Maitrizz · CRPE · Partie 1 : Sciences de la vie et de la Terre (SVT)
Notion 1 : Unité et diversité du vivant
Cellule, biodiversité, classification phylogénétique et génétique : ce qui rassemble les êtres vivants et ce qui les distingue, de la maternelle à la 3e
La notion en 4 temps
Une même idée traverse toute la fiche : le vivant est à la fois un (mêmes briques, même fonctionnement) et divers (une infinité de formes). Tout le programme de l'école et du collège s'organise autour de cette tension.
- ①L'unité du vivant : la celluleLa brique commune à tous les êtres vivants, et les trois caractères que partagent toutes les cellules.
- ②La diversité : la biodiversitéLes trois niveaux de biodiversité et les grands enjeux liés à son érosion.
- ③Classer le vivant : la phylogéniePourquoi on classe par parenté et non par ressemblance, et la logique des groupes emboîtés.
- ④Génétique et évolutionADN, gène, allèle, mutation : les bases moléculaires qui expliquent l'unité ET la diversité.
Le fil rouge
① L'unité du vivant : la cellule
La cellule est l'unité structurale et fonctionnelle de tout être vivant : c'est le plus petit niveau d'organisation qui présente les propriétés du vivant (se nourrir, se reproduire, réagir à son milieu). C'est la théorie cellulaire, formulée par Schleiden et Schwann en 1838-1839.
| Notion | Définition et repères |
|---|---|
| Cellule procaryote | Pas de noyau délimité par une membrane. L'ADN, circulaire, flotte dans le cytoplasme (nucléoïde). Exemple : les bactéries. Taille : 1 à 10 µm. |
| Cellule eucaryote | Noyau délimité par une membrane nucléaire, organites compartimentés. Taille : 10 à 100 µm. Animaux, végétaux, champignons. |
| Organites clés (eucaryote) | Membrane plasmique (échanges), noyau (ADN), cytoplasme, mitochondries (respiration). La cellule végétale a en plus : chloroplastes (photosynthèse), vacuole, paroi. |
| Niveaux d'organisation | molécule, organite, cellule, tissu, organe, système, organisme. |
- Une membrane plasmique qui délimite la cellule et règle les échanges.
- De l'ADN, support universel de l'information génétique (double hélice, Watson et Crick, 1953).
- Des ribosomes, machinerie de fabrication des protéines, présents dans toutes les cellules.
Ces trois points sont au cœur de l'unité du vivant : malgré l'immense diversité des formes de vie, toutes les cellules fonctionnent sur le même plan.
② La diversité du vivant : la biodiversité
La biodiversité est la variété des formes du vivant, à tous les niveaux. C'est un fait scientifique et un enjeu majeur d'éducation au développement durable (EDD). On distingue trois niveaux, et c'est une erreur fréquente de réduire la biodiversité au seul nombre d'espèces.
| Niveau de biodiversité | Définition et exemple |
|---|---|
| Diversité spécifique | Nombre d'espèces dans un milieu donné. On estime à environ 8,7 millions le nombre d'espèces sur Terre, dont près de 1,5 million seulement sont décrites. |
| Diversité génétique | Variabilité au sein d'une même espèce. Une forte diversité génétique rend une population plus résiliente. Exemple : les races de chiens, une seule espèce, une grande diversité. |
| Diversité des écosystèmes | Variété des milieux de vie et des interactions. Forêt tropicale, toundra, récif corallien : des milieux très différents, des services écologiques différents. |
Quelques repères chiffrés (utiles pour les dossiers EDD)
③ Classer le vivant : la classification phylogénétique
La classification a profondément changé au XXe siècle. La classification linnéenne, fondée sur les ressemblances, a laissé place à la classification phylogénétique, fondée sur la parenté évolutive (les caractères hérités d'un ancêtre commun). C'est cette classification moderne qui est au programme du cycle 3.
Deux logiques de classification
| Classification linnéenne | Classification phylogénétique |
|---|---|
| Fondée sur les ressemblances (apparence, forme) | Fondée sur la parenté : caractères partagés hérités d'un ancêtre commun |
| Peut regrouper des espèces non apparentées qui se ressemblent | Regroupe les espèces partageant un ancêtre commun |
| Règne, embranchement, classe, ordre, famille, genre, espèce | Groupes emboîtés (vertébrés, tétrapodes, amniotes, mammifères...) |
| Dauphin et requin rangés ensemble (ils nagent) | Dauphin rangé avec les mammifères (poils, ancêtre commun), pas avec le requin |
Un groupe emboîté (un clade) rassemble un ancêtre commun et tous ses descendants. Ce sont les caractères partagés dérivés (les synapomorphies) qui définissent un groupe : la présence d'un crâne, de quatre membres, de poils...
| Groupe | Caractère partagé dérivé |
|---|---|
| Vertébrés | Une colonne vertébrale. Comprend poissons, amphibiens, reptiles, oiseaux, mammifères. |
| Tétrapodes | Quatre membres (parfois réduits par évolution, comme chez les serpents). Comprend amphibiens, reptiles, oiseaux, mammifères. |
| Amniotes | Un œuf protégé par une membrane (l'amnios). Comprend reptiles, oiseaux, mammifères. |
| Mammifères | Des poils, des glandes mammaires, une oreille moyenne à trois osselets. Comprend baleine, chauve-souris, chien, homme. |
④ Génétique : les bases moléculaires de l'unité et de la diversité
La génétique explique pourquoi tous les vivants partagent les mêmes mécanismes moléculaires (unité) tout en présentant une diversité infinie (diversité). C'est aussi elle qui confirme la classification phylogénétique : plus deux espèces partagent de séquences d'ADN, plus elles sont proches.
| Notion | Définition |
|---|---|
| ADN | Molécule en double hélice, formée de quatre bases (A, T, C, G). Support universel de l'information génétique : l'une des plus fortes preuves de l'unité du vivant. |
| Gène | Séquence d'ADN qui code une protéine. Le génome humain compte environ 20 000 gènes. |
| Allèle | Version différente d'un même gène. Exemple : pour la couleur des yeux, un allèle « yeux bruns » et un allèle « yeux bleus ». |
| Mutation | Modification accidentelle de la séquence d'ADN. Neutre, défavorable ou favorable, elle est la source de la variabilité génétique. |
| Caryotype | Ensemble des chromosomes d'une espèce. Chez l'humain : 46 chromosomes (23 paires). |
Le fil rouge du cycle 4
⑤ Progression de la maternelle à la 3e
| Cycle | Attendus et exemples de situations |
|---|---|
| Cycle 1 (maternelle) | Distinguer le vivant du non-vivant par des critères simples (ça grandit, ça se nourrit, ça se reproduit). Observer animaux et plantes. Pas de classification formelle. |
| Cycle 2 (CP à CE2) | Classer les êtres vivants selon des critères observables (avec ou sans pattes, plante ou animal). Premiers tris. |
| Cycle 3 (CM1 à 6e) | Classification phylogénétique simplifiée : groupes emboîtés, caractères partagés, ancêtre commun. Diversité du vivant dans les milieux locaux, lien avec l'EDD. |
| Cycle 4 (5e à 3e) | Génétique (ADN, gènes, allèles, mutations), classification moléculaire, évolution. C'est le niveau de maîtrise disciplinaire attendu du candidat. |
On croit :« Le dauphin est un poisson parce qu'il vit dans la mer. »
En réalité :Le dauphin est un mammifère : poils, allaitement, respiration aérienne, et même des vestiges de membres postérieurs. Vivre dans l'eau est une adaptation, pas un lien de parenté.
On classe par caractères hérités d'un ancêtre commun, jamais par le lieu de vie ni par ce que l'animal fait.
On croit :« Les ailes de l'oiseau et de la chauve-souris se ressemblent, donc ces animaux sont proches. »
En réalité :Ce sont des organes analogues : même fonction (voler), mais structures et origines différentes. Deux organes homologues (même os, comme le bras humain et la nageoire du dauphin) révèlent au contraire une parenté.
Analogie = même fonction, origines différentes. Homologie = même origine, ancêtre commun. C'est l'homologie qui sert à classer.
On croit :Employer « gène » et « allèle » l'un pour l'autre.
En réalité :Le gène est la séquence d'ADN qui code un caractère ; l'allèle est l'une de ses versions. Un même gène peut exister sous plusieurs allèles dans une population.
Gène = la « rubrique » ; allèle = la « valeur » de cette rubrique chez un individu.
On croit :« Les animaux évoluent pour s'adapter à leur milieu. »
En réalité :L'évolution n'a pas de but. Les mutations sont aléatoires ; la sélection naturelle, elle, n'est pas aléatoire : elle trie les variations selon le milieu. Le résultat ressemble à une adaptation, mais aucune intention n'est en jeu.
Distinguer le hasard (mutations) du tri (sélection). Éviter les formulations finalistes (« pour », « afin de »).
▶Côté profCe que ça donne à l'école : le regard du futur enseignant
À l'école, on ne fait pas de génétique. On construit pas à pas l'idée que la ressemblance entre êtres vivants peut révéler une parenté. En maternelle, on trie vivant et non-vivant. Au cycle 2, on classe par critères observables. Au cycle 3, on découvre les groupes emboîtés et l'ancêtre commun. Le jury valorise un candidat qui sait situer une notion dans cette progression et nommer l'obstacle des élèves à chaque étape (le plus tenace étant la classification par l'habitat).
Ressources institutionnelles à citer
De la maternelle au cycle 3
Séance cycle 1 (maternelle, 30 min) : « Vivant ou pas vivant ? »
| Temps | Activité | Rôle de l'enseignant |
|---|---|---|
| 10 min | Situation déclenchante : une collection mêlant objets et êtres vivants (caillou, plume, graines, plante en pot, jouet). « Qu'est-ce qui est vivant ? » | Laisser manipuler librement, observer les stratégies, recueillir le vocabulaire sans valider ni corriger. |
| 10 min | Tri collectif : chaque élève justifie un choix. On note les critères au tableau (« ça grandit », « ça mange »). La flamme bouge : est-elle vivante ? | Reformuler sans corriger. La flamme est un bon contre-exemple. Garder la question ouverte. |
| 10 min | Trace collective : deux colonnes vivant / non-vivant avec les dessins des élèves. Première formulation des critères. | Préciser que la trace évoluera avec les observations de la classe (élevage, plantation). |
Séance cycle 2 (CE1, 45 min) : « Classer les animaux »
| Temps | Activité | Rôle de l'enseignant |
|---|---|---|
| 10 min | 20 cartes animaux. « Rangez-les en groupes, autant que vous voulez, et justifiez. » | Observer les stratégies : le tri par habitat (mer / terre / air) est fréquent et devra être déconstruit. |
| 15 min | Présentation des groupes. Les classements diffèrent : « Comment savoir qui a raison ? » | Introduire le critère observable (présence ou absence d'un caractère) face au critère subjectif (« beau »). |
| 15 min | Reclassement guidé avec 2 ou 3 critères (squelette interne, poils, plumes). Les élèves découvrent que le dauphin va avec le chien. | Ne pas nommer encore « vertébré » ou « mammifère » : le vocabulaire suivra la construction du concept. |
| 5 min | Trace écrite : « On classe avec des critères qu'on peut observer. » | Conserver les classements initiaux pour comparer en fin de séquence. |
Séquence cycle 3 (CM1, 5 séances) : « Classer le vivant »
| Séance | Déroulé |
|---|---|
| 1 | « Ce que je sais déjà » : recueil des conceptions, dessin libre d'un arbre du vivant. Fait apparaître les conceptions naïves (par habitat, par taille). |
| 2 | « Quels critères choisir ? » : recherche de critères observables. On distingue ressemblance trompeuse (dauphin / requin) et parenté (dauphin / cheval, mêmes os). |
| 3 | « Construire un arbre » : par groupes, un arbre emboîté avec 10 animaux. On compare les arbres : pourquoi diffèrent-ils ? |
| 4 | « L'arbre de référence » : découverte des groupes vertébrés, tétrapodes, amniotes, mammifères (logiciel PHYLOGENE ou documents). Surprise : la baleine est plus proche du cheval que du requin. |
| 5 | Synthèse et trace écrite : « Deux animaux sont proches s'ils partagent des caractères hérités d'un ancêtre commun. » Comparaison avec les conceptions de la séance 1. |
Sortie nature et biodiversité locale (cycle 2 à cycle 3)
Différenciation
| Profil d'élève | Adaptation |
|---|---|
| Difficulté de lecture | Clé de détermination illustrée (photos plutôt que texte), fiche avec cases à cocher, rôle de manipulateur dans le groupe. |
| Élève DYS | Police adaptée, validation orale des critères, manipulation des cartes plutôt qu'écrit. |
| Élève avancé | Chercher un contre-exemple pour chaque critère, construire une clé dichotomique personnelle, prolonger vers la phylogénie d'un animal au choix. |
| Élève allophone | Noms des animaux en plusieurs langues, valoriser la connaissance d'espèces d'autres pays. |
Version concours M2
Ce que les jurys attendent et trouvent trop rarement
- Groupe 1 : thon, requin, dauphin (« animaux de la mer »)
- Groupe 2 : cheval, chien, chat (« animaux de la maison »)
- Groupe 3 : aigle, hirondelle, chauve-souris (« animaux qui volent »)
2. Identifiez deux erreurs au regard de la classification phylogénétique.
3. Proposez une activité pour faire évoluer ce classement. En vous appuyant sur Bachelard, expliquez pourquoi l'obstacle persistera probablement après une seule séance.
- Document 1 : article sur le déclin de la biodiversité (données IPBES).
- Document 2 : un arbre phylogénétique simplifié des vertébrés, sans légende complète.
- Document 3 : extrait du BO du cycle 3 sur la classification du vivant.
Question 2 (didactique) : la séance de classification décrite respecte-t-elle les principes d'une démarche d'investigation ? Analysez en vous appuyant sur Brousseau et sur les ressources Éduscol, puis proposez deux améliorations argumentées.
Six questions pour vérifier l'essentiel
Qu'est-ce qui distingue une cellule procaryote d'une cellule eucaryote ?
Quels sont les trois caractères communs à toutes les cellules ?
Toute la notion en un coup d'œil
- Membrane, ADN, ribosomes
- Procaryote / eucaryote
- Spécifique, génétique, écosystèmes
- Enjeu EDD
- Groupes emboîtés
- Caractère partagé dérivé
- Fonction vs origine
- L'homologie classe
- Gène, allèle, mutation
- Mutation, sélection, évolution
- Classer par l'habitat
- Évolution « orientée »