Chapitre 1: la respiration des êtres-vivants varie suivant les milieux


PLAN DE LA PAGE

I - Mise en évidence de la respiration chez les être-vivants

II - Respirer dans le milieu aérien

III - Respirer dans le milieu aquatique

Les êtres-vivants peuplent notre planète. Nous le savons et nous avons intégré cette idée depuis notre plus jeune âge.

La définition d'un être vivant est: un individu qui naît, qui se nourrit, qui grandit, qui se reproduit et qui respire ! De plus nous savons qu'il existe deux milieux de vie sur notre planète: le milieu aquatique (qui correspond à l'ensemble des mers, océans, lacs, rivières, étangs, mares, mangrove... en fait tous les milieux où l'on trouve de l'eau) et le milieu aérien (il ne s'agit pas de l'air, il s'agit de tous les milieu qui ne sont pas dans l'eau, et qui se trouvent donc à l'air libre: ce que l'on trouve sur les continents et toutes les terres émergées.

 

Problématique: comment les êtres-vivants respirent dans les différents milieux de vie qu'ils occupent?

 

Problème: tous les êtres-vivants respirent-ils ?


I - Mise en évidence de la respiration chez les être-vivants


Les figures suivantes vont nous permettre de mettre en évidence la respiration des êtres-vivants.

 

Pour pouvoir analyser ces figures, vous devez bien comprendre la notion de "témoin".

Un témoin est une expérience que l'on fait qui permet de comparer les résultats d'une autre expérience.

Pour simplifier, j'ai l'habitude d'appeler le témoin, le "témoin"; et "l'expérience" correspond à l'expérience principale.

Pour comprendre, prenons un exemple. On cherche à prouver que "les plantes ont besoin d'eau pour pousser" (c'est notre hypothèse). Pour valider cette hypothèse, on va faire 2 expériences:

- dans la première: on prend un plante avec son pot de terre que l'on place sous une lumière artificielle pendant une semaine et qu'on arrose chaque jour. C'est l'expérience principale.

- dans la seconde: on prend une plante semblable, de la même espèce avec le même pot contenant une terre identique et on la place sous les mêmes conditions (lumière artificielle pendant 1 semaine). MAIS on NE l'arrose PAS! Ici se trouve la différence! C'est notre témoin.

 

Il faut bien comprendre que dans un témoin, il n'y a toujours qu'UN SEUL PARAMÈTRE qui est absent (ici pas d'arrosage) et c'est ce paramètre qu'on teste dans l'expérience principale.

Les résultats sont faciles à appréhender: la plante témoin va mourir, la plante de l'expérience principale va continuer à vivre. On a prouvé que la plante a besoin d'eau pour survivre puisque dans le témoin (sans eau), la plante meurt et c'est le seul paramètre qui a changé, c'est donc forcément cela la cause de la mort de la plante témoin!

 

 

Mise en évidence de la respiration des champignons. Sources: internet, cliquer sur le lien (maxicours ?)
Mise en évidence de la respiration des champignons. Sources: internet, cliquer sur le lien (maxicours ?)

Au début de l'expérience (à gauche) les champignons sont placés dans une enceinte (= aquarium en sciences) fermée par une plaque de verre avec un bécher d'eau de chaux à l'intérieur.

 

Il faut savoir que l'eau de chaux est un liquide incolore qui possède la propriété de devenir blanche (on dit qu'elle se trouble) en présence de CO2 (le dioxyde de carbone).

 

A la fin de l'expérience (à droite) une demi-heure plus tard, on observe que l'eau de chaux s'est troublée.

 

Nous allons étudier une autre expérience pour aller plus loin avant de conclure.

 

Mise en évidence de la respiration chez le poisson. Sources: internet (maxicours ?)
Mise en évidence de la respiration chez le poisson. Sources: internet (maxicours ?)

Cette expérience utilise un poisson placé dans un cristallisoir (le bocal en verre) rempli d'eau. On laisse le poisson quelques dizaines de minutes puis on prélève une peu d'eau du cristallisoir ayant contenu le poisson que l'on place dans un tube à essai (tube de droite) et on y ajoute de l'eau de chaux.

 

Un prélèvement a été fait au préalable de l'eau contenue dans le cristallisoir avant qu'on y place le poisson (tube de gauche) et on y ajoute de l'eau de chaux. Ce tube de gauche correspond au témoin (on expliquera plus bas quel est son rôle).

On ne peut pas verser directement l'eau de chaux dans le cristallisoir car cela pourrait entrainer la mort du poisson (l'eau de chaux peut se révéler toxique).

 

Les résultats: l'eau de chaux du tube de droite s'est troublée.

 

CONCLUSION DES 2 EXPERIENCES:

- dans la première expérience, on observe que l'eau de chaux s'est troublée en présence de champignons. On peut conclure que les champignons ont rejeté du CO2 et que ce CO2 a réagit avec l'eau de chaux et la rendue blanche.

- dans la deuxième expérience, on observe que l'eau de chaux s'est troublée en présence de l'eau dans laquelle se nageait le poisson. On peut conclure que le poisson a rejeté du CO2 dans l'eau du cristallisoir et que ce CO2 a réagit avec l'eau de chaux ajoutée dans le tube de droite et la rendue blanche.

 

On prouve ici que tous les êtres vivants (ça marcherai avec n'importe quel autre être vivant) rejettent du CO2.

 

 

Ces êtres-vivants (champignons et poissons) ne vivent pas dans le même milieu de vie. Sur notre planète, il existe deux milieux de vie possible. Soit nous vivons sur le sol (ou dans le sol) et nous sommes entourés d'air; c'est le milieu aérien. Soit nous vivons dans l'eau; c'est le milieu aquatique. Il en va de même pour de nombreuses espèces. Leur organes respiratoires doivent donc être adaptés à chaque milieu de vie.

 

Problème:  quels sont les organes respiratoires qui permettent de respirer dans l'air et dans l'eau ?

 

 

Il existe 2 milieux de vie, il doit donc exister au moins 2 organes respiratoires différents. Nous allons d'abord étudier la respiration dans le milieu aérien puis dans le milieu aquatique.


II - Respirer dans le milieu aérien

 

ETUDE DES POUMONS du LAPIN

 

Nous allons nous intéresser dans un premier temps aux organes permettant de respirer dans le milieu aérien: les poumons et les trachées.

 

Mouvement respiratoire du lapin.
Mouvements de l'air lors de l'inspiration et de l'expiration chez un mammifère: le lapin. Sources: SVT, Belin, 2009 p18 document 2.

 

L'observation d'un lapin vivant permet de comprendre certaines choses sur sa manière de respirer:

- le lapin ne laisse pas toujours la bouche ouverte, l'air doit donc pénétrer dans son corps par ses narines (= orifice respiratoire).

- lorsqu'il respire, le lapin à ses flancs (au niveau des côtes) qui se soulèvent et s'abaissent: ses poumons doivent donc se remplir d'air puis se vider.

Son mouvement respiratoire correspond donc à une inspiration (entrée d'air) suivie d'une expiration (sortie d'air).

 

 

La dissection de l'appareil respiratoire du lapin permet de comprendre précisément le trajet de l'air. Lorsqu'on insère un tube dans la trachée et qu'on souffle à l'intérieur, les poumons se gonflent (voir photo ci-dessous où le poumon sur la droite est encore gonflé).

l'air passe donc:

- par les narines

- par la trachée (il y en a une seule, à ne pas confondre avec les insectes)

- par les bronches (il y en a deux)

- puis arrive dans les poumons (il y en a deux)

Il s'agit du trajet classique de l'air dans l’appareil respiratoire d'un vertébré.

 

Ensemble coeur-poumons retirés de la cage thoracique d'un lapin. Source: C.Cotten du collège Rabelais de Meudon.

Ci-dessus, l'ensemble coeur-poumons d'un lapin

Lorsque quelqu'un est étranglé, c'est la trachée qui est écrasée et la personne peut mourir par manque d'air. La trachée reste, en temps normal, toujours béante (voir photo ci-dessous) grâce à des anneaux de cartilage qui l'empêchent de s'écraser sous son propre poids. Ainsi, le passage de l'air est toujours possible.

 

Trachée de lapin. La pince donne l'échelle.

 

Attention, ne confondez pas la trachée (unique) présente dans l’appareil respiratoire de l'Homme avec les trachées qui sont les organes respiratoires des insectes.

 

ETUDE DU POUMON de L'ESCARGOT


Schéma-bilan du fonctionnement des poumons.
Schéma-bilan du fonctionnement des poumons.

 

BILAN:

l'air pénètre dans les poumons lors de l'inspiration et ressort lors de l'expiration. C'est ce qu'on appelle un mouvement respiratoire. L'air entrant est riche en O2 (et pauvre en CO2) et l'air sortant des poumons est pauvres en O2 et riche en CO2.

 

 

Attention, ne confondez pas la trachée (unique) présente dans l’appareil respiratoire de l'Homme avec les trachées qui sont les organes respiratoires des insectes.

 

ÉTUDES DES TRACHÉES D'INSECTES

 

Lorsqu'on retire délicatement la carapace d'un criquet, on peut observer des tubes blancs et très fins. Les gros tubes sont appelés les trachées et les plus fins sont les trachéoles.

Mouvements respiratoires chez le criquet. Source: internet.

 

Sur la photo du haut, on observe que l'abdomen du criquet parait plus gonflé que sur la photo du bas. On observe aussi des orifices: les stigmates qui sont présent à intervalles réguliers le long de l'abdomen de l'animal.

On peut conclure que sur la photo du haut, le criquet a inspirer de l'air et que cet air est passé par les stigmates (orifices respiratoires) alors que sur la photo du bas, le criquet a expiré et l'air a du sortir de son corps.

 

Le système respiratoire du criquet est en fait plus complexe, car si on le dissèque, on observe des petits tubes et des gros tubes (voir photo ci-dessous).

 

Les gros tubes sont les trachées et les petits tubes sont des trachéoles (le suffixe -ole veut dire petit, donc les trachéoles sont de petites trachées).

 

Détails des stigmates visibles le long de l'abdomen du criquet (ici les stigmates sont ouverts).
Détails des stigmates visibles le long de l'abdomen du criquet (ici les stigmates sont ouverts).

 

Les trachéoles et trachées sont bien visibles sur cette microphotographie (observation au microscope optique). les trachées restent en permanence ouverte  pas grâce à des anneaux rigides qui empêchent son écrasement (ces anneaux sont visibles ici).

 

 

L'air peut donc directement entrer ou sortir du corps de l'animal par les orifices respiratoires appelés stigmates. Une fois dans le corps, l'air circule dans les trachées et les trachéoles et jusqu'aux organes et cellules de l'animal.

 

Entrée et circulation de l'air dans le corps du criquet.
Entrée et circulation de l'air dans le corps du criquet.
Schéma-bilan du fonctionnement des trachées d'insectes.
Schéma-bilan du fonctionnement des trachées d'insectes.

BILAN:

L'air pénètre par les stigmates dans le corps de l'insecte. Il circule dans un réseau de trachées et de trachéoles jusqu'aux organes et cellules qui utilisent le O2. Puis le CO2 créé par ces cellules et organes, repart en sens inverse et sort par les stigmates.

Détails de l'approvisionnement en O2 et du rejet de CO2 par un criquet. Sources: internet.
Détails de l'approvisionnement en O2 et du rejet de CO2 par un criquet. Sources: internet.

 

III - Respirer dans le milieu aquatique 


Nous venons de détailler le fonctionnement des poumons et des trachées dans le milieu aérien. Il nous reste à étudier le fonctionnement des branchies dans le milieu aquatique.

 

ETUDE DES BRANCHIES D'UN POISSON

 

 

La vidéo ci-dessous présente le mouvement respiratoire du poisson rouge. On observe que le liquide blanc (qui peut être du lait) qui est libéré devant la bouche du poisson est avalé par celui-ci et ressort lorsque les opercules se soulèvent. On peut conclure que lorsque l'eau entre par la bouche du poisson, elle ressort en passant en arrière de la tête du poisson. L'opercule permet de protéger l'organe respiratoire qui se trouve dans la cavité appelée l'ouïe.

 

 

Sur ce poisson vu de profil, on observe (après avoir découpé l'opercule qui protège la chambre operculaire et les branchies) les branchies. Elles sont rouges (donc du sang circule à l'intérieur) et au nombre de 4 de chaque côté du poisson, soit 8 au total (ce nombre peut varier suivant les espèces).

 

Sur un poisson vu de dessus (et disséqué), on peut observer la position des branchies (voir ci§dessus).

Branchie de poisson légendée. Modifié de J.Max
Branchie de poisson légendée. Modifié de J.Max

 

Sur cette branchie, on observe environ 150 filaments branchiaux de couleur rouge (ils contiennent donc du sang), un arc osseux et des épines osseuses.

- Les filaments branchiaux permettent les échanges gazeux entre l'eau et le sang: le O2 de l'eau pénètre dans le filament branchial jusqu'au sang.

- l'os branchial permet de maintenir les filaments branchiaux et de rigidifier l'ensemble

- les épines osseuses permettent d'empêcher les grosses particules de toucher les filaments branchiaux (et donc de les détériorer)  mais elles permettent aussi de retenir les particules alimentaires dont se nourrissent certains poissons comme l'anchois.

 

Schéma-bilan résumant le fonctionnement des branchies.
Schéma-bilan résumant le fonctionnement des branchies.

 

BILAN:

 

Le rôle des branchies est d'assurer la fonction respiratoire chez les animaux aquatiques (poissons, annélides, mollusques...). Il en existe une très grande diversité de taille, de formes et de couleur. Mais elle fonctionnent toutes sur le même principe: prélever le O2 présent dans l'eau et rejeter du CO2.

 

 

BILAN DU CHAPITRE:

Pour respirer, les animaux possèdent des organes respiratoires. Lors d'un mouvement respiratoire, l'animal prélève du dioxygène dans le milieu de vie (dans l'air ou dans l'eau) et rejète du dioxyde de carbone.

 

Pour respirer dans l'eau, les animaux possèdent des branchies. Elle flottent dans l'eau et sont parfois protégées (par exemple par un opercule chez le poisson) ou libre (comme les branchies des concombres de mer).

 

Pour respirer dans l'air, les animaux utilisent soit des trachées (comme les insectes; certaines espèces possèdent un siphon, comme la nèpe, mais il s'agit d'une trachée modifiée), soit des poumons comme les mammifères.

 


Pour vous entraîner avant le contrôle, faites le QCM ci-dessous.




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Commentaires : 2
  • #1

    ûç$u (samedi, 16 janvier 2016 12:35)

    quelle est la definition de milieu aérien ,

  • #2

    M.Clerc (samedi, 16 janvier 2016 21:50)

    Le milieu aérien correspond au milieu de vie à la surface de la Terre entouré par notre atmosphère. Les êtres-vivants y vivent entourés d'air à la différence du milieu aquatique où ils sont entourés d'eau.

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