dans le noyau de la cellule. Bilan / à retenir La molécule d’ADN est en forme de double hélice, c’est à dire deux chaînes qui sont enroulées l’une autour de l’autre. Dans l’ADN, les bases azotées sont complémentaires : l’adénine est toujours associée à la thymine et la guanine est toujours associée à la cytosine. Les constituants de l’ADN sont appelés nucléotides. Ils sont formés d’un groupement phosphate, d’un désoxyribose et d’une base azotée. L’ADN contient toutes les informations génétiques héréditaires codées par des combinaisons différentes de nucléotides sur une chaîne. Chaque espèce possède donc des combinaisons qui la rendent originale. Toutes les cellules spécialisées possèdent le même ADN, mais ne traitent que les informations nécessaires sous forme d’ARN. Chapitre 3 : le métabolisme et la spécialisation Acquis : Les réactions métaboliques permettent aux cellules de se fournir en énergie ou de produire de la matière organique. Tous les organismes possèdent un métabolisme, mais ce dernier est différent selon les organismes. On note ainsi des organismes autotrophes et des organismes hétérotrophes, des organismes capables de se nourrir de certaines substances et d’autres non. Problématique : Comment expliquer les différences de métabolisme des cellules ? A) les enzymes Les êtres humains sont capables de digérer l’amidon grâce à une enzyme présente dans leur salive. Cette présence est rendue possible par l’information génétique des cellules des glandes salivaires. Les levures ne peuvent pas fabriquer d’amylase salivaire car elles n’ont pas ce gène.  Bilan/à retenir Les capacités des cellules et leur métabolisme dépendent entièrement de leur équipement enzymatique. Or les enzymes sont des protéines dont le plan de fabrication est contenu dans l’ADN. Donc le métabolisme des cellules dépend de leur information génétique et de son expression sélective en fonction de la spécialisation des cellules. B) le métabolisme Lors de la respiration, les cellules brûlent du glucose en présence de dioxygène pour produire de l’énergie. Les déchets de la combustion sont le dioxyde de carbone et l’eau. C6H12O6+ 6 O2! 6 CO2+ 6 H2O + énergie Lors de la photosynthèse, les cellules fabriquent du glucose en combinant du dioxyde de carbone et de l’eau à la lumière. Le déchet principal est alors du dioxygène. 6 CO2+6H2O (+ lumière)! C6H12O6+ 6 O2 Bilan/à retenir Les cellules hétérotrophes utilisent de la matière organique comme le glucose pour produire de l’énergie. Comme elles ne peuvent pas fabriquer leur matière organique, elles doivent la trouver dans leur milieu de vie. Les cellules autotrophes sont capables de fabriquer leur propre matière organique grâce à la photosynthèse. Ainsi, en présence de lumière et de chlorophylle, elles peuvent se procurer les éléments indispensables à la respiration. Chapitre 4 les flux de matière et d’énergie au sein des écosystèmes TP 5 Titre : FLUX DE MATIÈRE Introduction : Les molécules produites par le métabolisme grâce aux enzymes peuvent circuler au sein des organismes et d’un organisme à un autre. Il existe donc un flux de matière à différentes échelles. Problématique : Quels sont les principaux flux de matière au sein d’un organisme et entre un organisme et son environnement ? Réflexions sur la résolution des problématiques : Peut-être que la matière peut être échangée d’un être vivant à un autre via un réseau trophique ? Actions réalisées : Nous allons réaliser un schéma des différents échanges au sein d’un écosystème. Résultats obtenus :  Bilan/à retenir À l’origine de tout écosystème se trouvent des organismes autotrophes. Ils sont les seuls capables de produire leur matière organique à partir de matière minérale. Leur source d’énergie principale est le soleil. La matière organique transite ensuite dans divers organismes vivants par le biais de la prédation ou de la décomposition (organismes hétérotrophes). Il existe de nombreux exemples d’associations entre les êtres vivants comme la symbiose (association à bénéfices mutuels) ou le parasitisme. Chapitre 5 géné8que et mécanismes de l’évolu8on. A allèles, polymorphisme et évolu8on Introduction : L’ADN est le support universel des gènes, il est à la base des êtres vivants et contient leur information génétique. Cet ADN est stable aux courtes échelles de temps mais peut subir des variations. C’est cette variation des gènes et la dispersion des différentes versions appelées allèles qui sont à l’origine de l’évolution. La grande variété des allèles des gènes au sein même d’une espèce est appelée polymorphisme. Problématique : Quels sont les mécanismes génétiques à l’œuvre lors de l’évolution des espèces ? Réflexions sur la résolution des problématiques : Peut-être que l’évolution des gènes se fait au hasard? Actions réalisées : Nous allons tenter de modéliser l’évolution des allèles au sein d’une population (TP6) Résultats obtenus : Les mutations : (définition à l’aide des questions 1,2 et 3) La dérive génétique : (définition a l’aide des questions 5,6 et 7) La sélection naturelle : (définition a l’aide de la question 8) L’ensemble de ces mécanismes permet l’évolution des populations au sein de leur environnement. Ainsi, les mutations permettent l’émergence de populations présentant des adaptations à leur milieu de vie, la sélection naturelle permet alors la prolifération des individus les plus adaptés à ce milieu de vie.Si l’allèle est neutre, alors il subira une dérive génétique aléatoire. B communica8on intra spécifique TP 7 Bilan/à retenir : Un événement de communication entre deux individus nécessite un individu émetteur qui produit le message et un individu récepteur qui le réceptionne et modifie alors son comportement. Les messages peuvent être de nature physique (couleur, posture, luminosité), sonore (cris, chants, vibrations) ou chimique (phéromones) La communication s’inscrit dans la réalisation d’une fonction biologique : se nourrir, se reproduire, se défendre par exemple. Les partenaires sexuels se choisissent à partir de signaux visuels, sonores ou chimiques que l’on nomme caractères sexuels. Les caractères sexuels sont souvent des indications sur la qualité du partenaire sexuel (santé, capacité à prendre soin des jeunes). La préférence d’un partenaire pour certains caractères sexuels hérita les contribue à rendre ceux-ci plus fréquents dans les générations suivantes. C’est la sélection sexuelle. Les caractères sexuels sont des signaux susceptibles d’attirer les prédateurs. Il existe donc un compromis entre sélection sexuelle par le choix du partenaire et sélection naturelle par les prédateurs expliquant les différences entre individus d’une même population. La spéciation (formation de nouvelles espèces) survient lorsqu’un isolement reproducteur s’installe entre deux groupes d’une même espèce d’origine. Dans une population, lorsque certaines femelles ont une préférence sexuelle légèrement différente des autres pour un caractère sexuel, cela peut mener à l’existence d’une diversité des caractères sexuels au sein de l’espèce. Si ces différences de préférences sexuelles se renforcent, les deux groupes peuvent finir par ne plus pouvoir se reproduire entre eux : il y a eu isolement reproducteur et formation d’une nouvelle espèce. Chapitre 6 biodiversité actuelle, biodiversité passée Bilan/à retenir La biodiversité est la diversité du vivant. En utilisant des méthodes d’inventaire variées, elle peut être décrite à différentes échelles. La biodiversité écosystème que décrit la diversité des milieux de vie La biodiversité spécifique décrit la diversité des différentes espèces qui habitent ces milieux de vie La biodiversité génétique décrit la diversité au sein de chaque espèce Pour décrire la diversité spécifique, les humains utilisent le concept d’espèce. Il y a plusieurs façons de définir l’espèce.Selon la définition biologique, des individus appartiennent à la même espèce s’ils se reproduisent entre eux et engendrent une descendance viable et fertile. C’est la notion d’interfécondité. Des espèces nouvelles peuvent apparaître. On parle alors de spéciation.une spéciation peut se dérouler sur un intervalle de temps plus ou moins long( de quelques années à plusieurs décennies selon le temps de génération). Dans une population, un même gène peut exister sous différentes versions appelées allèles. Les allèles sont le résultat des mutations affectant l’ADN. La biodiversité génétique décrit la diversité des allèles possédés par les individus d’une même espèce. La biodiversité actuelle n’est qu’une petite fraction de la biodiversité totale ayant peuplée notre planète. La biodiversité passée est connue grâce à la paléontologie, notamment par le biais de l’étude des fossiles. Les crises biologiques, de causes variées (éruptions volcaniques, impacts météoritiques…), sont des étapes de l’histoire de la vie qui se manifestent par des extinctions massives suivies de périodes d’explosion évolutive au cours desquelles de nouvelles espèces apparaissent rapidement. Les humains sont responsables d’une réduction de la biodiversité. Cette action s’explique par : la destruction des milieux de vie et des habitats, la surexploitation des ressources naturelles ( pêche, chasse, cueillette en excès), l’introduction d’espèces invasives, la pollution… La vitesse et l’ampleur de la diminution actuelle de la biodiversité mondiale suggèrent que nous sommes dans une sixième crise biologique majeure.