Diversité des fonctions de nutrition chez les êtres vivants (html)

Nutrition

Le travail de nutrition: correspond non seulement à la prise de matière nécessaire au renouvellement des structures mais aussi à la dépense énergétique que fait tout être vivant pour se maintenir en vie (on pourrait parler de travail d'autonomie qui regrouperait alors l'autoédification, la nutrition, l'excrétion, et l'entretien des structures). La vie coûte de l'énergie et de la matière. Cette énergie et cette matière sont prélevées dans le milieu. Du point de vue énergétique, on distingue deux grands types trophiques ("trophos"= "nourrir" en grec): les phototrophes qui utilisent l'énergie lumineuse (du soleil) pour réaliser leurs synthèses et les chimiotrophes qui utilisent l'énergie chimique de leurs aliments. Ces aliments sont soit des minéraux (chimiolithotrophie), soit des substances organiques (chimioorganotrophie). Du point de vue de la matière consommée par un organisme, on parle d'autotrophe si l'organisme est la capable de synthétiser sa propre matière organique à partir de matière minérale (végétaux chlorophylliens et bactéries photosynthétiques par exemple) et d'hétérotrophe s'il utilise les substances organiques du milieu pour synthétiser ses propres substances organiques (les animaux ou l'homme par exemple).

*types trophiques des organismes vivants vus selon les deux modalités de la nutrition*		selon la source d'énergie (prise dans le milieu extérieur)
		phototrophie énergie lumineuse (soleil)	chimiotrophie (énergie chimique venant d'aliments, minéraux ou organiques)
selon la source de matière absorbée et utilisée pour leur croissance	autotrophie (matière minérale seule consommée)	*plantes chlorophylliennes* certaines bactéries (Cyanophytes) nombreux unicellulaires	nombreuses bactéries
	hétérotrophie (matière organique consommée)	certaines bactéries	homme animaux champignons nombreux unicellulaires

Il est à noter que l'eau, élément minéral indispensable à la vie, est utilisée (et souvent produite par respiration) par tous les organismes vivants et ne permet pas de distinguer différents types trophiques.

1. Concepts en bref

Les plantes, de nombreux unicellulaires et certaines bactéries sont des phototrophes. L'énergie nécessaire à leur croissance et à l'ensemble de leur travail leur est fournie directement par le soleil. Ils sont capables, grâce à des pigments photosensibles (chlorophylle, carotène....) associés en complexes au niveau des cellules vertes (feuilles et tiges) - c'est pour cela que l'on dit souvent qu'un organisme "vert" est "chlorophyllien"- de transformer de l'énergie lumineuse en énergie chimique de liaison (molécule énergétique de type ATP : l'Adénosine Tri-Phosphate) et en énergie chimique d'oxydo-réduction (on parle de "pouvoir réducteur" transporté par des transporteurs d'électrons et de protons). C'est la phase lumineuse de la photosynthèse. Elle nécessite absolument la lumière. Les électrons et les protons nécessaires à la réduction des transporteurs sont pris à l'eau : c'est la photolyse de l'eau qui consomme de l'eau et produit du dioxygène.
Les organismes chlorophylliens sont autotrophes, c'est-à-dire qu'ils puisent les éléments nécessaires à leur croissance et à leur vie sous forme de minéraux : l'eau bien sûr, dans le sol; mais aussi les sels minéraux solubles : nitrates (azote), sulfate (soufre), phosphates (phosphore) mais aussi d'innombrables éléments minéraux comme le fer (Fe), le manganèse (Mn), le Nickel (Ni) ou le cobalt (Co), par exemple, tous nécessaires pour fabriquer toutes sortes de molécules indispensables à la plante.
L'élément essentiel pour la synthèse de substances organiques, nécessaires aux réactions chimiques de chacune des cellules (respiration surtout), est le carbone qui est assimilé pat la plante sous forme de CO2 (dioxyde de carbone), minéral mais gazeux. Il doit donc être réduit par la plante (des réactions chimiques qui sont des réductions permettent d'utiliser le pouvoir réducteur (transports réduits) accumulés pendant la phase lumineuse de la photosynthèse et lui donnent des électrons et des protons) en glucides de formule générale (CHOH)n. Ces réactions nécessitent aussi de l'énergie de liaison (elles consomment de l'ATP). On voit ainsi que la totalité de l'énergie accumulée lors de la phase lumineuse de la photosynthèse est utilisée pendant la phase obscure de la photosynthèse (qui ne nécessite pas la lumière).
Toutes les cellules d'une plante chlorophyllienne utilisent ensuite cette énergie chimique contenue dans les glucides synthétisés pour réaliser tous les travaux cellulaires (synthèses, croissance...). L'utilisation de l'énergie chimique passe par la respiration ou la fermentation (pour une définition de ces termes voir cours sur la respiration de l'homme).

Les animaux, les champignons, de nombreux unicellulaires et bactéries sont chimiotrophes: ils utilisent l'énergie chimique contenue dans les nutriments pour réaliser les différents travaux cellulaires. L'utilisation de l'énergie chimique passe aussi par la respiration et la fermentation.
Les animaux sont aussi hétérotrophes, c'est-à-dire qu'ils puisent dans le milieu extérieur les éléments nécessaires à leur croissance sous forme d'éléments organiques. Pour l'homme par exemple ce sont les aliments qui contiennent à la fois des substances organiques et minérales (et de l'eau bien entendu qui vient s'ajouter à l'eau de boisson). La seule conversion d'énergie réalisée par les animaux est celle de l'énergie chimique des nutriments en énergie chimique de petites molécules énergétiques utilisées dans le métabolisme (métabolites énergétiques comme l'ATP et bien sûr des transporteurs réduits, certains différents de ceux des végétaux).

Une illustration de la phototrophie et de l'autotrophie des végétaux verts
et de la chimiotrophie et de l'hétérotrophie des animaux....

2. Formulations par cycle

cycle 1	cycle 2	cycle 3
La plante, pour vivre, a besoin d'eau, d'air et de lumière.	La vie de la plante nécessite une nutrition active : elle prend des éléments minéraux et de l'eau dans le sol par ses racines et de l'air par ses feuilles. Elle utilise ensuite cette matière et l'énergie solaire captée par ses feuilles pour fabriquer sa propre matière.	La plante est un producteur de matière organique dans l'écosystème. Elle prend de la matière minérale dans le sol (eau et sels minéraux) et l'air (gaz carbonique) et fabrique sa propre matière organique à partir de l'énergie solaire grâce à des pigments (comme la chlorophylle) contenus dans ses feuilles (c'est la photosynthèse qui veut dire "synthèse" (ou fabrication) "à la lumière"). A la lumière, la plante qui réalise une photosynthèse active, rejette du dioxygène.
		Mais la plante respire aussi et "brûle" (le terme exact est "oxyde") une partie de la matière organique synthétisée en produisant du dioxyde de carbone et en consommant du dioxygène.
Les animaux et l'homme boivent, respirent et mangent pour vivre et grandir.	La vie des animaux nécessite une nutrition à partir d'aliments organiques transformés en nutriments qui pénètrent dans les cellules	Les animaux et l'homme sont des consommateurs de matière organique dans l'écosystème. Les aliments transformés en nutriments fournissent matière et énergie grâce à la respiration. Lors de la respiration la cellule (ou l'organisme) "brûle" (ou "oxyde") la matière organique des nutriments. La respiration consomme du dioxygène et produit du dioxyde de carbone qui est rejeté par l'animal.
	Les nutriments fournissent la matière nécessaire à la croissance de chaque animal.
	Ce sont aussi les nutriments qui fournissent l'énergie qui permet à l'organisme de fabriquer sa propre matière et de réaliser son travail du vivant. Les réactions chimiques qui fournissent cette énergie font partie de ce que l'on appelle la "respiration cellulaire"
vocabulaire : l'utilisation du terme de dioxygène (maintenant exigé dès le collège), en remplacement d'oxygène, est bien sûr préférable, sans en faire une priorité. l'appellation de cellule, unité du monde vivant, (plutôt que la notion de cellule qui reste bien évidemment très incomplète), peut être abordée très tôt si l'on a un microscope et que l'on a présenté une classification en 5 règnes). Ce n'est pas déflorer le sujet que de dire simplement que tous les êtres vivants sont composés de cellules qui ressemblent à de "petites boîtes" vivantes et tant pis pour les représentations engendrées chez les enfants qui auront bien le temps d'en changer avant la fin du collège. les terme vivant / non vivant font référence à des organismes entiers ou à des fragments qui pourraient être greffés à nouveau sur un organisme vivant et continuer à vivre et non à de la matière (matière vivante ne veut rien dire : soit la matière est douée de vie et dans ce cas elle n'est plus que matière, soit elle est matière morte): une graine est vivante, un cœur peut encore être vivant s'il peut être greffé et continuer à exercer sa fonction.... le terme organique désigne de la matière carbonée réduite par les organismes vivants: à l'école, étant donné que l'oxydo-réduction ne peut être abordée, il persistera toujours une légère ambiguité : on parlera donc de matière carbonée en provenance du vivant; le CO2 dégagé par un organisme qui respire est bien minéral même s'il provient de la décomposition par le vivant de la matière organique; le dioxygène absorbé par respiration est bien minéral et conduit à la production d'eau qui est toujours minérale (car non carbonée); dans le sol la matière organique peut appartenir au vivant (on dit parfois "matière organique vivante" mais c'est un abus de language) ou au non vivant (voir par exemple le sol); la matière inorganique est la matière minérale qui vient des roches ou de l'atmosphère (et des autres éléments du monde non vivant); on oppose ici de façon absolue minéral et organique mais il est clair que cette opposition ne tient pas à un plus haut niveau de conceptualisation.

3. Observations par cycle

Au deçà des concepts généraux vus précédemment, d'innombrables autres concepts plus spécifiques de tel ou tel groupe d'êtres vivants peuvent être abordés. A mon avis ces concepts ne sont alors pas là pour être étudiés en tant que tels mais illustrent la diversité des modes de nutrition chez les êtres vivants. Dans cette partie je vous propose de vous intéresser aux structures, tant au niveau anatomique (organes) que histologique (tissus) et aux fonctions, relevant principalement du domaine de l'écologie (ou parfois du comportement animal ou éthologie) à ce niveau d'étude. En voici quelques exemples qui ne sont pas des formulations "en langage élève" mais en "langage maître".

cycle 1	cycle 2	cycle 3
respiration chez les animaux - écologie-éthologie-anatomie
La respiration se fait aussi bien dans l'air que dans l'eau où les animaux prennent l'air "dissous" (c'est pour dissoudre de l'air dans un aquarium que l'on met un bulleur par exemple... on pourrait aussi agiter continuellement l'eau pour la mélanger à l'air).	L'air contient beaucoup de dioxygène (21%) et est très "léger" (peu dense, se déplace facilement) et très peu de gaz carbonique (0,04%). Les animaux aériens ont des organes respiratoires en forme de cavité (poumon) dont la paroi est richement irrigué (le sang transporte ensuite l'oxygène (des poumons aux cellules-organes) et le dioxyde de carbone (des cellules-organes aux poumons). L'air entre et sort par un ou plusieurs orifices. Les insectes ont un système très particulier de conduits (les trachées) très ramifiés qui apportent directement l'air aux cellules-organes. Les mouvements respiratoires de l'insecte, permettent à l'air d'entrer et de sortie rythmiquement par des orifices disposés le long du corps de l'animal (stigmates). L'eau contient peu de dioxygène (moins de quelques % si l'eau n'est pas bien aérée) et très peu de gaz carbonique. Mais c'est un liquide "lourd" (dense, qui se déplace beaucoup plus difficilement que l'air). Les animaux à poumons ne pourraient pas survivre dans l'eau, l'effort à fournir pour mettre l'eau en mouvement serait trop important. Les animaux aquatiques ont souvent des branchies qui sont des expansions de la peau richement irriguées (un peu comme des poumons retournés qui flotteraient à l'extérieur de l'animal). Certains animaux à respiration aérienne (avec des poumons comme les dauphins ou les baleines qui sont des Mammifères ou des trachées comme certains insectes : Dytique....) peuvent vivre en milieu aquatique et doivent alors faire des réserves d'air avant de plonger. D'autres comme certains Crustacés (les crabes par exemple) , qui sont aquatiques et ont des branchies, doivent les protéger et les garder humides quand ils sortent à l'air libre ou fermer leur coquille pleine d'eau comme les moules à l'émersion.
respiration chez l'homme)
échanges de gaz chez les plantes)
les plantes respirent	Les gaz pénètrent dans les plantes principalement par de petits orifices situés sur le dessous des feuilles : les stomates. Ils circulent partout dans la plante entre les cellules aussi bien au niveau de la tige que des feuilles ou des racines (les plantes immergées (comme les nénuphars) ont souvent des feuilles à l'air libre par lesquelles entre l'air).	Selon l'éclairement (et d'autres facteurs comme l'humidité de l'air) les échanges de gaz entre les plantes et le milieu sont différents.
les régimes et les comportements alimentaires des animaux ?

4. Manipulations par cycle

cycle 1	cycle 2	cycle 3
l'eau et la plante)
j'arrose les plantes pour ne pas qu'elles se dessèchent et meurent certaines plantes "gouttent"	l'eau est absorbée au niveau des petits poils absorbants des racines (si l'extrémité des racines est plongée dans l'huile, du moment que les poils absorbants sont dans l'eau, la plante vit). l'eau absorbée par les racines monte dans la tige et est évaporée au moins en partie au niveau des feuilles (une plante sans feuilles ne rejette presque plus d'eau; on peut recueillir l'eau évaporée par un sachet en plastique dont on entoure la partie aérienne d'une plante en pot) (voir les livres de la classe de seconde qui fourmillent d'exemples de montages)
l'air et les êtres vivants
une plante comme un animal a besoin d'air pour vivre, ils meurent dans une enceinte fermée		L'air expiré trouble l'eau de chaux et contient donc du gaz carbonique en plus grande quantité que l'air inspiré (qui ne trouble pas l'eau de chaux si on l'insuffle dans l'eau de chaux à l'aide, par exemple, d'une seringue ) on peut aussi utiliser le rouge de crésol (voir encore les livres de la classe de seconde) le dioxygène peut être mis en évidence par une sonde oxymètrique mais cela demande un matériel que l'on trouve rarement dans une classe on peut aussi montrer les phénomènes gazeux de la photosynthèse à partir de cultures de Cyanophytes assez faciles à mettre en place

Modifié le: Friday 29 July 2016, 15:07