Éléments d'écologie

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Cette page est strictement biologique (science expérimentale) et pédagogique; je renvoie à la page "écosystèmes..." pour un début de discussion élargie aux autres dimensions de l'écologie.

Quelques références de manuels:
* Enseigner la biologie et la géologie à l'école élémentaire, R. Tavernier, Bordas, 1996 (Chapitre 4: un peu d'écologie: p 279-312)
*Le Moniteur des sciences, cycle 3, le monde vivant, B. Bornancin, Nathan, 1998 (Chapitre III: Faire une approche écologique à partir de l'environnement proche, p 205-252)
* Sciences et technologie, les savoirs de l'école, cycle 3, J. Guichard et B. Zana, Hachette, 1999 (livre: p 80-85, 92-95; et fichier pédagogique : p 103-106, 117-123). A noter les pages 122 et 123 du fichier qui présentent une liste importante de ressources sur le vivant en général.

1. Les êtres vivants sont loin de pouvoir être tous comptés

Les êtres vivants d'un milieu sont plus nombreux que l'on ne le pense habituellement, tellement nombreux qu'on ne peut pas les compter, même si l'on prend un milieu si petit comme un peu d'eau d'une mare recueillie dans un pot de yaourt. En effet on oublie souvent les bactéries et les unicellulaires qui sont certainement les plus nombreux dans tous les milieux aquatiques. Il est vrai qu'ils sont très petits et nécessitent des moyens d'observation grossissants: loupe à main, loupe binoculaire, microscope. Mais quelle féerie d'entrer dans ce monde méconnu.

On classe maintenant les êtres vivants en 5 règnes (voir la page classification pour plus de détails):
règnes
quelques exemples
quelques caractéristiques
Procaryotes (Bactéries principalement)

Lactobacillus, une bactérie fort utile qui réalise la fermentation lactique des yaourts...

Oscillatoria, une bactérie "bleue" (Cyanobactérie) des eaux douces réalisant une photosynthèse sans oxygène (dans des eaux très polluées par exemple)

ils n'ont qu'une seule cellule mais sans vrai noyau (l'étymologie de leur nom y fait référence: pro = avant et caryo le noyau : organismes avant (dans la classification) ceux à noyau), souvent mobiles (certaines ont des flagelles: petits filaments mobiles actionnés comme des fouets ou des hélices), ils forment des spores résistantes leur permettant d'être dispersés par l'air, leur taille est comprise entre un et dix micromètres (millionième de mètre)
Protistes (Unicellulaires)

Paramecium (Paramécie), un unicellulaire sans chlorophylle (ne capte pas la lumière solaire: il était avant classé dans les animaux), on peut en obtenir facilement une culture en faisant une décoction d'herbes sèches

une seule cellule mais avec un vrai noyau (amas d'ADN organisé en chromosomes (visible) lors de la division cellulaire et entouré d'une enveloppe double lorsque la cellule est au repos), variété extraordinaire de formes, de modalités de déplacement, de modes de nutrition et de reproduction
Mycètes (Champignons)

Aspergillus, une moisissure du pain dont les spores (organes de reproduction) sont vertes

filaments (mycélium) de cellules accolées et communicantes, consomment la matière organique en décomposition (décomposeurs) modalités de reproduction extrêmement variées (le "champignon" que l'on cueille et consomme est le carpophore ou appareil reproducteur de certains champignons, l'organisme beaucoup plus volumineux, occupe le sol situé en dessous), de très nombreux champignons sont parasites de plantes ou d'animaux ou sont associés (symbiose) avec les arbres par les racines de ces derniers
Plantes

Algues brunes (les algues vertes et rouges sont maintenant classées dans les Protistes car elles sont considérées comme des colonies)

Mousses, Fougères, Plantes à fleurs

les cellules des plantes ont des parois souples parfois rigidifiées (tissus conducteurs ou de protection) et sont organisées en tissus (populations de cellules communicantes réalisant une même fonction), les plantes se sont diversifiées dans le milieu aérien (les plantes à fleurs étant presque strictement aériennes), elles sont presque toutes autotrophes pour le carbone : c'est-à-dire qu'elle fabriquent leur propre matière organique à partir du dioxyde de carbone pris dans l'atmosphère et l'énergie solaire : c'est la photosynthèse)
Animaux

Eponges, Cnidaires (comme les anémones ou les coraux), Vers, Échinodermes (oursins...), Mollusques, Arthropodes (Insectes, Crustacés...), Vertébrés (Poissons, Amphibiens, Reptiles, Oiseaux, Mammifères)

les cellules animales ne sont pas communicantes mais ce sont les populations cellulaires qui communiquent entre elles par des substances chimiques ou établissent des contacts les unes avec les autres, un organisme animal est hautement intégré (le fonctionnement de l'ensemble résulte d'une coordination très complexe de nombreuses populations communicantes regroupées en appareils: digestif, circulatoire, nerveux, excréteur, reproducteur...), les animaux sont présents dans tous les milieux y compris le milieu aérien (oiseaux et insectes notamment)...

Les virus ne sont pas classés dans les êtres vivants: ce sont des assemblages nucléoprotéiques organisés (ils ont une structure et sont composés de substances organiques dont des acides nucléiques ADN ou ARN). Leur taille est habituellement comprise entre 20 et 200 nanomètres (milliardième de mètre). Les virions sont des acides nucléiques nus et les prions sont des substances organiques (protéines pour l'instant) nues.

2. Les êtres vivants réalisent un travail de nutrition, un travail de relation et un travail de reproduction

Les grandes fonctions du vivants sont regroupées classiquement en trois grands groupes (pour des détails voir les formulations du cours de seconde: fiche simplifiée et fiche détaillée):

3. L'espèce est une population d'organismes interféconds occupant un même espace naturel - chaque organisme est nommé avec deux noms : le nom de Genre (ex: Homo) et le nom d'espèce (ex: sapiens)

Deux remarques:
* cette définition est assez simple d'application pour des organismes de grande taille dont les fonctions sont bien connues mais cela devient impossible pour des organisme de toute petite taille;
* il ne faut pas oublier que l'on ignore partiellement la reproduction de la majorité des unicellulaires et des champignons. Sans parler des bactéries qu'on a de plus en plus tendance à séparer sur des critères seulement génétiques, sans que le critère de reproduction (interfécondité) puisse s'appliquer puisque les bactéries se reproduisent essentiellement par division binaire (scissiparité). Seuls les plantes et les animaux peuvent être nommés avec une certaine homogénéité mais très souvent un nouveau nom d'espèce est donné sur des critères morphologiques en attente de confirmations et d'observations ultérieures de la biologie de l'organisme (on utilise parfois le terme de parataxinomie pour désigner cette classification provisoire).

On peut donc dire que la taxonomie (science de la classification des êtres vivants ou taxinomie du grec "taxis = rangement " et "nomos = loi&endash;correct"). Les scientifiques nomment chaque être vivant à l'aide de deux noms depuis Linné. Ce naturaliste suédois, dans son Systema naturae , dont la dixième édition, publiée en 1758, fonde la classification des plantes (1753) exclusivement sur un nombre limité de caractères sélectionnés (ceux liés à la reproduction: les étamines et le pistil). Pour la première fois, il codifie sous une forme condensée la description des plantes et des animaux et introduit la nomenclature binominale: les espèces y sont désignées par un nom double, en latin, véritable nom propre à chaque espèce. On a gardé cette dénomination binôminale mais il est évident que les critères de classification ont changé. Actuellement trois écoles se partagent le devant de la scène:

4. Un modèle d'écosystème ne doit pas uniquement représenter les relations de nutrition mais l'ensemble du travail du vivant

On a trop pris limiter l'étude des écosystèmes à des dénombrements d'espèces puis à l'établissement de relations trophiques pour construire un réseau. On peut s'efforcer d'y ajouter tous les autres aspects du travail du vivant. Prenons par exemple un aquarium d'eau de mer froide.

Mise en place de l'aquarium d'eau de mer froide : partie technique rédigée à l'aide d'Annie Péron du Marinarium de Concarneau. L'aquarium nécessite :

Pour tous renseignements complémentaires pratiques on peut se référer à la petite brochure réalisée par Annie Péron et disponible au prix de 30 francs au marinarium (place de la croix, 29900 Concarneau) : Réalisation d'un aquarium d'eau de mer froide; novembre 1991.

 
Représentation classique: le réseau trophique (de matière et d'énergie) au sein de l'aquarium :
un écosystème contrôlé par l'homme.
Les flèches jaunes indiquent la phototrophie, les flèches rouges et oranges la chimiotrophie et les transferts de matière entre autotrophes et hétérotrophes et entre hétérotrophes (la flèche rouge signifie "est mangé par"). Les flèches oranges indiquent l'utilisation de la matière organique (cadavres et surtout déchets comme les excréments (pelotes fécales)) par les bactéries présentent dans l'eau de mer (non représenté) et surtout dans le sable (pour les concepts voir cours sur la nutrition).

Comme entretien il est nécessaire de donner à manger à chaque organisme de grande taille individuellement si l'on veut éviter le cannibalisme : des moules (environ 3 par semaine) suffisent (les moules congelées et cuites conviennent). On dépose donc deux fois par semaine environ un petit fragment de moule sur chaque anémone, devant chaque crabe ou étoile de mer.... Pour les filtreurs comme les moules, des artémia (petits crustacés Copépodes que l'on peut se procurer sous forme séchée chez les fournisseurs de matériels d'aquariophilie) peuvent être facilement distribués et sont aussi source d'observations en microscopie.

Un aquarium (tout comme un élevage) est un milieu de vie (habitat, écosystème) plus ou moins fermé et contrôlé par l'homme (artificiel dans le sens où il est isolé par l'homme du reste de la nature). On peut aussi parler d'un "coin-nature" au sens élargi d'une petite portion de l'environnement naturel.
On pourrait objecter aussi que ce n'est pas un vrai écosystème car tous les êtres vivants nécessaires à un équilibre alimentaire notamment ne sont pas présents. C'est exact mais si un élevage se maintient dans le temps c'est qu'il est équilibré, même s'il nécessite des apports réalisés par l'homme.
Un élevage, un aquarium, c'est un écosystème isolé et maintenu par l'homme.
Quelles que soient les précautions prises, en classe, il contient toujours de très nombreux êtres vivants : bactéries, unicellulaires et champignons sont toujours présents. Plantes et animaux sont aussi difficilement séparables, même si vous n'avez qu'une tortue dans un cage de verre très propre : vous lui donnez des végétaux comme nourriture et elle possède à la surface de son corps et dans son appareil digestif des micro-organismes des trois autres règnes. Dans un terrarium, tous les règnes sont toujours représentés dans la terre. Dans un aquarium les mycètes sont peut-être les moins nombreux mais on connaît des champignons aquatiques et marins (des levures notamment et des mycètes du groupe des oomycètes que l'on appelle aussi les moisissures aquatiques et que l'on trouve notamment comme parasites des branchies de poissons).

Mais l'on peut avoir bien d'autres entrées avec un tel aquarium. En voici quelques exemples. Pour plus de détails voir la page rédigée à l'attention des PE2 sur les habitants de l'aquarium.

5. Un essai de séance d'apprentissage sur la notion d'écosystème aux cycles 2 et 3

Au cycle 2 il me paraît nécessaire de passer par les sens. Au cycle 3 on peut par exemple passer par le concept de modèle.

But: immerger l'enfant dans un milieu proche ou lointain en lui demandant d'ouvrir ses sens, tous ses sens, pour répérer les êtres vivants, les relations qui les unissent et son appartenance à se milieu, soit comme élément étranger, soit comme autochtone. La progression dépend bien sûr du type de milieu dont on dispose mais les objectifs peuvent être les mêmes.

Quelques exemples classés en fonction de leur degré de pertinence:

salle de classe

salle de musée

un milieu en extérieur et naturel

un milieu urbain en extérieur