Leçon d'examen








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D
Année académique 2010-2011
evaux Sara

AESS Biologie

Leçon d'examen

Leçon d'examen
Du fixisme au Darwinisme, histoire des conceptions
Informations administratives

Etablissement : INSTITUT DE MOT – COUVREUR

Classe : 6éme SAP Nb d'élèves : 7

Type d'enseignement : Enseignement secondaire technique de transition

Maître de stage : Madame Hélène HOMES

Date : 11/05/2011

Matériel didactique

Moyens audio-visuels: tableau, transparents

Autres : aucun (j'avais prévu un jeux de dès pour mettre en évidence que le phénomène de sélection naturelle pouvait amener au remplacement d'une espèce par une "nouvelle" mieux adaptée, mais je n'aurai pas le temps de le réaliser.
Prérequis :

Notions de génétiques (mutation, transmission des caractères, …).
Objectifs de la leçon :

Faire prendre conscience aux élèves que

1) Les théories scientifiques, et en particulier la théorie de l'évolution, ne se sont pas créées à partir de "rien", qu'elles sont le fruit d'une histoire de la pensée, d'une évolution.

2) Que ce sont les nouvelles connaissances, les nouveaux faits, qui créent des incohérences dans les théories précédentes. Ces incohérences sont à l'origine des confrontations d'idées, à l'origine aussi de la naissance de nouvelle théorie.

3) la science est en mouvement.

Compétences travaillées (voir développement)

Expliquer/interpréter un phénomène à partir de différents cadres conceptuels

Résoudre une application concrète
2 questions d’interrogation ou d’examen
1) Expliquez en quoi le texte de Maupertuis, datant du milieu du 18e S est remarquable. Pour rappel, Cuvier est né en 1769.

Texte

"Elles (les espèces nouvelles) n'auraient dû leur premières origines qu'à quelques productions fortuites, dans lesquelles les parties élémentaires n'auraient pas retenu l'ordre qu'elles tenaient dans les animaux père et mère: chaque degré d'erreur aurait fait une nouvelle espèce: et à force d'écarts répétés serait venue la diversité infinie des animaux que nous voyons aujourd'hui; qui s'accroîtra peut-être encore avec le temps, mais à laquelle peut-être la suite des siècles n'apporte que des accroissements imperceptibles."

Œuvre de Mr Maupertuis, Lyon, Bruyset, 1756, tome 2, pp. 148-149.

Réponse attendue : Maupertuis met en évidence que le hasard est à l'origine des innovations qui n'étaient pas chez les parents. Il présente celui-ci comme le fondement de l'instabilité et de la transformation des espèces.

Ces idées sont "révolutionnaires" dans une époque où dominent le fixisme et la création divine.
2) Les observations réalisées sur les pinsons des Galapagos mettent en évidence l'apparition de nouvelles espèces en lien avec le milieu. Dans un premier temps, donnez un titre à chaque graphique mettant en évidence le concept qu'il illustre. Ces observations soutiennent-elles une évolution de type "Lamarckistes" (adaptabilité) ou "Darwinienne" ? Justifiez votre réponse.

Analyser les graphiques (p 326 (document 13 et 14), 327 (document 16)) et mettez en relation les graphiques p 328, 329, et 330) avec l'évolution de la pluviosité (graphique p 313).

NB: On donne aux élèves les documents mettant en évidence l'existence de pinsons à gros bec et de pinsons à bec moyens et la relation entre la taille des becs et la taille des graines pouvant être mangées (p 325).

On leur demande d'analyser les données présentées sur les graphiques

Mettez en évidence que ces données

NB: ces données sont disponibles dans l'ouvrage "Guide critique de l'évolution" dirigé par Lecointre (voir références), pages 325 à 330

Réponse attendue :

Les données mettent en évidence que :

- les caractères sélectionnés sont héréditaires (document 13)

- les caractères présentent des variation au sein d'une même espèce (la taille du bec est différente d'un individu à l'autre). (document 14)

- Les différentes tailles de bec existent avant que les ressources ne soient disponibles.

-Il existe une relation entre la taille du bec et les ressources disponibles. Le milieu a donc une influence sur la taille du bec.document 17)

- À l'échelle des populations, il a été calculé qu'un changement climatique à long terme se traduirait par la transformation de l'espèce.

On voit donc que le milieu sélectionne des espèces préexistantes, et que cette sélection a long terme conduit à la création de nouvelles espèces. Il s'agit de la théorie de l'évolution par sélection de caractères acquis (théorie Darwinienne).

La leçon

I. Plan de la leçon
0. Consignes de travail et mise en situation

I. Pensée scientifique et théologique

II. Au 18e S, le fixisme

III. Cuvier et Lamarck s'affrontent

III.I. Cuvier

IIII.II. Lamarck

IV. Darwin

V. Sélection naturelle ou adaptabilité ? Qui a raison ?
II. Introduction/mise en situation
Je montre un transparent et je demande aux élèves de me citer les espèces qu'ils distinguent dessus. Je dis ensuite que, malgré la diminution de la diversité, un grand nombre d'espèce existe sur Terre. Comment ces espèces sont-elles apparues sur la terre ? J'écoute les préconceptions des élèves. Je leur dis ensuite qu'on va essayer de voir quelles sont les différentes théories qui se sont succédées depuis le 18eS.
III. Développement


Chapitre

Compétences

visées

Objectifs didactiques

Méthodes utilisées

Temps

Consignes de travail et mis en situation




Poser la question qui fut à l'origine des débats.

Faire en sorte que les élèves se posent la question.

Question/

réponse

5'

Pensée scientifique et théologique




Insister sur une des différences entre sciences et religion. Poser un cadre conceptuel de travail

Question/

réponse

5'

Au 18e S, le fixisme







Transmissif

5'

Entre Cuvier et Lamarck

Expliquer/interpréter un phénomène

Faire prendre conscience que la notion de transformation des espèces est une nécessité pour expliquer les observations réalisées par les scientifiques.

Insister sur le fait que cette notion précède Darwin

Mini "situation problème"

10'

Darwin

Résoudre une application concrète, utiliser des ressources pour rendre compte et expliquer

Mettre en évidence la différence entre Darwin et Lamarck.

Insister sur la notion de sélection naturelle.

L'exemple de la Phalène du bouleau n'est peut-être pas le plus adéquat. J'aurais aimé prendre un exemple plus complet (par exemple celui des pinsons des Galapagos qui avait le mérite d'exister déjà à l'époque de Darwin et qui est toujours étudié aujourd'hui). Mais cet exemple plus complexe aurait nécessité plus de temps (et le temps me manque). J'ai donc choisi un exemple "simple" en restant sur l'idée que l'objectif de cette leçon-ci est de mettre en évidence l'évolution des idées.

Analyse d'un cas concret. Interprétation de ce cas dans des cadres théoriques distincts.

10'

Analyse de l'expérience de Luria et Delbrück

Résoudre une application concrète

Mettre en évidence que les hypothèses scientifiques sont soumises à l'expérimentation, qu'on ne "croit" pas qu'une hypothèse est plus valide qu'une autre, mais qu'on teste ces hypothèses par des expériences

Situation problème

15'

Conclusion/synthèse




La synthèse fait le point sur ce qui a été vu, et résume aussi brièvement les avancées scientifiques depuis Darwin. J'ai fait ce choix pour des raison de manque de temps…

transmissive

5'









IV. Conclusion/synthèse

La conception fixiste a progressivement été ébranlée par des observations, notamment l'observation de traces d'espèces qui n'existent plus aujourd'hui. Pour expliquer l'apparition de nouvelles espèces dans un cadre scientifique, (sans faire intervenir une puissance divine), il a fallut accepter l'idée de transformation des espèces. La théorie de la transformation des espèces s'est théorisée une première fois avec Larmarck. Pour lui, les espèces se transformaient sous l'action du milieu. Il est aussi le premier à postuler que les caractères acquis se transmettent d'une génération à l'autre. Plus tard, sur base de ses observations lors de son voyage autours du monde, Darwin a émis une autre hypothèse concernant le moteur de ces transformations. Pour lui, les transformations apparaissent par hasard et sont sélectionnées par le milieu. Le mécanisme sous jacents à ces transformations et à leur transmission ont été mises en évidence plus tard avec la découverte des chromosomes, de l'ADN et des mutations. L'hypothèse initiale de la sélection naturelle comme moteur de l'évolution a été largement validée, et par des études en milieu naturel (par exemple, les pinsons de Darwin, sur l'île des Galapagos, sont étudiés depuis Darwin), et dans des laboratoires, en utilisant des espèces à court temps de génération (comme les bactéries ou les drosophiles). Depuis Darwin, toutes les nouvelles connaissances en botanique, en embryologie, en génétique des populations, en anatomie comparées, et paléontologie ont produits des faits qui s'intègrent parfaitement dans la théorie de l'évolution. Aujourd'hui, l'ensemble de la communauté scientifique admet la théorie de l'évolution comme le modèle explicatif le plus complet qui permet de prendre en compte les données issues de diverses disciplines et qui est la seule théorie qui permet actuellement d'expliquer scientifiquement la succession des espèces au cours du temps.


Sources documentaires

Guides critique de l'évolution, sous la direction de Guillaume Lecointre, Ed Belin, 2009.

Outils pour enseigner les mécanismes de l'évolution, Collection recherche en pédagogie, ULB, service des Sciences de l'éducation (Vincent Carette, José Wolfs), Service de didactique de la Biologie (Jean-Christophe de Biseau).

V. Contenu intégral de la leçon

Code couleur : en noir : le discours

En bleu : les questions posées

En vert : les réponses attendues
Voici de nombreuses espèces. Il y en a un très grand nombre d'espèces sur terre. Comment sont-elles apparues ?
On va essayer de voir comment les scientifiques ont tenté de répondre à cette question depuis le 18e S.
I. Pensée scientifique et théologique

Petite précision : A ce moment, il n'y avait pas de distinction entre sciences et religion. Jusqu'au 19e S, pensée scientifique et théologiques ne sont pas séparées, les scientifiques étudient la nature pour mettre en évidence la puissance de Dieu, ou pour rendre intelligible le plan de Dieu. Dieu a créé un monde parfait et les lois de la nature, expression de cette perfection, sont destinées à être décryptées par les hommes, destinataires du message divin

Ceci n'est plus le cas aujourd'hui. Pourquoi ?

Les scientifiques essaient en effet d'expliquer la nature par des faits naturels, sans se référer à une puissance divine ou surnaturelle (c'est une des propriétés qui définissent la science).
II. Donc au 18e S, l'idée qui prédomine est le fixisme

Fixisme : Les espèces ont été crées de la main divine et sont immuables. Elles ne se transforment pas.

Linné : toutes les espèces existantes ont été crées en état lors d'une seule création divine

Malgré une grande adhésion, certains scientifiques, dont Buffon, réfutent cette idée.
III. Au tournant du 18e et du 19e,

Cuvier (1769-1832), grand scientifique de l'époque étudie

-l'anatomie comparée

-la paléontologie.

Il observe que différentes espèces se sont succédées au cours des temps géologiques.

Il met donc en évidence que chaque espèce est circonscrite dans la durée et dans l'espace.

Il met aussi en évidence la présence de cataclysmes majeurs qui rendent bien compte d'extinctions massives qui se sont produites sur terre.
En quoi ces nouvelles connaissances vont-elles à l'encontre de la théorie fixiste ?

Le présence d'espèces qui ont disparu montre que la terre n'a pas toujours été telle qu'elle est aujourd'hui. Il y a donc dû y avoir des changements.

Comment expliquer alors, au vu de ces nouvelles données, l'apparition de nouvelles espèces ?

Remarque : Pour Cuvier, les espèces fossiles ont totalement disparu de la nature et ne peuvent pas être rattachées à des espèces actuelles.
Les espèces anciennes ont été éliminées par des catastrophes.

Les nouvelles espèces proviennent donc de production "in situ" (à partir de rien (c'est la théorie de la génération spontanée), ou de colonisation d'espèces provenant d'ailleurs.

Remarque : c'est la théorie de révolution du globe.
Quels arguments pouvez-vous avancer aujourd'hui pour contrer ces hypothèses ?

Argument allant à l'encontre de la génération spontanée ? Jamais mise en évidence

Argument allant à l'encontre de l'action du créateur ? sort du cadre du cours de science (Nous allons essayer à partir de maintenant de réfléchir avec des arguments scientifiques).
Lamarck (1744- 1829)

Dès 1798, Lamarck souligne que

- toutes les espèces anciennes n'ont pas disparu et

- qu'il existe une continuité entre les formes fossiles et les formes actuelles.

Il contredit donc l'affirmation de cuvier selon laquelle le passage d'une période géologique à l'autre marque une rupture irréconciliable en terme de faune. Des faits allant dans le même sens s'accumulent au cours du 18e S par d'autres scientifiques.
Ces observations soulignent un fait nouveau, lequel ?

La transformation des espèces
NB: Dès le milieu du 18eS, beaucoup de penseurs philosophes ou scientifiques eurent des intuitions transformistes. Mais ces idées sont restées trop isolées ou dispersées pour constituer une véritable théorie.
Nouvelle théorie :

Idée: transformation progressive des espèces par adaptation au milieu.

Cette idée est basée sur deux grands principes :

-le principe d'usage et de non usage (les organes se transforment ou maintiennent parce qu'on en fait usage, il disparaissent si on en fait pas usage).

- l'hérédité des caractères acquis. Les caractères une fois acquis sont transmis à la descendance.

-l'induction directe de nouvelles caractéristiques des organismes par l'environnement (ce principe était en réalité réfuté par Lamarck et défendu par Geoffroy de St-Hilare).

RQ: Lamarck explique le monde naturel seulement par les lois naturelles. Il ne nie pas Dieu mais il le laisse en dehors du discours scientifique.
Principe d'usage: cela signifie que les espèce se transforment pour être ensuite adaptées à un environnement donné.
IV. Darwin (1809-1882)

La grande différence entre la théorie de Darwin et la théorie de Lamarck, c'est que pour Darwin, les espèces n'évoluent pas pour s'adapter au milieu, mais évoluent et puis sont sélectionnées par le milieu.

Prenons un exemple : la phalène du bouleau.

NB: cet exemple est actuel (et donc bien postérieur à Darwin) explicité au document 1 et expliqué par le professeur à l'aide transparents.

Expliquez les variations dans la couleur de la phalène du bouleau selon les théories de Lamarck (théorie de l'adaptabilité).

La phalène change de couleur pour s'adapter au nouvel environnement. Lorsque les arbres noircissent, les phalènes réussissent à devenir noires. Elles transmettent cette capacité à leur descendance.
Expliquez les variations observées dans la couleur de la phalène du bouleau selon la théorie de Darwin (théorie de la sélection naturelle).

Des phalènes noires et des phalènes blancs préexistent. Lorsque les arbres noircissent, les formes noires ont plus de chance que les blanches de survivre. Elles auront donc plus de chance de se reproduire et de transmettre le caractère "noire" à leur descendance. Dans ce cas-ci, le milieu sélectionne les formes qui préexistent et qui sont le "mieux" adaptées.
Quelle est la théorie valable ? Pourquoi ?

La théorie valable est la théorie de la sélection naturelle. En effet, les deux variants de la phalène existent. C'est parce qu'il existent deux variants différents que la couleur de la phalène change en fonction du milieu.
Parlons un peu de Darwin.
Sous la volonté de son père, il débute des études de médecine. Mais cette discipline l'ennuie passablement. Il décide donc d'abandonner ces études pour se consacrer à la théologie et devenir Pasteur. Le 27 décembre 1831, il s'embarque sur le Beagle afin d'effectuer un voyage d'exploration naturaliste. Ce voyage durera 5 ans. Durant ce voyage, Darwin collecte une foule de données géologiques, zoologiques, botaniques. C'est à partir de ces idées qu'il conçoit sa théorie. A la même époque, Wallace, un autre naturaliste, publie les mêmes idées. En 1859, Darwin publie "the Origin of Species by means of natural selection".
Sa théorie est basée sur les observations suivantes :

1) les organismes varient

il y a des variations au sein des espèces, aussi bien dans le cadre domestique (différentes races de chiens) que dans le cadre naturel.

2) Les variations sont héritables et peuvent être sélectionnées par l'homme

Darwin s'est documenté auprès des éleveurs et des horticulteurs. Il montre ainsi que des variations sont héritables d'une génération à l'autre et qu'en favorisant la reproduction de certains variants plutôt que d'autres, l'homme modifie la composition de l'espèce élevée ou cultivée.

3) le milieu de vie opère une sélection sur les individus

Darwin a étudié le taux de reproduction des espèces. Il a remarqué que le surpeuplement était théoriquement possible dans certaines conditions. Or le surpeuplement n'arrive jamais dans la nature. C'est parce que chaque espèce rencontre auprès de toutes les autres des facteurs de régulation.

Il remarque aussi que des modifications physique ou chimique du milieu pouvaient influencer le taux de reproduction des espèces.

Le milieu dans son ensemble (les espèces, les autres individus de la même espèce, les conditions physiques et chimiques) induit un succès reproductif différentiel entre les variants. Ce succès reproductif différentiel est la sélection naturelle.

4) À l'échelle des populations, la sélection naturelle se traduit par la transformation de l'espèce.

Les individus avantagés se reproduisent plus vites, transmettent donc plus facilement dans la leurs caractères, et finissent par être dominant dans la population qui aura ensuite changé. Au cours des génération, la population en question va diverger de la souche initiale jusqu'à former une nouvelle espèce : c'est la spéciation populationnelle. L'espèce s'est transformée tout en s'adaptant au milieu.
V. Sélection naturelle ou adaptation des caractères acquis… qui a raison ?
Au cours du 19eS, la communauté scientifique accepte progressivement l'idée de transformation des espèces. Mais le moteur de cette transformation continue à faire débat. En particulier, l'idée de sélection naturelle a du mal à convaincre. En cause : le manque de cas concrets approchés expérimentalement. De plus, on ne connaît pas les mécanismes induisant la variabilité, ni ceux induisant la transmission des caractères.
Avec tes connaissances actuelles, explique :

- Quelle est la molécule permettant la transmission des caractères ?l'ADN

- Quelle est la base de la variation ? Les mutations et la reproduction sexuée
Différentes études en milieux naturels ou en laboratoire ont tenté de mettre en évidence la sélection naturelle. En voici une datant du milieu du 20eS.
Expérience de Luria et Delbrück

Les questions et réponses posées aux élèves sont directement extraites du document réalisé par vous-même. Je me permets donc de ne pas les remettre ici.
VI. Synthèse

Voir plus haut




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