Sciences de la vie et de la Terre

Donner des axes et un sens au traitement du plan d’organisation des Vertébrés en classe de seconde lorsqu’on a déjà traité la notion de gène

31 / 03 / 2008 | Martine Pernodet

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L’approche du plan d’organisation des Vertébrés ne semble pas pouvoir ou devoir être le même selon que l’on a ou non traité la notion de gène avec les élèves.

La séance proposée ci-après est une suggestion. Elle a été testée auprès d’élèves de 2nde européenne revenant d’un voyage en Angleterre.

Ils ont visité , pendant ce voyage, dans le London Science Museum l’exposition temporaire « Who am I » et ont recherché dans l’exposition les questions que se sont posées les scientifiques.

One of the questions of the exhibition was :

question 1

What we know

(ce que nous savons déjà)

  • We are all made of cells, so are all organisms. (nous sommes tous faits de cellules comme tous les organismes)
  • Some traits (shared by vertebrates) which are inherited are encoded by genes : genes are responsible for features such as nose, ear … (certains caractères -communs à tous les vertébrés- qui sont hérités sont codés par des gènes : ces gènes sont responsables de caractères comme la présence d’un nez, d’oreilles ..)
  • All our genes are present in each of our cells. (tous nos gènes sont présents dans toutes nos cellules

On pouvait alors se demander comment répondre à la question qui était posée : « Pourquoi a-t-on toujours la tête en haut et les pieds en bas du corps ? » tout en tenant compte des contraintes de constitution d’un être viivant et de la nature et du rôle des gènes (responsables des caractères transmissibles (de génération en génération) de l’organisme)

Issue :

How can we link genes and the body plan(s) of vertebrates ? (comment relier gènes et plan d’organisation des vertébrés ?)

(body plan = the overall organization of an organism)

Hypothesis

We may guess that

  • there are instructions or genes responsible for
    • the different parts of our body
    • their specific identity
  • some instructions are similar in different vertebrates

hypothèses : nous pouvons penser que

  • il y a des gènes ou instructions pour
    • les différentes parties d enotre corps
    • leur identité spécifique
  • des instructions sont communes à différents vertébrés

Strategy to solve our problem

  • knowing the identity card of the different body parts of the different studied vertebrates
  • linking the different items of the identity card with an instruction to set or fix it

Une stratégie de résolution du problème est de définir pour chaque partie de corps existant chez tous les vertébrés une carte d’identité précise (nom, date - lieu-de naissance, adresse et éventuellement caractéristiques) des parties du corps et ensuite de rechercher les instructions (gènes) nécessaires et cohérentes pour l’existence de ces parties du corps.

 I. Body parts identity

To introduce the topic (and the vocabulary), and as a warming up activity, some songs can be used such as « knees and toes » or « one thumb » (available online on the Internet)

Students are asked to find out the items for an identity card

We will propose

Name (of the body part)

Name (of the owner)

Birth date (before or after the birth of the organism)

Address (some students proposed birth place)

Then they got a body part of a Vertebrate (they could work in team : nine of then have got a different eye, nine others a different forelimb)

Les photographies proposées aux élèves par groupe de 4 peuvent être

  • 4 yeux différents (humains, félins, reptiliens, amphibiens ! de poisson, oiseau, etc ...)
  • 4 membres antérieurs différents (ailes, pattes, bras ...)

Chaque élève colle la photographie de sa partie de corps et renseigne la carte d’identité telle qu’elle a été décidée par la classe (nom de la partie du corps, nom du propriétaire, date de naissance ou d’apparition de cette partie du corps -avant ou après la naissance-. adresse ou lieu de naissance)

Une aide est nécessaire pour renseigner « address » c’est l’élément le plus difficile à remplir mais le plus intéressant pour ce qui est de notre problème !

Il faut donc fournir aux élèves le corpus anglais des prépositions de localisation les plus utilisées

The most common prepositions of location are

in, on, at, by, near, nearby, above, below, over, under, up, down, around, through, inside, outside (of), between, beside, beyond, in front of, in back of, behind, next to, on top of, beneath, underneath, among, along, against

Grâce aux transparents montrant toutes les parties du corps, on peut
faire une correction collective, et une évaluation sur une partie du corps non étudiée (membre postérieur : hind leg)

On peut arriver à identifier les points communs

  • date de naissance de la partie du corps : avant la naissance pendant le développement embryonnaire
  • même adresse ou presque pour les yeux d’une part et les membres antérieurs de l’autre

Il faut ensuite se poser la question de la généralisation des adresses des différentes parties du corps et proposer une rédaction « mathématique » et une représentation avec deux axes et un plan

Dorsal is the back or upper surface / Ventral is the belly or lower surface

Anterior head or front end / Posterior is the tail or hind end opposite the head

Symmetry is the arrangement of body parts around a central plane or axis

Bilateral symmetry occurs when animals can be divided into equal halves along a single plane (right & left sides that are mirror images

Pour rendre compte de l’organisation des organismes étudiés, il faudrait les dessiner et indiquer axes et plan. Le problème de dessin peut être résolu grâce à un site d’assistance au dessin

http://entertainment.howstuffworks....

En 4 ou 5 étapes, les élèves peuvent suivre les instructions pour réussir à tout coup un dessin très ressemblant et directement utilisable pour rendre compte du plan d’organisation des vertébrés.

frog

Les instructions pour les dessins de singe, alligator, poisson, grenouille, tortue, canard, chat et dauphin sont faciles à suivre

Se pose alors le problème l’existence d’instructions ou gènes « similaires » pour commander le positionnement des parties du corps

Grâce aux instructions pour les dessins, on peut se demander s’il existe un « designer » intelligent qui assemble des parties dès le « ventre de la mère » ou s’il faut réfléchir à ses mécanismes scientifiques de construction cellulaire.

 II. Instructions for building a vertebrate

Dans une phase dialoguée, on peut reprendre :

  • ce que l’on connaît de la vie cellulaire : division, spécialisation, communication, mort
  • ce que l’on connaît du développement des organismes vertébrés : une cellule œuf au départ puis des divisions aboutissant à une boule de cellules et puis ???

On recherche donc des hypothèses de fonctionnement cellulaire pour aboutir à un organisme présentant un plan d’organisation de Vertébré

que l’on confrontera ensuite avec des observations de développement embryonnaire, des études de mutations de gènes ou de transgenèse.

Task : how to build a vertebrate from an egg cell ? Try to propose a list of tasks which could be read during the life of the organism knowing that cells may divide, get specialized, communicate and die.

Il est remarquable de voir les élèves se passionner pour cet exercice qui est très difficile pour eux (j’insiste pour le leur présenter comme difficile et comme un défi). les élèves se questionnent sur la transformation d’une sphère de cellules en une autre forme. Certains se demandent si c’est la cellule œuf au milieu de la boule de cellule qui commande ! certains élèves se demandent s’il ne faudrait pas donner un ordre de mort cellulaire pour faire l’ouverture de la bouche. Certains se font des schémas successifs et mettent l’instruction ou gène sur la flèche entre deux stades successifs.

 Conclusion :

To build a vertebrate, we guess that there are genes responsible for divisions and others for specialisation during the early stages of embryonic development in connection with communication genes (we wonder about cells movements and cells death). One of our hypotheses is that these genes could be the same in different vertebrates. (we will have to check thanks to a transgenesis experiment)

Link to the next lab session :
video on genes for body plan or morphological pattern

La séance suivante peut reprendre le même déroulement avec l’organisation interne ou s’intéresser de suite aux gènes du développement.

 

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