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activités de classification des êtres vivants en collège et en lycée
mis à jour le 28/05/2004
Les activités de classification réalisables de la Sixième à la Terminale sont présentées en tenant compte de l'utilisation des méthodes de classifications phylogénétiques.
mots clés : classification, évolution, biodiversité, parenté, innovations partagés
Promouvoir une nouvelle méthodologie
de la classification
Utiliser les êtres vivants observés en sortie
sur le terrain en Sixième
Utiliser des observations microscopiques en Sixième
Etablir des critères pour classer des animaux
Classer les Vertébrés en Sixième et
en cycle central
Utiliser les collections d'un muséum
Utiliser phylogène
Biodiversité et classification en Seconde
Promouvoir une nouvelle méthodologie de la classification
L'activité de classification est aux frontières de la maîtrise du langage et des sciences. Les rudiments de classification sont donc transmis dès l'instant où les êtres vivants sont nommés par le très jeune enfant. A ce titre, la transmission d'une classification est d'abord une affaire de milieu culturel familial. L'utilisation de critères est d'abord implicite. On peut par exemple citer les poissons qui sont reconnus essentiellement par leur forme. Les milieux culturellement favorisés auront le souci d'établir des critères explicites de classification (exemple : les Baleines sont des Mammifères parce qu'elles nourissent leurs petits avec du lait). A partir de l'enseignement élémentaire, la prise en charge progressive de la maîtrise du langage par l'école va créer des conflits de critères de classification souvent réglés au détriment de la culture familiale. Au terme de l'école élémentaire, les enfants utilisent essentiellement une classification basée sur la ressemblance globale, dite phénétique, la seule connue par les milieux non scientifiques (les éléphants et les rhinocéros sont des Pachydermes par exemple)
A leur arrivée en Sixième, au cours des travaux sur la diversité des êtres vivants, les Vertébrés et les invertébrés, les plantes à fleurs et sans fleurs sont définis ainsi qu'un certain nombre de taxons comme les Mollusques, les Fougères etc. Cette définition passe par l'utilisation de critères choisis par les élèves et de critères scientifiques. Les activités de classification sont synthétisées dans un tableau qui servira de base pour des développements dans les classes ultérieures. Ces programmes préconisent une méthode dichotomique de classification et une classification essentiellement phénétique.
Il est important de bien faire la différence entre un simple rangement qui consiste à placer les êtres vivants dans un certain ordre, un tri qui consiste à utiliser une clé de détermination pour effectuer une discrimination (les vertébrés et les invertébrés par exemple) et une classification qui utilise les caractères des êtres vivants pour créer des groupes emboîtés en fonction des états de ces caractères.
Les activités de classification sont aussi présentes en Quatrième lorsqu'il s'agit de rapprocher les formes de vie du passé de celles du présent.
En Terminale S, la première partie du programme cite explicitement la notion de partage d'états dérivés qui est au coeur des méthodes de classifications phylogénétiques.
Avec la publication de la "Classification phylogénétique du vivant" par Guillaume Lecointre et Hervé Le Guyader (Belin), les classifications utilisant la méthode dite cladistique connaissent un succès croissant auprès des professeurs du second degré. Comme cela est très bien exposé dans le préambule de cet ouvrage, l'utilisation d'une clé de classification dichotomique est incompatible avec l'esprit même des classifications phylogénétiques. De plus, des groupes entiers perdent toute justification lorsque l'on applique ces méthodes. C'est notamment le cas des Invertébrés et des plantes sans fleur. Dès lors, les professeurs sont confrontés à deux exigences contraires : le respect de la lettre et de l'esprit des programmes et la fidélité aux évolutions des savoirs et des méthodes scientifiques.
Dans le présent travail, une approche des classifications phylogénétiques et de leurs méthodes est proposée du collège au lycée. Il s'agit de mettre sur pied des activités aussi bien dans l'établissement qu'à l'extérieur. L'objectif n'est pas de dire quelle classification il faut utiliser mais bien d'acquérir les grandes lignes d'une classification modernisée et surtout les méthodes qui permettent de la comprendre. Les propositions faites ci-dessous doivent bien entendu être transposées dans le contexte local et ne constituent pas des fiches d'activités à utiliser directement dans les classes. Pour tous les éléments de définition des taxons et des innovations partagées on consultera l'ouvrage "classifications phylogénétiques du vivant" de Guillaume Lecointre et Hervé le Guyader (édition belin). Pour une adaptation de ces classifications à l'enseignement secondaire on peut se reporter au travail réalisé sur ce même site par les auteurs du présent article.
Utiliser les êtres vivants observés en sortie sur le terrain en Sixième
La sortie sur le terrain est l'occasion d'observer et de collecter, s'ils ne sont pas protégés, un certain nombre d'êtres vivants. Nous avons choisi l'exemple du vieux mur qui a l'avantage d'être accessible à un très grand nombre de collégiens. La difficulté naît de la coexistence de deux objectifs pour cette sortie : La découverte de la notion d'adaptation et la découverte des critères de classification. |
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Si l'on veut se dégager des anciennes classifications ils faut clairement séparer les deux car les classifications phénétiques utilisent beaucoup le concept d'adaptation pour créer des "tiroirs" que l'on remplit avec des formes de vie présentant des adaptations similaires (les Pachydermes, les Pinipèdes par exemple). Le premier temps de l'observation est donc consacré à donner un nom aux êtres vivants observés. La mousse Ceratodon, un Polypode, un Sédum et un Escargot sont faciles à observer. Pour éviter de promouvoir les différences au détriment des ressemblances, les élèves sont ensuite invités à regrouper trois des êtres vivants sur les quatre observés dans un seul groupe. Ainsi se dégagent un critère de regroupement : la possession de feuilles vertes. Les végétaux chlorophylliens sont définis par ce critère qui caractérise les Chlorobiontes. |
Si la saison est favorable on pourra aussi observer plusieurs de ces plantes chlorophylliennes en fleurs ce qui permet de mettre en place les plantes à fleurs comme un sous-ensemble des plantes chlorophylliennes. On procédera de la même manière en demandant aux élèves de regrouper les trois plantes à fleurs ou à graines (par exemple le Paturin, le Sédum et le Lierre) parmi quatre plantes, la dernière pouvant être le Polypode. On remarquera que le taxon de plante à fleurs peut générer le taxon "négatif" de plante sans fleur qui n'est justifié par aucune innovation partagée de façon exclusive. Il faudra essayer de promouvoir les taxons de Fougère et de Mousses. Il faut pour cela disposer de plusieurs espèces de chaque taxon.
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Dans une étape ultérieure, il faudra s'intéresser aux adaptations. Ici il s'agira des différents type de dispositifs pour s'accrocher à un support et pour résister aux sécheresses temporaires. On ne peut que constater la diversités des dispositifs sans en tirer des conclusion taxonomiques. |
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Comme tous les milieux, le vieux mur peut présenter des espèces "difficiles" comme les Champignons et les Lichens. On voit ici le lichen Cladonia. On peut proposer un classement sur la possession d'appareils reproducteurs spécifiques. Il est cependant préférable d'aborder la classification de ces deux êtres vivants au cours d'un atelier de microscopie montrant les filaments qui constituent ces organismes. Ces filaments à paroi chitineuse peuvent être le critère de regroupement qui fonde les Champignons. |
Au cours de l'atelier d'observation microscopique sur la diversité du vivant, il est facile de faire observer des cellules d'épideme de Poireau, de Lierre, de Polypode, de feuille d'Elodée, des Pleurocoques, En incluant dans l'échantillonage une observation de cellule animale comme la cellule de foie, On va à nouveau provoquer le regroupement des cellules qui possèdent des chloroplastes et fonder cette fois sur des critères cellulaires, la notion de végétal chlorophyllien.
Ci-contre cellules stomatiques d'épiderme de Polypode (x400) |
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| Diplocoques (x1000) |  |
Cellule d'une jeune feuille d'Elodée. (x 600)
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Différents ciliés dans une goutte d'eau croupie (pour voir le film sous Netscape cliquez sur ce lien et choisissez le lecteur multimédia adapté pour un fichier AVI) |
L'observation microscopique de la Paramécie est une des observations les plus pratiquées en Sixième. En utilisant le même milieu de culture, il est courant d'observer des Colpodes ou des Colpidium. Confronter ces observations avec les cellules de foie et les cellules de végétaux chlorophylliens conduit à créer un taxon qui regroupe tous les êtres vivants qui se déplacent en utilisant de nombreux cils. Les Ciliés ainsi définis sont au même niveau taxonomique que les Végétaux Chlorophylliens, les Animaux et les Champignons. On remarquera que la question de savoir si les Paramécies sont des Animaux ou des Végétaux n'a absolument aucune pertinence dans ce cadre. |
Dans le chapitre sur les pratiques au service de l'alimentation humaine, il est possible d'observer des levures de boulanger et des lactobacilles. La confrontation de ces nouvelles observations avec les précédentes conduit à définir un nouveau critère qui est celui de posséder des cellules avec un noyau délimité. Cela permet de regrouper les levures avec toutes les formes de vie étudiées précédemment, alors que les Bactéries ne montrent pas ce caractère. |
 Levures
de boulanger |
| Ce type d'exercice peut être renouvelé en Troisième lorsque l'on étudie la diversité des micro-organismes. |
Bactéries du yaourt (x 1000) |
| Les modifications apportées à la classification traditionnelle des animaux sont difficiles à vivre pour beaucoup car cela touche l'embranchement le mieux connu. Le plus important est de rendre intelligible la classification sans faire trop d'entorse à ce que disent les classifications phylogénétiques. Affirmer péremptoirement que les Invertébrés, les Poissons et les Reptiles n'existent pas, risque de discréditer l'enseignant plus que d'installer une classification utilisable dans les niveaux ultérieurs. Ces mots font partie de la langue française et les grades qu'ils désignent sont connus de tous. |  |
| Nous pensons qu'il est possible de contourner l'obstacle en accordant la priorité à des groupes à la fois bien définis dans la classification traditionnelle et dans les classifications phylogénétiques : les Arthropodes, les Mollusques, les Annélides, les Echinodermes et les Vertébrés. Pour chacun de ces taxons, les critères de reconnaissance sont faciles à établir par un élève de Sixième. Un tel exercice peut être amorcé lors de la sortie et complété lors de l'étude de la faune du sol. Pour satisfaire à la lettre du programme il suffira de tracer une accolade qui regroupe les "Invertébrés". |
Arthropodes de la pédofaune prélevée dans une jardinière. |
Parmi les critères morphologiques utilisés
usuellement en Sixième pour établir les bases d'une classification,
certains représentent de véritables innovations partagées
: La difficulté est plus forte pour les Crocodiliens, les Chondrichthyens, les Batraciens et les Serpents et Lézards. En utilisant le même type d'exercice (regroupement de trois espèces sur quatre) on peut arriver à définir les Serpents et les Lézards par le fait qu'ils muent entièrement (ce sont des Squamates). De même, la fabrication d'un squelette osseux définit assez facilement les Ostéichthyens, laissant de côté les Chondrichthyens. Cette démarche fait d'eux une sorte de groupe "négatif" mais la nature du cartilage de ce groupe n'est pas étudiable à ce niveau. En l'absence de critère utilisable en Sixième, les positions des Crocodiliens et des Amphibiens ne seront pas précisées au sein des Tétrapodes. |
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L'étude de la reproduction au cycle central va donner l'occasion d'effectuer de nouveaux regroupements. Ainsi la notion de métamorphose chez les Batraciens et d'oeuf Amniote permettent de modifier la classification. Là encore, le système des accolades permet de placer le grade les Reptiles si cela est une demande de la classe. On notera que toute référence aux écailles sèches a été évitée. Si un élève propose un tel critère cela abouti à mettre les Serpents, les Lézards, les Tortues, les Crocodiles, les Oiseaux (pour celles de leur pattes), et les Mammifères (pour les écailles de la queue du Rat) dans la même groupe. Il s'agit bien entendu des Amniotes et la question peut être ainsi réglée. |
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Deux stratégies sont utilisables pour dresser le tableau de classification : - Une stratégie qui impose d'emblée un tableau comportant des cases que l'on remplira progressivement avec des critères, des noms et éventuellement des vignettes figurant un représentant du groupe. - Une stratégie plus exigente mais plus conforme aux méthodes de classification qui fait constuire à chaque grande étape un tableau rénové. Quelle que soit la méthode utilisée, c'est ce tableau qui va servir de base à l'étude des faunes et flores fossiles. |
| La partie "Evolution et reconstitution des milieux passés" en cycle central permet d'établir la parenté entre les formes de vie du passé et celles du présent. La démarche traditionnelle consiste à constater la similitude des plans d'organisation pour effectuer le rapprochement. |
Marne à ostracée cénomanienne (collection Maurice Cordellier) |
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Dans une optique de classification phylogénétique, cette démarche est peu pertinente car le plan d'organisation associe des caractères ancestraux sans utilité et une innovation partagée qui constitue le véritable critère de classification. Il faudra donc choisir un ou des exemples facile à faire étudier par l'élève. Ici cette Huître actuelle et cette Ostracée du Cénomanien d'Anjou montrent la possession d'une coquille à deux valves reliées par des muscles qui est l'innovation partagée des Mollusques bivalves. |
| La comparaison d'un Trilobite (ici Neseuretus de l'Ordovicien angevin) et d'une Langoustine permet de la même façon de constater qu'ils partagent la même innovation qui est ici la carapace articulée définissant les Arthropodes. |  |
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Si l'on a la chance de pouvoir utiliser les collections d'un muséum d'histoire naturelle, L'exercice de regroupement par le partage de l'état dérivé pour un caractère est praticable à plus grande échelle. Dans la salle d'ostéologie, il est aisé de confirmer les innovations partagées établies en Sixième comme la vertèbre, l'os et la possession de doigts. |
Crâne de Crocodile (Muséum d'Histoire Naturelle de Nantes, Droits réservés Cliché Patrick Jean) |
Crâne de Corneille mantellée (Muséum d'Histoire Naturelle de Nantes, Droits réservés Cliché Patrick Jean) |
L'exemple que nous avons choisi concerne quatre vertébrés dont un fossile. Les élèves sont invités à comparer un Crocodile, une Corneille, un Ours et un Coelophysis. |
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Crâne de Coelophysis (Muséum d'Histoire Naturelle de Nantes, Droits réservés Cliché Patrick Jean) |
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Crâne d'Ours brun (Muséum d'Histoire Naturelle de Nantes, Droits réservés Cliché Patrick Jean) La possession d'une fenêtre mandibulaire fonde les Archosauriens |
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Si l'on ajoute à la collection un Archéoptéryx, il est possible d'amorcer une classification emboitée comportant plusieurs niveaux. Les innovations seront portées le long des branches. Il s'agit essentiellement de la fenêtre mandibulaire, du membre érigé et des plumes.
Moulage d'un fossile d'Archéoptéryx (Muséum d'Histoire Naturelle de Nantes, Droits réservés Cliché Patrick Jean) |
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Pour respecter l'esprit des classifications phylogénétiques il est préférable de ne pas tenir compte des extinctions par des décalages et de placer toutes les espèces sur la même ligne en signalant celles qui sont éteintes. Les élèves pourront ainsi constater que les Dinosauriens sont très nombreux dans la nature actuelle. La construction de cet arbre est un des exercices possibles dans la partie "parenté des êtres vivants" en Terminale S mais il peut être amorcé dès la Quatrième si l'occasion se présente. |
Le logiciel phylogene est diffusé par l'IRNP. Son téléchargement est gratuit et une version en ligne est en préparation. On trouvera sur ce site une documentation sur les principales fonctionnalités du logiciel : |
http://www.inrp.fr/Acces/biotic/evolut/accueil.htm |
| En utilisant la fonction "Comparer" du logiciel, il est possible de choisir quatre espèces et d'afficher l'état d'un caractère donné. |  |
Il apparaît ici que l'Homme, le Chimpanzé et le Gorille partagent l'état dérivé "queue réduite à un coccyx" et sont donc apparentés entre eux plus fortement qu'ils ne sont apparentés au Babouin. Cette démarche utilise une polarisation implicite des états des caractères qu'il est difficile a rendre explicite avant la classe de Terminale S. La possession d'une queue est considérée comme ancestrale chez les Primates pour des raisons paléontologiques et embryologiques |
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Avec le menu "Construire" il est possible de remplir une matrice montrant l'état des caractères pour un choix d'espèces. On évitera d'utiliser des caractères peu pertinents comme les structures sociales ou les régimes alimentaires en raison de leur labilité dans le temps. |
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Le menu "Arbre" affiche un arbre brut que l'on va pouvoir traiter en cliquant sur un des caractères utilisés. La figure ci-dessous montre que les espèces qui possèdent l'innovation "Narines rapprochées" (en jaune) possèdent un ancêtre commun exclusif et doivent donc être rapprochées en utilisant la souris. |
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| L'innovation se trouve donc sur la branche qui mêne à l'ancêtre commun. |  |
Le même traitement sera réalisé pour chacun des caractères et l'arbre tracé sera importé dans un traitement d'images et légendé par les élèves puis imprimé. Ce travail peut faire l'objet d'une évaluation d'activité pratique si l'on donne un arbre à corriger et à légender. On notera que les positions relatives des innovations "ongles" et "pouces opposables" sont interchangeables sans que la signification soit différente. |
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La présente démarche ne représente pas un modèle à reproduire mais une proposition basée sur une expérience menée en 2001-2002. Parmi les thèmes libres proposés en Seconde figure l'étude de la biodiversité. Ce thème a été choisi dans le cadre de la classe à projet "Estuaire" au lycée Jean Perrin. |
Site de la classe Estuaire |
Trois types d'activités ont été programmées sur quatre semaines : - Une sortie au Muséum d'Histoire Naturelle de
Nantes dont l'objectif était la réactivation des acquis
de Sixième et de Quatrième. La différence entre le
monde minéral et le monde vivant et les principes de la taxonomie
Linéenne ont étés revus et les élèves
ont apporté les tableaux de classification construits au collège.
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Dans chacune des listes d'êtres vivants connus, un intrus est extérieur au groupe car il ne montre pas l'innovation propre au groupe. Signalez cet intrus, trouvez l'innovation partagée par les membres du groupe et tentez de nommer le groupe en faisant éventuellement appel à vos connaissances de collège. Chat, Renard, Ours, Homme. Zèbre, Homme, Tortue, Renard, Ours. Dauphin, Grenouille, Canard, Tortue, Lézard. Renard, Pigeon, Crocodile, Truite, Lézard, Tortue, Grenouille. Moule, Vers de terre, Escargot. Criquet, Escargot, Crevette, Araignée. Truite, Criquet, Ours, Lézard. Moule, Araignée, Homme, Sapin. Vous pouvez ensuite tenter de faire un schéma qui représente vos déductions en utilisant les vignettes du polycopié. |
- Une sortie dans une zone naturelle de l'estuaire (au port Lavigne) pour étudier la biodiversité et les adaptations sur le terrain et initier la démarche pédagogique pluridiciplinaire propre à la classe "Estuaire". Cette sortie à été l'occasion d'une rappel de l'usage des cartes topographiques en SVT et d'une initiation à l'utilisation d'un récepteur GPS portable. La production des élèves consistait à cartographier les différents types de milieu et à faire un inventaire sommaire des différents êtres vivants rencontrés et de leurs adaptations. |
Site sur la production de carte au 1/10 000 pour utilisation du GPS portable |
| - une étude de la biodiversité au microscope pour réactiver les acquis de la classe de Troisième et la méthodologie de l'utilisation du microscope. Les classifications antérieures ont été améliorées et la transition vers la troisième partie du programme s'est faite par une interrogation sur ce qui fonde l'unicité du vivant. |
Daniel Boullanger, professeur de SVT au collège Le Gallinet à Blain; François Cordellier, professeur de SVT au lycée Jean Perrin de Rezé
information(s) pédagogique(s)
niveau : Collèges tous niveaux, Lycée tous niveaux
type pédagogique : démarche pédagogique, travaux pratiques
public visé : enseignant
contexte d'usage : sortie pédagogique, classe, espace documentaire, salle multimedia
référence aux programmes : Diversité, parenté et unité des êtres vivants
Géologie externe : évolution des paysages
Reproduction sexuée et maintien des espèces dans les milieux
Unité et diversité des êtres humains
Place de l'homme dans l'évolution
Parenté entre êtres vivants actuels et fossiles - phylogenèse - évolution
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sciences de la vie et de la terre - Rectorat de l'Académie de Nantes