1. Plan du cours

Introduction.

• On sait intuitivement que les êtres vivants pour la plupart respirent et que l'absence de respiration entraîne une mort plus ou moins rapide selon les espèces.
• On sait aussi que la respiration se traduit par des échanges gazeux parfois bien visibles.
• On sait enfin que les êtres vivants ne sont pas répartis au hasard mais occupent des milieux qui sont en adéquation avec leurs comportements.

I. Chez les végétaux comme chez les animaux, la respiration consiste à absorber du dioxygène et à rejeter du dioxyde de carbone.
Manuel, p. 92-93

A. Mise en évidence de la respiration chez les végétaux.
Expérience réalisée durant le TP1 avec un organe non chlorophyllien végétal : la racine de carotte. On peut remplacer avantageusement la racine de carotte par des graines de lentilles ou de soja en germination.

L'eau de chaux placée au fond d'un tube, reste limpide dans le tube témoin et se trouble dans le tube contenant un fragment de racine de carotte. On met ainsi en évidence un dégagement de CO₂ par la racine de carotte.
On peut réaliser le même test à l'aide du rouge de crésol qui vire au jaune en présence de CO₂.

B. Mise en évidence de la respiration chez les animaux
T.P. ExAO avec un poisson rouge.
Résultats obtenus par un binôme de 5e3 - sept 2006

Les mesures de concentration de l'eau dans laquelle vit le poisson à l'aide de la sonde à oxygène plongée dans une cuve fermée, montre une diminution constante de la concentration de l'eau en dioxygène durant les 7 minutes de l'expérimentation.
Cette diminution de la concentration en dioxygène résulte d'une consommation du dioxygène par le poisson (l'expérience témoin réalisée dans les mêmes conditions sans poisson montre que la concentration reste constante).

II. La diversité des appareils et des comportements respiratoires permet aux animaux d'occuper différents milieux.
T.P. réalisé par équipes avec mise en commun des observations.

A. Savoir utiliser le dioxygène gazeux de l'air. Deux méthodes.

Nous verrons en classe de 4e que la capacité d'utiliser l'oxygène gazeux de l'air est apparue chez les êtres qui ont conquis le milieu terrestre. Auparavant tous les êtres vivants qui respiraient ne savaient utiliser que l'oxygène dissous dans l'eau.

1. Les poumons

Ayant étudié en détail la respiration pulmonaire chez l'Homme, nous allons nous attacher à observer les poumons des Vertébrés Amphibiens (ou Batraciens), premiers vertébrés ayant vraiment conquis le milieu terrestre. La grenouille possède deux types de respiration.

a. Une respiration pulmonaire.

• Les poumons constituent le lieu d’échange entre le milieu extérieur (l'air) et le sang (manuel, doc 1b, p. 94).
• Elle est incapable de mouvements thoraciques pour renouveler l'air dans son poumon. Observation des mouvements respiratoires de la grenouille (et manuel, doc 1, p. 98).

b. Une respiration cutanée

• L’organe respiratoire est la peau. Elle doit être fine, humide et richement capillarisée (manuel, doc. 2f, p. 77).
• Les échanges ne sont possibles que si l'oxygène est dissous dans une fine pellicule d'eau qui recouvre la peau.

2. Les trachées
Observation au microscope d'une préparation du commerce

• Le Criquet est un Invertébré, Arthropode, Insecte

Les trachées constituent les organes respiratoires des Insectes comme le Criquet, des Myriapodes et des Arachnides (les Arthropodes sauf les Crustacés). Lorsqu’on observe un criquet, on remarque immédiatement des mouvements rythmiques de l’abdomen, ce sont des mouvements respiratoires. Le criquet possède une respiration trachéenne. L'air entré par les stigmates est directement distribué aux organes par un réseau de trachées dans lequel l'air circule en va et vient. Ce courant d'air est animé par les sacs aériens pressés par les contractions de l’abdomen.

Segments abdominaux du criquet, montrant l'ouverture des trachées

Les stigmates communiquent avec un réseau de trachées connectées aux organes et reliées à des sacs aériens permettant le renouvellement de l'air.

• Dans cette stratégie respiratoire, les organes sont directement alimentés en oxygène gazeux par les trachées.

Les mouvements respiratoires abdominaux chez le criquet.

A - Les deux moitiés de la carapace des segments abdominaux s’éloignent, les sacs aériens gonflent et aspirent l'air venant de l'extérieur et venant des organes.	B -Dans les sacs aériens l'air est un mélange d'air riche en oxygène et d'air appauvri venant des organes. Lorsque les deux moitiés de carapace se rapprochent et écrasent les sacs, l'air des sacs est chassé vers l'extérieur et vers les organes.

B. Savoir utiliser le dioxygène dissous dans l'eau.

1. La respiration du poisson

• Observation du courant d'eau
  Poisson rouge en aquarium
  • L'observation montre un mouvement rythmique de la bouche et des opercules.
  • Ce courant créé entre la bouche et les deux opercules qui s'ouvrent en se ferment alternativement, est responsable d'un courant d'eau.
  • Ce courant permet le renouvellement de l'eau au contact des branchies situées sous les opercules.
  • Schématisation du courant de renouvellement de l'eau au contact des branchies.
• Observation des branchies
  A l'œil nu et à la loupe des branchies d'une sardine
  • Les branchies sont les organes respiratoires qui permettent les échanges gazeux entre l'eau et le sang (responsable de la couleur rouge vif des branchies du poisson).
  • La structure en filaments augmente la surface de contact entre l'eau et le sang (milieu intérieur) qui circule à l'intérieur des filaments.
    • Cette augmentation de la surface de contact est caractéristique, nous le savons, des organes d'échanges entre deux milieux (plissement de la paroi interne de l’intestin grêle, millions d’alvéoles pulmonaires, sang circulant dans des millions de capillaires,…).
  • Schéma de la coupe d'une branchie.

2. Observation des branchies d'une moule vivante
Observation au microscope dans une goutte d'eau de mer prélevée dans la moule (choisir une moule bien fermée)

• Ouverture et observation d'une moule ouverte.
  • La Moule est un Invertébré, Mollusque, Bivalve . À l'intérieur du manteau, on distingue deux paires de branchies constituées de filaments.
• Observation d'un fragment de branchie entre lame et lamelle dans une goutte d'eau de mer
  • À la surface des filaments, des cils responsables du courant d'eau qui permet le renouvellement de l'eau au contact des branchies.
  • Ce courant apporte aussi le plancton et les particules organiques en suspension, qui sont retenus et emportés vers la bouche.
  • Les filaments jouent aussi le rôle de filtre alimentaire.
  • Schéma montrant la disposition des organes chez la Moule, manteau ouvert et la circulation de l'eau lorsque les 2 valves de la coquille sont entrouvertes.

C. Schématisation des différents types de respiration

• Fiche à compléter
• Document corrigé

III. Certaines caractéristiques du milieu déterminent les conditions de la respiration et influent ainsi sur la répartition des êtres vivants.

A. Les caractéristiques du milieu aquatique influent sur la quantité de dioxygène disponible pour la respiration.

1. La température de l'eau

• Lorsque le température de l'eau s'élève, la quantité de gaz dissous dans l'eau diminue.
• Une eau fraîche est donc plus riche en dioxygène dissous qu"une plus tiède.

2. Le contact avec l'air et l'agitation

• L'eau conservée à l'abri de l'air est pauvre en dioxygène dissous.
• Une eau calme s'enrichie en dioxygène par sa surface c'est-à-dire au contact de l'air.
• Lorsque l'eau est agitée, brassée, le contact avec l'air se fait même avec les couches d'eau plus profondes , toute l'eau est enrichie en dioxygène dissous.

3. La présence de plantes chlorophylliennes

• Rappel - Le jour, les plantes vertes (chlorophylliennes) utilisent l'énergie lumineuse du soleil ou d'un éclairage électrique pour fabriquer sa propre matière à partir du CO₂ et de H₂O. Elles rejettent comme déchet du O₂.
  Ce fonctionnement se nomme la photosynthèse. Il fait des plantes vertes des producteurs, c'est-à-dire le premier maillon de la chaïne alimentaire.
  Ne pas oublier que les plantes vertes sont des êtres vivants qui respirent 24h / 24 comme nous avons pu le montrer avec une racine de carotte.
• Mesure ExAO de la variation du taux de dioxygène du milieu en présence d'une plante aquatique, l'Élodée.
  • Mesure A. de 0 à 8 minutes - La source de lumière est éteinte et les volets du bioréacteur sont fermés.
  • Mesure B. de 8 à 16 minutes - La source de lumière est allumée et les volets du bioréacteur sont ouverts.

• Mesure A à l'obscurité
  • Le taux de dioxygène dans l'eau diminue. L'élodée consomme le dioxygène, elle respire.
• Mesure B à la lumière
  • Le taux de dioxygène augmente dans l'eau. L'élodée a rejetté du dioxygène. On reconnaît la photosynthèse.
  • Noter que les échanges liés à la photosynthèse masquent les échanges respiratoires qui continuent pourtant d'avoir lieu.

4. Les sources de dioxygène pour l'eau

• Comparativement à l'air l'eau est pauvre en dioxygène.
• Le dioxygène dissous provient soit de l'air, soit du rejet par les plantes vertes aquatiques lors de la photosynthèse.

B. Les caractéristiques du milieu interviennent sur le type de respiration.

1. Un type de respiration qui correspond au milieu de vie

• Les animaux terrestres possèdent des poumons ou des trachées.
• Les animaux aquatiques possèdent des branchies et pour certains une respiration cutanée.

2. Des comportements respiratoires inattendus

• Les animaux aquatiques, qui vivent et se nourrissent dans l'eau possèdent des poumons ou des trachées.
• Etude de diverses stratégies.
  • Plonger en apnée et remonter de temps en temps à la surface (le plus fréquent).
  • Vivre dans une bulle d'air qui se réoxygène directement au contact de l'eau.
  • Posséder des trachéo-branchies.
• D'autres à respiration branchiale, comme le crabe, peuvent se déplacer et séjourner hors de l'eau.

C. Les caractéristiques du milieu influent sur la répartition des êtres vivants

• Les conditions de vie de deux poissons d'eau douce : la Truite et la Carpe.
  • Fiche T.P.4

IV. Bilan concernant la respiration

La respiration nécessite :

1. un milieu extérieur riche en oxygène,
2. un système de renouvellement du milieu extérieur rendu visible par les mouvements respiratoires,
3. un lieu d’échange des gaz entre le milieu extérieur et le milieu intérieur : les organes respiratoires,
4. dans le milieu intérieur, un transporteur (exemple, le sang) qui relie les organes respiratoires aux autres organes de l’organisme.