Questions d’actualité en classe

Deux en un aujourd’hui…

Vendredi j’avais les élèves en classe entière, l’occasion de faire le point par un schéma explicatif sur l’autotrophie et l’hétérotrophie. D’abord une réflexion personnelle des élèves avec proposition de deux schémas explicatifs, l’un pour la cellule chlorophyllienne, végétale, et l’autre, bien sûr, pour la cellule non chlorophyllienne, animale par exemple. Puis une synthèse en commun et l’identification d’un nouveau caractère apparenté entre les deux types, la respiration cellulaire, malgré leurs différences. Et encore un argument de plus à la proposition d’origine commune !

Aujourd’hui, mercredi, en demi-groupe, après une investigation moléculaire, suivie d’une investigation cellulaire, je propose de poursuivre avec une investigation portant sur les vertébrés, l’échelle macroscopique. A l’échelle moléculaire, l’ADN, a été identifié comme un point commun entre tous les êtres vivants, à l’échelle cellulaire, malgré les différences, nous avons vu que tous les organismes avaient pour constituant de base la cellule et que de plus celle-ci était l’échelon le plus simple de leur fonctionnement. A l’échelle des organismes que sont les vertébrés nous allons aussi tenter de repérer aussi des indices de parenté. L’observation d’une dizaine de squelettes différents de “poissons”, amphibiens, reptiles, oiseaux et mammifères, nous permet de repérer l’existence chez tous d’un squelette interne mais aussi d’un plan d’organisation similaire. Un plan caractérisé par deux axes, l’axe antéro-postérieur et l’axe dorso-ventral, et un plan de symétrie bilatéral.

Le résultat de cette observation est noté, il s’agit maintenant de l’illustrer scientifiquement pour étayer la parenté entre les vertébrés, et donc leur origine commune. Une réflexion collective permet de retenir la schématisation distinguée du dessin d’observation : deux schémas au moins, pour qu’une comparaison soit possible, chacun illustrant un représentant d’un des taxons de vertébrés, avec sur ces schémas les axes de polarité et le plan de symétrie. C’est l’occasion de s’interroger sur ce qui doit guider la réalisation d’un tel schéma. Dans la cahier de compétences une capacité lui est réservée, sous le titre : Savoir utiliser des outils de communication scientifique.

C’est une recherche “Internet” qui m’a conduit il y a quelques jours sur le site SVT de l’académie de Créteil. J’y ai découvert, ici, une proposition de séance sur cette question des plans d’organisation qui faisait référence à un autre site dédié à la réalisation de schémas, dont certains d’animaux. J’ai utilisé le filon, par là. La séance se poursuivra donc par la réalisation de schémas d’animaux… “Attention Elsa la pieuvre est-elle un vertébré ?” … et par le repérage des axes de polarité et du plan de symétrie. Face aux deux schémas effectués, c’est pas si simple que cela de comprendre comment les représenter ! OK c’est bon, “mais il manque encore quelque chose !” “Ah bon, quoi Monsieur ? “… “A toi de trouver en t’aidant si nécessaire de la rubrique du cahier de compétences qu’on a rempli ensemble “…. “Ah oui, le titre !”

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A suivre… donc. Avec un peu de retard.

L’étude déjà menée laisse entendre, pour l’instant, qu’un phénotype est déterminé par un gène, le gène permettant la synthèse d’une protéine : le phénotype moléculaire. Cette stricte causalité peut ouvrir sur un intérêt alors d’une généralisation des tests génétiques, ceux-ci permettant d’obtenir, avec les connaissances que nous possédons, des informations précieuses pour soigner, guérir, prévenir… Sauf que….

Sauf que chaque chromosome est double et donc chaque gène est double dans chaque cellule, mise à part les cellules sexuelles. Des gènes doubles mais pas obligatoirement semblables. Deux allèles (versions d’un gène)  différents peuvent se trouver chacun sur un des chromosomes. la question est donc de savoir si la présence d’un seul allèle détermine un phénotype alternatif. Une argumentation est demandée aux élèves à partir d’un support documentaire : l’arbre généalogique d’une famille dont certains membres sont atteints de drépanocytose et la connaissance des allèles que possède chacun de ces membres. Il apparaît ici que ce n’est pas le gène qui détermine le phénotype alternatif, mais la combinaison de ses allèles, l’un étant récessif, l’autre dominant. Les choses se compliquent : réaliser des tests génétiques et en informer les patients pourrait revenir  donc à leur donner des informations sur leur statut génétique qui ne déboucherait pas sur une maladie mais qui engagerait seulement leur projet parental futur… avec des conséquences psychologiques possibles sur leur relation à l’autre au sein du couple… Faut-il prendre ce risque ? Au delà des raisons exclusivement éthiques, la généralisation du test ADN a du plomb dans l’aile pour des raisons scientifiques ….

Pour aller un peu plus loin, et voir si d’autres arguments ne pourraient pas faire pencher la balance d’un côté ou de l’autre,  prenons un débat très polémique qui s’est déroulé dans les colonnes du mensuel “Philosophie Magazine” en mars ou avril 2007 entre Michel Onfray, Philosophe et Nicolas Sarkozy, Candidat à la Présidence de la République.

L’extrait polémique :

“Michel Onfray : Pour autant, on ne naît pas homosexuel, ni hétérosexuel, ni pédophile. Je pense que nous sommes façonnés, non pas par nos gènes, mais par notre environnement, par les conditions familiales et socio-historiques dans lesquelles nous évoluons.
Nicolas Sarkozy : Je ne suis pas d’accord avec vous. J’inclinerais, pour ma part, à penser qu’on naît pédophile, et c’est d’ailleurs un problème que nous ne sachions soigner cette pathologie.”

Autrement dit pour ce qui nous intéresse, la position de Michel Onfray, inclinerait à refuser une généralisation des tests car, de toute façon, certains phénotypes sont du ressort du contexte social, environnemental et non du génotype. Celle de Nicolas Sarkozy est totalement à l’inverse.   Quelle position choisir ? Une étude scientifique sur la couleur des lapins dits Himalayens permet de comprendre la multiplicité des causes et donc la complexité de la situation. Expliquer scientifiquement cette couleur permet de montrer que, à la fois le génotype et l’environnement (plus particulièrement la température externe) influent sur le phénotype.  L’intérêt d’une généralisation des tests est alors à nouveau posé. Une élève avance que ceux-ci permettrait alors de préconiser une certaine hygiène de vie si ce sont ces conditions qui participent à la réalisation d’un phénotype (cf l’alimentation). Certes mais pourquoi ne pas avoir, d’abord, une hygiène de vie, tel qu’une alimentation équilibrée ? La question du test ne se poserait alors plus.

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Toujours le même thème… y-a-t-il lassitude des élèves ? Me semble-t-il, non. C’est une question que je me suis souvent posée : Comment dans un environnement médiatique privilégiant le zapping éviter la lassitude des élèves autrement qu’en leur disant qu’ils sont sous cette emprise médiatique ?  Finalement, sans leur donner de véritable réponse, sinon, un “C’est comme ça, tu comprendras plus tard” péremptoire. Expression supposant une richesse du sujet telle qu’ils me seraient reconnaissants, plus tard, de les avoir conduit jusqu’à son étude exhaustive.

Non, cette réponse est vraiment insatisfaisante ! Pour notre part, nous sommes en 8ème semaine. Ce qui nous tient en haleine c’est cette recherche de l’explication scientifique de “l’irréversibilité de la destruction de la biodiversité”. Tenir en haleine c’est d’abord, me semble-t-il, ne pas solliciter les élèves en début de séance pour savoir ce qui a été vu lors de la précédente. Désolé pour les esprits chagrins, nostalgiques de la leçon précédente qu’on apprend et qu’on récite, notre histoire est trop complexe pour cela. C’est donc moi qui la raconte tout en présentant, du fait de sa complexité, une structuration sous forme d’un organigramme permettant de se repérer sans oublier de rappeler les savoirs et les questions encore en perspectives.

Aujourd’hui il s’agit donc de poursuivre cette recherche qui doit nous conduire à savoir, si oui ou non, la cellule est l’unité fonctionnelle du vivant ce qui serait une sacrée preuve de l’origine commune de ce vivant ! Sa capacité à utiliser de la matière constitutive du monde, connue comme organique et minérale, pour “vivre” c’est à dire se multiplier ou accomplir son activité (se déplacer, sécréter d’autres molécules…) est la conséquence vérifiable expérimentalement de cette possibilité. Après avoir proposé de mettre en culture des cellules en présence de chacun de ces deux types de molécules (organiques et minérales) et de les comparer à une culture dépourvue de ces apports, une recherche d’expériences était à entreprendre en partant d’une culture cellulaire qui mettrait à disposition des cellules les deux types de molécules.

Il s’agit bien sûr de supprimer successivement un des éléments et de s’intéresser non pas comme la semaine précédente à leur capacité à se développer “en présence de”  par rapport à une situation “témoin” de déficit mais en “absence de” par rapport à une situation “témoin” d’abondance. De même que la semaine précédente, le possible résultat attendu est exprimé comme argument de l’intérêt de chaque expérience.

L’intérêt de ces réflexions aboutissant à la proposition de deux stratégies expérimentales est d’exercer ces difficiles raisonnements hypothéticodéductifs  et  de  repérer que l’invariant pour proposer un protocole expérimental est de repérer le témoin et par rapport à celui-ci de construire une expérience qui lui diffère par un seul facteur. Seule condition pour pouvoir conclure sur l’importance ou non  de ce facteur pour obtenir le résultat attendu.

Vous comprenez qu’avec ces objectifs cognitifs relatifs à la démarche scientifique demandant un certain temps pour être construit et compris par les élèves, il m’en reste guère pour manipuler. Ce que je me suis donc refusé à faire ici. Et, si vous ne le comprenez pas, je vous invoquerai “le programme à finir”. Je serai alors malhonnête en voulant faire porter sur ces “experts qui pondent les programmes sans savoir jamais enseigné”, un choix pédagogique que je revendique pleinement. Oui, je manipule chaque fois que je le peux, c’est à dire le plus souvent possible, mais aussi chaque fois que je le veux ! Et, aujourd’hui cette absence de manipulation est d’autant plus légitime, à mon sens, que je souhaite pour suivre mon travail sur la démarche expérimentale par un croisement avec la démarche d’argumentation à partir d’information scientifique que nous avons vu dès les premiers jours de l’année scolaire.

En effet, les résultats que je communique aux élèves des manipulations qui auraient pu être menées en comptabilisant des cellules de levures d’une part et d’euglènes d’autre part au temps to et 7 jours plus tard dans différentes conditions de cultures, vont me permettre de leur demander de formuler la consigne nécessaire pour conclure. Vous imaginez, jusqu’à présent, depuis le début de l’année c’est le professeur qui formule la consigne mais ici les élèves sont en capacité de le faire… alors pourquoi ne pas leur laisser la main ? “A partir des résultats expérimentaux obtenus, montrez si l’hypothèse est vérifiée”… et j’ajoute : “et précisez la”. Un “xième” apprentissage sur ce type de démarche mais avec une difficulté supplémentaire dans l’utilisation des données qu’il est intéressant de noter : la nécessaire prise en compte du temps (comparaison entre t0 et t7jours) alliée à la nécessaire comparaison des conditions de cultures… une double lecture d’un tableau. Waouh !!!!

Bref, au delà de la validation de la cellule unité fonctionnelle des êtres vivants et donc nouvelle preuve d’une origine commune du vivant,  on aboutira aux notions d’autotrophe et d’hétérotrophe : cerises notionnelles sur le gâteau d’investigation préparé dans la rigueur scientifique.

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Quelle est l’origine de cette biodiversité des espèces, repérée comme étant une biodiversité génétique ? C’est toujours la question qui nous occupe, tel un passage incontournable, pour mieux comprendre son irréversible destruction, proclamée, je vous le rappelle, par Nicolas Hulot lors de la Conférence sur la gouvernance écologique qui s’est tenue à Paris en 2005 .

La démarche qui va être menée aujourd’hui si elle empreinte sa logique à la démarche scientifique expérimentale, qui nous servira donc de repère méthodologique tout en étant consolidée par l’apprentissage mis en oeuvre au cours de la séance, n’en est pourtant pas strictement une. L’hypothèse qui nous servira de départ n’est pas, en effet, une proposition de réponse à un problème scientifique visant à connaître les conditions de la réalisation d’un processus bio ou physicochimiques.

La proposition que nous faisons depuis le départ, s’appuyant en cela sur la phylogénie, c’est à dire sur l’existence de liens de parenté entre les espèces vivantes au cours des temps géologiques, est que l’existence de points communs entre les êtres vivants peut argumenter leur origine commune. Autrement dit, pour ce qui nous intéresse, que la biodiversité constatée aujourd’hui serait le résultat de processus qui se seraient déroulés au cours des temps géologiques. Serait alors potentiellement compréhensible l’expression utilisée par N Hulot à propos de la destruction de la biodiversité : “elle est irréversible”.

Les cellules, au delà de leurs diversités ont été repérées comme étant l’unité de base de toute organisation des formes vivantes. En est-il de même de tout processus propres aux organismes ? Ces processus qui permettent la croissance, le développement, le mouvement, la production de substances …? Ce sera notre hypothèse. Vous comprenez alors qu’elle n’a rien de celles exprimées pour répondre à un problème scientifique. Tout au plus est-elle un argument d’un débat citoyen qu’il nous faudra conforter et illustrer. Une illustration que je propose de développer en mettant en œuvre une démarche expérimentale au risque de sinon la compromettre du moins la pervertir de son objet. Dites-moi ce que vous en pensez.

Cette démarche déjà abordée avec les élèves et dont les moments clefs ont été consignés dans le livret de compétences qui nous suit depuis le début de l’année, s’appuie sur l’identification d’une conséquence vérifiable expérimentalement, de l’hypothèse formulée. Ici, nous convenons avec les élèves que si les cellules sont l’unité fonctionnelle des êtres vivants alors toute cellule utilise une source de matière et d’énergie pour ses processus vitaux, par exemple pour se multiplier ou se renouveler.

Mais quelles sources ? Pas facile…Des propositions sont faites : du dioxygène, du glucose… mais ce ne sont que des éléments spécifiques…N’est-il pas possible de faire des propositions plus généralistes ? Deux entrées possibles, prenant en compte la caractéristique multidimensionnelle du vivant, existent pour se questionner 1/ quels sont les constituants des cellules ? 2/quels sont les éléments qu’utilisent les organismes comme source d’énergie et de matière ? Sans oublier aussi une entrée par la matière constituant le monde : de quoi est-elle constituée ? Il en ressort une identification des sources possibles d’énergie et de matière pour nos cellules : l’énergie solaire, les molécules minérales, les molécules organiques.

Il s’agit donc de montrer expérimentalement que toute cellule utilise une ou plusieurs de ces sources comme matière et énergie ce qui permet sa multiplication. Premier temps de réflexion et de propositions en binôme : “Proposez le matériel nécessaire”. La mise en commun permet de repérer 1/ la nécessité de travailler sur au moins deux grands types cellulaires : sont retenues les cellules chlorophylliennes et non chlorophylliennes (pour faciliter la tâche on pourra utiliser les cellules que sont les organismes unicellulaires), 2/ la nécessité de pouvoir connaître le nombre de ces cellules avant et après leur mise en conditions de multiplication (Lame de Malassez et microscope), 3/la nécessité d’utiliser du matériel permettant leur culture, enfin 4/la nécessité de disposer des sources identifiées comme possible à toute multiplication cellulaire.

Reste à concevoir les protocoles en les justifiant. Deuxième temps de réflexion et de propositions en binôme : “Schématisez les protocoles expérimentaux que vous réaliseriez en les justifiant”. Puis mise en commun par quatre et enfin confrontation des propositions. Confrontation très rapide car toutes les propositions faites sont sur le même modèle : “Je mets des cellules non chlorophyliennes, telles des levures, en présence de glucose car si les cellules se multiplient alors je pourrais dire que le glucose est source d’énergie et/ou de matière nécessaire à leur multiplication”. D’accord MAIS ! Mais… ceci ne peut-être avancé que si les cellules nécessitent une source d’énergie et de matière…or c’est quand même ça, d’abord, que l’on cherche. Ne l’oublions pas ! “Il suffit alors de ne rien leur donner et de regarder si elles se multiplient” s’exclame un élève. “Si elles ne se multiplient pas, si elles meurent alors elles ont besoin d’une source d’énergie et de matière”. Cette expérience pourra alors servir de référence, de témoin par rapport à la précédente (et à celles du même type proposée par les élèves) pour identifier, ensuite, la source de matière et/ou d’énergie.

Mais alors pourquoi ne pas proposer aux cellules cultivées les trois sources possibles de matière et d’énergie ? Ceci permettra de savoir, comparativement à l’expérience sans apports de ces sources, si toute cellule en a besoin pour se multiplier. C’est quand même bien ça que l’on cherche. “Oui mais, Monsieur, on ne saurait pas ce qu’elles utilisent comme source”. Bien sûr mais alors comment faire pour le savoir ? Comment faire en se disant, cette fois-ci, que cette expérience pourrait être une référence, un témoin ? Expectative ! “Schématisez, dans ce cas d’expérience témoin, les expériences à réaliser, en les justifiant” C’est le travail demandé aux élèves pour la semaine prochaine.

Au total la séance a été consacrée à réfléchir, à construire des raisonnements aboutissant à la réalisation de protocoles. S’agissait-il d’une démarche expérimentale ? Oui mais non pas pour résoudre un problème scientifique mais pour argumenter une proposition relevant du raisonnement phylogénétique. Deux expériences sont définies comme témoin possible, l’une possédant tous les éléments, l’autre aucun… Contradictoire, paradoxal ? Non l’appellation “expérience témoin” ne désigne pas une expérience en soi mais bien une expérience par rapport à d’autres expériences d’un même protocole. Ce sont donc ces dernières qui identifient l’expérience témoin et non cette expérience témoin, en soi, qui possède cette caractéristique au sein du protocole.

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La question est toujours la même cette semaine : comment argumenter que les cellules , premiers éléments structurant propres au vivant sont, de ce fait, une preuve à son origine commune ? Cette argumentation prends du temps. Effectivement elle a nécessité d’utiliser des outils scientifiques, techniques et de communication, non encore abordés au cours de l’année :  l’observation au microscope, la préparation à cette observation et la représentation de celle-ci par le dessin.

La semaine dernière a permis d’évaluer la réalisation du dessin d’observation. Cette semaine, après 2 séances d’apprentissage sera l’occasion d’évaluer la capacité à réaliser une préparation microscopique et à utiliser le microscope en plus de permettre l’observation d’un nouvel organisme (et donc un nouveau type cellulaire) : l’euglène, algue chlorophyllienne.

1/2 heure pendant lesquelles je passe d’un élève à l’autre afin de les évaluer, chacun m’interpellant en fonction de ce qu’il a déjà réalisé. Tenant compte ainsi des instructions données par un protocole : 1/Réaliser la préparation microscopique; 2/Observer au faible grossissement; 3/Observer à un grossissement “400″; 4/Ranger son matériel.

La suite de la séance de récapituler ce qui a été vu en observant ces types cellulaires. Bien sût le tableau est l’outil scientifique adapté pour représenter de façon synthétique ces faits exprimés pour l’instant sous forme de dessins d’observation. Mais étrangement, alors que l’utilisation du tableau a été plusieurs fois abordée, les élèves peinent à proposer cet outil de communication de synthèse. Pour eux, il me semble associé à la nécessité d’y faire figurer des mesures. Peut-être parce qu’en début d’année c’est ainsi qu’il a été utilisé bien que son intérêt pour mener des comparaisons ait été le point d’entrée. Règne animal et végétal, unicellulaires et pluricellulaires et organisation de cette unité de structure qu’est la cellule figurent ainsi dans un tableau qui à la fois souligne l’unité du vivant et ainsi argumente son origine commune, et sa diversité. Sa lecture constituera le bilan de la séance.

Quelques types cellulaires non observables au microscope optique seront abordés au travers le microscope électronique en projetant des diapositives…Il est question des Procayotes et des Eucaryotes.

On se revoit vendredi, cette fois -ci pour une évaluation. La 6ème de l’année. A l’ordre du jour le texte descriptif et explicatif à partir de connaissances acquises au cours des dernières semaines sur l’ADN et la construction d’une argumentation à partir de deux sources d’informations, l’une documentaire (expérience et ses résultats) , l’autre de connaissance. Une évaluation s’appuyant sur des raisonnements du même type menés au cours des dernières semaines et moins difficile que celui qui avait été proposé précédemment qui évaluait la capacité à mener une démarche explicative à partir de connaissances et d’informations. Une difficulté toutefois : le niveau moléculaire et cellulaire de l’expérimentation proposée, celle de Hershey et Chase C’est par ici.

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