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SVT - TS 2013


2012 - 2013
Nouveau programme rentrée 2012
TS 2013 - SVT - RESSOURCES ÉDUSCOL

Le principe de liberté pédagogique
En application de la loi n°2005-380 du 23 avril 2005 d'orientation et de programme pour l'avenir de l'École, «la liberté pédagogique de l'enseignant s'exerce dans le respect des programmes et des instructions du ministre chargé de l'Éducation nationale et dans le cadre du projet d'école ou d'établissement avec le conseil et sous le contrôle des membres des corps d'inspection».
Les programmes sont, en conséquence, la seule référence réglementaire adressée aux professeurs. 
Les ressources et documents proposés aux enseignants garantissent ce principe, il revient à chaque enseignant de s'approprier les programmes dont il a la charge, d'organiser le travail de ses élèves et de choisir les méthodes qui lui semblent les plus adaptées en fonction des objectifs à atteindre.
Les ressources pour faire la classe proposées par la DGESCO ne sont que des appuis à la libre disposition des professeurs.
Voir l'introduction ici ou ci-dessous avant d'aborder les ressources éduscol

Introduction

Les programmes de lycée s’organisent, de la seconde à la terminale S, selon un certain nombre de principes généraux :
Une place importante laissée à la thématique de l’évolution. Il s’agit, selon les moments, soit d’un sujet d’étude en tant que tel, soit d’un outil explicatif indispensable pour comprendre la biologie en général.
La volonté d’associer dans la motivation des élèves les intérêts scientifiques fondamentaux et les préoccupations personnelles plus appliquées. C’est ainsi que les trois grandes thématiques qui organisent l’écriture du programme déclinent trois motivations :
la science et l’envie de comprendre pour le thème « la Terre dans l’univers, la vie et l’évolution du vivant » (avec, en plus de la préoccupation culturelle pour tous, une perspective vers l’univers-métier de la science elle-même) ;
l’environnement planétaire dans une perspective de développement durable pour le thème « grands enjeux planétaires contemporains » (avec, en plus de la préoccupation culturelle pour tous, une perspective vers l’univers métier de l’aménagement et de la gestion de l’environnement) ;
le propre corps et la santé pour le thème « corps humain et santé » (avec en plus de la préoccupation culturelle pour tous, une perspective vers l’univers-métier des professions de la santé).
Le souci de rendre plus stable que par le passé la maîtrise des fondamentaux au sortir du lycée. En terminale S, classe où la spécialisation de l’élève se marque plus nettement, le programme de SVT vise à assurer une construction solide des concepts scientifiques sans chercher à l’exhaustivité des connaissances actuelles sur le sujet. Les thématiques choisies, comme les orientations du programme s’inscrivent dans ce projet, en s’appuyant sur les acquis de seconde et première dans l’optique de préparer au mieux l’orientation post baccalauréat des élèves.
L’unité du programme de lycée comme un projet conçu sur l’ensemble du curriculum, du moins pour ceux des élèves engagés dans la filière scientifique, est marquée par une partie du préambule qui sera identique pour les trois années.
L’affirmation de l’ouverture de la discipline sur les autres champs de connaissance, scientifiques ou non.

ECE

BACCALAURÉAT

RESSOURCES

 TS - SVT - Programmes - Ressources
Enseignement spécifique et de spécialité

Nouveau programme rentrée 2012
TS 2013 - SVT - RESSOURCES ÉDUSCOL

Le principe de liberté pédagogique
En application de la loi n°2005-380 du 23 avril 2005 d'orientation et de programme pour l'avenir de l'École, «la liberté pédagogique de l'enseignant s'exerce dans le respect des programmes et des instructions du ministre chargé de l'Éducation nationale et dans le cadre du projet d'école ou d'établissement avec le conseil et sous le contrôle des membres des corps d'inspection».
Les programmes sont, en conséquence, la seule référence réglementaire adressée aux professeurs. 
Les ressources et documents proposés aux enseignants garantissent ce principe, il revient à chaque enseignant de s'approprier les programmes dont il a la charge, d'organiser le travail de ses élèves et de choisir les méthodes qui lui semblent les plus adaptées en fonction des objectifs à atteindre.
Les ressources pour faire la classe proposées par la DGESCO ne sont que des appuis à la libre disposition des professeurs.

Introduction

Les programmes de lycée s’organisent, de la seconde à la terminale S, selon un certain nombre de principes généraux :
Une place importante laissée à la thématique de l’évolution. Il s’agit, selon les moments, soit d’un sujet d’étude en tant que tel, soit d’un outil explicatif indispensable pour comprendre la biologie en général.
La volonté d’associer dans la motivation des élèves les intérêts scientifiques fondamentaux et les préoccupations personnelles plus appliquées. C’est ainsi que les trois grandes thématiques qui organisent l’écriture du programme déclinent trois motivations :
la science et l’envie de comprendre pour le thème « la Terre dans l’univers, la vie et l’évolution du vivant » (avec, en plus de la préoccupation culturelle pour tous, une perspective vers l’univers-métier de la science elle-même) ;
l’environnement planétaire dans une perspective de développement durable pour le thème « grands enjeux planétaires contemporains » (avec, en plus de la préoccupation culturelle pour tous, une perspective vers l’univers métier de l’aménagement et de la gestion de l’environnement) ;
le propre corps et la santé pour le thème « corps humain et santé » (avec en plus de la préoccupation culturelle pour tous, une perspective vers l’univers-métier des professions de la santé).
Le souci de rendre plus stable que par le passé la maîtrise des fondamentaux au sortir du lycée. En terminale S, classe où la spécialisation de l’élève se marque plus nettement, le programme de SVT vise à assurer une construction solide des concepts scientifiques sans chercher à l’exhaustivité des connaissances actuelles sur le sujet. Les thématiques choisies, comme les orientations du programme s’inscrivent dans ce projet, en s’appuyant sur les acquis de seconde et première dans l’optique de préparer au mieux l’orientation post baccalauréat des élèves.
L’unité du programme de lycée comme un projet conçu sur l’ensemble du curriculum, du moins pour ceux des élèves engagés dans la filière scientifique, est marquée par une partie du préambule qui sera identique pour les trois années.
L’affirmation de l’ouverture de la discipline sur les autres champs de connaissance, scientifiques ou non.
Fin de l'introduction

Présentation des Thèmes et sous thèmes :

L'enseignement des SVT : Enseignement spécifique

Introduction - Le pdf "Introduction" sur google drive

TS 2013 - Padmyst Personnalisation ENSEIGNEMENT SPÉCIFIQUE : Les Titres et leurs PDF RESSOURCES
ENSEIGNEMENT SPÉCIFIQUE


Première source de motivation des élèves pour associer les intérêts scientifiques fondamentaux et les préoccupations personnelles plus appliquées : la science et l’envie de comprendre pour le thème « la Terre dans l’univers, la vie et l’évolution du vivant » (avec, en plus de la préoccupation culturelle pour tous, une perspective vers l’univers-métier de la science elle-même).

TS 2013 –Thème 1A – Génétique et évolution : Ac Nantes – Ressources pdf
 
Sens général du thème (problématique) : Comprendre la diversité génétique source, mais pas seule, d’une diversification des êtres vivants base de l’évolution. Compréhension permettant d’interroger le concept d’espèce, le cas de l’Homme et celui particulier de la vie fixée chez les plantes.

Thème 1-A-1 Le brassage génétique et sa contribution à la diversité génétique

 Acquis à mobiliser
Les notions suivantes ont été abordées dans la scolarité antérieure des élèves :

• Chromosome constitué d’ADN, support de l’information génétique.
• Gène – allèle – notion de dominance / récessivité au niveau cellulaire et macroscopique.
• Caryotype identique pour tous les individus d’une même espèce.
• Caryotype identique pour toutes les cellules de l’organisme (sauf pour les cellules reproductrices).
• Existence dans chaque cellule de paires de chromosomes portant les mêmes gènes mais pas forcément les mêmes allèles (donc génétiquement différents).
• Maintien du nombre de chromosomes lors de la reproduction sexuée : séparation des paires de chromosomes lors de la formation des cellules reproductrices (qui ont donc un seul chromosome de chaque paire) et reconstitution de paires de chromosomes lors de la fécondation.
• Production, par un même individu, de cellules reproductrices génétiquement différentes expliquée par la répartition au hasard des deux chromosomes de chaque paire.
• Unicité de chaque individu issu de la reproduction sexuée.

Les nouvelles notions à bâtir
  • Les notions de brassage intrachromosomique et de brassage interchromosomique lors de la formation des gamètes en relation avec le déroulement de la méiose.
Remarque : 
Les termes de chromosomes homologues, de méiose et de brassage chromosomique n’étaient pas au programme des années antérieures, et seront donc à introduire.
  • L’unicité génétique de chaque zygote, unicité résultant des brassages chromosomiques ayant lieu lors des deux phases clés de la reproduction sexuée (méiose et fécondation) : « chaque zygote contient une combinaison unique et nouvelle d’allèles »
  • La notion « d’anomalies chromosomiques : origine, conséquences, source de diversification »... pouvant survenir lors du déroulement de la méiose (origine) et leurs conséquences pour l’individu (trisomies, …), mais aussi en terme de source de diversification du vivant (apparition de nouveaux gènes; familles multigéniques).
Quelques pistes pédagogiques

Piste pédagogique 1 : faire le point sur la stabilité des caryotypes :

Il s’agit ici essentiellement de mobiliser les acquis des classes antérieures (cf.point1.1.1Ressources éduscol).

Cette mobilisation peut prendre des formes variées :

- Schémas à compléter et/ou à ordonner.
- Arguments à extraire de documents et à mettre en relation pour justifier cette stabilité du caryotype.
- QCM sur documents... etc

Cela peut aussi être l’occasion de réaliser une évaluation diagnostique : il s’agit d’une évaluation d’un type particulier, qui ne donne pas lieu à une note, et qui poursuit plusieurs objectifs : faire le point sur les acquis, les représentations des élèves, et poser les problèmes qu’il reste à résoudre.


Exemple de piste pédagogique 1 :

A- Des observations et une étude de documents : une situation motivante
  1. Des observations réalisées dans un élevage issu de la reproduction sexuée (prendre soin de porter les observations sur des élevages où il existe une certaine diversité génétique)... 
  2. ... Accompagnées de documents... présentant les caryotypes des parents...
  3. Et les caryotypes des petits... 
B- Une première exploitation des observations et des documents est l’occasion, dans un premier temps :
  1. De constater la conservation du caryotype au cours de la reproduction sexuée...
  2. De mobiliser les acquis (cellules reproductrices, fécondation, complémentarité du mécanisme de formation des cellules reproductrices et de la fécondation, …).
  3. Et d'introduire le terme de MÉIOSE.
C- Une seconde exploitation des observations et des documents est aussi l'occasion, dans un second temps :
  1. De constater la diversité des descendants (rappel : on aura pris soin de porter les observations sur des élevages où il existe une certaine diversité phénotypique),
  2. de mobiliser certains acquis (gènes, allèles, caractères,...)
D- Le résultat des deux exploitations permet de :
  1. Constater que les caractères sont brassés... et donc de poser la notion de brassage : ici il s’agit de brassage de caractères, donc brassage au niveau du phénotype macroscopique...
E- Un questionnement peut être soulevé et donc une problématique peut être dégagée. Elle permet de :
  1. S’interroger sur les mécanismes qui permettent ce brassage macroscopique des caractères...,
  2. donc sur le brassage des chromosomes...,
  3. et donc sur le brassage des gènes.
F- Dans le prolongement de cette évaluation diagnostique, on peut aborder l'étude de documents sur le déroulement de la méiose et de la fécondation pour poser les phénomènes cellulaires et chromosomiques :
  1. Des documents pour le déroulement de la méiose (puisque le terme a été introduit) : on étudie les différentes étapes, mais sans faire d'analyse en terme génétique... 
  2. Des documents pour le déroulement de la fécondation.
G- Suite à l'étude de la méiose et de la fécondation, les phénomènes cellulaires et chromosomiques ainsi posés permettent de dégager une problématique qui pourra être utilisée lors de l’étude suivante sur le brassage chromosomique et allélique, par exemple :
  1. Comment est assuré le brassage chromosomique et allélique ? (source de diversité des caractères macroscopiques)
    Piste pédagogique 2 : aborder la notion de brassage génétique lors de la reproduction sexuée :
    • Le déroulement de la méiose pourra être établi dans ses grandes lignes à partir :
    - d'observations microscopiques...
    - réalisées en articulation avec la visualisation de séquences vidéos et/ou d’animations.
    • La notion de brassage lors de la méiose pourra être abordée à partir :
    - D'analyse de résultats de croisements de type « TEST-CROSS ».
    - Résultats : les phénotypes des descendants d'un croisement de type "TEST-CROSS" renseignent directement sur le génotype des gamètes produits par le parent hétérozygote.

    - Important : pour que l’analyse des résultats du test-cross puisse réellement se faire en relation avec l’objectif fixé (comprendre l'origine du brassage des caractères macroscopiques), s’assurer que les élèves ont bien compris l'intérêt de ce croisement type "test-cross" : c'est-à-dire que la notion suivante doit être bien stabilisée chez l'élève : "les phénotypes des descendants d'un croisement de type "TEST-CROSS" renseignent directement sur le génotype des gamètes produits par le parent hétérozygote".
    • Une fois cette notion bien stabilisée, il faut maintenant parvenir aux notions de brassage intrachromosomique (prophase 1 de la méiose) et brassages interchromosomiques (anaphase 1 de la méiose et fécondation).
    - Pour cela, il est possible de placer les élèves en situation de pratiquer une démarche d’investigation en relation dans un premier temps avec la méiose, particulièrement intéressante s'ils travaillent en ateliers.
    - Pour mettre en évidence le brassage intrachromosomique au cours de la prophase 1 de la méiose, l'idéal serait de parvenir à leur faire imaginer le phénomène de crossing-over, en procédant par exemple de la façon suivante :
    - L’analyse statistique des résultats de différents croisements de type test-cross (voir le site Statistix (http://www.statistix.fr/)...
    - pourra être l’occasion de représenter le comportement des allèles en relation avec celui des chromosomes lors de la méiose (schémas, manipulations de maquettes, …).

    Il serait particulièrement intéressant, pour leur formation, que des élèves s’interrogent sur :

    - des résultats qui ne correspondraient pas à leurs attentes,
    - des résultats qui ne leur sembleraient pas « logiques »,

    Et que des informations complémentaires (figures de chiasmas en prophase I de méiose), fournies au moment opportun :

    - Leurs permettent d’imaginer le phénomène de CROSSING-OVER...

    - Pour cela les élèves peuvent étudier un document de figures de chiasma visibles en prophase 1 de méiose, accompagné soit d'un document indiquant le résultat d'un croisement test aux pourcentages de parentaux supérieurs aux pourcentages des recombinés, soit d'observation d'élevages (ou de cultures) donnant en réel ces pourcentages inattendus.

    - L'explication de l'élève sera réussie lorsqu'il aura compris d'une part l'existence de crossing-over, d'autre part que les gènes, dans ce cas précis, sont situés sur le même chromosome, autrement que ces gènes sont liés.

    - Les résultats inattendus (précédemment) trouvent alors leur explication dans le fait que des échanges de matériel ont lieu entre chromosomes homologues au cours de la prophase 1 de la méiose et que, dans le cas de gènes liés, ces échanges génèrent d'une part des individus au phénotype macroscopique de type parental, d'autre part des individus issus de crossing-over, donc d'une recombinaison, individus "recombinés" au pourcentage inférieur à celui des individus types parentaux.

    - Les élèves sont donc amenés à comprendre le brassage intrachromosomique réalisé en prophase 1 de la méiose, donc de répondre en partie au problème posé par le brassage des caractères macroscopiques observés précédemment. 


    - Autrement dit, une réponse partielle au problème peut être annoncée :

    "Le brassage des caractères macroscopiques observés dans l'élevage (ou la culture) précédent(e) est expliquée (en partie) par les crossing-over réalisés au cours de la prophase 1 de la méiose".

    - Mais ce n'est pas tout : les élèves doivent comprendre également qu'un brassage interchromosomique est réalisé au cours de l'anaphase 1 de la méiose : la démarche d'investigation doit être poursuivie... Pour cela :

    - Faire, par exemple, une analyse statistique portant sur les résultats d'un croisement-test entre un individu double hétérozygote (deux caractères étudiés portés par des chromosomes différents) et un individu double homozygote.
    • Dans un second temps, on poursuit la démarche d'investigation en relation avec la fécondation. 
    - Les conséquences génétiques de la fécondation pourront être abordées en cohérence avec les conséquences génétiques de la méiose, dans le contexte de l’étude de croisements au sein d’un élevage ou d’une culture par exemple, de façon à bien mettre en évidence le phénomène d’amplification du brassage interchromosomique ayant lieu à la fécondation par rapport au brassage ayant lieu lors de la méiose. Ce phénomène d’amplification concourt à la grande diversité, voire à l’unicité, des individus issus d’une reproduction sexuée.

    Remarque :
    Dans toute cette phase de travail sur des résultats de croisements et d’analyse statistique, il est opportun de se rapprocher de l’enseignant de mathématiques afin d’établir une cohérence entre les notions abordées dans les deux disciplines (croisement entre la combinatoire génétique et la formalisation mathématique). Des ressources intéressantes sont disponibles dans ce domaine sur le site Statistix (http://www.statistix.fr/).

    Piste pédagogique 3 : aborder la notion d’anomalies lors du déroulement de la méiose et leurs conséquences :

    • Anomalies caryotypiques et conséquences pour l’individu : les élèves ont découvert au collège l’existence de certaines anomalies caryotypiques dans l’espèce humaine (trisomies essentiellement). Il a été établi que ce nombre anormal de chromosomes empêche le développement de l’embryon ou entraîne des caractères différents chez l’individu concerné.

    Piste pédagogique 4 : il reste maintenant à expliquer l'apparition de ces anomalies.

    Un travail en atelier dans le cadre de la pratique d’une démarche d’investigation et/ou de résolution de tâche complexe est particulièrement approprié pour cette étude.

    Des exemples différents pourraient être proposés à différents groupes d’élèves au sein de la classe, chaque groupe étant chargé de trouver et de présenter les mécanismes à l’origine de l’anomalie qu’il a étudiée, comme le ferait un médecin chargé de fournir des explications à un couple concerné par ces problèmes.

    Remarque :
    L’étude de différents cas de trisomie 21 (cas avec un chromosome 21 surnuméraire – cas avec une translocation) peut être intéressante pour préparer à la découverte de la notion de duplication.
    • Anomalies à l’origine de duplications géniques et conséquences en terme d’évolution : la découverte du phénomène de duplication génique doit être nécessairement replacée dans un contexte évolutif.
    Cette étude pourrait tout à fait trouver sa place dans le cadre de l’étude du thème 1-A-2 « diversification génétique et diversification des êtres vivants ». Elle peut constituer une liaison entre les thèmes 1-A-1 et 1-A-2.

    Plusieurs approches pédagogiques sont envisageables :

    • Soit présentation des phénomènes en s’appuyant sur des docs scientifiques et/ou des animations :
    - Crossing-over inégal à l’origine d’une duplication génique
    - Puis... devenirs possibles des duplicata et notion de famille multigénique.

    Ces phénomènes étant maintenant connus, il est possible de :

    - Soumettre aux élèves des exemples concrets de familles multigéniques... avec pour objectif de reconstituer « l’histoire génétique » de cette famille.

    - Différents groupes peuvent travailler sur des exemples différents... :

    Famille où les gènes codent pour des protéines ayant conservé un rôle similaire,
    Famille où les gènes codent pour des gènes aux fonctions très différentes, …

    - Une phase de mutualisation sera l’occasion de souligner l’importance de ce phénomène de duplication génique, ayant pour origine une anomalie de la méiose, en terme d’évolution du vivant.

    - Selon le niveau de la classe, on pourrait aussi proposer à certains groupes un travail qui porte d’une façon plus générale sur la notion de « bricolage moléculaire » (travail sur des exemples d’homologies partielles de certains gènes qui illustrent le fait que des gènes peuvent être constitués de fragments de plusieurs autres gènes), ou encore sur l’existence de pseudogènes dans l’ADN non codant.
    • Soit résolution d'une tâche complexe : les élèves disposent de plusieurs documents... :
    - Définition d’une famille multigénique.
    - Document présentant un mécanisme de duplication génique.
    - Données sur des gènes d’une même famille et outil de comparaison de séquences.
    - Documents précisant le rôle dans l’organisme des protéines codées par les gènes.
    - Document présentant les gènes présents chez différents organismes ayant des relations de parenté,…

    ... et utilisent ces documents pour :

    - Argumenter du fait que « des anomalies survenant au cours de la méiose peuvent être source de diversification du vivant ».

    Remarque :
    Au terme de cette étude, c’est la notion de plasticité du génome qui peut être dégagée, en lien avec l’étude du thème suivant.
    Ressources - Bibliographie

    C. Karp. Biologie cellulaire et moléculaire – Concepts et expériences. 3e édition ed. De Boeck , 2010

    Ouvrage pour la mise à jour des connaissances et illustrations (photos, schémas).
    Une synthèse particulièrement complète des connaissances actuelles sur l’organisation et le fonctionnement de la cellule, les relations intercellulaires, la résistance aux antibiotiques, les maladies héréditaires, les virus, … Une approche à partir de la confrontation des mécanismes normaux et pathologiques (recherches biomédicales). Une approche historique de certaines découvertes.

    A. Read, D. Donnai. Génétique médicale – De la biologie à la pratique clinique. ed. De Boeck Supérieur  ,2008.

    Ouvrage pour la mise à jour des connaissances, pour trouver des exemples supports d’activités, …
    Un panorama en plusieurs chapitres pour aborder la génétique médicale, le conseil génétique aux maladies plurifactorielles, la médecine prénatale et la cancérologie. Chaque chapitre fait le lien entre les avancées de la biologie fondamentale, celles des techniques de laboratoire et de leurs conséquences en pratique clinique.

     P. Luchetta, M.C. Maurel, D. Higuet et al. Évolution moléculaire. Collection Sciences Sup – ed. Dunod, 2005.

    Ouvrage pour la mise à jour des connaissances, pour trouver des exemples supports d’activités, …
    Ouvrage qui rassemble les connaissances actuelles dans ce domaine, et notamment les mécanismes  moléculaires à l’origine de la création de nouveautés génétiques (duplication, insertion d’éléments transposables, brassage d’exons, épissage alternatif, rôle des pseudogènes et des introns dans l’évolution, …). Une partie entière est également consacrée à l’étude de la structure et à l’évolution des génomes ainsi qu’à la reconstitution et à la compréhension de l’histoire évolutive des êtres vivants.

    J. Schacherer. La duplication des gènes, moteur de l'évolution. La Recherche, avril 2009, n°429

    En 2004 l'équipe de Sanjeev Krishna, de l'école de médecine de l'hôpital St George de Londres, a ainsi étudié le génome d'une population de Plasmodium falciparum, le parasite responsable du paludisme. Cette population avait pour particularité d'être résistante à un médicament nommé méfloquinine. L'équipe londonienne a montré que cette résistance était corrélée à l'augmentation du nombre de copies d'un gène nommé pfmdr1. Il s'agit d'un gène qui code un transporteur impliqué dans l'expulsion, par le parasite, de nombreuses molécules toxiques (dont la méfloquinine). En avoir plusieurs copies constitue donc un avantage pour la population de Plasmodium concernée.
    www.larecherche.fr/content/recherche/article?id=25131

    H. Tostivint .Familles multigénique et dynamique des génomes. bulletin APBG, 2010, n°3

    Illustration de l’importance des duplications dans l’évolution de quelques familles multigéniques de vertébrés

    Pierre-Henri Gouyon. Génétique et Évolution. Ed. Gallimard, coll. « CIRCO », 2007. 1 DVD.

    Ressources - Sitographie
      Thème 1-A-2 Diversification génétique et diversification des êtres vivants

      Préambule

      Remarque : les mécanismes de diversification abordés sont étroitement liés aux notions d’espèce et de spéciation, abordées dans le thème 1-A-3. Il est donc tout à fait possible d’aborder cette partie de programme après l’étude du thème 1-A-3, ou encore de profiter de l’étude menée à l’occasion de la découverte de la diversité des mécanismes de diversification des êtres vivants pour aborder la notion d’espèce et la notion de spéciation.

      Il est préférable de ne pas se limiter à l’étude d’un exemple qui permettrait de tout aborder, mais de permettre aux élèves d’appréhender la diversité des mécanismes et des phénomènes impliqués, l’objectif prioritaire étant de développer chez les élèves des compétences en matière de pratique du raisonnement scientifique et de l’argumentation.
      Acquis à mobiliser

       • Notion de biodiversité à différentes échelles, et relations de cause à effet entre la biodiversité à l’échelle des organismes et la biodiversité génétique.
      ◦ Le phénotype macroscopique dépend du phénotype cellulaire, lui-même induit par le phénotype moléculaire.
      ◦ Le phénotype moléculaire dépend du patrimoine génétique de la cellule et de la nature des gènes qui s’expriment sous l’effet de l’influence de facteurs internes et externes variés.
      ◦ L’expression d’un phénotype dépend donc du génotype et de l’environnement).
      ◦ Les mutations sont la source aléatoire de la diversité des allèles, fondement de la biodiversité.
      • Notion de caractères héréditaires, transmis lors de la reproduction sexuée, et modalités de cette transmission (cf thème 1-A-1 de terminale S).
      • Possibilité de survenues d’anomalies lors du déroulement de la méiose, et perception des conséquences de ces anomalies, pour l’individu, mais aussi dans un contexte d’évolution du vivant.
      • Notion de plan d’organisation (des vertébrés).
      • Notion d’homologie moléculaire (utilisées pour établir des relations de parentés).

      Représentations initiales et nouvelles notions à bâtir.

      D’une façon générale, à ce stade des connaissances, les élèves pensent que ce sont les mutations qui sont essentiellement à l’origine de la diversification des formes de vie, donc des génomes. Ils ont découvert lors de l’étude du thème 1-A-1 que de nouveaux gènes pouvaient apparaître par duplication puis modification (mutations) d’un gène préexistant.
      Il s’agit maintenant de leur faire prendre conscience :
      • De la diversité des mécanismes de diversification des génomes.
      • De l’existence et de l’importance des gènes impliqués dans le développement et des conséquences possibles de leurs variations.
      • De la possibilité de diversification du vivant sans modifications génomes par mutations.
      • De la possibilité de transmission de caractères comportementaux d’une génération à l’autre par voie non génétique.

      Il est important de ne pas perdre de vue que les mécanismes étudiés ne le sont pas pour eux-mêmes, mais sont à étudier en relation avec leurs conséquences sur la diversification des êtres vivants.

      Il ne s’agit pas ici d’aboutir à une liste de processus de diversification du vivant ni de viser l’exhaustivité, mais simplement de proposer aux élèves des situations de travail qui leur permettent d’appréhender la diversité et la complexité des mécanismes. L’accent sera mis sur la pratique de la démarche d’investigation, sur l’argumentation scientifique, sur le développement de l’autonomie des élèves, dans une optique de formation scientifique et de compréhension de ce qu’est la science, en perpétuelle évolution en fonction des nouvelles données disponibles.

      Quelques pistes pédagogiques

      Les pistes données ci-dessous s’adressent aux enseignants qui ont choisi d’aborder séparément les thèmes 1-A-2 et 1-A-3. Pour ceux qui ont choisi d’aborder de façon liée les thèmes 1-A-2 et 1-A-3, des pistes pédagogiques sont proposées dans le chapitre suivant.

      Aborder les mécanismes de diversification des génomes / diversification des êtres vivants.

      Si l’on souhaite aborder de manière distincte les mécanismes de diversification des génomes, un travail par ateliers,  tournants ou non, semble être la stratégie pédagogique la plus adaptée. Dans chaque atelier, les élèves disposent de documents, de données et d’outils de traitement de ces données, qui leur permettent d’identifier le mécanisme mis en jeu et d’en préciser les caractéristiques. Une communication synthétique à l’ensemble de la classe en fin de séance si les élèves n’ont travaillé chacun que sur un exemple, ou encore la réalisation d’une affiche ou d’un document donnant une idée de la diversité des mécanismes en jeu, seront l’occasion de développer des compétences dans le domaine de la communication scientifique.

      Dans le cadre de la préparation des élèves aux études supérieures, il peut être intéressant ici de confronter les élèves à des documents scientifiques parfois un peu complexes, le travail consistant alors à en dégager les principes essentiels.

      Quelques exemples :

      (Certains sont utilisables dans le cadre d’une étude regroupée des notions des thèmes 1-A-2 et 1-A-3, car ils sont aussi l’occasion d’aborder les mécanismes à l’origine de la spéciation ou encore d’évoquer le cas d’hybrides fertiles)

      • Nombreux exemples de polyploïdisation chez les végétaux
      • Salamandres hybrides – polyploïdisation – hybrides fertiles ( site de l’académie de Nantes :
      www.pedagogie.ac-nantes.fr/05661359/0/fiche___pagelibre/&RH=1158678510343&RF=SVT)
      • Souris de Madère – remaniements chromosomiques
      • Tournesols américains – polyploïdisation
      • Chou/navet (Raphanus) – polyploïdisation
      • Mollusques gastéropodes (Bulinus truncatus)–polyploïdisation (on connait des populations à 2n sous les tropiques, à 4n en milieu tempéré, à 6n et même 8n en altitude)

      Aborder l’importance des changements dans l’expression des gènes de développement/diversification des êtres vivants :

      Les élèves découvrent à cette occasion l’existence de gènes impliqués dans le développement.

      Ils doivent arriver à percevoir le fait que ces gènes vont entrer en jeu à des moments et en des lieux précis lors du développement. La chronologie et le timing de l’expression de ces gènes sont donc essentiels, ce qui interroge sur leur « contrôle ». Aucune étude détaillée des modalités de l’expression de ces gènes et de leur contrôle n’est attendue.

      Il est également important que les élèves découvrent l’homologie importante des gènes de développement au sein des groupes (vertébrés, mais aussi d’une façon plus générale au sein du vivant), dans l’optique de prendre conscience du fait que des changements dans ces gènes peuvent avoir des conséquences très importantes et être à l’origine de nouveaux plans d’organisation.

      • L’étude de mutants, par exemple chez les membracidés ou chez la drosophile, peut être l’occasion de découvrir les gènes de développement et les conséquences des changements dans leur expression. Les élèves doivent percevoir le fait que des organismes viables et fertiles, peuvent résulter de modifications de l’expression de gènes de développement et être à l’origine de nouvelles formes du vivant ( c’est l’idée de « monstre prometteur »).

      • Une activité portant sur des comparaisons de séquences de gènes de développement homologues chez différents organismes sera l’occasion de découvrir les similitudes et de replacer ces constats dans une optique évolutive : on aura ici besoin de manipuler la notion d’homologie moléculaire, établie en classe de première à l’occasion de l’étude des parentés entre les primates à partir des pigments visuels.
      • La mise en relation des conclusions obtenues à partir de l’étude des mutants pour les gènes de développement et de l’étude mettant en évidence les homologies des gènes de développement sera l’occasion d’amener les élèves à formuler des hypothèses concernant l’apparition de nouveaux plans d’organisation chez les êtres vivants.

      Remarque       : une approche à partir de documents (textes et/ou illustrations) présentant des « monstres » peut s’avérer motivante pour les élèves, et peut également constituer un lien avec l’histoire des arts. A cette occasion, on peut mobiliser leurs représentations initiales sur les mécanismes pouvant expliquer l’apparition de ces monstres en termes scientifiques (mécanismes génétiques qui pourraient être impliqués), et les amener ensuite à découvrir l’existence de « monstres » vivants actuellement pour aborder les notions au programme et découvrir l’importance des gènes de développement et les conséquences des modifications de leur expression, notamment en terme évolutif).

      Quelques exemples       :

      Aborder la diversification du vivant qui n’a pas pour cause initiale une modification du génome.

      Il s’agit ici d’aborder un domaine qui est relativement nouveau pour les élèves (et peut être aussi pour les enseignants) : la transmission de génération en génération de caractères qui ne résultent pas, du moins à l’origine, de l’expression du génome.

      Deux domaines sont envisagés ici : le cas des associations (symbioses notamment) et le cas de certains comportements (notamment chez les vertébrés).

      Il est possible de mettre les élèves en activité autour d’études de cas. Des données variées sont fournies de façon à permettre aux élèves d’argumenter sur le fait que certains caractères soient réellement transmis de génération en génération, bien que leur apparition ne semble pas résulter pas d’un mécanisme de diversification du génome.

      • A propos des symbioses : il s’agit d’aborder essentiellement des exemples d’endosymbioses, dans l’optique d’étudier l’origine probable et la transmission de cette association de génération en génération. D’autre part, on pourra être amené à évoquer les transferts horizontaux de gènes à partir d’exemples simples ; on rapprochera alors cette étude de celle des mécanismes de diversification des génomes abordée précédemment.

      • A propos de la transmission de comportements nouveaux : il sera utile de préciser ce qu’est un comportement, les interactions qu’il comporte, et son importance dans des phases clés de la vie des êtres vivants (recherche de nourriture, rapprochement des partenaires pour la reproduction).

      On peut être amené à évoquer ici la notion « d’empreinte », processus d’apprentissage mis en jeu pendant le développement des jeunes et qui produit une modification durable d’un comportement.

      Cette empreinte pourrait être héritable, bien qu’elle ne soit pas génétique. Si cette notion est abordée, elle doit l’être dans un contexte où la sélection naturelle est abordée, car cette héritabilité ne se fera que si l’empreinte affecte la valeur sélective.

      Certains exemples (concernant notamment la diversification de populations d’oiseaux (pouillot véloce / pouillot ibérique) en fonction du chant) sont des supports intéressants pour travailler la démarche expérimentale, démarche suivie par les chercheurs dans ce domaine (on parle de « démarche éthologique »). En effet, les chercheurs enregistrent les différents chants ou cris, les comparent pour repérer des séquences qui diffèrent selon les populations, font des hypothèses sur l’implication de ces modifications dans la « séparation des populations », puis testent leurs hypothèses en créant des séquences modifiées et en observant leur effet sur les populations naturelles.

      Quelques exemples :

      - Pour l’endosymbiose :
      - La salamandre « chlorophyllienne » - exemple d’endosymbiose.
      (www.pedagogie.acnantes.fr/05661359/0/fiche___pagelibre/&RH=1158678510343&RF=SVT
      - Le ver géant Riftia et des bactéries autotrophiques – exemple d’endosymbiose.
      - Les mycorhizes.
      - Les planaires (Convoluta roscoffensis) qui hébergent des chrlorelles dans leur mésoderme).
      - L’origine symbiotique des chloroplastes et des mitochondries.

      - Pour les transferts horizontaux de gènes :
      - Les ascidies dont la paroi contient de la cellulose.
      - L’origine symbiotique des chloroplastes et des mitochondries.

      - Pour la transmission de comportement à l’origine de la diversification des populations :
      - Chants d’oiseaux, notamment chez les oiseaux-chanteurs ou oiseaux oscines (des études ont été réalisées chez la Paruline à sourcils blancs ou encore chez le Diamant mandarin).
      - Pouillot véloce et pouillot ibérique.
      - Utilisation d’outils chez certains primates (notion de « culture » chez les chimpanzés par exemple). 

      Quelques ressources pour enseigner le thème 1-A-2
      • Bibliographie
        P. Luchetta, M.C. Maurel, D. Higuet et al. Évolution moléculaire. Collection Sciences Sup – ed. Dunod, 2005
        Ouvrage pour la mise à jour des connaissances, pour trouver des exemples supports d’activités, …
        Ouvrage qui rassemble les connaissances actuelles dans ce domaine, et notamment les mécanismes moléculaires à l’origine de la création de nouveautés génétiques (duplication, insertion d’éléments transposables, brassage d’exons, épissage alternatif, rôle des pseudogènes et des introns dans l’évolution, …). Une partie entière est également consacrée à l’étude de la structure et à l’évolution des génomes ainsi qu’à la reconstitution et à la compréhension de l’histoire évolutive des êtres vivants.
        G. Lecointre. Guide critique de l’évolution. Ed. Belin, 2009.

        Dans cet ouvrage très riche, on trouvera en relation avec les mécanismes de diversification du génome une présentation du cas des tournesols américains, ainsi que des souris de Madère.

        D. Lestel. Les origines animales de la culture. Ed.Champs Flammarion, 2003.
        F. de Waal. De la réconciliation chez les Primates. Ed.Champs Flammarion, 2002.
        Danchin, Giraldeau, Cezilly. Ecologie comportementale. Ed. Armand Colin, 2005.
        P.H. Gouyon. Les avatars du gène. Ed. Belin, 1997.
        Article « la culture des chimpanzés ». Pour la Science - Octobre 2007 n° 57.
        Dossier « endosymbioses ». BIOFUTUR – n° 299 , MAI 2009.

        Logithèque

        Logiciel ANAGENE – comparaison de séquences nucléotidiques ou protéiques de gènes homéotiques ou des produits de leur expression
        Logiciel PHYLOGENE – arbres de parenté entre des gènes homéotiques

      • Sitographie

        A propos de la polyploïdisation

        • Diaporama « polyploïdisation et évolution des génomes » - ENS/univ Evry
        www.ens.univ-evry.fr/.../Polyploidisation_et_evolution_des_genome...

        • Diaporama « les origines de l’amélioration des plantes » - Univ Montpellier 2 ; quelques diapos sur la polyploïdisation, les étapes historiques, l’intérêt,
        www.ens.univevry.fr/dokeos/courses/COURS_455/document/Cours/Polyploidisation_et_evolution_des_genomes_polyploidessept09.ppt?cidReq=COURS_455

        A propos de l’endosymbiose

        • Communiqué de presse CNRS : « échange de gènes entre une micro-algue et un virus géant » - Août 2009
        www2.cnrs.fr/presse/communique/1648.htm

        • Dossier de la station biologique de Roscoff – « relations de couple au soleil : l’endosymbiose cnidaires/Dinoflagellés »
        www.sb-roscoff.fr/ETSymbioses2008/pdf/Biofutur/40-44-Furla299.pdf

        A propos des gènes de développement

         Site SNV Jussieu – Gènes homéotiques
        www.snv.jussieu.fr/vie/dossiers/GeneHomeo/genhomeo.html

        Site université de tous les savoirs – conférence vidéo sur le thème « les gènes homéotiques et l’évolution des animaux »
        www.canalu.tv/video/universite_de_tous_les_savoirs/les_genes_homeotiques_et_l_evolution_des_animaux.1291

        Site de l’Université Pierre et Marie Curie - « développement embryonnaire et gènes sélecteurs »
        www.snv.jussieu.fr/bmedia/homeotique/index.html

        Site de l’INRP Acces (IFE/ENS)
        www.inrp.fr/Acces/biotic/develop/controle/accueil.htm

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      Préambule

      Acquis à mobiliser

      Les notions suivantes ont déjà été abordées :

      • Biodiversité à divers échelles : la biodiversité est notamment décrite comme une diversité d’espèces, et la notion de biodiversité intraspécifique a été abordée et renforcée par l’étude du thème 1-A-2
      • Biodiversité à un instant « t » = produit et étape de l’évolution
      • Mécanismes de l’évolution : mécanismes d’évolution du génome – phénomènes permettant le maintien des nouveautés évolutives : sélection naturelle et dérive génétique
      • Notion d’espèce
      • Renouvellement des espèces au cours du temps
      • Origine commune de tous les êtres vivants
      • Relations de parenté entre les êtres vivants (phylogénies)
      • modifications des milieux de vie au cours du temps (en relation notamment avec la tectonique globale, l’évolution des climats, l’influence de l’homme)


      Représentations initiales et nouvelles notions à bâtir

      L’élève a, à ce stade, une représentation de l’espèce qui est la suivante :

      • Un ensemble d’individus qui présentent des caractéristiques communes (phénotypiques et caryotypiques)
      • Un ensemble d’individus qui sont interféconds, et dont les descendants sont féconds également
      • Il a également l’idée que les espèces se renouvellent au cours des temps géologiques, ce qui signifie qu’une espèce a une durée de vie limitée, qu’elle peut disparaître, et qu’elle est apparue à un moment donné. L’apparition de nouvelles espèces se fait toujours à partir d’espèces préexistantes. La notion d’espèce a donc été placée dans un contexte dynamique évolutif.

      Il s’agit, en classe de terminale, d’amener les élèves à découvrir que le concept d’espèce n’est pas si tranché que cela, et donc de l’amener à remettre en cause ce qui était pour lui une certitude bien établie.

      L’enjeu est ici essentiellement de faire comprendre aux élèves que l’on peut faire évoluer ses représentations à la lumière de données nouvelles. Ainsi, la notion d’espèces va évoluer pour devenir « une population d’individus isolés génétiquement des autres populations » (ce qui ne manquera de poser question si on y repense aux exemples de diversification du vivant à partir de mécanismes non génétiques …).

      Les études menées seront aussi l’occasion de découvrir quelques modalités de spéciation, celle-ci étant envisagée dans un contexte dynamique, et en considérant l’espèce comme une réalité statistique et collective. Une nouvelle espèce apparaîtra donc lorsque l’on aura un nouvel ensemble qui s’individualise, autrement dit une population qui s’individualise.

      On peut citer à ce propos G. Lecointre, professeur au Museum National d’Histoire Naturelle :
      « Dans la nature il n’y a pas d’espèces : il n’apparait que des barrières de reproduction. Les espèces, c’est nous qui les créons à partir d’un modèle théorique » (Revue Espèces – n° 1 – septembre 2011).
      Remarque : il pourra aussi être intéressant de se placer dans un contexte d’histoire des sciences autour de la définition et de l’évolution du concept d’espèce. Une approche épistémiologique permet de prendre conscience du fait qu’il y a effectivement plusieurs définitions possibles de l’espèce, en fonction du contexte dans lequel on se place.

      Quelques pistes pédagogiques

      Un contexte de démarche scientifique rigoureuse permet d’amener les élèves à faire évoluer leurs représentations initiales. On pourra donc proposer aux élèves des situations de travail où ils auront à mobiliser à la fois leurs connaissances et leurs savoir-faire en termes d’analyse de documents et de raisonnement scientifique.
      Il sera intéressant de mettre les élèves en activité autour d’études de cas, en organisant le travail en ateliers, tournants ou non.

      Les exemples choisis comme support de travail permettront aux élèves :

      • De constater une évolution des populations au cours du temps (diversité phénotypique, en relation avec la diversification des génomes)
      • D’appréhender les facteurs à l’origine de cette évolution (pression du milieu, concurrence entre les êtres vivants, hasard)
      • De discuter des limites de la notion d’espèce (hybrides fertiles)

      Quelques exemples

      Le tableau ci-dessous donne quelques idées sur des exemples qui pourraient constituer des supports d’étude intéressants avec les élèves : (cf ressources)
      Exemples
      Mécanismes mis en jeu
      Moustiques du métro de Londres
      Mutations - spéciation par isolement géographique - sélection naturelle
      Souris de Madère
      Remaniements chromosomiques (fusions) – spéciation par isolement reproductif et/ou géographique – dérive génétique
      Ours blanc/ours brun
      (hybride : « le pizzly »)



      Hybrides fertiles
      Tigre et lion
      Corneille noire / corneille mantelée
      Pouillots asiatiques
      Pieris napi / Pieris bryoniae
      Tournesols américains
      Modifications caryotypiques – spéciation par isolement reproductif – hybrides fertiles
      Certains insectes Diptères (Culex, Aedes, Drosophila) dont les gamètes sont parasités par des Rickettsies ou par des bactéries du genre Wolbachia
      Spéciation par isolement reproductif (les gamètes infectés par les rickettsies ne sont pas « compatibles » avec les gamètes non infectés)
      Saumons (Onchorhynchus)
      Isolement reproductif écologique
      Crapauds du genre Bombina
      Isolement reproductif écologique
      Drosophiles
      Selon les populations : isolement reproductif comportemental, isolement reproductif écologique, isolement reproductif mécanique
      Mouche de la pomme (Rhagoletis)
      Sélection diversifiante
      Pouillot verdâtre (Phylloscopus trochiloïdes)
      Anneaux de spéciation (spéciation par isolement géographique)
      Attention l’interprétation a évolué depuis les premières études publiées, et notamment par rapport à ce qui était enseigné dans d’anciens programmes de la classe terminale)
      Goélands de l’hémisphère nord (genre Larus)
      Géosptizes des Galapagos

      Spéciation – dérive génétique – sélection naturelle
      Drépanicidés
      Cyclidés des grands lacs africains
      Fauvettes à tête noire
      Spéciation – action de l’homme – compétition intraspécifique
      Mésanges
      Notion d’espèces, définition, limites
      Guppy
      Sélection naturelle / sélection sexuelle
      Tigre/lion
      Spéciation prézygotique - Barrière de reproduction = géographie et comportement
      Mouton/chèvre
      (développement de l’embryon stoppé au 1/3) Spéciation post-zygotique

       Quelques ressources pour enseigner le thème 1-A-3

      Bibliographie

      G. Lecointre. Guide critique de l’évolution. Ed. Belin,2009.
      Les dossiers thématiques de cet ouvrage peuvent s’avérer particulièrement utiles (variation, sélection naturelle, adaptation, spéciation).
      Des mises au point scientifiques et des études de cas
      P. Lherminier. Le mythe de l’espèce. Ed. Ellipses, 2009.
      Une réflexion « entre sciences et philosophie » sur le concept d’espèce.
      L. Allano et A. Claemens. L’évolution, des faits aux mécanismes. Ed. Ellipses,2000.
      De nombreux exemples sur la spéciation, documents à l’appui, dans le chapitre 1 « individus, populations, espèces ».
      M. Ridley. Évolution biologique. Ed De Boeck, 2012.
      Un grand classique, très pointu scientifiquement, et richement documenté.
      T. Goldschmidt. Le vivier de Darwin, un drame sous le lac Victoria. Ed. Seuil – Collection Science Ouverte, 2003.
      Un reportage scientifique sur un séjour de recherche au lac Victoria. Dans cet ouvrage on tente de comprendre comment la vie évolue et dans quelle mesure l’intervention de l’Homme peut rompre l’équilibre d’un écosystème.
      M. Pascal, O. Lorvelec, JD Vigne. Invasions biologiques et extinctions. Ed. Belin – 2006
      De très nombreux exemples sur l’évolution de certaines espèces de vertébrés en France.
      S.J. Gould. La vie est belle : les surprises de l’évolution. Ed. Points Science, 2004.
      Article : « le dialogue des Vervets ». Espèces, n° 2, décembre 2011.
      Une étude réalisée chez des vervets (« singes verts ») sur la capacité de ces primates sociaux à localiser leurs congénères à partir de vocalisations échangées.
      G. Lecointre. Article : « les espèces, c’est nous qui les faisons ». Espèces, n° 1, septembre 2011
      Une mise au point particulièrement intéressante sur la notion d’espèces

      Sitographie

      A propos du concept d’espèce et de la spéciation :

      Un article d’Hervé le Guyader « Doit-on abandonner le concept d’espèce ? » sur le site de l’INRA www.inra.fr/dpenv/leguyc46.htm
      Tous les points importants du concept sont repris, expliqués, discutés et mis en perspective dans l’approche nouvelle du vivant et de son histoire

      Un article de Pascal Tassy sur le site du Museum National d’Histoire Naturelle à propos de la définitions de l’espèce en paléontologie : « L’émergence du concept d’espèce fossile : le mastodonte américain (Proboscidea, Mammalia) entre clarté et confusion »
      www.mnhn.fr/publication/geodiv/g02n2a1.html

      Dossier « les mécanismes de l’évolution » - G. Lecointre et A. Dettaï – site SNV Jussieu
      www.snv.jussieu.fr/vie/dossiers/evolution/evol/mecaevol.htm

      Un dossier sur le site de l’université de Berkley sur l’évolution, avec une partie sur la spéciation – des animations humoristiques très intéressantes
      http://evolution.berkeley.edu/evolibrary/article/evo_01

      Un exemple d’activité sur la spéciation en anneau des Salamandres californiennes, avec utilisation de Google Map
      http://svt.ac-rouen.fr/biologie/speciation_salamandre/spesalam.html

      Un diaporama qui aborde le thème de la sélection sexuelle sur le site de l’université Lille 1 :  auteur : M. Amsellem
      http://gepv.univ-lille1.fr/downloads/enseignements/L2-S3/L2-S3-EcolGen_Selec_sexuelle.pdf

      A propos de biodiversité et d’évolution :

      Dossiers SagaSciences du CNRS : biodiversité
      www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosbiodiv/index.html

      Dossier SagaSciences du CNRS : évolution
      www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosevol/accueil.html

      Sur le site Planet Terre de l’ENS : « Sélection naturelle, VIH, Pinsons : ce que Darwin ne pouvait pas savoir » - O. Chassaing, F. Campo Paysaa : http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre/XML/db/planetterre/metadata/LOM-selection-VIH-pinsons-darwin.xml#id2713234

      Logithèque

      Modélisation de l’évolution des pinsons des Galapagos avec le logiciel Vensim PLE :
      www2.ac-lyon.fr/enseigne/biologie/spip.php?article453

      Simulation graphique de la dérive génétique et de la sélection naturelle à partir de l’exemple de la phalène du bouleau – programme « Java » permettant de simuler l’évolution des allèles au sein d’une population, en fonction des génotypes choisis et de l’avantage apporté ou non.
      www.pedagogie.ac-nantes.fr/03312400/0/fiche___ressourcepedagogique/&RH=1160339691609

      Utilisation de Google Earth et de fichiers kmz pour aborder la biodiversité des moustiques. Les informations contenues dans ce dossier permettent d’étudier l’évolution de l’espèce Culex pipens au cours du temps.
      http://svt.ac-montpellier.fr/spip/spip.php?article89
      Thème 1-A-4 Un regard sur l'évolution de l'homme

      Préambule...

      Acquis à mobiliser

      • Place de l’Homme au sein des Vertébrés et des Primates. (arbre de parenté dans lequel l’Homme est placé).
      • Principe d’établissement des arbres de parenté à partir de caractères phénotypiques et de caractères moléculaires.
      • Notion de gènes de développement, et importance des modalités de leur expression. (chronologie, lieu).
      • Phénotype : résultat de l’expression des gènes et de l’influence de certains facteurs de l’environnement.
      • Transmission possible de génération en génération de certains caractères comportementaux ou culturels.

      Représentations initiales et nouvelles notions à bâtir

      Les élèves ont beaucoup d’idées préconçues sur la place de l’Homme au sein des Primates, et les médias se font régulièrement l’écho de nouvelles découvertes paléontologiques où l’on aurait enfin trouvé « l’ancêtre de l’Homme » ou celui des Primates. Bien qu’ils aient abordé en classe de 3e la place de l’Homme au sein du monde vivant, et notamment au sein des Primates, des représentations erronées persistent souvent. Il est nécessaire, lorsque l’on aborde cette étude, de mobiliser d’une façon ou d’une autre les représentations des élèves, ne serait-ce parfois que pour faire un premier « tri » et préciser que le travail portera uniquement sur l’aspect scientifique des choses.

      Une des manières d’aborder les nouvelles notions à bâtir peut être de les regrouper en deux domaines complémentaires : ce qui relève de la dynamique évolutive au sein du groupe des Primates, et ce qui relève des mécanismes et des phénomènes à l’origine de la diversification Homme / Chimpanzé. Le point suivant développe cette approche, qui n’est pas la seule possible bien évidemment.

      Quelques pistes pédagogiques

      Il s’agit bien ici, comme l’indique le titre du thème 1-A-4, de porter « un regard sur l’évolution de l’Homme ». Il y a une grande diversité de regards possibles, et l’objectif essentiel qui est poursuivi est d’amener les élèves à développer ici le « regard scientifique », à l’identifier clairement et à appréhender le fait que dans ce domaine de l’étude de l’évolution de l’Homme, comme dans d’autres domaines, la « science est en mouvement », que des controverses subsistent (notamment autour de l’arbre phylogénétique du genre Homo), et que chaque nouvelle découverte peut remettre les choses en cause, à condition que l’analyse qui en est faite soit pertinente scientifiquement.

      L’une des approches possible est de porter deux « regards scientifiques » sur l’évolution de l’Homme :

      • Un « regard scientifique sur la place de l’Homme dans la dynamique évolutive des Primates » :

      ◦ Origine des Primates.
      ◦ Arbre phylogénétique traduisant les parentés Homme/chimpanzé (avec la notion de dernier ancêtre commun : DAC), ainsi que les parentés au sein du genre Homo, en relation avec les caractéristiques de ce groupe et la diversification des caractères au sein de ce groupe.
      ◦ Dynamique de l’évolution au sein du groupe des grands Primates et au sein du groupe Homo : apparition, diversification (caractère buissonnant), puis réduction de la diversité.

      • Un « regard scientifique sur les mécanismes qui ont pu être à l’origine de la diversification Homme/chimpanzé à partir de leur dernier ancêtre commun » :

      ◦ Acquisition du phénotype humain au cours du développement pré et post natal : interactions entre l’expression de l’information génétique et l’environnement (y compris les relations sociales).
      ◦ Différences génétiques Homme/Chimpanzé en lien avec des différences de position et de chronologie de certains gènes.

      Un des objectifs principaux de ce thème 1-A-4 à travers ce travail sur les arbres phylogénétiques est de développer la réflexion scientifique des élèves, de les mettre en situation de raisonner à partir des connaissances et des savoir-faire qu’ils maîtrisent à ce stade, de s’interroger et d’appréhender le fait que les résultats obtenus peuvent varier en fonction des caractères pris en compte ou des fossiles considérés, des incertitudes et des controverses demeurant à ce jour et faisant débat parmi les scientifiques.

      Plusieurs stratégies pédagogiques sont envisageables, et il conviendra de varier la nature des activités proposées. Ainsi, outre les activités classiques, il pourrait être intéressant dans ce domaine où persistent beaucoup d’idées préconçues, d’afficher certaines de ces idées, et d’amener les élèves à les confronter aux données scientifiques afin d’argumenter sur leur validité ou non.

      Aborder la dynamique évolutive des Primates.

      - Il s’agit d’appliquer au genre Homo les acquis en matière d’établissement de relations de parenté, puis de faire prendre conscience à l’élève du caractère buissonnant d’un arbre phylogénétique à partir de l’exemple de ce groupe.

      Ainsi, on amènera par exemple l’élève à faire évoluer l’arbre très simple construit dans un premier temps pour placer l’Homme au sein des Primates vers un arbre beaucoup plus buissonnant, en greffant sur la « branche » spécifique à l’Homme quelques espèces fossiles du genre Homo, tout cela étant justifié par un raisonnement scientifiquement rigoureux.

      Il est important de permettre aux élèves de travailler sur des arbres de parenté avec différentes approches, construction, manipulation, lecture et analyse, de façon à s’assurer qu’ils maîtrisent bien sa signification.

      Une activité où l’on a recours à l’utilisation d’un logiciel de traitement de données (exemple : Phylogène) présente l’intérêt particulier de permettre aux élèves de manipuler facilement les arbres, ainsi que pour évoquer la notion de DAC. Il est alors fort intéressant pour la formation scientifique des élèves de leur  laisser la possibilité, après une prise en main du logiciel et de ses fonctionnalités, de travailler la démarche d’investigation et de développer leur autonomie.

      Il serait également intéressant en terme de formation des élèves de les placer en situation de résolution d’une tâche complexe dans laquelle ils disposent de documents leur permettant d’observer divers caractères d’individus du genre Homo et de Chimpanzés, ainsi que de documents présentant un ou    plusieurs arbres de parenté différents où les individus présentés sont placés. L’activité peut alors consister, par exemple, à utiliser les informations apportées par ces documents pour argumenter sur la validité de tel ou tel arbre.

      - Une fois découvert le caractère « buissonnant » qu’a pris l’arbre phylogénétique lorsque l’on y a placé les fossiles du genre Homo, un regard plus global peut être porté sur la diversité au sein du groupe des Grand Primates, et surtout sur son évolution au cours du temps. Une comparaison pourra être faite avec d’autres groupes de Primates, comme celui des Cercopithécoïdes, qui eux connaissent une grande diversification actuelle.

      Les élèves ne manqueront pas de vouloir poursuivre le débat sur les raisons de l’affaiblissement de la diversité au sein du groupe des grands Primates. Les réponses ne peuvent pas être apportées ici, mais la réflexion pourrait par exemple se prolonger dans le cadre de l’accompagnement personnalisé, en relation avec l’enseignement de philosophie.

      Aborder les mécanismes à l’origine de la diversification Homme/chimpanzé à partir de leur DAC

      Une approche à partir de données biologiques est particulièrement motivante pour les élèves : séquences vidéos montrant le développement pré et post natal chez l’Homme et le Chimpanzé, photos et/ou textes décrivant quelques étapes de ce développement, …

      On s’intéressera aussi bien aux aspects « physiques » du développement qu’aux aspects comportementaux et sociétaux. Quelques points communs et quelques différences entre ce qui se passe chez l’Homme et ce qui se passe chez le Chimpanzé seront dégagés, ce qui permettra :
       • de constater que dans les deux cas le phénotype s’acquiert au cours du développement pré et post natal, sous l’effet de l’interaction entre l’expression de l’information génétique et l’environnement (dont la relation aux autres individus). On pourra saisir l’occasion de proposer aux élèves des documents concernant les apprentissages et la transmission des cultures chez les chimpanzés et les humains.

      • de s’interroger sur les mécanismes à l’origine des différences constatées. A ce propos, les acquis du thème 1-A-2 seront mobilisés (existence de gènes de développement et importance de changement dans leurs modalités d’expression). La néoténie pourra ainsi être abordée.

      Remarques :
      • Il n’est pas attendu ici de connaissances spécifiques sur les gènes de développement humains, sur la néoténie ou les hétérochronies. Les informations et notions nécessaires seront fournies aux élèves, l’objectif poursuivi étant essentiellement de développer le raisonnement scientifique.

      • Une des possibilités offerte dans cette partie de programme est de s’appuyer sur une conférence scientifique (en présentiel ou sous forme de conférence vidéo-enregistrée). La confrontation des élèves à une telle source d’information peut être l’occasion de développer des compétences spécifiques (prise de note – réalisation d’une synthèse – identification des enjeux – travail sur le questionnement et l’argumentation …)
      • Quelques ressources pour enseigner le thème 1-A-4

        Bibliographie

        G. Lecointre. Guide critique de l’évolution. Ed. Belin, 2009.

        P. Picq. Les origines de l’Homme – l’odyssée de l’espèce. Ed . Seuil Points Sciences, 2005.

        Article : « l’animal / l’homme ». Espèces n° 2, décembre 2011.

        P. Picq. Article « la bipédie est-elle spécifique à l’Homme ? ». Pour la Science. Dossier n° 57, Octobre/décembre 2007.

        E. Grundmann. Article « l’apprentissage chez les chimpanzés ». La Recherche.
        www.larecherche.fr/content/recherche/article?id=8240
      Logithèque

      Logiciel Phylogène (INPR / IFE) et ses bases de données (phénotypiques et moléculaires) sur les Primates et sur le genre Homo.
      www.inrp.fr/Acces/biotic/evolut/phylogene/accueil.htm

      Logiciel « Lignée humaine » - Pierre Perez – Cet outil permet d'appréhender plusieurs aspects des caractères évolutifs liés à la « lignée humaine » et à la place de l'Homme dans le règne animal.
      http://pedagogie.ac-toulouse.fr/svt/serveur/lycee/perez/evolution/ligsomm.htm

      Animation pour visualiser la caractère buissonnant de l’arbre pour le genre Homo.
      www.biologieenflash.net/animation.php?ref=geo-0016-3
      Thème 1-B - Le domaine continental et sa dynamique

       Préambule
       
      Le programme de terminale S poursuit l’étude, entamée en première S, de la dynamique du globe terrestre. Le programme aborde ici le domaine continental, qui est d’abord caractérisé (structure, composition chimique et âge) avant que ne soient étudiées les zones de convergence avec la formation des chaînes de montagne et la production de nouveaux matériaux continentaux. Le recyclage des matériaux de la croûte continental est lui construit à partir de l’étude de l’altération et de l’érosion des chaines de montagne, mécanismes conduisant à la formation des dépôts sédimentaires. Comme pour les autres parties du programme, il s’agit de faire découvrir aux élèves les grands éléments et principes de géologie en se basant sur les faits de terrain (dont les exemples locaux) ou les faits expérimentaux. Les connaissances et les compétences acquises ici, permettront aux élèves de les appliquer à d’autres thématiques de tronc commun et de spécialité.
      Présentation et Ressources Eduscol
      TS 2013 – Thème 1B – Le domaine continental et sa dynamique : Ac Nantes – Présentation pdf

      Sens général du thème 1B (problématique) : Comprendre l’évolution de la lithosphère continentale à travers la compréhension de l’affleurement de la seule croûte continentale en zone émergé, son origine et son devenir.

      Thème 1-B-1 La caractérisation du domaine continental : lithosphère continentale, reliefs et épaisseur crustale


      - Modélisation de la dynamique de la subduction profonde :

      Modélisation analogique en laboratoire permettant de comprendre les différents modes de déformations des plaques subductées.
      http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre/XML/db/planetterre/metadata/LOM-model-subductionprofonde.Xml

      -Calculs de profondeurs du Moho :

      Calcul de la profondeur du Moho, de points de réflexion et de vitesses des ondes P et S dans les Alpes par analyse sismique de données extraites du logiciel Sismolog et/ou par l’utilisation d’un fichier Tableur :
      www2.ac-lyon.fr/enseigne/biologie/spip.php?article176

      - Isostasie :

      Evolution de l’équilibre vertical de la lithosphère continentale grâce à deux modèles, l’un numérique (logiciel “Airy”, constituant le support d’activités et téléchargeable sur site) et l’autre analogique (à construire au laboratoire) :
      www.ac-nantes.fr/peda/disc/svt/isostasie/index.htm

      - Marqueurs de compression et d’empilement :

      Notamment à travers les Alpes, sous forme de  microactivités géolocalisées : (GéolSIG - Après lecture de l’introduction, choisir dans le menu gauche la collection “Collision”)
      www.labosvt.com/geolsig

      - Radiochronologie :

      http://pedagogie.ac-amiens.fr/svt/info/logiciels/radiochr
      … et les fiches techniques du logiciel “Radiochronologie” :
      http://pedagogie.ac-toulouse.fr/svt/serveur/bankact/dossiers/FT/radiochronologie

      - Radiochronologie, datation du granite de St Sylvestre par la méthode des isochrones. Cette datation peut être obtenue via un logiciel tableur et/ou ou le logiciel Radiochronologie (téléchargement et fiche technique : voir Sitographie) :
      www.ac-limoges.fr/svt/accueil/html/granites/divet370_223.htm

      - Radiochronologie datation par la méthode Rb/Sr fournissant pour chacun le contexte géologique et les rapports isotopiques permettant de déterminer l’âge des échantillons : 
      http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre/XML/db/planetterre/metadata/LOM-datations-massif-central.xml

      Thème 1-B-2 La convergence lithosphérique : contextes de la formation des chaînes de montagnes

      - Sujet TP agrég interne :

      Les ophiolites et la lithosphère océanique
      http://maitres.snv.jussieu.fr/agreginterne
      Différents postes (objectifs cognitifs et méthodologiques, supports didactiques, activités et productions élèves, notions construites).

      - Sujets ECE 2011 :

      La convergence lithosphérique et ses effets
      http://eduscol.education.fr/cid47782/liste-des-situations-evaluation.html

      - Tectoglob, la subduction :

      www.pedagogie.ac-nantes.fr/1232098463310/0/fiche___ressourcepedagogique/&RH=1160339911937

      - Le moteur de la subduction :

      www-peda.ac-martinique.fr/svt/tpts_tp3.shtm
      Le collègue soumet des documents qui permettent à l'élève de réviser et de comprendre un des moteurs de la subduction. Des exercices et des activités pratiques sont également proposés et favorisent un travail autonome de l'élève.


      Thème 1-B-3 Le magmatisme en zone de subduction : une production de nouveaux matériaux continentaux


      - Transformations minéralogiques :

      Transformations minéralogiques dans les zones de subduction.
      http://eduscol.education.fr/cid47782/liste-des-situations-evaluation.html

      - Étude des minéraux :

      Étude des minéraux rencontrés dans les zones de subduction à l’aide du logiciel MinUSc
      www.ac-nice.fr/svt/productions/minusc/subduction-minusc/index.html
      Utilisation du logiciel MinUSC pour montrer la relation entre la croûte océanique qui subducte et la fusion du manteau sus-jacent

      - Observation macro et microscopique :

      Observation macro et microscopique de roches produites par magmatisme de subduction.
      www.labosvt.com/article140.html
      Évaluation de la quantité d’eau présente dans une roche lithosphérique par l’utilisation de Mesurim et d’un tableur
      www2.ac-lyon.fr/enseigne/biologie/spip.php?article392



      - « Des différences entre les chaînes de montagnes récentes et anciennes » :

      http://eduterre.ens-lyon.fr/eduterre-usages/terre/montagnes/differences
      Une piste d’application pédagogique avec GGE et Mesurim

      - Utiliser des images ou des données satellites pour qualifier et éventuellement quantifier l'érosion d'un massif actuel :

      • Ressources données satelites
      ◦ http://disc.sci.gsfc.nasa.gov/giovanni/overview/index.html
      ◦ http://oceancolor.gsfc.nasa.gov
       
      • Pistes péagogiques :
      ◦ http://crdp.ac-bordeaux.fr/sciences/reformeLyc/svt/subd21.asp


      Bibliographie pour le thème 1B

      Ouvrages généraux pour le thème 1B

      -AMAUDRIC DU CHAFFAUT S. Tectonique des plaques, l’activité interne du globe terrestre et ses conséquences. 1999. Focus CRDP de l’Académie de Grenoble.188 p.
      -CARON J.M. et al. Comprendre et enseigner la planète Terre. 2007. Ophrys éditions.303 p.
      -DEBELMAS J. et al. Les grandes structures géologiques, 5ème édition. 2008. Dunod. 316 p.
      -DERCOURT J. et al. Géologie, objets, méthodes et modèles, 12ème édition. 2006. Dunod. 532 p
      -JOLIVET L. Géodynamique. 1998. Dunod. 226 p.
      -MARSHAK S. Terre, portrait d’une planète. 2010. De Boeck Université. 833 p.
      -MATTAUER M. Ce que disent les pierres. 1999. Bibliothèque Pour la Science.144 p.
      -NICOLLET C. Métamorphisme et géodynamique. 2010. Dunod. 288 p.
      -PEYCRU P. et al. Géologie, tout en un, 1ère et 2ème années BCPST. 2008. Dunod. 640 p.
      -POMEROL et al. Éléments de géologie, 14ème édition. 2011. Dunod. 959 p.
      -PROST A. La Terre, 50 expériences pour découvrir notre planète.1999. Belin. 124 p.

      Ouvrages spécialisés pour le thème 1B

      AVOUAC J. P., DE WEBER P. (ouvrage collectif). Hymalaya-Tibet, le choc des continents. 2002. Muséum national d’histoire naturelle, CNRS éditions.191 p.
      BARDINTZEFF J.M. Volcanologie. 2011 Dunod. 313 p.
      BONIN B., MOYEN J. F. Magmatisme et roches magmatiques, 3ème édition. 2011. Dunod. 313 p.
      BRUNET F. et al. Roches et matériaux en conditions extrêmes. 2007. Vuibert. 202 p.
      LALLEMAND et al. Convergence lithosphérique, société géologique de France. 2005. 182 p.
      LALLEMAND S. La subduction océanique. 2007. Éditions scientifiques GB. 193 p.
      MEHIER B. Magmatisme et tectonique des plaques. 1998. Ellipses. 256 p.
      WESTPHAL M., WHITECHURCH H., MUNSCHY M. La tectonique des plaques. 2003. Collection Géosciences GB Science Publisher. 307 p.

      Articles scientifiques pour le thème 1B

      BALLEVRE M. Groix : une île fossile. Pour la science. 2003, mars, pp. 72-79.
      GURNIS M. La sculpture des reliefs terrestres. Pour la science. 2001, mai, pp. 44-51.
      HAZEN R. L’évolution des minéraux. Pour la science. 2010, juin, pp. 54-61.
      LE MEUR H. Les Alpes battent en retraite. La recherche. 2003, juin, pp. 30-37.
      LEMARCHAND F. La tectonique des plaques. La recherche. 2007, juin, pp. 50-55.
      MATTAUER M. L’autonomie (géologique) de la Corse. Pour la science. 2001, août, pp. 76-78.
      MATTAUER M. Coésite et formation des chaines de montagne. Pour la science. 2001, novembre, pp. 26- 29.
      MATTAUER M. La tectonique des plaques. Pour la science. 2002, mai, pp. 70-75.
      PHILIPPE MATTE La chaîne hercynienne reconstituée. Pour la science. 2003, septembre, pp. 58-63.
      VANDERHAEGHE O. Les montagnes, des colosses au cœur tendre. Pour la science. 2009, janvier, pp. 34-40.

      Sitographie pour le thème 1B

      Sites généraux pour le thème 1B

      - Planet terre : ressources en géologie, sciences de la Terre…
      http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre

      Dont :
       • La diversité des ophiolites
      http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre/XML/db/planetterre/metadata/LOM-diversite-desophiolites.
      Xml

      • La fusion partielle et l’anatexie :
      http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre/objets/img_sem/XML/db/planetterre/metadata/LOMImg324-
      2010-09-13.xml

      • Principe de datation Rb-Sr, avec exemples :
      http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre/XML/db/planetterre/metadata/LOM-datation-rubidiumstrontium.
      Xml

      - CNRS
      www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosgeol/01_decouvrir/indexHTML.html
      Site riche en schémas, expériences, modélisations sur les phénomènes de divergence, convergence et subduction. Utilisable par les professeurs et les élèves.

      Pétrographie pour le thème 1B

      - Subduction-Magmatisme
      http://pedagogie.ac-toulouse.fr/svt/serveur/lycee/perez/subduction/subduction.htm
      Logiciel de simulation, utilisation du microscope polarisant, suivi des roches lors de la subduction et fusion partielle de la péridotite. Utilisable par les élèves pour réviser leur cours.

      - Site de Christian Nicollet
      http://christian.nicollet.free.fr/index.html

      Dont :
      • Le Chenaillet : une excursion à travers une ophiolite de type LOT
      http://christian.nicollet.free.fr/page/Alpes/chenaillet/ExcuChenaillet/ExcuChenaillet.html

      • Série métamorphique du Haut-Alier et marqueurs de compression hercyniens :
      http://christian.nicollet.free.fr/page/enseignement/HautAllier/HA.html

      - Le monde des ophiolites
      http://ophiolite.free.fr

      L’ophiolite d’Oman, son Log synthétique avec diaporama commenté, des photographies des différentes unités de l’ophiolite.

      - Géologie et géochimie des massifs ophiolitiques de Saga et Sangsang de la zone de suture du Yarlung Zangbo, Tibet
      http://archimede.bibl.ulaval.ca/archimede/fichiers/26079/26079.html

      Sujet de thèse très complet, sur cette ophiolite, nombreuses illustrations…

      Tectonique

      - La formation des chaines de montagne
      www2.ggl.ulaval.ca/personnel/bourque/intro.pt/planete_terre.html
      Cours du département de géologie et de génie géologique de l’université Laval au Québec. Un cours d'introduction et de culture scientifique en Sciences de la Terre, accessible à tous, axé sur les grands et petits phénomènes qui affectent et régissent notre planète: dérive des continents, tectonique des plaques, …

      - « Extension et disparition des reliefs »
      http://eduterre.ens-lyon.fr/eduterre-usages/terre/montagnes/extension/accueil

      - Sur la géologie Alpine
      • www.cbga.net
      • www.geol-alp.com
      • www.labosvt.com/TransAlpes

      - School of geosciences
      www.geos.ed.ac.uk/homes/smudd/Teaching_videos.html
      Nombreuses vidéos (formation des chaînes de montagne, formation de l’Himalaya, tectonique des plaques, expansion océanique, subduction…). Les commentaires sont en anglais.

      - La subduction et l’obduction
      www.geopedia.fr
      Encyclopédie des sciences de la terre et du monde souterrain. Géologie, paléontologie, vulcanologie, archéologie, évolution des espèces, éclairage, taille de pierre, spéléologie, mines, carrières, catacombes et cartographie. De petits résumés pour différents cours de géologie. En particulier la subduction et l’obduction.

      Isostasie et géodésie

      - Des “fiches de cours” simples, illustrées et multilingues (Fr, En, De), principalement à destination des élèves (menu / item “Géodésie”) :
      http://jabba.unil.ch/objectif-terre/index.php?id=3160

      - Une petite histoire tectonique (très) résumée de la Terre (menu / item “Histoire de la planète”) :
      www2.ggl.ulaval.ca/personnel/bourque/intro.pt/planete_terre.html

      Des outils SIG

      - Pages SIG du site SVT de Montpellier
      http://svt.ac-montpellier.fr/spip/spip.php?rubrique5

      Ce site présente les principes de bases de l’utilisation des globes virtuels type Google Earth et un certain nombre d’exemple d’utilisation en géologie.

      - Application Google Earth pour les SVT
      wwwpsvt.free.fr/svt/geol/google_earth/telecharger.htm
      Il regroupe tout un ensemble de données recherchées sur différents sites. Il permet de télécharger des fichiers « layers », des dossiers « layers » (France,Alpes), des cartes géologiques et schémas structuraux, des documents dynamiques (tectonique), des dossiers d’intérêt géologique et pédagogique (volcanisme, tectonique, afars). Il permet de créer ses propres fichiers kmz.

      - SIG géologique mondialisé
      http://portal.onegeology.org ou http://onegeology.org/portal/home.html

      Site permettant de créer de très nombreuses et variées cartes géologiques personnalisées (Âge des roches, etc) avec possibilité de les exporter en fichiers kmz (pour une exploitation secondaire sur GoogleEarth).

      Seconde source de motivation des élèves pour associer les intérêts scientifiques fondamentaux et les préoccupations personnelles plus appliquées : l’environnement planétaire dans une perspective de développement durable pour le thème « grands enjeux planétaires contemporains » (avec, en plus de la préoccupation culturelle pour tous, une perspective vers l’univers métier de l’aménagement et de la gestion de l’environnement).

      Troisième source de motivation des élèves pour associer les intérêts scientifiques fondamentaux et les préoccupations personnelles plus appliquées : le propre corps et la santé pour le thème « corps humain et santé » (avec en plus de la préoccupation culturelle pour tous, une perspective vers l’univers-métier des professions de la santé).

      Présentation et Ressources Eduscol
      TS 2013 – Thème 3A – Le maintien de l’intégrité de l’organisme : Ac Nantes – Présentation pdf



      Sens général du thème (problématique) : Comprendre que la bonne santé d’un individu résulte de réactions immunitaires, base d’un équilibre dynamique, développées en réponse à des dérèglements internes ou à des agressions du milieu extérieur.

      Préambule :

      Tout au long du lycée, le thème 3 amène à comprendre le fonctionnement de l'organisme humain et la nécessité d'un équilibre interne, l'homéostasie. Le thème 3-A permet ici non seulement une étude physiologique de l'immunité, garante de l'homéostasie, mais aussi de mener une réflexion plus large sur les enjeux et les responsabilités en matière de santé aux niveaux individuel, familial et collectif. Cette thématique est en outre l'occasion de présenter les métiers du domaine médical.

      Cette réflexion sur la santé suppose des connaissances scientifiques solides, sans pour autant chercher l'exhaustivité des détails des mécanismes biologiques, parfois très complexes, mis en jeu. Cette étude du système immunitaire est d'ailleurs placée dans le thème 3 « corps humain et santé », et non dans le thème 1, ce qui implique une approche qui n'est pas centrée sur la recherche fondamentale mais plus sur les applications de ces connaissances à l'humain. Le programme propose de consacrer 33 % de l'année au thème 3, comportant deux parties, soit environ 5 à 6 semaines pour le thème 3-A sans que cela soit un impératif.

      Le maintien de l'homéostasie suppose, en plus du fonctionnement normal de l'organisme, de prendre en compte les agressions du milieu extérieur ou des dérèglements internes. On s'attachera à montrer à l'élève que le système immunitaire est constitué de deux grands ensembles : l'immunité innée et l'immunité adaptative, qui coopèrent pour préserver la bonne santé de l'individu. Dans une perspective évolutive, on exposera l'immunité adaptative, présente uniquement chez les Vertébrés, comme s'ajoutant à l'immunité innée, présente chez tous les Métazoaires. Cette immunité innée, bien que suffisante chez la plupart des espèces, ne développerait pas de « mémoire », au contraire de l'immunité adaptative. Les connaissances  scientifiques fondamentales portant sur le système immunitaire adaptatif ont permis de développer la vaccination qui entraîne la formation de cellules mémoires à longue durée de vie. L'immunité innée   participe également à l'efficacité vaccinale, notamment en préparant l'organisme à la réaction adaptative grâce aux adjuvants. On montrera enfin que la stratégie vaccinale a le triple objectif de prévenir les maladies individuelles, les épidémies et finalement d'éradiquer les agents pathogènes.

      Les avancées récentes dans le domaine de l'immunologie ont conduit à revoir certains concepts et on veillera à ne plus utiliser certains termes, qui d'ailleurs n'apparaissent plus dans le programme. Comme déjà précisé dans l'ancien programme, on ne parle plus d'immunité spécifique ou non spécifique depuis, entre autres, la découverte des récepteurs de l'immunité innée (PRR) et de leurs spécificités vis à vis de certaines structures moléculaires des pathogènes. On évitera le terme d'immunité acquise ; le terme d'adaptatif est plus riche de sens car il met en avant l’adaptation de notre système immunitaire à notre environnement infectieux. De plus, les termes de soi et de non-soi sont difficiles à utiliser car on ne peut pas les définir sans approximation. Au niveau cellulaire, le nom de granulocytes sera préféré à celui de polynucléaires, encore utilisé en médecine, mais source de confusion pour les élèves puisque ces cellules ne sont pas plurinucléées.

      A l’école primaire, les élèves ont été sensibilisés à l'hygiène. Ce thème est repris et explicité en classe de troisième où les élèves sont conduits à un premier niveau de compréhension des réactions qui permettent à l'organisme de se préserver des pathogènes provenant de son environnement.

      Le système immunitaire est traité en troisième dans un thème dédié, intitulé "Risque infectieux et protection de l'organisme" et présenté dans le Bulletin officiel spécial n° 6 du 28 août 2008, il représente 25% des séances de SVT soit une douzaine d'heures. Les élèves apprennent que nous sommes confrontés à un environnement peuplé de microorganismes, dont certains sont pathogènes et susceptibles de contaminer puis d'infecter l'organisme en traversant les barrières naturelles. Quelques éléments de lutte contre ces microbes ont été vus, comme les pratiques d'antisepsie et d'asepsie qui permettent de limiter les risques. Les élèves sont enfin amenés à comprendre le rôle des antibiotiques qui sont efficaces uniquement contre les bactéries.

      Le système immunitaire proprement dit est ensuite abordé, sans distinction de phase dans la réponse immunitaire, sans inventaire des organes immunitaires et sans notion de coopération cellulaire.

      On distingue en classe de troisième une réaction cellulaire rapide, la phagocytose, le plus souvent suffisante, réalisée par certains leucocytes mais sans citer le terme de « réaction inflammatoire ». On voit que d'autres leucocytes sont spécifiques d'un antigène et se différencient surtout dans les ganglions lymphatiques. On différencie les lymphocytes B qui sécrètent des anticorps, participant à l'élimination des micro-organismes et les lymphocytes T qui détruisent les cellules infectées par contact cellulaire direct.

      Par ailleurs, la dernière partie du programme de troisième : « Responsabilité humaine en matière de santé et d’environnement » traitée dans une démarche de projet, a pu être l'occasion d'établir les conditions de réalisation de transfusion et de greffe en lien avec les connaissances acquises en immunologie.

      Thème 3-A-1 La réaction inflammatoire : un exemple de réponse innée

      Intentions, commentaires et limites

      Il peut être bon dans cette partie de rappeler le rôle de l'anté-immunité ou « défenses naturelles », constituée de barrières :
      • mécaniques (revêtement cutanéo-muqueux, flux d'air et de liquide, péristaltisme intestinal, mouvements ciliaires…),
      • physicochimiques (acidité gastrique, certaines enzymes comme la pepsine ou le lysozyme, peptides antibactériens)
      • écologiques (flore microbienne commensale, par compétition et par excrétion de substances antimicrobiennes).

      L'immunité innée est présente dès la naissance et ne nécessite pas d'apprentissage (d'où le terme d' « innée »). Ses caractères sont hérités génétiquement et elle intervient de façon très rapide lors d'un signal de danger. On traitera uniquement la réaction inflammatoire localisée, sans décrire les effets sur la matrice extracellulaire et son remodelage, ni les mécanismes de régulation de l'inflammation. La réaction inflammatoire aiguë systémique (choc septique, syndrome de défaillance multiviscérale...) et ses mécanismes ne sont pas au programme. L'intérêt des élèves pourra être suscité par l'application des connaissances de l'inflammation à la médecine et à la pharmacologie, en étudiant les modes d'action de médicaments anti-inflammatoires sans rechercher l'exhaustivité.

      Avec le souci de placer les élèves dans une démarche d’investigation, on montrera le caractère essentiel de l'immunité innée en s'appuyant par exemple sur les activités proposées. On pourra utiliser comme fil directeur les étapes qui suivent une contamination comme l'exemple de l'intrusion d'une épine.

      L'opsonisation et le rôle du complément ne sont pas au programme. Les organes lymphoïdes secondaires pourront être abordés lors de la présentation des antigènes par les cellules dendritiques dans la deuxième partie.

      Compléments scientifiques
      Ce paragraphe a pour objectif d’apporter des compléments scientifiques au professeur sur certaines thématiques, mais les contenus développés ne sont en aucun cas exigibles de la part des élèves.

      A propos des PAMP et des PRR

      Suite à une blessure, un pathogène pénètre dans l’organisme via la peau ou les muqueuses. Dès son entrée, il est reconnu par les cellules de l'immunité innée comme les cellules dendritiques, les macrophages, les granulocytes, les mastocytes. Ces cellules sont capables d’identifier les pathogènes, grâce à des récepteurs qui reconnaissent des motifs moléculaires caractéristiques des micro-organismes. En 1989, l'immunologiste Charles Janeway Jr a proposé les termes de PRR (Pattern Recognition Receptor) pour les récepteurs cellulaires capables de reconnaître des motifs moléculaires caractéristiques des pathogènes appelés les PAMP (Pathogen Associated Molecular Pattern).

      Les PAMP sont des molécules accessibles et souvent très représentées sur les micro-organismes. Ils sont très conservés au cours de l'évolution car indispensables à la survie des micro-organismes et ils n'existent pas sur les cellules humaines saines. Chaque groupe de micro-organismes possède un certain nombre de PAMP caractéristiques. Par exemple, un ARN double brin ou des fragments d’ADN non méthylés sont caractéristiques des virus, les mannanes sont des constituants importants des champignons, le lipopolysaccharide (LPS) est typique des parois des bactéries Gram négatif.

      Les PRR sont exprimés par toutes les cellules de l'immunité innée et chaque type cellulaire en possède un certain jeu. Tous les PRR ne sont pas membranaires, certains sont cytoplasmiques, d'autres dans des endosomes. Ces localisations différentes et le nombre important de récepteurs permettent de contrer une grande partie des stratégies d'évitement développées par les micro-organismes. Au niveau fonctionnel, on distingue ceux qui permettent la phagocytose et ceux qui permettent l'activation des cellules. Les PRR sont très divers et on en décrit chaque année de nouveaux. On les réunit en grandes familles comme les récepteurs scavengers, les récepteurs de la famille des lectines, les récepteurs de la famille de pentraxines, les Toll Like Receptor (TLR)...

      A propos du lien entre l'immunité innée et adaptative

      L’immunité innée et l’immunité adaptative sont intimement liées.
      L’activation des cellules de l’immunité innée et surtout des cellules dendritiques par les PRR fournissent au système immunitaire un « signal de danger » qui va induire le développement de la réponse immunitaire adaptative en activant les lymphocytes T. Sans ce signal de danger, la réponse immunitaire ne se met pas en action. Ce système évite, en théorie, toute réaction contre les propres constituants de l’organisme ou contre des molécules qui ne présentent pas de danger pour l’organisme. Ce signal de danger permet de rendre « immunogènes » (c’est-à-dire capable d’induire une réponse immunitaire) les micro-organismes ou molécules pénétrant dans notre organisme. Cette notion sera reprise par la suite (partie 3-A-3) car les adjuvants des vaccins ont pour fonction de mimer ce signal de danger. De plus, l’immunité adaptative utilise les armes de l’immunité innée pour détruire les pathogènes. Par exemple, les anticorps favorisent la phagocytose en se fixant sur les pathogènes (opsonisation) ou activent la voie classique du complément.

      A propos des médicaments anti-inflammatoires

      L’inflammation a pour but de reconnaitre, détruire et éliminer les pathogènes. Mais parfois la réaction inflammatoire dépasse ses objectifs et produit des effets gênants voir délétères. Lors de l'intrusion de micro-organismes, les macrophages, les cellules dendritiques et les mastocytes produisent de nombreux médiateurs cellulaires pour déclencher et stimuler la réponse inflammatoire, comme l'histamine, les cytokines proinflammatoires (IL-1, IL-6, TNF-α...) et des éicosanoïdes (molécules dérivées de l'oxydation d'acides gras à 20 atomes de carbone, prostaglandines, thromboxane, prostacycline, leucotriènes).

      Certains marqueurs biologiques sont utilisés en médecine pour détecter ou suivre une réaction inflammatoire chez un patient comme :

      • la vitesse de sédimentation des hématies (VS) : cette vitesse est dépendante, entre autres, de charges négatives à la surface des globules rouges. Certaines protéines de l’inflammation, dont le fibrinogène, inhibent ces charges et favorisent l’agrégation des hématies, augmentant la VS.
      • la protéine-C-réactive (CRP) : il s'agit d'une protéine de la réaction inflammatoire d'origine hépatique dont la synthèse est contrôlée par l’IL-6. Lors d'une inflammation la CRP augmente de façon précoce. Sa demi-vie est courte, (8 à 12 h) ce qui permet, par comparaison de la cinétique de la VS et de la CRP, d'apprécier à quel moment de la réaction inflammatoire le patient se situe.

      Lors de l'inflammation, de l’acide arachidonique est libéré à partir des phospholipides membranaires des cellules inflammatoires sous l’action des phospholipases A2. Deux types d’enzymes interviennent sur le métabolisme de l’acide arachidonique (figure 1) et permettent la formation d'éicosanoïdes :

      Schéma à insérer : cf « ressources immuno » p6 du pdf
      Figure 1 : Voies de synthèse des éicosanoïdes
      (ou : trouver l’équivalent sur internet)
      http://eduscol.education.fr/cid60742/ressources-pour-la-classe-terminale-du-lycee-general-et-technologique.html
      Lien pdf : http://cache.media.eduscol.education.fr/file/SVT/03/5/Immunologie_220035.pdf
      • les lipo-oxygénases qui induisent la formation des leucotriènes.
      • les cyclo-oxygénases (Cox 1 et 2) qui génèrent la formation des prostaglandines et des thromboxanes. Une de ces cyclo-oxygénases, la Cox2, est dite inductible et n’est active que lorsque les phagocytes sont exposés à un processus inflammatoire.

      Des substances médicamenteuses ont été mises au point afin de limiter ces effets, ce sont les anti-inflammatoires. Leurs actions permettent de bloquer le déclenchement de la réaction inflammatoire ou de stimuler les mécanismes de rétrocontrôles négatifs.

      On distingue principalement :

      • les corticoïdes qui inhibent la plupart des phénomènes immunitaires dont la production d'éicosanoïdes par inhibition de la phospholipase A2, des cytokines proinflammatoires, des mastocytes et donc de l'histamine. L’action anti-inflammatoire des glucocorticoïdes a été démontrée pour la première fois en 1948 par R.S. Hench pour le traitement de la polyarthrite rhumatoïde ce qui lui valut, avec le biochimiste E.C. Kendall, le prix Nobel de médecine en 1950. Leurs travaux sur les corticosurrénales a abouti à l'isolement de la cortisone. La corticothérapie repose aujourd’hui sur l’utilisation de dérivés de synthèse de l’hormone naturelle (prednisone, prednisolone, …) permettant d’accroître l’action anti-inflammatoire et de réduire les actions métaboliques.

      Les glucocorticoïdes traversent librement les membranes cellulaires et se fixent sur un récepteur cytoplasmique spécifique qui appartient à la superfamille des récepteurs nucléaires aux stéroïdes. Après fixation, le complexe glucocorticoïde-récepteur migre vers le noyau et va agir directement sur l’ADN en se fixant sur des séquences spécifiques, dites GRE (Glucorticoid Response Element), intervenant ainsi dans la régulation de la transcription de certains gènes.

      • Les anti-inflammatoires non stéroïdiens (AINS) comme l'aspirine et l'ibuprofène mais aussi le naproxène, le ketoprofène, le diclofénac, l'acide niflumique, le tenoxicam... L'utilisation de substances anti-inflammatoires non stéroïdiennes est très ancienne et les grecs utilisaient déjà les feuilles du saule. L’acide salicylique fut utilisé pour la première fois en 1875 dans le traitement du rhumatisme articulaire aigu. D'autres molécules furent ensuite découvertes comme la phénylbutazone en 1946, l’indométacine et ibuprofène dans les années 1960. Leur mode d'action commun repose sur l'inhibition des cyclo-oxygénases et empêchent la formation des prostaglandines. Ces dernières augmentent la sensibilité aux stimuli douloureux et la température de référence dans l'hypothalamus, ce qui explique l'action antalgique et antipyrétique des AINS.

      On évitera l’exemple du paracétamol, celui-ci n’étant pas prescrit comme anti-inflammatoire mais uniquement comme antalgique.

      Exemples d’activités
       
      • Exploiter une description clinique de réaction inflammatoire aiguë localisée, actuelle ou historique comme le célèbre : « rubor et tumor cum calore et dolore » de Cornelius Celsus au Ier siècle, pour définir le tableau des signes caractéristiques de l'inflammation.

      • Réaliser un tableau comparatif des caractéristiques anatomiques en dehors et durant une réaction inflammatoire, à partir d'observations de coupes ou de documents histologiques permettant de révéler l'origine, au niveau tissulaire, des symptômes cliniques de la réaction inflammatoire aiguë.

      • Identifier les types cellulaires principaux impliqués dans le processus inflammatoire (macrophages, mastocytes, granulocytes, cellules dendritiques) à partir d'observations microscopiques et de documents.

      • Recenser quelques médiateurs chimiques de l'inflammation, responsables de l'augmentation de la perméabilité vasculaire, de la vasodilatation, de la fièvre et de la douleur. Devant le grand nombre de médiateurs solubles impliqués dans les réactions inflammatoires, on pourra par exemple citer :

      ◦ l'histamine, amine stockée dans les granules des mastocytes et vasoactives, dont le nom est connu des élèves car étant la cible des anti-histaminiques, médicaments largement utilisés.

      ◦ les prostaglandines, médiateurs lipidiques néoformés, libérées par les mastocytes et coresponsables de la vasodilatation, de la fièvre et de la douleur, et cibles des anti-inflammatoires non stéroïdiens (AINS).

      ◦ les cytokines pro-inflammatoires (IL-1, IL-6 et TNF-α), libérées par les mastocytes et les macrophages et qui augmentent le recrutement et la production des cellules et molécules de l'immunité. Leur libération est inhibée par les corticoïdes.

      • Exploiter des données cliniques pour découvrir les effets pathogènes ou du moins non souhaitables, de certaines réactions inflammatoires et comprendre l'intérêt de les stopper par voie médicamenteuse.

      • Analyser des données sur l'action d'anti-inflammatoires non stéroïdiens (aspirine, ibuprofène) dans la voie de biosynthèse des médiateurs dérivant de l'acide arachidonique (prostaglandines, leucotriènes, thromboxanes) pour comprendre leurs effets. On peut travailler également sur des documents présentant le mode d'action des corticoïdes mais il est plus difficile à comprendre (ils agissent sur l'expression de certains gènes).

      • Exploiter un texte relatant l'expérience historique de Metchnikoff (prix Nobel 1908) sur la découverte de la phagocytose, à laquelle on peut ajouter des images en MEB afin de caractériser ce mécanisme. De multiples animations, plus ou moins précises, existent et permettent à l'élève de mieux se représenter la dynamique du phénomène.

      • Exploiter des données sur le système immunitaire durant le développement embryonnaire et néonatal (rôle du foie foetal, de l'allaitement...).

      • Identifier à partir des travaux de Jules Hoffmann et Butler (prix Nobel 2011) par exemple des points communs entre la réponse immunitaire des insectes et la réponse immunitaire innée humaine.

      Article :
      www.pourlascience.fr/ewb_pages/a/actualite-jules-hoffmann-medaille-d-or-2011-dua-cnrs-27990.php

      • Analyser un texte sur la théorie du danger de Polly Matzinger (scientifique américaine iconoclaste dont les travaux ont contribué à une nouvelle approche du système immunitaire baptisée théorie du danger qui reconsidère le rôle de la reconnaissance du non soi comme fondement de la réponse immunitaire.

      • Comparer des séquences génétiques de récepteurs de l'immunité innée tels que les récepteurs Toll (TLR), pour montrer la conservation de mécanismes de reconnaissance et d'action au cours de l'évolution.

      Bibliographie, sitographie, ressources (thèmes 3A1)

      Ressources générales sur l'immunologie (commun aux thèmes 3A1, 2, 3)

      Ouvrages généralistes sur l'immunologie

      « Ton étonnant système immunitaire », disponible en téléchargement sur le site de l’ @ssim (association des collèges des enseignants d’immunologie des universités de langue française) – ouvrage de vulgarisation écrit par la société japonaise d’immunologie- agréablement illustré, il s’adresse à un public scolaire :
      www.assim.refer.org/portail/portail/nouveaux-liens_files/d91e86f0b0137644fded335e36bf09ef-81.html

      -David Male, Yvan Roitt, Johnatan Brostoff et David B Roth - Immunologie - Ed. Elsevier Masson, collection Campus Référence, 2007 - 600 pages

      -Eric Espinosa, Pascal Chillet et Salvatore Valitutti - Immunologie - Ed. Ellipses Marketing, collection parcours LMD, 2010 - 510 pages

      -Abul K. Abbas, Andrew H. Lichtman - Les bases de l'immunologie fondamentale et clinique – Elsevier Masson, 2008 - 283 pages

      Ouvrages généralistes sur l'immunologie, de plus haut niveau

      -Charles Janeway, Paul Travers, Kenneth Murphy et Mark Walport - Immunobiologie - Ed. De Boeck 3ème édition 2009 - 890 pages

      -Thomas J. Kindt, Richard A. Goldsby, Barbara A. Osborne et Catherine Fridman Immunologie - Le cours de Janis Kuby - Ed. Dunod 6ème édition 2008 - 684 pages

      -Abul K Abbas, Andrew H Lichtman, Shiv Pillai - Cellular and molecular immunology - Elsevier 6ème édition, 2010  566 pages

      Revues généralistes

      -Dossier Pour la Science : Les défenses de l’organisme, pp. 8-12, octobre-décembre 2000

      Sites généralistes

      -Site de l'ASSIM : www.assim.refer.org

      C'est le site de l'association des collèges d'enseignants d'immunologie d'universités de langue française. On y trouve des cours d'immunologie de niveau universitaire, de nombreux liens, un onglet lycée qui contient des documents utilisables en classe, des exemples de progression d'enseignants de lycée.

      Ressources pour le thème 3-A-1 : la réaction inflammatoire, un exemple de réponse innée

      Ouvrages et articles

      Extraits de livres :

      -Cadet Rémi. - L'invention de la physiologie, Bibliothèque scientifique, Belin - Pour la Science Ed. 2008
      Chapitre sur la défense de l'organisme : présentation de quelques découvertes scientifiques historiques comme la découverte de la phagocytose page 215 mais aussi les débuts de la vaccination où la mise en évidence des anticorps.

      Articles de revues scientifiques :

      -Dossier PLS : L'immunité innée - Pour la Science, juin 2008, n°368
      Le dossier propose une série d'articles sur le sujet : Les lymphocytes γδ , Les récepteurs de l'immunité innée, Des cellules nées pour tuer et Les sentinelles de la peau, Immunité innée : un code ancestral.

      -Luke 0'Neill, L'immunité innée : une alerte précoce, Pour la Science, octobre 2005, n° 336

      -S. Ugolini et É. Vivier, Les tueuses de l’immunité innée, Pour la Science, juin 2003, n° 308

      -D. Ferrandon, C. Hetru, J.-M. Reichhart et J. Hoffmann, L’immunité acquise : de la drosophile à l’homme,

      -Dossier Pour la Science Les défenses de l’organisme, octobre-décembre 2000, pp. 8-12

      -Viviane Thivent, Cocktail d'insectes sur ordonnance, La Recherche, avril 2005, n°385
      L'article présente l'histoire d'Entomed, entreprise créée par Jules Hoffmann et qui cherche des peptides antimicrobiens d'insectes d'intérêt thérapeutiques.

      -Loïc Mangin « Jules Hoffmann, médaille d'or 2011 du CNRS » (et prix Nobel)
      www.pourlascience.fr/ewb_pages/a/actualite-jules-hoffmann-medaille-d-or-2011-dua-cnrs-27990.php
      L'article présente une courte biographie et un résumé de ses recherches sur l'immunité innée. Deux documents peuvent illustrer le cours : une image 3D d'un récepteur TLR humain et la comparaison entre les voies de l’immunité innée de la drosophile et de la souris utilisant la voie TLR.

      -Jean-Jacques Perrier « Un filet d'ADN pour des cellules kamikazes »
      www.pourlascience.fr/ewb_pages/a/actualite-un-filet-d-adn-pour-des-cellules-kamikazes-26057.php
      Des granulocytes neutrophiles explosent pour emprisonner d'un filet d'ADN et de protéines les microbes pathogènes. Le mécanisme en jeu est résumé dans l'article.

      Principaux sites

      -Cours : l'immunité innée :
      www.cours-pharmacie.com/immunologie/limmunite-innee.html
      Cours de niveau universitaire sur le sujet, relativement concis.

      -Cours : Réaction inflammatoire : aspects biologiques et cliniques
      www.medecine.ups-tlse.fr/DCEM2/module8/item112/texteI1.htm
      Cours de médecine sur la réaction inflammatoire, les cellules et molécules impliquées ainsi que sur les principes généraux du fonctionnement des anti-inflammatoires (corticoïdes et AINS)

      Autres Divers :

      Intentions, commentaires et limites

      L’immunité adaptative est propre au taxon des Vertébrés : son apparition remonte à environ -450 millions d’années.

      Par opposition à l’immunité innée, les récepteurs de l’immunité adaptative forment un répertoire immense qui est différent d’un individu à l’autre car il s’adapte à l’environnement infectieux de chaque individu. Chaque récepteur de l’immunité adaptative possède une spécificité très étroite vis-à-vis d’un antigène donné. Un antigène se définit comme toute structure moléculaire pouvant être reconnue par un récepteur de l’immunité adaptative : un anticorps, un TCR (T Cell Receptor, récepteur du lymphocyte T), un BCR (B Cell Receptor, récepteur du lymphocyte B).

      Alors que les cellules de l’immunité innée sont omniprésentes dans l’organisme et prêtes à agir de façon immédiate, les cellules de l’immunité adaptative, concentrées dans les organes lymphoïdes secondaires, ne sont activées qu’à la suite d’une rencontre avec l’antigène qui leur est spécifique.

      Comme nous l'avons déjà souligné, les deux immunités sont complémentaires : l’innée prépare l’adaptative  et ce sont les cellules dendritiques qui servent de relais en présentant aux lymphocytes T les antigènes qu’elles ont captés sur le lieu de l’infection.

      Les mécanismes effecteurs de l’immunité adaptative ne préexistent pas, ils s’acquièrent spécifiquement face à un intrus donné.

      La réponse immunitaire adaptative est fondée sur une coopération entre trois populations cellulaires : les cellules présentatrices d’antigènes (qui appartiennent à l’immunité innée), les lymphocytes B et les lymphocytes T.

      Les principales cellules présentatrices d’antigènes sont les cellules dendritiques. Elles ont pour fonction d’internaliser le pathogène, de le découper et d’en exprimer des fragments en association avec les molécules du CMH. On ne distinguera pas les deux classes de CMH (I et II) et on préférera le terme de CMH à celui, plus restrictif, de HLA (Human Leukocyte Antigen) qui comme son nom l’indique est restreint à l’humain.

      Parmi les lymphocytes T, on distingue les T CD4+ et les T CD8+, en référence aux marqueurs de différenciation qu’ils portent.

      Les lymphocytes B et T reconnaissent les antigènes grâce à des récepteurs membranaires nommés respectivement BCR et TCR. Alors que les lymphocytes B reconnaissent l’antigène sous sa forme native, les lymphocytes T reconnaissent des peptides antigéniques associés aux molécules du CMH.

      La reconnaissance d’un antigène par un lymphocyte donné conduit à activer ce lymphocyte et lui seul, mais les modalités de cette activation (co-stimulation par double signal) ne sont pas au programme.

      Dans les organes lymphoïdes secondaires, les cellules dendritiques présentent l’antigène aux lymphocytes T CD4+ et T CD8+, lesquels se différencient alors respectivement en lymphocytes T auxiliaires (LTh) et en lymphocytes T cytotoxiques LTc). On veillera à bien distinguer ces deux dernières cellules des T CD4+ et T CD8+ dont elles sont issues.

      Les LTh sont au centre de la réponse immunitaire adaptative : ils participent à l’activation des lymphocytes T CD8+ et à leur différenciation en LTc. Quant aux lymphocytes B, on se limitera à l’idée que les LTh, grâce à l’émission de cytokines, participent à leur multiplication et à leur différenciation en plasmocytes, sans évoquer la présentation de l’antigène aux LTh par les lymphocytes B.

      Parmi les cytokines (protéines sécrétées par les cellules du système immunitaire et permettant de communiquer entre elles), on retiendra l’interleukine 2 (IL2), molécule produite notamment par les cellules dendritiques et les LTh, et qui joue un rôle déterminant dans l’activation et l’amplification clonale des lymphocytes T CD4+ et CD8+.
      L’idée de maturation du système immunitaire doit être comprise comme l’évolution du répertoire immunitaire au cours de la vie de l’individu.

      Ce répertoire s’élabore dans les organes lymphoïdes primaires par la production et l’éducation des cellules B et T, puis évolue dans les organes lymphoïdes secondaires au gré des rencontres aléatoires avec des antigènes. Ainsi, le système immunitaire adaptatif se construit au cours de la vie de l’individu en fonction des micro-organismes rencontrés et garde ces rencontres en mémoire, tel un apprentissage.

      Compléments scientifiques
       Ce paragraphe a pour objectif d’apporter des compléments scientifiques au professeur sur certaines thématiques, mais les contenus développés ne sont en aucun cas exigibles de la part des élèves.

      - A propos des anticorps et immunoglobulines

      Les anticorps sont des glycoprotéines synthétisées par les plasmocytes, que l’on retrouve dans le plasma et dans d’autres liquides biologiques. Du point de vue fonctionnel, les anticorps ont été décrits à l’origine comme une classe de protéines sériques induites suite à l'introduction dans l’organisme d'un élément étranger (généralement un pathogène) et qui se lient spécifiquement au corps étranger qui a provoqué leur synthèse. Par la suite, on a mis en évidence que les lymphocytes B possèdent une forme membranaire de cet anticorps comme récepteur pour l’antigène (on parle de BCR pour "B cell receptor").

      Les anticorps sécrétés sont structurellement identiques à leur équivalent membranaire (à l’exception d’un segment transmembranaire et d’une petite partie intracytoplasmique que l’on ne retrouve que dans la version membranaire). Les anticorps sont aussi appelés immunoglobulines car on les retrouve, après électrophorèse des protéines du sérum, dans les différentes fractions (α, β et γ) des globulines. On distingue cinq classes d’immunoglobulines : IgG, IgM, IgA, IgE et IgD, dont la structure repose chez l’Homme sur un modèle à quatre chaînes (deux lourdes identiques et deux légères identiques). Le terme de gammaglobulines (que l’on rencontre souvent dans les résultats d’analyses sanguines) n’est pas strictement équivalent à celui d’immunoglobulines.

      - A propos des marqueurs CD4 et CD8

      La nomenclature des marqueurs CD a pour origine celle des anticorps monoclonaux qui, dans les années 1970-80, ont été identifiés comme réagissant avec les protéines de surface des lymphocytes. Par exemple : les anticorps monoclonaux OKT4 qui appartiennent à la Classe de Différenciation 4 (CD4) reconnaissent la protéine de surface d’une catégorie de lymphocytes que l’on a alors nommé lymphocytes T4. Par la suite, le nom de CD4 a été utilisé pour désigner la molécule de surface.

      Les pré-lymphocytes T n’expriment aucun de ces marqueurs : ils sont dits « double négatif » CD4- CD8-.

      Au cours de leur maturation, ils acquièrent les deux marqueurs et deviennent tous « double positif » CD4+ CD8+, puis ils perdent l’un des deux marqueurs CD pour devenir « simple positif » : soit CD4+ soit CD8+.

      Le choix entre CD4 et CD8 est encore mal compris mais on sait que les cellules ayant reconnu le CMH I deviennent CD8+, et celles ayant reconnu le CMH II deviennent CD4+.

      - A propos de l’éducation des lymphocytes B et T

      C’est le processus essentiel à l’origine de la tolérance de l’organisme à ses propres molécules. Au cours de leur éducation, les lymphocytes B et T auto-réactifs (c’est-à-dire capables de reconnaître le soi), sont éliminés respectivement dans la moelle osseuse et le thymus.

      • La sélection des lymphocytes T s’opère en deux étapes :
      ◦ une sélection positive conserve les lymphocytes T munis de TCR pouvant interagir avec le CMH de l’individu : ils sont dits « restreints au CMH » ; les autres lymphocytes T sont éliminés ;
      ◦ une sélection négative élimine les lymphocytes T munis de TCR ayant une forte affinité pour les peptides du soi.
      • La sélection des lymphocytes B comprend une seule étape qui consiste en l’élimination des cellules qui portent un BCR ayant reconnu des peptides du soi (sélection négative).

      Au terme de cette éducation, les lymphocytes B et T issus de la moelle ou du thymus sont dits « naïfs » : ils possèdent un récepteur spécifique, mais n’ont encore jamais rencontré l’antigène pour lequel ils sont spécifiques.

      L’organisme est normalement tolérant à ses propres constituants, car ceux-ci ne sont pas reconnus par les récepteurs B et T.

      L’élimination des lymphocytes dirigés contre le soi peut connaitre des failles : les cellules autoréactives ayant échappé à la sélection restent présentes dans l’organisme. Si elles sont activées ultérieurement, elles peuvent déclencher une réponse immunitaire dirigée contre les molécules de l’organisme, à l’origine des maladies auto-immunes.

      Le système immunitaire tolère un certain nombre d’éléments du non soi (la flore intestinale, l’embryon…), mais les mécanismes de cette tolérance ne sont pas bien connus.

      - A propos de la diversité des cellules de l’immunité adaptative

      Face à la diversité du monde microbien, l’immunité adaptative génère, tout au long de la vie, un très grand nombre de récepteurs B et T. L’ensemble de ces récepteurs forme le répertoire B et T, dont l’immensité permet potentiellement de faire face à une multitude d’antigènes différents.

      La spécificité des lymphocytes B et T, fondée sur celle des récepteurs qu’ils expriment, est obtenue grâce un réarrangement au hasard de l’information génétique : au cours de la maturation des lymphocytes dans la moelle osseuse (LB) et dans le thymus (LT), les gènes codant pour les récepteurs sont construits par combinaison aléatoire de segments de gènes présents dans les lymphocytes pré-B et pré-T. Au cours de ce processus, les pré-lymphocytes perdent une partie de leur génome. Les possibilités de ces réarrangements sont estimées à 1018 alors que seulement 1012 à 1015 lymphocytes sont présents ou produits dans le corps. Ce réarrangement des gènes s’amorce avant la naissance.

      - A propos de la maturation du système immunitaire

      A la naissance, le jeune enfant possède une immunité adaptative naïve qui sera mise en contact avec une multitude d’antigènes lors de ses premières années. Au début de sa vie, l’allaitement (principalement le colostrum) apportant les anticorps de sa mère lui permettra de profiter de défenses adaptatives en attendant que son système forme des cellules mémoires. Les anticorps fournis par l’allaitement les trois premiers mois, survivent 4 à 5 jours dans le corps du nourrisson puis diminuent progressivement.

      De la même manière, l’immunité adaptative se développe en fonction des antigènes rencontrés : en fonction du milieu de vie, les individus possèderont des cellules mémoires différentes. Un changement du milieu (voyage, alimentation, etc..) met l’individu en contact avec de nouvelles populations bactériennes, virales… et donc de nouveaux antigènes pour lesquels il ne possède peut-être pas de cellules mémoires, ce qui peut expliquer les problèmes de santé que connaissent les touristes à leur arrivée dans un nouveau pays.

      La rencontre entre un antigène et son récepteur spécifique peut donc dépendre du moment de la vie de l’individu. Ainsi, notre immunité adaptative n’est pas la même tout au long de notre vie mais se construit et s’enrichit en fonction des antigènes rencontrés et de la population de lymphocytes présente au moment de cette rencontre.

      Exemples d’activités

      • Utiliser des modèles moléculaires tridimensionnels « solides » (anticorps) ou numériques (bases de données Rastop, Anagène…).
      • Exploiter des électronographies montrant des cellules du système immunitaire, des immunoglobulines, des complexes immuns (Dossier APBG).
      • Mettre en oeuvre un sérodiagnostic (brucellose, syphilis).
      • Réaliser un test d’immunodiffusion (Ouchterlony).
      • Réaliser un test de type Elisa.
      • Mettre en évidence l’agglutination d’hématies animales (mouton) par les anticorps.
      • Réaliser une électrophorèse comparative de sérum d’un animal immunisé ou non : détection des anticorps.

      Bibliographie, sitographie, ressources (thèmes 3A2)

      Ressources générales sur l'immunologie (commun aux thèmes 3A1, 2, 3)

      Ouvrages généralistes sur l'immunologie

      « Ton étonnant système immunitaire », disponible en téléchargement sur le site de l’ @ssim (association des collèges des enseignants d’immunologie des universités de langue française) – ouvrage de vulgarisation écrit par la société japonaise d’immunologie- agréablement illustré, il s’adresse à un public scolaire :
      www.assim.refer.org/portail/portail/nouveaux-liens_files/d91e86f0b0137644fded335e36bf09ef-81.html

      -David Male, Yvan Roitt, Johnatan Brostoff et David B Roth - Immunologie - Ed. Elsevier Masson, collection Campus Référence, 2007 - 600 pages

      -Eric Espinosa, Pascal Chillet et Salvatore Valitutti - Immunologie - Ed. Ellipses Marketing, collection parcours LMD, 2010 - 510 pages

      -Abul K. Abbas, Andrew H. Lichtman - Les bases de l'immunologie fondamentale et clinique – Elsevier Masson, 2008 - 283 pages

      Ouvrages généralistes sur l'immunologie, de plus haut niveau

      -Charles Janeway, Paul Travers, Kenneth Murphy et Mark Walport - Immunobiologie - Ed. De Boeck 3ème édition 2009 - 890 pages

      -Thomas J. Kindt, Richard A. Goldsby, Barbara A. Osborne et Catherine Fridman Immunologie - Le cours de Janis Kuby - Ed. Dunod 6ème édition 2008 - 684 pages

      -Abul K Abbas, Andrew H Lichtman, Shiv Pillai - Cellular and molecular immunology - Elsevier 6ème édition, 2010  566 pages

      Revues généralistes

      -Dossier Pour la Science : Les défenses de l’organisme, pp. 8-12, octobre-décembre 2000

      Sites généralistes

      -Site de l'ASSIM : www.assim.refer.org

      C'est le site de l'association des collèges d'enseignants d'immunologie d'universités de langue française. On y trouve des cours d'immunologie de niveau universitaire, de nombreux liens, un onglet lycée qui contient des documents utilisables en classe, des exemples de progression d'enseignants de lycée.

      Ressources pour le thème 3-A-2 : L'immunité adaptative, prolongement de l'immunité innée

      Articles de revues scientifiques

      -Jeffrey Tautenberger, Ann Reid et Thomas Fanning, Sur les traces d’un tueur : le virus de la grippe espagnole, Pour la Science, février 2005, n° 328

      -Chris Barrett, Stephen Eubank et James Smith, Et si la variole frappait Paris ?, Pour la Science, avril 2005,  n°330

      -Bernard Régnier, Les infections à l’hôpital, Pour la Science, mai 2005, n° 331

      -Daniel Davis, Dialogue entre cellules immunitaires, Pour la Science, mars 2006, n° 341

      -Zoltan Fehervari et Shimon Sakaguchi, Système immunitaire : de nouveaux agents, Pour la Science, novembre 2006, n° 349

      -Abner Louis Notkins, Prédire les maladies auto-immunes, Pour la Science, mai 2007, n° 355

      -Edgardo D. Carosella et Nathalie Rouas-Freiss, Comment la mère tolère son foetus, Pour la Science, décembre 2011, n° 410

      -Dossier PLS : Allergies alimentaires, Pour la Science, mars 2007, n° 353
      Le dossier propose une série d'articles sur le sujet : Une nouvelle épidémie ? – La flore : un rempart contre l’allergie, – Les allergènes alimentaires, Quelle prévention ?

      -Fabien Goubet, Le prix Nobel de médecine et physiologie récompense l’immunologie, La Recherche, octobre 2011, n° 456

      Principaux sites

      -Ressources en immunologie de la faculté de médecine Pierre et Marie Curie
      www.chups.jussieu.fr/en-ligne/choix.php?dispg=immuno

      -Rubrique Acces (publié par l’ENS de Lyon) : la réponse immunitaire
      http://acces.ens-lyon.fr/acces/ressources/sante/reponse-immunitaire

      Autres ressources

      -Ressources en immunologie pour Rastop et Anagène : anticorps spécifiques ou non du VIH, récepteurs T
      http://acces.ens-lyon.fr/acces/ressources/sante/reponse-immunitaire/ressources/rastop-et-anagene


      Thème 3-A-3 Le phénotype immunitaire au cours de la vie

      Intentions, commentaires et limites

      Cette partie du programme permet une acquisition de connaissances sur la mémoire immunitaire, mais aussi une éducation citoyenne dans le domaine de la vaccination. A ce sujet, le professeur apportera aux élèves les informations scientifiques nécessaires et se limitera aux faits. Il conviendra de ne pas polémiquer vis à vis de la prise de position sur l’intérêt et les dangers de la vaccination. Cette partie du programme permet également d’aborder l’histoire des sciences avec l’historique de la découverte des vaccins.

      • Il est admis que les cellules-mémoires ont une durée de vie très longue (notamment les TCD8+, connues depuis une dizaine d’années), il est possible qu’elles se multiplient, mais les scientifiques ignorent actuellement dans quel organe. De plus, des plasmocytes à longue durée de vie présents dans la moelle osseuse continuent de produire des anticorps (ce qui explique la persistance des anticorps longtemps après vaccination). La production de toutes ces cellules, naturellement ou après vaccination, entraîne une évolution du phénotype immunitaire selon son environnement.

      • Bien au-delà de la protection individuelle, la vaccination a pour objectif une protection collective et une éradication du pathogène (lorsque son seul hôte est l’Homme). Il s’agit de faire prendre conscience aux élèves de leur responsabilité face à leur santé mais aussi face aux problèmes de santé publique. La couverture vaccinale de la population constitue un véritable enjeu de société.

      • Sans en faire une liste exhaustive, la comparaison de l’efficacité et du risque de différents types de vaccins permet de comprendre l’importance et le rôle des adjuvants. Ces derniers fournissent les signaux de danger nécessaires à l’activation de la réaction innée préalable à la réaction adaptative. L’histoire des sciences constitue ici une approche intéressante car elle permet de mettre en évidence différents types de vaccins et les adjuvants qu’ils contiennent.

      Compléments scientifiques
      Ce paragraphe a pour objectif d’apporter des compléments scientifiques au professeur sur certaines thématiques, mais les contenus développés ne sont en aucun cas exigibles de la part des élèves.

      - Les principaux adjuvants
      Adjuvants
      Composition
      Mécanisme d’action
      Adjuvant incomplet de Freund (non utilisé chez l'Homme, sauf dans certains vaccins anti-cancer expérimentaux)
      Huile en émulsion dans l'eau
      Libération retardée de l'antigène ; capture facilitée par les macrophages et les cellules dendritiques.
      Adjuvant complet de Freund (jamais utilisé chez l’Homme)
      Huile en émulsion dans l'eau, avec des bactéries tuées
      Libération retardée de l'antigène ; capture facilitée par les macrophages et les cellules dendritiques ; induction de la co-stimulation
      Alun (dans presque tous les vaccins)
      Hydroxyde d’aluminium
      Libération retardée de l'antigène ;
      capture facilitée par les macrophages et les cellules dendritiques, induction de la co-stimulation (découverte en 2007).
      Alun + Bordetella pertussis
      Hydroxyde d’aluminium et B.pertussis tué
      Libération retardée de l'antigène + capture facilitée par les macrophages et les cellules dendritiques + induction de la co-stimulation

      Actuellement, aucune relation épidémiologique n’a été établie entre l’utilisation de l’alun ou d’autres adjuvants de vaccins et l’apparition de maladies. Cependant, des recherches sont en cours à ce sujet.

      Les vaccins curatifs

      Le terme de vaccin est conservé pour le grand public, mais il s’agit plutôt d’immunothérapies. Ces « vaccins curatifs » sont utilisés notamment pour soigner des maladies chroniques ou des cancers. Par exemple, le cancer du rein est traité par thérapie à cytokines de type IL2. Ce traitement ne contient pas d’antigène et n’est donc pas un véritable vaccin.

      Le vaccin de Pasteur contre la rage

      Les premières inoculations ont été réalisées sur un enfant qui venait d’être mordu par un chien enragé, donc après la contamination, ce qui ne correspond pas à une procédure de vaccination. Mais comme la période d'incubation de cette maladie est longue, les injections ont permis une stimulation du système immunitaire avant que le virus ne soit trop développé ; il s’agit donc bien d’une vaccination.

      D’après ses cahiers de laboratoire, Pasteur a ensuite inoculé à cet enfant le virus rabique vivant pour démontrer que le vaccin empêchait une nouvelle infection.

      Les maladies disparues avant vaccination

      Certaines maladies ont disparu avant même qu’une vaccination des populations ne soit mise en oeuvre. C’est le cas de la peste, dont les épidémies, particulièrement meurtrières, ont disparu en Europe au XVIIIe siècle. Les individus dont le CMH permettait une meilleure réponse contre la peste ont été sélectionnés, ce qui est une démonstration de l’évolution génétique des populations.

      Exemples d’activités

      • Identifier les principes d’une stratégie vaccinale grâce aux exemples de l’éradication de la variole, ou de l’arrêt de la vaccination contre la diphtérie en Angleterre lorsque le nombre de vaccinés est suffisant pour éviter l’épidémie.

      • Recenser les principes de la vaccination à partir de textes historiques (Jenner)

      • Exercer l’esprit critique des élèves à partir des travaux de Pasteur.

      • Recenser, extraire et exploiter des informations sur la composition d'un vaccin et sur son mode d'emploi.

      • Exploiter des articles de presse à propos des adjuvants dans les vaccins afin de développer l’esprit critique des élèves face aux ressources documentaires et l’intérêt face aux grands enjeux de société.

      • Extraire et exploiter des informations à partir d’un calendrier de vaccination

      • Exploiter des articles sur les promesses futures des vaccins.

      Bibliographie, sitographie, ressources (thème 3A3)

      Ressources générales sur l'immunologie (commun aux thèmes 3A1, 2, 3)

      Ouvrages généralistes sur l'immunologie

      « Ton étonnant système immunitaire », disponible en téléchargement sur le site de l’ @ssim (association des collèges des enseignants d’immunologie des universités de langue française) – ouvrage de vulgarisation écrit par la société japonaise d’immunologie- agréablement illustré, il s’adrese à un public scolaire :
      www.assim.refer.org/portail/portail/nouveaux-liens_files/d91e86f0b0137644fded335e36bf09ef-81.html

      -David Male, Yvan Roitt, Johnatan Brostoff et David B Roth - Immunologie - Ed. Elsevier Masson, collection Campus Référence, 2007 - 600 pages

      -Eric Espinosa, Pascal Chillet et Salvatore Valitutti - Immunologie - Ed. Ellipses Marketing, collection parcours LMD, 2010 - 510 pages

      -Abul K. Abbas, Andrew H. Lichtman - Les bases de l'immunologie fondamentale et clinique – Elsevier Masson, 2008 - 283 pages

      Ouvrages généralistes sur l'immunologie, de plus haut niveau

      -Charles Janeway, Paul Travers, Kenneth Murphy et Mark Walport - Immunobiologie - Ed. De Boeck 3ème édition 2009 - 890 pages

      -Thomas J. Kindt, Richard A. Goldsby, Barbara A. Osborne et Catherine Fridman Immunologie - Le cours de Janis Kuby - Ed. Dunod 6ème édition 2008 - 684 pages

      -Abul K Abbas, Andrew H Lichtman, Shiv Pillai - Cellular and molecular immunology - Elsevier 6ème édition, 2010  566 pages

      Revues généralistes

      -Dossier Pour la Science : Les défenses de l’organisme, pp. 8-12, octobre-décembre 2000

      Sites généralistes

      -Site de l'ASSIM : www.assim.refer.org

      C'est le site de l'association des collèges d'enseignants d'immunologie d'universités de langue française. On y trouve des cours d'immunologie de niveau universitaire, de nombreux liens, un onglet lycée qui contient des documents utilisables en classe, des exemples de progression d'enseignants de lycée.

      Ressources pour le thème 3-A-3 : Le phénotype immunitaire au cours de la vie

      Ouvrages et articles

      Articles :

      -DRI Piedro, L’affaire Rouyer, Les Génies de la science - novembre - janvier 2007, N°33
      Article traitant des recherches et de la démarche ayant permis à Pasteur la mise au point du vaccin antirabique.

      -ADEREM Alan, Concevoir plus rapidement des vaccins, Pour la Science, octobre 2011, N°408
      Article présentant les recherches actuelles faites sur les vaccins.

      -GARCON Nathalie, GOLDMAN Michel, Des vaccins plus efficaces, Pour la Science, décembre 2009, N°386

      -RAPPUOLI Rino, W. MANDL Christian, BLACK Steven and DE GREGORIO Ennio, Vaccines for the twenty-first century society, Nature reviews, Immunology, Volume 11, December 2011

      Article présentant les perspectives futures des vaccins

      -GANGAROSA E J, GALAZKA A M, WOLFE C R, PHILLIPS L M, GANGAROSA R E, MILLER E, CHEN R
      T, Impact of anti-vaccine movements on pertussis control: the untold story, The Lancet, 31 janvier 1998, N° 351

      Site de référence

      -Site Vidal permettant la consultation des fiches et notices de médicaments notamment celles des différents vaccins
      www.vidal.fr/fiches-medicaments

      Autres ressources

      Logiciel :

      -Logiciel « immunité », qui permet aux élèves de mettre en place autant d’expériences qu’ils le souhaitent pour résoudre la question du transfert d’immunité. Il est téléchargeable gratuitement sur le site :
      ww2.ac-poitiers.fr/svt/spip.php?article393

      Vidéo :
       
      -« Le vaccin contre la polio », Images historiques aux Etats-Unis 1955, Universcience 2011 : 
      www.universcience.tv/media/3480/le-vaccin-contre-la-polio--1955.html


      Préambule : du programme à sa mise en oeuvre

      L’introduction de cette partie de programme (Neurone et fibre musculaire : la communication nerveuse) donne le cadre pédagogique : comment une observation clinique de réaction réflexe permet de tester l’intégrité du système neuromusculaire ?
      Le problème du contrôle peut, lui, être formulé à partir d’observations de maladies neuro-dégénératives du système nerveux moteur mais aussi à partir des acquis de la classe de première sur l’organisation en aires du cerveau.

      La découverte de la plasticité des aires motrices peut être motivée par ce qui a été vu en classe de première à propos de la vision mais aussi par l’observation de cas de récupération motrice.

      La mise en relation des acquis de seconde ou de première S avec quelques faits comme des cas cliniques notamment, peut permettre d’introduire les trois problèmes scientifiques qui s’imposent dans cette partie de programme. La motivation du travail des élèves n’est pas à négliger, même en terminale S, car elle est le fil directeur de la recherche. Elle permet, par une présentation explicite des objectifs, la mise en oeuvre de tâches complexes. Il ne faut donc pas hésiter à présenter des documents nouveaux, dont de l’imagerie scientifique voire des résultats expérimentaux durant la phase de motivation (situation de départ) de la démarche, mis en perspective avec les acquis des élèves.
        Présentation et Ressources Eduscol
        TS 2013 – Thème 3B – Neurones et fibre musculaire, la communication nerveuse : Ac Nantes – Présentation pdf

        Sens général du thème (problématique) : Comprendre plus finement le système neuromusculaire en identifiant le fonctionnement sommaire du réseau neuronique, du cortex cérébral caractérisé par sa plasticité.

        A voir ci-dessous :
        Mise en situation pédagogique :
        une motivation et trois exemples de tâches complexes

        Situation Motivante

        Pistes pour une motivation du Thème 3-B-2 : de la volonté au mouvement

        Trois exemples de tâches complexes

        Exemple 1 sur le thème 3-B-1 ; Le réflexe myotatique, un exemple de commande réflexe du muscle

        Exemple 2 sur le thème 3-B-1 ; Le réflexe myotatique, un exemple de commande réflexe du muscle
        Exemple 3 sur le thème 3-B-3 ; Motricité et plasticité cérébrale



        Thème 3-B-1 - Le réflexe myotatique : un exemple de commande réflexe du muscle
        Préambule

        Les notions de capteur sensible à un stimulus spécifique, de centre nerveux intégrateur et de transmission d’information par les nerfs sensitifs et moteurs, enfin celle de boucle de régulation ont été établies en classe de seconde. En première S, la notion de circuit nerveux (système de récompense) constitué de neurones ainsi que celles de message nerveux acheminé au cerveau par le nerf optique, de sensibilité aux drogues ont permis de matérialiser l’existence de relations inter-neuroniques.

        Ces notions permettent donc aux élèves de conceptualiser l’existence d’un capteur (intramusculaire, réflexe proprioceptif), d’un circuit neuronique, d’un centre nerveux et d’une communication entre le nerveux et le musculaire. Le fonctionnement synaptique effleuré en première S au travers d’une action des drogues sur le fonctionnement cérébral est installé en terminale S comme mécanisme permettant le fonctionnement des circuits neuroniques.
        Un exemple de programmation

        Le Thème 3-B peut être traité sur 4 à 6 semaines (la totalité du thème 3 portant sur 33% de l’année scolaire) sur la base de trois problèmes scientifiques.

        Le document rédigé ci-dessous ne donne pas le détail de l’organisation des travaux pratiques et des cours mais propose des pistes de démarche, une programmation d’activités, ainsi que les objectifs de formation en terme de capacités à faire acquérir (cf. capacités et attitudes définies dans les programmes de lycée). Des activités possibles des élèves sont listées, mais, le travail du professeur n’est pas détaillé, respectant en cela la liberté pédagogique des enseignants.

        On pourra se reporter aux exemples de tâches complexes qui se trouvent plus loin dans le document pour entrer dans des démarches pédagogiques précises.

        Premier problème pour 1B1 :
        3-B-1 - Comment l’observation d’un réflexe renseigne sur l’intégrité du système neuromusculaire ?

        Pistes de démarche et activités possibles des élèves
        Objectifs de formation
        Possibilité d’une démarche d’investigation destinée à montrer que le message nerveux parcourt une chaîne neuronique.
        Pratiquer une démarche scientifique
        • Réalisation d’une activité d’ExAO sur le réflexe myotatique
        • Percevoir le lien entre science et technique
        • Observation microscopique de différentes structures (neurones médullaires et ganglionnaires, neurones dissociés, neurones en cultures, CL de nerf rachidien,…)
        • Manipuler, expérimenter
        • Construction d’un schéma de l’arc réflexe comprenant les structures histologiques, la synapse interneuronique et la plaque motrice (synapse neuro-musculaire).
        • Communiquer dans un langage scientifiquement approprié :
        ◦ schéma ;
        • Rédaction d’un commentaire explicitant le schéma.
        ◦ commentaire scientifique.
        Possibilité d’une démarche destinée à montrer la nature et le codage du message nerveux permettant d’expliquer l’adaptation des réactions motrices.
        Pratiquer une démarche scientifique
        • Enregistrements ExAO de potentiels complexes de nerf – variation d’IS afin de comprendre la sommation.
        Pas de double choc ni de période réfractaires.
        • Manipuler, expérimenter
        • Étude de documents montrant le codage en fréquence au niveau neuronique (mis en relation avec le potentiel global du nerf) ou utilisation d’un logiciel de simulation
        • Organiser des informations ou
        • Exploiter des résultats en utilisant les TICE
        • Réalisation d’un commentaire bilan sur le fonctionnement de la synapse neuro-musculaire.
        • Communiquer dans un langage scientifiquement approprié

        Mise en situation pédagogique : exemple 1/3

        Un premier exemple de tâche complexe

        Exemple 1 sur ce thème 3-B-1; Le réflexe myotatique, un exemple de commande réflexe du muscle

        Objectif : Identifier le centre nerveux intervenant dans le reflexe myotatique.

        Pré-requis :

        En quatrième, au collège, les élèves ont acquis que « La commande du mouvement est assurée par le système nerveux qui met en relation les organes sensoriels et les muscles. Un mouvement peut répondre à une stimulation extérieure, reçue par un organe sensoriel : le récepteur. Le message nerveux sensitif correspondant est transmis aux centres nerveux (cerveau et moelle épinière) par un nerf sensitif. Les messages nerveux moteurs sont élaborés et transmis par les centres nerveux et les nerfs moteurs jusqu’aux muscles : les effecteurs du mouvement. »

        Motivation possible :

        Un test réflexe réalisé par le médecin (présentation de photos, d’une vidéo) montre le mouvement en réponse à un choc sur le tendon interprété comme une réaction à l’élongation du muscle permettant, dans le fonctionnement habituel de l’organisme, le maintien d’une posture. La présentation d’un document anatomique doit permettre de dire que l’élongation du muscle provoque sa propre contraction.

        La question du parcours du message entre la stimulation et la réponse motrice semble essentielle: les élèves pourraient alors être invités à formuler des hypothèses sur le trajet du message nerveux :

        • le message nerveux part du récepteur et circule dans le muscle soléaire ;
        • le message nerveux sensitif est envoyé à la moelle épinière et un message moteur revient au muscle qui se contracte ;
        • le message nerveux sensitif est envoyé au cerveau et un message moteur revient au muscle qui se contracte.

        La première hypothèse pourrait être réfutée rapidement car en contradiction avec leurs acquis. Une démarche de nature expérimentale peut s’engager avec utilisation de l’ExAO.

        Consignes données aux élèves :

        On cherche à savoir si le message nerveux sensitif obtenu par la stimulation est envoyé à la moelle épinière ou s’il remonte jusqu’au cerveau.

        On utilise un dispositif d’expérimentation assistée par ordinateur (ExAO) permettant d’enregistrer la réponse électrique du muscle lors de la stimulation mécanique de son tendon.

        On dispose d’un ensemble ExAO avec les capteurs (électrodes) à fixer au niveau du muscle d’un élève pour mesurer son activité électrique :

        • une fiche technique de réalisation du montage et de la stimulation du sujet ;
        • la vitesse du message nerveux dans l’organisme : environ 50 m.s-1;
        • un mètre à ruban permettant de mesurer des longueurs sur l’élève volontaire ;

        Réaliser l’enregistrement électrique du muscle recevant le choc mécanique sur son tendon (muscle du mollet) en suivant les indications de la fiche technique. En utilisant l’enregistrement ExAO, proposer une méthode permettant de valider l’une ou l’autre des deux hypothèses.

        Vous annoterez l’enregistrement et rédigerez une argumentation fondée sur les mesures de vitesse calculées selon l’une et l’autre des deux hypothèses.

        Références de documents utilisables :

        Fiche technique du montage expérimental de l’enregistrement du réflexe myotatique
        www.ac-rennes.fr/pedagogie/svt/applic/refmyo/activ-musc.htm

        Donnée utilisable : la vitesse moyenne de circulation des messages nerveux est de 50 m.s-1

        Capacités évaluées :

        • Manipuler et expérimenter.
        • Organiser des informations.
        • Pratiquer une démarche scientifique (…, expérimenter, raisonner avec rigueur, modéliser).
        • Communiquer dans un langage scientifique approprié : commentaire argumenté.

        Modalités de travail : Les élèves travaillent par groupe de 2.

        Pistes d’aide :

        Sur l’enregistrement ExAO de l’activité électrique du muscle du mollet, mesurer le temps (t en ms) séparant le choc (t0 du graphique) de la réponse du muscle.
        • Calculer la distance théorique parcourue par le message nerveux compte tenu de sa vitesse
        • Comparer la distance obtenue à celle mesurée allant du récepteur, à l’un des deux centres nerveux possibles puis revenant jusqu’au muscle.

        Mise en situation pédagogique : exemple 2/3

        Un second exemple de tâche complexe

        Exemple 2 sur ce thème 3-B-1 ; Le réflexe myotatique, un exemple de commande réflexe du muscle

        Objectif: Identifier les structures qui permettent la circulation du message nerveux durant le réflexe myotatique.

        Pré-requis :

        - Collège (quatrième) : La perception de l’environnement et la commande du mouvement supposent des communications au sein d’un réseau de cellules nerveuses appelées neurones.
        - Lycée (terminale S) : la moelle est le centre nerveux mis en jeu dans le réflexe myotatique.

        Motivation possible :

        On peut présenter des cas d’individus paralysés et/ou insensibles suite à des lésions de la moelle épinière montrant qu’elle est nécessaire à la communication des messages nerveux mais aussi des images de cultures cellulaires montrant les prolongements et l’établissement de contacts entre neurones (site SVT Nancy : www.ac-nancy-metz.fr/enseign/svt/labo/Cultures/celembry.htm).

        Cette mobilisation d’acquis et des données citées ci-dessus permet d’arriver à l’idée que ce sont des neurones qui, stimulés et communiquant entre eux, sont responsables de l’activité réflexe.

        Consignes données aux élèves :

        On cherche à identifier, localiser et dénombrer les neurones intervenant dans l’arc réflexe en observant des coupes histologiques et en prenant en compte des résultats expérimentaux (expériences de Magendie).

        On dispose outre des préparations de moelle et de nerf, du compte-rendu des expériences de Magendie, d’un fond de schéma figurant la moelle en coupe et le trajet du nerf et des images permettant l’identification sur le site de l’académie de Rennes (cf plus loin).

        À partir de l’observation des préparations fournies et des résultats des expériences de Magendie, représentez :
        • les neurones repérés dans la moelle épinière et dans le ganglion spinal,
        • sur le fond de schéma fourni, la moelle en coupe ainsi que les nerfs rachidiens, et l’esquisse d’une chaîne neuronique expliquant le réflexe myotatique.

        NB : la représentation des neurones peut être obtenue par dessin ou photographie numérique.

        Références de documents et sites internet utilisables :
         
        - Texte des expériences de Magendie :

        François Magendie (1784-1855), l'un des pionniers de la physiologie expérimentale en France, fut le premier à mettre en évidence le rôle des racines rachidiennes. Un extrait de son journal, publié en 1822, relate ses premières expérimentations chez le Chien.

        « Depuis longtemps, je désirais faire une expérience dans laquelle je couperais sur un animal les racines postérieures des nerfs qui naissent de la moelle épinière (...) J'eus alors sous les yeux les racines postérieures des paires lombaires et sacrées et, en les soulevant successivement avec les lames de petits  ciseaux, je pus les couper d'un côté, la moelle restant intacte. J'ignorais quel serait le résultat de cette tentative (...) et j'observais l'animal ; je crus d'abord le membre correspondant aux nerfs coupés entièrement paralysé ; il était insensible aux piqûres et aux pressions les plus fortes ; il me paraissait immobile, mais bientôt, à ma grande surprise, je le vis se mouvoir d'une manière très apparente, bien que la sensibilité y fut toujours tout à fait éteinte. Une seconde, une troisième expérience me donnèrent exactement le même résultat (...) Il se présentait naturellement à l'esprit de couper les racines antérieures en laissant intactes les postérieures (...) Comme dans les expériences précédentes, je ne fis la section que d'un seul côté, afin d'avoir un terme de comparaison. On conçoit avec quelle surprise je suivis les effets de cette section. Ils ne furent point douteux : le membre était complètement immobile et flasque tandis qu'il conservait une sensibilité sans équivoque. Enfin, pour ne rien négliger, j'ai coupé à la fois les racines antérieures et postérieures : il y eut perte absolue de sentiment et de mouvement. »

        - Sites internet pour retrouver les légendes des observations microscopiques :
        http://dnb35.ac-rennes.fr/pedagogie/svt/applic/nerf/nerf.htm
        http://dnb35.ac-rennes.fr/pedagogie/svt/applic/moelle/moelle.htm

        Capacités évaluées :

        • Pratiquer une démarche scientifique (observer,…, expérimenter)
        • Communiquer dans un langage scientifiquement approprié : …, écrit, graphique,…

        Modalités de travail : les élèves travaillent par groupe de 2.

        Pistes d’aide :

        • Observer au microscope la coupe histologique de la moelle épinière et localiser les corps cellulaires des neurones en s’aidant des photos disponibles sur le site internet ;
        • Dessiner (ou photographier) les corps cellulaires trouvés respectivement dans la moelle et dans le ganglion spinal ;
        • Observer la coupe longitudinale du nerf, identifier les axones dans les fibres ;
        • Localiser les neurones moteurs et sensitifs à partir des observations de Magendie ;
        • Tracer sur le fond de schéma fourni les neurones identifiés en figurant leurs prolongements ;
        • Identifier la zone de synapse possible entre les neurones figurés.

        Remarques :

        1. les corps cellulaires d’un neurone sont la partie cytoplasmique située autour du noyau avec le départ des prolongements.
        2. le fuseau neuromusculaire et la plaque motrice ne sont ni identifiés ni observés dans cette activité.

        Thème 3-B-2 - De la volonté au mouvement
        Préambule

        Le constat que le cerveau n’intervient pas directement dans l’accomplissement du réflexe myotatique peut permettre de proposer l’hypothèse qu’il contrôle des mouvements volontaires que l’on pourra mettre en  perspective avec l’activité dite réflexe. La recherche d’aires motrices cérébrales par analogie avec des aires sensitives vues en première S et/ou par l’observation de cas cliniques d’atteinte cérébrale et médullaire décrivant des paralysies est tout à fait possible.

        L’activité et l’organisation des chaînes neuroniques est à considérer comme le mécanisme cellulaire qui va permettre d’expliquer le fonctionnement de l’organisme avec l’unité motrice (une fibre musculaire reliée à un seul neurone innervant lui-même plusieurs fibres).

        Un exemple de programmation

        Le Thème 3-B peut être traité sur 4 à 6 semaines (la totalité du thème 3 portant sur 33% de l’année scolaire) sur la base de trois problèmes scientifiques.

        Le document rédigé ci-dessous ne donne pas le détail de l’organisation des travaux pratiques et des cours mais propose des pistes de démarche, une programmation d’activités, ainsi que les objectifs de formation en terme de capacités à faire acquérir (cf. capacités et attitudes définies dans les programmes de lycée). Des activités possibles des élèves sont listées, mais, le travail du professeur n’est pas détaillé, respectant en cela la liberté pédagogique des enseignants.
        On pourra se reporter aux exemples de tâches complexes qui se trouvent plus loin dans le document pour entrer dans des démarches pédagogiques précises.

        Second problème pour 3B2 :
        3-B-2 - Comment les neurones des centres nerveux permettent la réalisation de mouvements volontaires ?
        Pistes de démarche et activités possibles des élèves
        Objectifs de formation
        • Exploration fonctionnelle du cerveau par l’exploitation de données d’imagerie numérique (banque Neuropeda).
        • Exploiter des résultats en utilisant les TICE (logiciel eduanatomist).
        • Etude de cas de malades à troubles moteurs.
        • Organiser des informations.
        • Enrichissement du schéma de l’arc réflexe en figurant la commande motrice volontaire.
        • Communiquer dans un langage scientifiquement approprié.
        • Exploitation de données sur le fonctionnement du motoneurone médullaire pour établir la notion d’intégration et celle d’unité motrice.
        • Comprendre qu'un effet peut avoir plusieurs causes (act. réflexe ou volontaire).




        Mise en situation pédagogique : une situation motivante

        Pistes pour une motivation du Thème 3-B-2 : de la volonté au mouvement

        Dans cette situation, le réflexe myotatique a été vu préalablement et le rôle de la moelle épinière, centre nerveux du mouvement réflexe, a été détaillé. La mobilisation des acquis de la classe de quatrième sur le cerveau, centre nerveux ayant la capacité d’analyse de messages sensitifs et d’élaboration de messages nerveux moteurs, sans doute sous la forme d’un schéma fonctionnel, est nécessaire. D’autre part, en première S, les études d’imagerie fonctionnelle ont montré l’activation d’aires corticales lors de la vision notamment ou lorsque la mémoire est sollicitée.

        L’imagerie fonctionnelle est donc nécessaire à cette motivation qui pourrait placer en préambule le cerveau au centre de la préoccupation de ce sous-thème.

        Un exemple d’image d’IRMF d’un sujet en train de lire à haute voix permettrait :

        • de remobiliser les acquis sur les aires sensorielles visuelles ;
        • de montrer l’existence d’une aire spécialisée, liée à la motricité du langage, l’aire de Broca ;
        • de poser des questions comme:
        ◦ quelle est l’organisation motrice du cerveau : existe-t-il des aires motrices spécialisées pour chaque mouvement ? chaque partie du corps ?
        ◦ où vont (où se connectent) les neurones moteurs issus du cerveau ?

        Il peut aussi être intéressant de partir de représentations artistiques du rôle du cerveau (relation avec l’Histoire des Arts), d’abord connu des élèves comme lieu de la réflexion :

        • des représentations supposées du tronc cérébral ou du cerveau par Michel Ange dans certaines fresques de la Chapelle Sixtine qui peut intriguer les élèves (cf. infra article Pour La Science).

        Voir le Site de visite virtuelle de la chapelle Sixtine,...
        www.vatican.va/various/cappelle/sistina_vr/index.html

        ...et l’interprétation (Royal Society of Medicine)
        www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC539666/?tool=pubmed

        • d’autres représentations artistiques du cerveau peuvent être trouvées sur Internet.

        De ce cerveau vu globalement comme un centre « de réflexion et d’accumulation de savoirs », il faut passer à un cerveau responsable de la commande volontaire du mouvement : c’est l’objectif de la motivation.

        La motivation de cette partie doit aussi poser la question de la relation qui existe entre le cerveau et la moelle épinière afin que les élèves n’imaginent pas qu’il existe des voies indépendantes, l’une qui serait affectée à la commande de réactions réflexes et l’autre qui serait dévolue à l’activité volontaire.

        Ainsi la question suivante mérite certainement aussi d’être posée : les neurones du cerveau vont-ils au niveau des organes ou sont ils connectés aux neurones médullaires ?
        Thème 3-B-3 - Motricité et plasticité cérébrale
        Préambule

        La plasticité des aires sensitives (aires visuelles, aires de reconnaissance visuelle) est connue depuis la classe de première S et une entrée par la rééducation fonctionnelle d’accidentés ou de malades ayant eu un AVC permet très facilement de faire apparaître le concept de plasticité cérébrale motrice. La diversité individuelle des cartes motrices est montrée comme le résultat de la diversité des apprentissages (de faible à intensif) et non comme une base génétique intangible (inné).

        Un exemple de programmation

        Le Thème 3-B peut être traité sur 4 à 6 semaines (la totalité du thème 3 portant sur 33% de l’année scolaire) sur la base de trois problèmes scientifiques.

        Le document rédigé ci-dessous ne donne pas le détail de l’organisation des travaux pratiques et des cours mais propose des pistes de démarche, une programmation d’activités, ainsi que les objectifs de formation en terme de capacités à faire acquérir (cf. capacités et attitudes définies dans les programmes de lycée). Des activités possibles des élèves sont listées, mais, le travail du professeur n’est pas détaillé, respectant en cela la liberté pédagogique des enseignants.
        On pourra se reporter aux exemples de tâches complexes qui se trouvent plus loin dans le document pour entrer dans des démarches pédagogiques précises.

        Troisième problème pour 3B3 :
        3-B-3 - Comment les capacités motrices individuelles évoluent avec les apprentissages ?

        Pistes de démarche et activités possibles des élèves
        Objectifs de formation
        • Exploitation de documents sur la récupération motrice suite à accidents ou accidents vasculaires cérébraux.
        • Être conscient de sa responsabilité face à la santé.
        • Exploitation d’imagerie fonctionnelle du cortex.
        • Percevoir le lien entre sciences et techniques.
        • Manifester sens de l'observation, curiosité, esprit critique.
        • Réalisation d’un commentaire argumenté sur l’acquis et l’apprentissage.
        • Communiquer dans un langage scientifiquement approprié.


        Mise en situation pédagogique : exemple 3/3

        Un troisième exemple de tâche complexe

        Exemple 3 sur ce thème 3-B-3 ; Motricité et plasticité cérébrale

        Objectif :

        Comprendre que même si des différences dues à l’expression de gènes existent, l’organisation fonctionnelle de l’aire motrice est sous la dépendance de facteurs environnementaux.

        Pré-requis :

        Les notions des thèmes 3-B-1 et 3-B-2 ont été traitées.
        En classe de première, les travaux ont montré que tout apprentissage demande une certaine plasticité cérébrale, entre autre dans le domaine de la lecture.

        Motivation possible :

        Un vidéogramme montrant la perte de motricité suite à un accident médullaire ou à une lésion cérébrale, un tennisman ou un pianiste virtuose, des personnes âgées chez lesquelles les mouvements sont moins nombreux, peut être utilisé afin d’introduire l’idée de la plasticité cérébrale avec ses capacités de remaniement par l’entraînement.

        Consignes données aux élèves :

        On cherche à comprendre comment le cerveau moteur est organisé et s’il peut se réorganiser.

        Exploiter les informations contenues dans les documents fournis pour localiser les zones motrices du cerveau, en relation avec leur(s) fonction(s) puis montrer comment l’apprentissage ou la rééducation provoquent la réorganisation de ces zones.

        On attend un schéma légendé de localisation et un commentaire synthétique portant sur la réorganisation fonctionnelle motrice du cerveau.

        Références de quelques documents utilisables (prévoir de donner aux élèves des extraits de certains de ces documents)

        - Document sur un témoin physiologique du vieillissement cérébral (test de réponse du cortex selon l’âge du sujet).

        - Documents sur la récupération suite à AVC, amputation :

        • Réorganisation cérébrale après une greffe de deux mains suite à une amputation accidentelle.
        Extraire la partie montrant le déplacement de la zone active dans l’aire motrice et les images d’IRMF avant et après la greffe. www.cnrs.fr/cw/fr/pres/compress/ReorgCerebrale.htm

        • Réorganisation suite à des AVC : Extraire les images des toiles du peintre Anton Raderscheidt après AVC et le texte du cas n°2.

        - Document sur la récupération (exceptionnelle) d’un patient ayant subi un AVC grave provoquant le Locked-in syndrome (syndrome d'enfermement).
        http://rms.medhyg.ch/article_p.php?ID_ARTICLE=RMS_241_0633

        - Document sur l’aphasie de Broca :
        http://acces.inrp.fr/acces/ressources/neurosciences/neuro_apprentiss_2/cas_langage/cas_1/cas1

        - Documents sur la cartographie anatomique et fonctionnelle des aires motrices et leur plasticité :
        • Site : http://lecerveau.mcgill.ca/flash/i/i_06/i_06_cr/i_06_cr_mou/i_06_cr_mou.html
        • Article de revue « une empreinte dans le cortex des violonistes » :
        www.larecherche.fr/content/recherche/article?id=21649

        - Document sur la variabilité individuelle des aires motrices :
        http://acces.inrp.fr/acces/ressources/neurosciences/Banquedonnees_logicielneuroimagerie/testarchitecture-neuropeda/fiches-pedagogiques/1-irm/1-3-imagerie-fonctionnelle/1-3-1-sensibilite-motricite/1-3-1-1-motricite

        Ce document est à utiliser en relation avec le logiciel EDUANATOMIST et la banque Neuropeda :
        • Ouvrir depuis le poste local (banque sur disque dur), puis :
        NEUROPEDA/ 1IRM / 3fonc / 1sensorimoteur/ 1motricite / IRMsujet13112anat.img
        • Refaire le même chemin en choisissant à la fin :
        IRMsujet13112fonctionMotriciteMainDroiteVersusGauche.impg (image fonctionnelle)
        • Voir fiches techniques (et protocole) élaborées sur le site SVT de l’académie de Lyon.

        Capacités évaluées :

        • Recenser, extraire et organiser des informations.
        • Communiquer dans un langage scientifiquement approprié : écrit, numérique.
        • Percevoir le lien entre sciences et techniques

        Modalités de travail :

        • Les élèves travaillent par groupe de 4.
        • Chaque groupe travaille sur :
        ◦ un extrait de document montrant un cas de récupération,
        ◦ le site « Le cerveau »,
        ◦ la banque Neuropeda utilisée avec le logiciel Eduanatomist pour travailler sur de l’imagerie fonctionnelle.
        On attend de l’élève la production d’un schéma du cerveau localisant les aires motrices et montrant l’inversion motrice corticale. La production sera accompagnée d’un commentaire synthétique portant sur la réorganisation des aires suite à l’apprentissage, l’entraînement, la rééducation motrice, la vieillesse.

        Ressources : bibliographie - Sitographie

        Des ressources bibliographiques

        Ouvrages

        Ouvrages essentiels

        - Jean-Pierre Didier, La plasticité de la fonction motrice, Edition Springer - 2009 - 476 pages.
        Ouvrage sur la plasticité de la fonction motrice et la réadaptation motrice traitant des aspects historiques, de la flexibilité de l’architecture neuronale, de la neuroplasticité selon l’âge, de la plasticité musculaire, de la plasticité et l’activité physique, de la récupération motrice après un AVC,… L’idée centrale est que le renforcement des muscles et le reconditionnement physique sont essentiels à la rééducation neuromotrice, dans la mesure où l'activité est bien à la fois résultat et le média de la plasticité.

        - Maryline COQUIDE (IUFM), La neuroplasticité, Edition Vuibert - 2007.
        - L’ouvrage insiste sur l'extraordinaire plasticité du cerveau : récupération spectaculaire après lésions, réorganisation d'aires spécialisées lors d'apprentissage « pointu » (exemple de l'adaptation des zones de commandes de la main chez le violoniste), production de nouveaux neurones jusqu'à un âge avancé, etc.
        - Les théories de l’apprentissage font appel maintenant au Darwinisme.

        - Jean-François VIBERT, Alain SEBILLE, et al., Neurophysiologie : De la physiologie nerveuse à l’exploration fonctionnelle, Edition ELSEVIER / MASSON, collection Campus Illustré – 219 pages.
        - Ouvrage sur le fonctionnement du neurone, la synapse, le traitement sensoriel (dont le système visuel), la motricité et son contrôle, la vigilance, les fonctions supérieures (dont le langage, la mémoire).
        - Commentaire : des schémas en couleur très lisibles, un texte clair.

        - M.L. Latash, Bases neurophysiologiques du mouvement, (2002) Edition De BOECK Université
        La première partie de l’ouvrage traite des cellules : du neurone aux unités motrices. Les connexions sont ensuite traitées avec le niveau médullaire (mono ou plurisynaptique), le niveau musculaire et les différents types de réactions. Les structures cervicales sont ensuite étudiées puis les contrôles posturaux, la locomotion enfin les désordres moteurs.

        - Dale Purves, Neurosciences, De Boeck Supérieur, 2005 - 840 pages
        Ouvrage de référence accompagné d’un CDROM présentant l’anatomie du système nerveux sous forme de modèles et de coupes. Les thèmes traités vont de l’organisation du système nerveux à la mémoire en passant par les maladies neuro-dégénératives.

        Ouvrages généraux

        - E.N. Marieb, Katja Hoehn, Anatomie et physiologie humaine, 8ème édition 2010 – Edition Pearson Education – 1293 pages.
        - Ouvrage de référence sur l’anatomie et la physiologie. Il présente les contenus de façon claire et les interrelations entre les différents systèmes de l'organisme, l’homéostasie et la complémentarité entre la structure et la fonction.
        - Commentaire : ouvrage important, de référence. Belle iconographie.

        - Bryan Kolb, Ian Q.Whishaw, Cerveau et comportement, Edition De Boeck Supérieur, 2002 - 672 pages.
        L’ouvrage de neurophysiologie qui traite des bases neurophysiologiques des comportements, de l’origine du cerveau à son développement en passant par la communication entre les neurones. Les chapitres sont organisés autour de problèmes scientifiques comme « Comment voyons-nous le monde » ou encore « Comment le cerveau produit-il le mouvement ».

        - Daniel Richard, Didier Orsal, Neurophysiologie - Organisation et fonctionnement du système nerveux, Sciences Sup, Dunod 2007 - 3ème édition - 544 pages.
        - Le système nerveux est un système de communication intercellulaire. Principes généraux de fonctionnement des systèmes sensoriels. La vision. L'audition. La somesthésie. La sensibilité chimique. Le système vestibulaire. Le muscle squelettique. La moelle épinière est un centre réflexe.
        - La moelle épinière est le siège d'activités automatiques. Le contrôle nerveux de la posture fait intervenir les centres du tronc cérébral. Le contrôle nerveux du mouvement volontaire est assuré par le néocortex. Le cervelet contrôle l'exécution des activités motrices. Les noyaux gris de la base. Les fonctions végétatives. Le sommeil et l'activité onirique. Apprentissage et mémoire. Le développement du système nerveux. Sujets de synthèse. Annexes.

        - James D. Fix Traduction : Antoine Dhem, Neuroanatomie, Editeur De Boeck –nouvelle éd.2012.
        Ouvrage de médecine qui comporte un mini atlas de coupes du cerveau.

        - Alan-R Crossman, David Neavy, Neuroanatomie, Edition Elsevier Masson, 2004 - 174 pages.
        Ouvrage de médecine comportant des schémas anatomiques et des commentaires cliniques. Destiné aux étudiants en médecine et au paramédical.

        - Christian Collet, Jacques Paillard, Mouvement et cerveau, Edition De BOECK Université - 2002
        L’ouvrage porte sur le lien entre la pratique sportive et la neurophysiologie : les problèmes posés au système nerveux par la pratique sportive sont traités puis l’organisation de la motricité et la régulation nerveuse des gestes sportifs. Ouvrage destiné aux étudiants STAPS, entraîneurs.

        - P. Widmaier, H.Raff, K. Strang, Jean-Luc Pradel (Traduction), Physiologie humaine. Les mécanismes du fonctionnement de l'organisme, Édition Maloine – 2009 – 888 pages
        - Ouvrage fondamental en physiologie humaine. Illustration très soignée.
        - Commentaire : cet ouvrage est une référence mais n’est pas adapté à un usage ponctuel

        Revues ou périodiques

        Articles classés par revue et par date de publication (*: articles essentiels)

        Les génies de la science
        • n°37 novembre 2008 Le cerveau selon Charcot
        - Dans les années 1870, Charcot, célèbre pour ses travaux neurologiques, s'attaque à la recherche des localisations cérébrales. Par ce sujet au centre de l'actualité scientifique, il amorce le tournant psychophysiologique de son oeuvre.
        Cet article est intéressant car il présente l’évolution des conceptions sur le cerveau depuis Charcot jusqu’à aujourd’hui.
        - Commentaire : l’intérêt est de montrer la progressivité des découvertes et des conceptions à propos du cerveau.

        Cerveau et psycho
        • n°31 janvier 2009 L'entraînement cérébral : une imposture intellectuelle
        - La fameuse méthode de rajeunissement cérébral, médiatisée et commercialisée à grand renfort de  publicité, n'a aucun effet positif notable sur les capacités de raisonnement ou de mémoire.
        - Commentaire : l’article montre qu’aucune preuve n’est apportée sur les bienfaits de l’utilisation des consoles de jeux vendues pour faciliter la mémorisation
         
        • n°20 avril 2007 Un marionnettiste cérébral
        - Les mouvements sont contrôlés par deux zones cérébrales : le cortex moteur et les ganglions de la base. Qui tire vraiment les ficelles ?
        L’article présente la conception ancienne sur les zones cérébrales à l’origine de la réalisation d’un mouvement et les conceptions actuelles.
        - Commentaire : l’article peut permettre de prendre connaissance des modifications des connaissances dans le domaine de la motricité ou de montrer l’évolution des idées scientifiques.

         Pour la science
        • n°406 août 2011 Le cerveau caché de Michel Ange
        - Michel-Ange aurait caché la représentation d’un encéphale humain en CL et en vue de dessous dans les peintures du plafond de la chapelle Sixtine.
        - Commentaire : l’article peut être une motivation par l’histoire des sciences, du chapitre sur la motricité volontaire.

        • n°372 octobre 2008 La danse du cerveau.
        - L’article précise les relations entre cortex moteur primaire et réalisation d’un mouvement, quelques schémas simples sont présentés sur les relations cervelet/cortex moteur primaire/thalamus. Les liens sont faits avec les aires sensitives.
        - Commentaire : l’article est une source d’informations simples sur les mécanismes de la motricité.
        Certains schémas peuvent être utilisés en classe après simplification.
         
        • n°338 décembre 2005 * Le cerveau magnétique en images.
        - L’article présente la technique de la magnétoencéphalographie. Des résultats sont donnés sur l’activité du cerveau quand un sujet attrape une balle. Deux documents simples présentent les transformations des aires corticales chez une personne qui a perdu une main (aire somatosensorielle) et chez un violoniste. La revue explique simplement les techniques d’imagerie médicale.
        La magnétoencéphalographie met en images l'activité des neurones grâce au faible champ magnétique qu'ils engendrent. L'étude de la plasticité des représentations du corps dans le cortex illustre la puissance de cette forme d'imagerie quand elle est combinée à l'imagerie anatomique cérébrale.
        - Commentaire : cet article est une ressource de quelques images scientifiques, issues de l’imagerie médicale, pouvant servir de données pour le travail des élèves.
         
        • n°323 septembre 2004
        - Trois articles : « la myéline et la sclérose en plaques » ; « les noeuds de Ranvier, le secret d’une conduction rapide » et « la moitié oubliée du cerveau » qui montre le rôle des cellules gliales et leur moyen de communication.
        - Commentaire : les trois articles peuvent servir de remises à niveau dans le domaine des connaissances sur le neurone et la propagation des potentiels d’action.
        Certaines informations sur la maladie d’Alzheimer peuvent être utilisées comme motivation d’activité.

        • n°322 août 2004 La structure du cerveau humain
        - Des techniques de visualisation du cerveau sont comparées.
        Les techniques sont utilisées aussi pour montrer l’évolution du cerveau dans le genre Homo, et au sein des primates.
        - Commentaire : l’article est un apport d’informations pour l’enseignant. Les images montrant le peu de variations des lobes frontaux chez des Homo heidelbergensis, des H. néandertalensis et des H. sapiens peuvent être utilisées dans un autre chapitre.

        La recherche
        • n°451 avril 2011 * L’anesthésie change notre représentation du corps
        - L'anesthésie d'un membre modifie la perception que nous en avons. Une découverte qui pourrait aider à traiter les douleurs dites fantômes chez les personnes amputées.
        - Commentaire : l’article donne des informations sur les soins possibles des douleurs des amputés : l’amputation entraîne une diminution de l’aire motrice au profit des aires de sensibilité d’où la douleur accrue ; la rééducation, remodèle les aires et la douleur diminue.
         
        • n°449 février 2011 Le rôle inattendu de la matière blanche
        - Les neurobiologistes ont peut-être sous-estimé le rôle joué par la matière blanche cérébrale dans l'apprentissage. Une série d'études récentes montrent son étonnante plasticité.
        - Commentaire : l’article est un apport d’informations sur les cellules du tissu nerveux.

        • n°448 janvier 2011 Dépendance et plasticité
        - Une expérience a permis pour la première fois de lier la dépendance aux drogues à une modification cérébrale : il s'agit d'une perte de plasticité neuronale, qui empêcherait les sujets de contrôler leur consommation.
        - Commentaire : l’article peut être utilisé en prolongement des connaissances de la classe de première sur les drogues en liaison avec la plasticité.
         
        • n°40 (Les dossiers de la Recherche) août 2010* Le cerveau, comment il se réorganise sans cesse.
        - Commentaire : l’article est un apport d’informations sur la plasticité cérébrale.
         
        • n°410 juillet/août 2007 * Spécial cerveau
        - Synapses à géométrie variable : les modifications du fonctionnement de la synapse au cours de la croissance et le rôle des astrocytes sur les synapses est présenté.
        Quand la matière grise repousse : des images par TEP sur les effets de l’alcool sur le fonctionnement du cerveau, utilisables en classe.
        - Commentaire : le numéro constitue un apport d’informations sur le cerveau humain, en particulier sur la plasticité cérébrale.

        • n°22 (Les dossiers de la Recherche) février 2006 La mémoire, comment notre cerveau apprend, se souvient et oublie.
        - Commentaire : l’article est un apport d’informations sur l’apprentissage.
        • n°388 juillet/août 2005 * L’enfant et son développement
        - La turbulente dynamique de la matière grise : des images par IRM montrent l’évolution du cortex de la naissance à l’âge adulte. La maturation du cerveau : schémas en quatre étapes de la maturation du cerveau de la naissance à 12 ans.
        - Commentaire : l’article est un apport d’informations pour l’enseignant à propos de l’évolution du cortex cérébral de 4 à 21 ans. Une discussion est conduite sur la part de l’environnement et celle de la génétique dans ce développement.
         
        • n°374 avril 2004 Un pacemaker pour le cerveau
        - En biologie, stimulation électrique égale excitation. Pourtant, il y a une quinzaine d'années, des neurochirurgiens français ont découvert qu'avec des électrodes il est possible de désactiver les zones du cerveau responsables des symptômes de la maladie de Parkinson. Quelle est l'explication du phénomène? Chaque équipe y va de sa théorie.
        - Commentaire : l’article éclaire certains aspects de la motricité à travers une proposition de traitement de la maladie de Parkinson, à destination de l’enseignant. 
        • n°366 juillet 2003 * Les mains dans la tête
        - Il y a un peu plus de trois ans, un homme amputé bénéficiait d'une greffe des deux mains, après quatre ans d'amputation : une première médicale. Il a depuis retrouvé une bonne partie de son habileté et de ses sensations : son cerveau s'est progressivement reconfiguré pour prendre en compte ses nouveaux membres.
        - Commentaire : l’article présente le cas de la personne amputée des deux mains et greffée de deux mains. L’article peut être utilisé en motivation de chapitre, au sujet de la plasticité cérébrale.
         
        • n°289 juillet 1996 * Une empreinte dans le cortex des violonistes
        - Comment rendre compte des capacités d’adaptation dont le cerveau fait la démonstration à tout âge ? Des observations simples sur le cortex des violonistes apportent la preuve d’une étonnante plasticité : la stimulation répétée d’une partie du corps (en l’occurrence les doigts de la main gauche) entraîne une modification significative des zones de représentation sensorielle à l’intérieur du cerveau. Pour certains virtuoses, l’ampleur de ces modifications a une conséquence pathologique : la perte de la capacité à bouger séparément les doigts.
        - Commentaire : l’article donne des images d’imagerie fonctionnelle du cortex, facilement utilisable en classe, chez deux personnes l’une musicienne et l’autre pas.
        L’illustration de la plasticité cérébrale est ainsi facilitée.

        Sciences et vie
        • novembre 2004 *
        - L’article traite de trois aspects du fonctionnement du cerveau : les modifications des états de conscience, avec un schéma bilan, la plasticité cérébrale illustrée aussi par un schéma bilan et la psychoneuro-immunologie.
        - Commentaire : l’article présente des schémas clairs qui peuvent être utilisés comme base pour des schémas à destination des lycéens.

        Des ressources sur Internet

        Sites pédagogiques (* : sites à privilégier)

        L’organisation d’un nerf *
        http://dnb35.ac-rennes.fr/pedagogie/svt/applic/nerf/nerf.htm
        L’élève peut zoomer et afficher des légendes d’un nerf en coupe transversale et longitudinale.
        Conseil : à associer à une observation microscopique d’un nerf ; l’élève peut placer lui même les légendes de son dessin ou photo numérique à l’aide du site.

        L'organisation d'un centre nerveux : la moelle épinière *
        http://dnb35.ac-rennes.fr/pedagogie/svt/applic/moelle/moelle.htm
        Site très complet sur l’organisation de la moelle épinière. L’élève peut zoomer afin de localiser les corps cellulaires des neurones sensitifs et moteurs.
        Conseil : à associer à une observation microscopique de la moelle épinière ; l’élève peut placer lui même les légendes de son dessin ou photo numérique à l’aide du site.

         L’enregistrement de l’activité électrique d’un nerf *
        www.ac-rennes.fr/pedagogie/svt/cartelec/cartelec_lyc/premiere_s/sys_nerf/neuro/neuro.htm
        Présentation de la technique de préparation et d’enregistrement d’un potentiel global de nerf de Crabe.

        Diaporama sur le reflexe myotatique et l’innervation réciproque des muscles antagonistes
        www4.ac-lille.fr/~svt/nveauxpgm/1S/diaporama_refmyo.htm
        Permet de visualiser l’insertion des muscles sur la jambe et l’état de contraction des muscles antagonistes durant le reflexe achilléen.
        Conseil : peut servir d’exercice de remédiation sur l’activité des muscles antagonistes lors du reflexe myotatique.

        Enregistrer l’activité d’un muscle à l’aide d’un dispositif ExAO
        www.ac-rennes.fr/pedagogie/svt/applic/refmyo/activ-musc.htm
        Description avec photo du protocole du montage de l’enregistrement ExAO. Visualisation des résultats et mesure de la vitesse de circulation du message nerveux.
        Conseil : à utiliser en complément d’une activité ExAO.

        Site Vie Jussieu :
        www.snv.jussieu.fr/vie/dossiers/ncrabe/crabe.htm
        Protocole de l’enregistrement électrique global du nerf de Crabe : une fois le nerf disséqué et placé sur les électrodes d’une table à nerf, les réponses à divers types de stimulations électriques peuvent être visualisées sur un écran d'oscilloscope ou avec un système d'ExAO.
        Conseil : production d’une fiche technique à destination des élèves.

        Sites de ressources scientifiques

        Phylogénie et évolution du système nerveux
        http://acces.inrp.fr/acces/ressources/neurosciences/phylogenie-et-evolution-du-systeme-nerveux
        Une approche originale de la phylogénie pour les enseignants de SVT. Ce dossier comprend une mise au point scientifique accompagnée de ressources utilisables en classe. Plusieurs images IRM anatomiques permettent également de travailler sur le sujet en utilisant le logiciel EduAnatomist et la banque de données NeuroPeda.

        Réorganisation cérébrale des régions motrices après une greffe des deux mains
        www.cnrs.fr/cw/fr/pres/compress/ReorgCerebrale.htm
        On sait que l'organisation du cortex cérébral est modifiée après une amputation. L'équipe de neuropsychologie de l'Institut des sciences cognitives (ISC) du CNRS à Lyon, en collaboration avec le Centre hospitalier universitaire de Saint-Etienne et l'Hôpital Edouard Herriot à Lyon a étudié, à l'aide de l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), la dynamique de la réorganisation corticale dans le cortex moteur d'un patient avant et après transplantation des deux mains. Ils ont montré que les mains greffées sont intégrées dans la représentation du schéma corporel et que la greffe a renversé l'organisation corticale précédemment induite par l'amputation.
        Conseil : utiliser les images d’IRM fournies afin de construire une activité mettant en évidence la plasticité cérébrale du cortex moteur.

        Des logiciels et animations en ligne (* les essentiels)

        Nerf de Pierre PEREZ Lycée de Bagatelle Saint-Gaudens *
        http://pedagogie.ac-toulouse.fr/svt/serveur/lycee/perez/nerf/nerf.htm
        Le logiciel permet de comparer le potentiel de repos, le potentiel global et le potentiel d’action. Il permet aussi de visualiser la valeur de la différence de potentiel le long d’un potentiel d’action, de visualiser la transmission synaptique et de comprendre le codage du message nerveux dans une fibre ou dans un nerf.

        Le réflexe myotatique de posture *
        http://svt.ac-creteil.fr/archives/Media/Med1S/Refmyo/refmyo_WEB.htm
        L’animation permet de visualiser des coupes (nerfs, moelle épinière, muscle) et de réaliser des sections et des stimulations afin d’identifier le sens du trajet des messages nerveux.
        Conseil : les élèves peuvent réaliser des sections et stimulations pour identifier les trajets des messages sensitifs et moteurs dans les racines de la moelle épinière.

        La synapse neuro-neuronique
        http://svt.ac-creteil.fr/archives/Media/Med1S/Synapse/synapse.htm
        Site de visualisation d’une synapse neuro-neuronique en MET. Animation très simplifiée d’une synapse. Visualisation du sens unidirectionnel du message nerveux dans une synapse.

        L’organisation du système nerveux
        http://pedagogie.ac-amiens.fr/svt/info/logiciels/animneuro/anatomie/exo2.htm
        Ressources documentaires interactives sur l’organisation du système nerveux central et périphérique et exercice en ligne afin de valider ce que les élèves ont découvert.
        Conseil : possibilité d’une utilisation libre par les élèves.

        Animation en ligne de la synapse *
        www.ac-nancy-metz.fr/enseign/svt/program/fichacti/fich1s/synap2/pages/synap.htm
        Animation simple du fonctionnement d’une synapse : arrivé du message nerveux, exocytose des neurotransmetteurs, fixation sur les récepteurs spécifiques, nouveau message nerveux et recapture des neurotransmetteurs.

        EduAnatomist *
        http://acces.inrp.fr/acces/ressources/neurosciences/Banquedonnees_logicielneuroimagerie/eduanatomist
        http://acces.inrp.fr/acces/ressources/neurosciences/Banquedonnees_logicielneuroimagerie/testarchitecture-neuropeda/images-1
        Ce logiciel permet de visualiser le cerveau en 3D mais surtout de faire des études d’imagerie permettant entre autre de mettre en évidence les différentes aires corticales.Commentaire : des documents d’utilisation sont en ligne sur le site SVT de l’académie de Lyon.


        Énergie et cellule vivante (on se limite aux cellules eucaryotes)
        Ressources Éduscol : Energie et cellule vivante

        Présentation et Ressources Eduscol
        TS 2013 – Thème 1 Spé – Energie et cellule vivante : Ac Nantes – Présentation pdf


        Thème 1 – énergie et cellule vivante

        Préambule

        La problématique à traiter dans le cadre du thème 1 du programme de spécialité interroge les modalités cellulaires du flux d’énergie dans les systèmes vivants. Elle identifie des couplages dans lesquels l’ATP joue un rôle majeur. Son traitement s’appuie sur des acquis épistémologiques construits les années précédentes et nécessite de maîtriser quelques bases scientifiques.

        Les bases épistémologiques

        En classe terminale, le parcours scolaire et personnel de l’élève lui permet de disposer d’éléments d’information établis dans la perspective de comprendre le monde dans lequel il vit. Scolairement, cette compréhension a fait appel à de nombreuses reprises au concept d’énergie aussi bien en sciences de la  vie et de la Terre, qu’en physique-chimie et en technologie. La mise en cohérence préalable de ces connaissances est nécessaire à l’approche de la problématique de ce thème. Elle permet l’ancrage de connaissances déjà mémorisées et l’ouverture sur un questionnement plus approfondi.

        Abordées en SVT

        Les composants des systèmes vivants se transforment en permanence. Ces transformations sont source  d’effets repérables à différentes échelles. Ainsi, à l’échelle de la biosphère, les êtres vivants interviennent dans le cycle du carbone, du dioxygène ou de l’eau. A l’échelle des écosystèmes, la  matière est transformée au sein des réseaux trophiques. A l’échelle des organismes, les différentes fonctions sont réalisées grâce à des processus spécifiques de la vie. Enfin, à l’échelle cellulaire se déroulent diverses réactions métaboliques.

        A l’origine de ces transformations, diverses formes d’énergie peuvent être identifiées. Il s’agit de l’énergie lumineuse provenant du soleil et de l’énergie chimique.

        Les végétaux chlorophylliens nécessitent de l’énergie solaire pour synthétiser leur propre matière grâce à la photosynthèse. Cette matière est utilisée par les organismes non chlorophylliens. Les échanges gazeux respiratoires présents chez nombre d’organismes sont un indice d’une libération d’énergie chimique à partir de la matière. La contraction musculaire met en oeuvre une énergie mécanique. Il existe ainsi, à l’échelle de la biosphère et des écosystèmes, un flux énergétique intimement lié aux cycles de la matière permettant de passer de l’énergie lumineuse à l’énergie chimique et mécanique.

        Abordées en physique-chimie

        Le thème « Énergie et cellule vivante » remobilise des notions abordées dans le programme de physique-chimie de première S dans les deux domaines suivants.

        Matière et énergie : Énergie chimique libérée (lors d’une combustion), formes d’énergie et principe de conversion d’énergie, stockage et conversion de l’énergie chimique, réaction d’oxydoréduction.

        Lumière et matière : Émission, absorption, énergie d’un photon, spectre solaire, caractéristiques des molécules organiques colorées. Cet aspect est complété en terminale S par une partie consacrée à l’analyse spectrale.

        Les fondements scientifiques

        « Tout système vivant échange de la matière et de l'énergie avec ce qui l'entoure. Il est le siège de couplages énergétiques. »

        La cellule apparaît comme un système vivant échangeant matière et énergie avec son environnement, il est assimilable à un système thermodynamique ouvert.

        Différentes catégories de cellules peuvent être distinguées en fonction des molécules et des formes d’énergie qu’elles échangent avec leur environnement.

        Les cellules chlorophylliennes présentent la capacité d’utiliser de l’énergie lumineuse afin de synthétiser des molécules organiques à partir de molécules minérales. L’énergie lumineuse est convertie en énergie chimique (conversion photochimique). L’étape clef en est un couplage photochimique impliquant la chlorophylle.

        Utilisant l’énergie lumineuse comme source d’énergie, ces cellules chlorophylliennes sont phototrophes.
        Elles font entrer l’énergie dans la quasi-totalité des écosystèmes terrestres. Utilisant le CO2 en tant que source de carbone, elles sont autotrophes pour le carbone

        L’entrée d’énergie dans les autres cellules eucaryotes s’effectue directement sous forme chimique. Ces autres cellules sont chimiotrophes. Utilisant des molécules organiques pour produire leurs propres molécules organiques, elles sont hétérotrophes pour le carbone.

        Toutes les cellules, qu’elles soient photosynthétiques ou non, oxydent les molécules organiques récupérant ainsi de l’énergie chimique pour produire de l’ATP. Différentes formes de couplages sont mis en jeu (couplage chimiochimique, chimioosmotique et osmochimique). Seule l’implication de couplages chimiochimiques figure au programme.



        L’ATP ainsi produit est une forme d’énergie chimique utilisable pour toutes les activités cellulaires, ceci grâce à différents types de couplages.

        Par exemple, dans la cellule musculaire, l’énergie chimique de l’ATP est convertie en mouvement ou énergie mécanique grâce à un couplage chimiomécanique impliquant des protéines motrices.

        Les transferts d’énergie dans les cellules s’opèrent donc grâce à des couplages dont trois types sont abordés dans le cadre du programme : couplages photochimique, chimiochimique et chimiomécanique.

        Schéma récapitulant les couplages énergétiques présentés dans le cadre du programme (cf «  ressources ») :
        Site :
        http://eduscol.education.fr/cid60742/ressources-pour-la-classe-terminale-du-lycee-general-et-technologique.html
        PDF (page 3/8) :
        http://cache.media.eduscol.education.fr/file/SVT/03/7/Energie_et_cellule_vivante_220037.pdf

        Supports pour l’investigation

        Typologie des activités proposées :

        [Hist] : Démarche historique
        [Exp] : Démarche expérimentale
        [Obs] : Démarche d’observation
        [Doc] : Démarche documentaire
        [Num] : Outils numériques

        Comprendre l’entrée de l'énergie lumineuse dans les systèmes vivants : la photosynthèse

        Repérer le processus et identifier les structures impliquées

        [Hist] Suivi des marquages isotopiques du carbone (CO2) afin de repérer son devenir.

        [Exp] Suivi des échanges d’O2 et de CO2 par ExAO (ou autres méthodes) afin de repérer le lien entre consommation du CO2, production d’O2 et photosynthèse.

        [Exp] Coloration par de l’eau iodée de feuilles exposées ou non à la lumière durant plusieurs heures (expérimentation sur des feuilles panachées, Coleus, Géranium) afin d’identifier le lien entre besoin de lumière, de chlorophylle et synthèse d’une molécule organique : l’amidon.

        [Obs] Observation microscopique de feuilles (coupe de feuille fraiche, feuille d’Élodée) afin de préciser la localisation de la chlorophylle dans les cellules chlorophylliennes.

        Innovations techniques [1]

        Lampe halogène à hauteur réglable

        Préciser les structures cellulaires concernées et les molécules impliquées

        [Doc] Observation d’électronographies de chloroplastes afin de repérer leur microstructure.

        [Doc] ou [Obs] Observation de feuilles d’Elodée colorées à l’eau iodée au microscope optique afin de localiser la synthèse d’amidon.

        [Exp] Réalisation d’une chromatographie d’un extrait de feuilles, sur papier ou sur colonne, afin de connaître la nature de la chlorophylle brute.

        [Exp] Réalisation d’un spectre d’absorption d’une solution de chlorophylle brute afin de repérer ses propriétés vis-à-vis de la lumière.

        [Exp] Réalisation de spectres d’absorption des pigments séparés par chromatographie afin de repérer la contribution des différents pigments dans le spectre d’absorption total.

        [Exp] ou [Doc] Étude expérimentale (ExAO) de l’intensité photosynthétique en éclairant avec différentes radiations lumineuses afin de déterminer l’efficacité photosynthétique des radiations absorbées par les  pigments.

        [Num] Étude de la structure des molécules impliquées dans le métabolisme (ATP, ADP, NAD, NADH) avec  un logiciel de modélisation moléculaire pour comprendre leurs propriétés.

        Innovations techniques

        Spectrophotomètre relié par USB [2]
        Éclairage monochromatique sur lampe halogène à hauteur réglable [3]
        Amplificateur d’électrode avec utilisation d’un pH mètre en tant que sonde à CO2 [4]
        Enceinte cellulaire à miroir et éclairage LED [5]
        Ampoules LED 16 couleurs et haute luminosité [6]

        Dévoiler le processus métabolique

        [Hist] Étude de résultats expérimentaux (Expérience de Gaffron), afin de repérer les modalités d’action de la lumière sur le processus photosynthétique.

        [Hist] Étude de résultats expérimentaux (Expérience d’Arnon) afin de préciser la localisation de chaque phase et la nature des molécules produites

        [Exp] et [Hist] Expérimentation ExAO : Expérience de Hill sur des thylakoïdes isolés afin de repérer les modalités du processus photosynthétique à ce niveau d’organisation du chloroplaste ainsi que celles de l’oxydation de l’eau en O2.

        [Hist] Comparaison de potentiels redox de couples redox mis en jeu. (Fe3+/Fe2+; O2/H2O ; R/RH2) pour repérer la nécessité de l’apport d’énergie lumineuse afin de comprendre l’oxydation de l’H2O en O2

        [Hist] Étude de l’expérience de Calvin et Benson afin de repérer les molécules dans lesquelles s’intègre le carbone issu du CO2.

        [Hist] Étude des expériences de Bassham et Calvin (suivi du Ru1-5bisP et de l’APG lors du passage à l’obscurité ou à un milieu sans CO2) afin de suivre le mécanisme d’incorporation du CO2.

        Comprendre l'utilisation de molécules organiques afin de récupérer de l'énergie utilisable : la respiration cellulaire et la fermentation

        Découvrir le devenir des molécules organiques source d’énergie

        [Exp] Étude du métabolisme de parties chlorophylliennes et non chlorophylliennes d’un végétal en présence ou en l’absence de lumière par ExAO afin de repérer les types cellulaires concernés par le métabolisme respiratoire.

        [Exp] Suivi du métabolisme chez la levure en conditions aérobie et anaérobie avec caractérisation et dosage des produits formés afin d’identifier le devenir d’une molécule organique substrat : le glucose.

        [Exp] Suivi de la fermentation alcoolique d’une part et de la respiration d’autre part chez la levure en fonction de la nature ou de la concentration en substrat, de la température, du pH, de la disponibilité en O2 afin de déterminer les conditions d’une dégradation partielle et complète des molécules organiques.

        [Hist] Recherche documentaire sur les découvertes principales de Pasteur à propos de la fermentation (en les resituant dans leur contexte historique).

        [Num] et [Doc] Recherche documentaire sur les utilisations de la fermentation dans le domaine de  l’agroalimentaire (vins, cidres, bières, pains…).

        [Exp] Modification des conditions d’une fermentation (panification, production de bioéthanol…) afin de comprendre les effets de l’environnement sur la réalisation des réactions métaboliques.

        [Exp] Utilisation du modèle de la bactérie lactique afin de repérer les spécificités de cette dégradation partielle du substrat organique. [7]

        Identifier les structures cellulaires concernées et les processus métaboliques en jeu

        [Doc] Observation comparée d’électronographies de cellules de levures en aérobiose et anaérobiose afin d’interroger les différences entre les organites les constituant.

        [Exp] Mesure de l’efficacité respiratoire de différents substrats chez la levure et sur des mitochondries isolées par ExAO afin de repérer les modalités du processus respiratoire.

        [Exp] [Hist] Transposition en ExAO de certaines expériences historiques de Krebs sur des mitochondries isolées afin de préciser le processus respiratoire, par exemple :

        • Action du succinate, malate, oxaloacetate : activation de la respiration.
        • Action du malonate (inhibiteur de l’oxydation du succinate en fumarate) : inhibition de la respiration.

        [Exp] [Hist] Utilisation de poisons métaboliques afin de déterminer l’ordre d’intervention des complexes  dans le fonctionnement de la chaîne respiratoire.

        [Exp] Extraction et dosage de l’ATP (bioluminescence - luciférase) de levures placées dans différentes conditions pour repérer et quantifier la production d’énergie par la cellule.

        [Num] Étude de la structure des molécules impliquées dans le métabolisme (ATP, ADP, NAD, NADH) avec un logiciel de modélisation moléculaire pour comprendre leurs propriétés.

        [Exp] Extraction et dosage par bioluminescence de l’ATP de levures placées en aérobiose et en anaérobiose pour quantifier comparativement la production d’ATP de la respiration et de la fermentation.

        [Exp] Réalisation d’un extrait enzymatique de levures (possibilité de mutants) et caractérisation à l’aide d’une galerie API afin de repérer la diversité des enzymes impliquées dans le métabolisme.

        Comprendre la réalisation d'une activité cellulaire source d’énergie mécanique : la contraction musculaire

        Repérer l’énergie chimique dont disposent les cellules musculaires

        [Exp] Recherche d’ATP dans un muscle de boeuf (steack) par bioluminescence (grâce au complexe luciférine – luciférase) pour repérer sa présence et le doser par utilisation d’une courbe-étalon. [8]

        [Exp] Suivi de la contraction du muscle gastrocnémien de lombric par un microkinétomètre avant et après ajout d‘ATP afin de repérer sa nécessité dans la contraction. [9]

        [Obs] Utilisation du modèle de la cyclose de chloroplastes en présence / absence d’inhibiteur de la production d’ATP (acide cyanhydrique) afin de relier utilisation d’ATP et mouvement.

        [Doc] Étude de résultats expérimentaux sur la tension de myofibrilles en présence d’ATP et d’un inhibiteur de son utilisation (salyrgan) afin de repérer la nécessité de l’ATP pour la contraction.

        [Doc] Suivi de la concentration musculaire d’ATP avant et après contraction afin de montrer le maintien de sa disponibilité.

        Identifier les métabolismes permettant la mise à disposition d’énergie chimique aux cellules musculaires

        [Doc] Étude de la variation de l’intensité respiratoire au cours d’un exercice à l’échelle de l’organisme afin de relier consommation d’O2 et énergie nécessaire à la contraction (cf programme de seconde).

        [Doc] Observation d’électronographies de muscles. Comparaison de fibres musculaires lentes et rapides afin d’identifier les ultrastructures cellulaires impliquées.

        [Doc] Suivi chronologique de la consommation de dioxygène afin de repérer les modalités de régénération de l’ATP.

        [Exp] Recherche et dosage du glycogène musculaire afin d’interroger la présence de réserves énergétiques.

        [Doc] Suivi des concentrations en glycogène dans la cellule musculaire afin de repérer l’utilisation de réserves énergétiques.

        [Doc] Suivi des concentrations plasmatiques en acide lactique au cours de l’effort pour repérer une fermentation lactique au niveau musculaire.

        [Doc] Suivi de la glycémie et des pressions partielles en O2 et CO2 dans les artérioles et veinules au  contact du muscle pour repérer la consommation de glucose et les échanges gazeux à l’effort, témoins de la respiration.

        [Doc] Comparaison des propriétés des fibres rapides et lentes au cours de la contraction afin de les relier aux différentes voies de régénération de l’ATP.

        Dévoiler le processus de conversion de l’énergie chimique en énergie mécanique

        [Obs] Étude en microscopie optique de muscle cuit ou cru dilacéré ou de coupes transversales et longitudinales de muscle afin de repérer l’organisation structurale permettant la contraction musculaire.

        [Doc] Étude en microscopie électronique de sarcomères dans une fibre relâchée ou contractée pour comprendre leur déplacement au cours de la contraction

        [Num] Animation montrant les relations entre actine et myosine dans le cycle attachement / pivotement pour préciser le rôle de l’ATP dans les interactions moléculaires au sein des sarcomères et donc le couplage chimiomécanique.

        Ressources documentaires

        Bibliographie

        - PRAT, Roger, Expérimentation en biologie et physiologie végétales, Hermann, 2007.
        Ouvrage récent de protocoles expérimentaux notamment sur les pigments, respiration et fermentation,  photosynthèse.

        - HELLER, René, et al, Physiologie végétale : Tome 1 Nutrition, Dunod, 2004.

        - HOPKINS, Physiologie végétale, De Boeck, 2006.
        Ouvrages de référence en physiologie végétale.

        - FARINEAU et al., La photosynthèse : processus physiques, moléculaires et physiologique, Quae éditions, 2011.
        Ouvrage très complet et actuel sur le sujet.

        - POL, Didier, Travaux pratiques de biologie, Editions Bordas, 1994.
        Protocoles expérimentaux.

        - COSTILL, David, L. et al., Physiologie du sport et de l'exercice, Nathan,2006.
        Adaptations physiologiques à l’effort.

        - FLANDROIS, Roland, et al., Physiologie du sport, Masson, 2007.
        Bases physiologiques des activités physiques et sportives.

        - SALVIAT, Béatrice, et al., Biologie-Géologie APBG n°2 p271, 1997.
        La respiration du muscle broyé : expériences de Krebs transposées pour l’ExAO.

        - POL, Didier, Biologie-Géologie APBG n°1 p93, 1994
        Un outil pédagogique original : la bioluminescence.

        - BIGARD, André-Xavier - Pour la science, N°276, 2000.
        L'adaptation du muscle à l'entraïnement.

        Sitographie

        Pages présentant le matériel d’expérimentation disponible chez les différents fournisseurs et des pistes d’activités expérimentales (numéros entre crochets)
        http://svt.spip.ac-rouen.fr

        Pages d’accès aux programmes du cycle terminal de la voie générale du lycée
        http://eduscol.education.fr/pid23202-cid46522/programmes-du-cycle-terminal-de-la-voiegenerale.
        html#serie_S%20term

        Cours d’université sur la photosynthèse
        www.snv.jussieu.fr/bmedia/Photosynthese-cours/01-organismes.htm
        http://ead.univ-angers.fr/~jaspard/Page2/COURS/Zsuite/2Photosynthese/1Photosynthese.htm

        Banque d’images pédagogiques CRDP Poitou Charente
        www.bips-edu.fr/main.php?g2_itemId=17403

        Banque de schémas du site de l’académie de Dijon, partie consacrée à l’énergétique dont dispositifs et résultats expérimentaux .
        http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt/rubrique.php3?id_rubrique=3

        Galeries API
        http://svt.ac-creteil.fr/?option-sciences-experimentales-svt,791

        Explications sur le métabolisme, photosynthèse et chloroplaste.
        www.snv.jussieu.fr/bmedia/Metabo
        www.snv.jussieu.fr/bmedia/Photosynthese
        www.snv.jussieu.fr/bmedia/Chloroplaste

        Différents expériences sur des mitochondries isolées (site en anglais)
        www.ruf.rice.edu/~bioslabs/studies/mitochondria/oxystudies.html

        Préparation de mitochondries isolées
        www2.ac-lyon.fr/enseigne/biologie/spip.php?article199

        Protocoles sur l’utilisation du pyruvate par les mitochondries (ExAO)
        www.pedagogie.ac-nantes.fr/1171186071109/0/fiche___ressourcepedagogique/&RH=1160731039203

        Utilisation de succinate par les mitochondries (ExAO) et blocage par l’antimycine de la chaine respiratoire.
        www2.ac-lyon.fr/enseigne/biologie/spip.php?article273

        Utilisation des fermentations en agroalimentaire
        http://ispb.univ-lyon1.fr/mycologie/Site_labo_myco/Enseignement/3/Biotechnologie02.htm

        Les aliments fermentés
        www.inra.fr/la_science_et_vous/apprendre_experimenter/aliments_fermentes

        Informations sur le bioéthanol
        www.bioethanolcarburant.com/index.php/bioethanolcarburant

        Les travaux de Pasteur
        www.pasteur.fr/ip/easysite/pasteur/fr/institut-pasteur/histoire/l-oeuvre-de-louis-pasteur

        Texte original « Études sur la bière » de Pasteur
        http://openlibrary.org/books/OL24165461M/%C3%89tudes_sur_la_bi%C3%A8re
        http://biowiki.mbolduc1.ep.profweb.qc.ca/index.php/La_physiologie_musculaire
        http://coproweb.free.fr/pagphy/physioan/ch7s1.htm#top

        Données sur le muscle et la contraction musculaire
        www.cnrs.fr/cw/dossiers/doscel/decouv/xtxt/zvie/muscuNiv2_1.htm

        Animations et logiciels

        Feuille de calcul simulant les expériences consistant à mettre des substrats ou des bloquants à une préparation de mitochondries et à observer l'évolution de la teneur en O2 du milieu afin de retrouver la chaîne respiratoire. L'élève saisit la quantité de substance à mettre et le moment auquel il la met.
        www.ac-grenoble.fr/svt/SITE/prof/outils/worksbio/mitoch.htm

        Informations sur les levures, diverses expériences virtuelles
        www.toutsurlalevure.fr

        Plugin CHIME
        www.inrp.fr/Acces/biogeo/model3d/installechime.htm

        Logiciel RASTOP
        http://acces.inrp.fr/acces/logiciels/externes/rastop

        Librairie de molécules en 3D
        http://librairiedemolecules.education.fr

        Animations actine – myosine du site de l’académie de Rennes
        www.sci.sdsu.edu/movies/actin_myosin_gif.html
        http://espace-svt.ac-rennes.fr/cartelec/cartelec_lyc/terminale_s/metabolisme/actine-myosine/actinemyosine.htm


        ou Thème 3 - Glycémie et diabète
        Ressources Eduscol : Glycémie et diabète


        Présentation et Ressources Eduscol

        TS 2013 – Thème 3 Spé – Glycémie et diabète : Ac Nantes – Présentation pdf
        http://www.pedagogie.ac-nantes.fr/29604211/0/fiche___pagelibre/

        TS 2013 - Ressources Eduscol : Glycémie et diabète
        Thème 3 - Glycémie et diabète
        Pistes d’activités envisageables
        Autour de la notion d’enzyme
        Origine alimentaire du glucose visant à faire émerger l’action des enzymes digestives
         La notion d’enzyme = catalyse biologique, spécificité de substrat

        Idées pour la classe
        Ressources
        • Concevoir et réaliser des protocoles expérimentaux sur la digestion de l’amidon.
        • Concevoir et réaliser des protocoles expérimentaux sur la spécificité enzymatique.
        • Expériences sur la digestion enzymatique, la notion  de spécificité et l’influence de l’environnement :
        ◦ www.didier-pol.net/BIO-AMUS.html#ENZYMES
        ◦ www2.ac-lyon.fr/enseigne/biologie/spip.php?article30
        ◦ www.svt.ac-aix-marseille.fr/exao/experim/tjenzym/index.htm

        Le mode d’action des enzymes par la recherche d’explication à la spécificité de substrat = la nécessité d’un contact entre l’enzyme et son substrat

        Idées pour la classe
        Ressources
        • Réaliser un TP ExAO de cinétique enzymatique (glucose, glucose oxydase).
        • Utilisation d’une chaîne ExAO
        ◦ www.pedagogie.acnantes.fr/html/peda/svt/catalase/accueil.htm#KLINK
         ◦ www.svt.ac-aix-marseille.fr/exao/experim/catalase/index.htm
         ◦ www2.ac-lyon.fr/enseigne/biologie/spip.php?article120
         ◦ www.svt.ac-aix-marseille.fr/exao/experim/glucox/index.htm
         ◦ www-peda.ac-martinique.fr/svt/tpenzy2.shtml
        Les modalités du contact Enzyme-Substrat : le complexe [E-S] (la configuration tridimensionnelle d’une protéine enzymatique, le site actif, la complémentarité 3D E-S)

        Idées pour la classe
        Ressources
        • Visualiser et comparer des molécules en 3D
        • Utilisation de Rastop, jmol…
        ◦ Échos de la science : diabète et obésité : une enzyme clé (N° 320, 05/1999)
        ◦ Logiciel de simulation pour visualiser les complexes enzymesubstrat
        : http://svt.ac-rouen.fr/biologie/enzymo/enzymea.htm

            En vrac 2012 - 2013 :

            2011 - 2012

             

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