sciences de la vie et de la Terre

Une expérimentation permettant d'initier l'étude de la partie Intégration des fonctions dans l'organisme au cours de l'activité physique en classe de seconde.

Chez la plupart des animaux, l'automatisme cardiaque est difficilement observable "in situ". Chez la daphnie, Daphnia pulex, il est possible d'observer les battements cardiaques par transparence et de mettre en évidence des facteurs qui le font varier.

Les élèves ont à leur disposition :

1. Un document d'appel,
2. Un document présentant la daphnie, qu'ils pourront éventuellement conserver,
3. Un document présentant le protocole expérimental présent sur les tables,
4. Un transparent bilan commun au groupe.

Remarque : l'ensemble de données fournies ne constitue d'aucune façon une "fiche d'activité" utilisable directement.
Chacun la reformulera en fonction de ses objectifs pédagogiques et définira ses critères d'évaluation.

Les auteurs remercient vivement

• Madame ROCHETAING, professeure de Biologie et Physiologie animales comparées à l'Université d'Angers pour les conseils qu'elle leur a apportés.

• Monsieur BAUDE, denis.baude@ac-orleans-tours.fr , responsable du site SVT de l'académie d'Orléans-Tours, www.ac-orleans-tours.fr , qui a réalisé les microphotographies de daphnie contenues dans le document et leur a donné l'autorisation de les utiliser.

Données techniques

Il peut consister en :

• Une séquence vidéo montrant une transplantation cardiaque humaine,
• Un court texte décrivant comment une transplantation cardiaque humaine est réalisée.

Il permet d'initier un dialogue au sein du groupe afin de faire émerger un problème relatif aux facteurs contrôlant le rythme cardiaque au cours de l'effort. Les élèves proposent alors des facteurs pouvant contrôler ce dernier.

Ce dialogue permet aussi à l'enseignant de vérifier les acquis correspondant au message nerveux étudié en classe de troisième : […] Les neurones communiquent entre eux ….par l'intermédiaire de messages chimiques[…].

Les daphnies sont des petits crustacés, vivant en eau douce, dont la taille est voisine du millimètre. Il est possible de les observer à l'aide d'une loupe binoculaire.

• Prendre délicatement une daphnie non rosée avec le compte goutte puis la déposer dans la lame à concavité avec une ou deux gouttes d'eau de culture.
• L'observer à l'aide de la loupe binoculaire : il convient de réaliser les réglages avec un minimum de lumière afin d'éviter l'effet thermique (évaporation de l'eau).
• Observer : la chambre incubatrice (contenant souvent des œufs), les mouvements du tube digestif (parfois coloré), les mouvements des appendices (pattes, antennes), les mouvements de rotation de l'œil.

Rechercher le cœur : il est situé dorsalement et met le sang (coloré en rouge si le milieu est anoxique) en mouvement. Le cœur est relié à une très courte artère.

Daphnia pulex vue de profil

Détail du cœur

3 Test des facteurs identifiés

Cette étape sera mise en place sous forme de TP mosaïque, en utilisant les propositions faites par les élèves à l'issue du dialogue initial. On peut ainsi prévoir d'étudier le rôle de la température ou celui de substances chimiques intervenant dans la communication nerveuse.

Selon le facteur étudié, les élèves reçoivent un document présentant le protocole expérimental. Le travail spécifique à chaque binôme (température du bain extérieur, substance chimique étudiée) est inscrit au tableau, ou présenté au rétroprojecteur.

Cette phase de l'activité peut être évaluée (mise en œuvre correcte d'un protocole expérimental).

La phase de mutualisation permet de construire un transparent récapitulant les valeurs moyennes obtenues, de construire la courbe de la variation du rythme cardiaque en fonction de la température.

Une relation peut alors être établie entre cette variation et la teneur en dioxygène du milieu, en liaison avec la problématique globale de l'homéostasie du dioxygène au cours de l'effort.

Le dialogue terminal reliera les résultats obtenus avec les substances chimiques, acétylcholine ou adrénaline, au problème de la modulation de l'automatisme cardiaque par le système nerveux.

Protocole expérimental

1 Action de la température

Contrôler la température du bain extérieur et celle de la culture.

Prélever une daphnie incolore, évaluer le nombre de pulsations par minute, noter la valeur du rythme cardiaque ainsi obtenue.

Recommencer au moins trois fois le comptage, en notant les valeurs à chaque fois, puis en faire la moyenne.Entre deux séries de mesures, remettre la daphnie dans une des boites ne contenant que de l'eau de culture.

Faire varier la température comment indiqué au tableau, en ajoutant de la glace pilée ou de l'eau chaude au bain extérieur. Il convient d'obtenir une valeur multiple de 5.

Mesurer le rythme cardiaque de trois daphnies incolores : si c'est possible, faire deux mesures pour chaque daphnie.

Pour éviter d'utiliser deux fois la même daphnie, penser à ne pas les remettre dans la boite commune, mais à utiliser les boites supplémentaires.

2 Action de certaines substances chimiques

Placer trois daphnies incolores dans une boite de pétri, baisser la température du bain à moins de10° C.

Mesurer le rythme normal de chaque d'entre elles.

Ajouter 3 gouttes d'acétylcholine à 10^-3 mole.L^-1 ou 3 gouttes d'adrénaline à 10^-3 mole.L^-1 dans l'eau du bain

Déterminer le rythme cardiaque de chacune des trois daphnies.

Données techniques

Fournisseur :

Société GREBIL,

Val de Maye,

Rue de l'église,

80120 ARRY

Numéro de téléphone : 0322253490.

Numéro de Fax : 0322253499

Les daphnies sont livrées très rapidement, le plus souvent en 24 heures.

L'utilisation d'un compte goutte permet de prélever les daphnies sans les blesser.

Pour l'étude de l'action de la température, les températures auxquelles est porté le bain extérieur s'échelonnent de 5°C en 5°C, entre 0 et 50°C.

Chaque groupe dispose de :

• Une grande boite de pétri, remplie d'eau à température ambiante, contenant trois boites plus petites : deux d'entre elles sont remplies d'eau de culture, la troisième contient une dizaine de daphnies dans leur eau de culture,
• Une loupe binoculaire,
• Une lampe,
• Une lame à concavité,
• Un compte goutte,
• Un thermomètre,
• Un chronomètre.

L'eau chaude, la glace pilée et les solutions d'adrénaline et d'acétylcholine sont à disposition à l'endroit habituel.