La mise en place du plan d'organisation au cours du développement embryonaire. Classe de 2ème  Nathalie Encelot Stagiaire IUFM 2000-2001 Lycée Jean-Auguste Margueritte 55300 Verdun

Situation dans la progression
La partie du programme de seconde concernée est Cellule, ADN et unité du vivant. Le sujet présenté porte plus particulièrement sur la sous-partie parenté et diversité des organismes. Dans la programmation a déjà été traité le plan d’organisation chez les Vertébrés, ce qui soulève la question de la mise en place de ce plan d’organisation (où il est encore possible de cibler sur les Vertébrés). Par la suite, le contrôle génétique de cette mise en place est envisagé.

Le développement embryonnaire conduit à la mise en place du plan d’organisation ; la symétrie et la polarité sont très rapidement définies alors que les organes se mettent en place progressivement grâce à des divisions et des mouvements cellulaires.

Objectifs méthodologiques dans le cadre des SVT
Activité 1 : Raisonner (exploiter des informations)
Activité 2 : Raisonner (mettre en relation des données saisies dans un texte et des photographies).

Objectifs méthodologiques dans le cadre général
Utiliser l’outil informatique et un logiciel de communication (réutilisable lors d’une présentation orale comme les TPE).
 
Evaluation
Evaluation formative
Activité 1 : Raisonner (exploiter des informations).
Ces informations ont été explicitées lors de la séance précédente sur le plan d’organisation des Vertébrés. Aucune évaluation n’a encore été réalisée sur ce type d’information d’où l’évaluation formative.
Critères de réussites : les trois premières rubriques du texte lacunaire sont correctes ; le plan et/ou les 2 axes de polarités sont tracés.

Evaluation sommative
Activité 2 : Raisonner (mettre en relation des données saisies dans un texte et des photographies).
L’analyse de textes et de documents a déjà été effectuée et évaluée.
Critères de réussites : titres cohérents, ordre respecté. Noté sur 5.
  
Description de la séquence
Mise en place du plan d’organisation
Lors de la séance précédente, nous avons vu le plan d’organisation des Vertébrés adultes. Celui-ci peut être en partie résumé par un schéma de coupe transversale d’un Vertébré (figure 1 : stade Adulte). Ce schéma est reproduit sur un tableau blanc en début de séance afin de poser le problème biologique ; le type de symétrie (bilatérale) est alors précisée au tableau comme indiqué figure 1).  Il faudra prévoir de dessiner côte à côte les 3 schémas de la figure 1.

La figure 1 est donc progressivement construite en début de séance pour poser le problème biologique, selon la démarche suivante.

Les ovules et les œufs juste fécondés sont constitués d’une seule cellule, et pas d’organes. L’exemple des ovules de Xénope (figure 2a) est présenté sous forme de transparent ; ce document , projeté sur un tableau blanc peut être décalqué afin de réaliser le stade Ovule de la figure 1.

Donc, le plan d’organisation n’est apparemment pas réalisé dans l’œuf juste fécondé. Quand et comment ce plan se met-il en place ? Entre ces deux stades (ovule et adulte), il existe deux grandes phases : le développement embryonnaire et la croissance (pouvant chez certains animaux s’accompagner de développements tardifs). Regardons si le plan d’organisation est déjà réalisé chez l’embryon. L’exemple de l’embryon de Lézard en coupe transversale (figure 2b) est présenté sous forme de transparent ; ce document , projeté sur un tableau blanc peut être décalqué afin de réaliser le stade Embryon de la figure 1.

Le développement embryonnaire est la réalisation du plan d’organisation de l’animal. Il s’étale de la fécondation à l’éclosion (pour les œufs) ou l’accouchement.
 
 Question à noter au tableau :

Comment ces caractéristiques du plan d’organisation se mettent-elles en place :

Ces schémas sont réalisés sur un tableau blanc à partir d’un transparent des figures 2a et 2b. Les élèves recopient ces trois schémas dans la largeur de leur feuille.

a

b

Figure 2. a. Ovules de Xénope. b. Coupe transversale d’embryon de Lézard.
Ces photos sont utilisées sous forme de transparent projeté sur un tableau blanc afin de les décalquer et de compléter la figure 1.
 
La fécondation  

ACTIVITE 1			10 min
Objectifs cognitifs		Plan de symétrie, axes de polarité (chez la Grenouille)
Objectifs méthodologiques		Raisonner (exploiter des informations)	Ra +/-
Supports	Maquette :  une épingle à tête ronde : spermatozoïde une boule de polystyrène à demi colorée en noir : ovule  une boule de polystyrène à demi colorée en noir et portant un croissant gris : œuf fécondé. Polycopié comportant la trame à compléter (figure 3a).
Organisation	Individuel.
Consignes	Oralement : Que constatez-vous ? 1/ D’après la maquette, vous voyez apparaître un croissant gris dont la localisation est précise. Indiquez-la. 2/ Quelle est la symétrie de cet œuf ? (plan ou axe) Dessinez-la. 3/ Quel(s) est (sont) l’(les) axe(s) de polarité de cet œuf ? Dessinez-le(s). 4/ Conclure: quelles caractéristiques du plan d’organisation des vertébrés sont alors présentes ?
Réponses	Oralement : il apparaît une tache grise, en forme de croissant. 1/ Le croissant gris apparaît toujours en face du point d’entrée du spermatozoïde. 2/ L’œuf est symétrique par rapport à un plan. 3/ L’œuf présente deus axes de polarité axe PA-PV axe spermatozoïde-croissant gris 4/ Conclusion : à cette étape, la symétrie bilatérale et les deux axes de polarité sont déjà présents.  (Figure 3b et 3c)
Mise en commun	Elle peut être faite par la présentation orale d’une recherche d’un élève

La fécondation est l’union des gamètes (mâle et femelle) et donne une cellule œuf ou zygote.
 

 
 

 Chez la grenouille, juste après la fécondation, apparaissent les axes de polarité et le plan de symétrie bilatérale (il est alors défini par l’axe PA-PV et le point d’entrée du spermatozoïde).

Retour à la question de départ :

Comment ces caractéristiques du plan d’organisation se mettent-elles en place :

	Le croissant gris apparaît toujours ……………………………………………… (localisation) Il y a symétrie par rapport à un ……………. Il y a …… axe(s) de polarité : ……………………………………………… (à nommer)
	Le croissant gris apparaît toujours À l’opposé du point d’entrée du spermatozoïde Il y a symétrie par rapport à un plan ……. Il y a 2 axe(s) de polarité : Axe PA/PV et axe spermatozoïde/croissant gris

Conclusion: La symétrie et les 2 axes de polarité caractéristiques du Vertébré sont déjà mis en place à la fécondation

Figure 3.

a. Polycopié correspondant à l’activité 1.
b. Correction de l’activité 1.
c. Production élève sur l’activité 1.

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Les étapes ultérieures du développement embryonnaire

Distribuer le texte, lecture pendant 3 minutes.

Distribuer la disquette.

ACTIVITE			15 min
Objectifs cognitifs		Etapes du DE du Xénope, mécanismes généraux.
Objectifs méthodologiques		Utiliser l’outil informatique  Mettre en relation des données saisies dans un texte et des photographies	Ra / 5
Supports	Texte (figure 4).  Disquette : fichier Powerpoint.
Organisation	Individuel (voire binôme en fonction des places disponibles).
Consignes	Ouvrir le fichier DE Xénope exo.  A partir du texte sur le développement embryonnaire, mettre les photos dans un ordre logique et leur donner un titre (inspiré du texte, en particulier des expressions soulignées). Imprimer.  D’après le texte et la position du bouchon vitellin (au PV), que devient l’axe PA/PV ? et l’axe Spermatozoïde/croissant gris ? Quels mécanismes ont lieu pendant ces étapes ?
Réponses	Correction : fichier DE Xénope.  L’axe PA/PV correspond à l’axe antéropostérieur.  L’axe du CG est l’axe dorsoventral. Le DE est orchestré par des divisions et des remaniements (déplacements cellulaires).
Mise en commun	Un élève peut aller au tableau et présenter sa recherche à l’aide d’un vidéoprojecteur, en diaporama. (ex figure 5) Discussion sur les erreurs.

Après fécondation, le DE se découpe en différentes étapes :

• segmentation, orchestrée par des divisions cellulaires
• 3 phases ultérieures, orchestrées par des divisions cellulaires et des déplacements cellulaires.

Retour à la question de départ :

Comment les caractéristiques du plan d’organisation se mettent-elles en place :

Karl Von Baer : ‘j’ai deux petits embryons conservés dans l’alcool sur lesquels j’ai oublié de mettre des étiquettes. Je suis maintenant incapable de déterminer les genres auxquels ils appartiennent. Ce sont peut-être des Lézards, des oiseaux ou même des mammifères.’

Transparent présentant un document sur le développement embryonnaire comparé de différents Vertébrés (ex : manuel Bréal page 156)

Les embryons jeunes de Vertébrés ont de profondes ressemblances. Ceci suggère encore que tous les Vertébrés aient un ancêtre commun chez lequel le développement embryonnaire était semblable.

  Activité 1
Cette étape doit être assez courte (du fait de la difficulté à réaliser des activité démonstratives ou du cours dans une salle où les élèves tournent le dos au professeur). C’est pourquoi un polycopié comportant une trame à compléter a été distribué aux élèves.
La difficulté pour les élèves est de comprendre des éléments de géométrie dans l’espace alors qu’ils n’ont pas la formation mathématique requise. Cependant, les termes symétrie et polarité ont été définis sur le plan d’organisation des Vertébrés et ces deux notions ont été concrétisées sur différents Vertébrés (Poisson, Grenouille, Poule, Homme). Pour faciliter la même recherche sur l’œuf, l’usage d’une maquette en trois dimensions semblait adéquate. Cette activité de raisonnement s’avère difficile au vu des résultats (38 % de résultats positifs).
L’évaluation portant sur l’objectif Raisonner, la prise d’information ne doit pas poser de problème ; il est possible pour s’en assurer de demander aux élèves leurs observations. La mise en commun est réalisée par un élève.

Activité 2
Cette activité est centrale et justifie l’ensemble des contraintes techniques de cette séance. Elle requiert un logiciel peu connu des élèves (PowerPoint) qui peut être présenté comme un outil de communication utile (par exemple dans le cadre de la présentation des TPE Travaux Pratiques Encadrés en première). Le but est de leur faire découvrir ce logiciel (si nécessaire) et de leur rendre aussi accessible qu’un logiciel de traitement de texte.
La même activité aurait pu être réalisée sans l’outil informatique, sur support papier ; outre l’aspect technique et attractif, l’intérêt est de permettre à chaque élève de repartir avec une production soignée (impression de qualité laser).
La mise ne commun est réalisée par un élève. En faisant défiler les images en plein écran (par l’option Diaporama), cette présentation peut être faite sur l’un des ordinateurs de la salle. Cependant, il est envisageable de demander à un élève de présenter sa production au tableau à l’aide d’un vidéoprojecteur.

Cette activité pourrait être davantage axée sur l’autonomie et une pédagogie différenciée.  

Degré d’autonomie
Proposer le fichier DE Xénope exo sans texte  (qui chez l’élève modifie la perception des images et limite l’imagination)	Pédagogie différenciée Pour les élèves ayant des difficultés à réaliser l’activité, donner alors le texte comme support.	Proposer le texte (à lire attentivement) puis le fichier DE Xénope exo.

 Des difficultés techniques sont à souligner :

• maîtrise de l’outil informatique (souris, clavier, ouverture de répertoire, de fichier)
• découverte du logiciel (commandes, possibilités, fonctionnement)
• gestion de l’impression des productions élèves pour un ensemble de quinze postes

Les difficultés scientifiques résultent de problèmes à imaginer des objets en trois dimensions à partir de photos (le stade huit cellules, par exemple, est souvent pris pour un stade quatre cellules).
  
Bibliographie

Figure 2A (œuf de Xénope) : manuel Hatier page 244.

Figure 2B (coupe transversale  d’embryon de Lézard) : manuel Hatier page 236.

Fichier DE Xénope : manuel Hatier page 244, manuel Belin pages 252-253.

Transparent (comparaison des stades embryonnaires de différents Vertébrés) : manuel Bréal page 156.

Des photos et des explications sur le développement embryonnaire de Amphibiens : http://www.snv.jussieu.fr/vie/

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