À la recherche d’un monde invisible

Par Cassie Gurbisz, Laura Murray, Debbie Hinkle et Byron Crump

Traduction par Maria Romero

L’océan abrite une multitude d’organismes, dont plusieurs sont particulièrement importants pour l’homme. La pêche, notamment celle des espèces comme le thon et l’anchois, soutient des économies nationales partout dans le monde. Certains organismes marins sont essentiels au maintien des cultures traditionnelles, par exemple, les baleines pour la culture maorie; d’autres sont devenus des icônes de la culture populaire, pensons à Shamu, Jaws, ou Némo. Toutefois, ces créatures de l’océan bien connues n’existeraient pas sans la présence de minuscules organismes invisibles à l’œil nu. Ces organismes microscopiques, en plus de constituer la base du réseau trophique marin, recyclent des nutriments essentiels tels que l’azote, le phosphore et le carbone.

Les organismes microscopiques de l’océan sont d’une grande diversité. On en compte trois catégories : des procaryotes unicellulaires (bactéries et archæbactéries), des eucaryotes unicellulaires (phytoplanctons et protistes) et des zooplanctons pluricellulaires. Chaque groupe d’organismes joue un rôle essentiel dans l’environnement marin. Les phytoplanctons sont des producteurs primaires qui fournissent de l’énergie à l’ensemble du réseau trophique. Les zooplanctons et les protistes sont des consommateurs qui, à leur tour, servent de nourriture aux zooplanctons plus gros ou aux petits poissons. Les bactéries et les archæbactéries sont des décomposeurs et des recycleurs permettant à d’importants nutriments présents dans les déchets d’être réutilisés par le phytoplancton. Ce dernier processus est appelé la « boucle microbienne ». En somme, le plancton et les bactéries créent un réseau de nourriture microscopique complet, composé de différents niveaux trophiques.

Puisque les élèves de 6^e à 12^e année pourraient avoir du mal à conceptualiser ce qu’ils ne voient pas, la série d’activités suivante propose une approche interactive pour les amener à comprendre le monde « invisible », mais essentiel, des organismes marins. Les élèves auront à déterminer quels types d’organismes microscopiques vivent dans une nappe d’eau locale, qu’elle soit salée, saumâtre ou douce. Puis, ils concevront des outils et des techniques pour recueillir des données. Ils tireront ensuite des conclusions sur les divers groupes de micro-organismes aquatiques et sur la manière dont ils interagissent.

Activités

Comment formuler une question?

Montrez aux élèves un échantillon d’eau de la plage, de la baie ou de l’estuaire. Comme les mêmes principes généraux s’appliquent, ces activités fonctionneraient aussi avec de l’eau douce d’un étang ou d’un lac. Demandez ensuite aux élèves s’ils voient des organismes vivants dans l’échantillon. Puis, interrogez-les pour savoir s’ils croient qu’il contient des organismes invisibles à l’œil nu. Dans une séance de remue-méninges, incitez-les à exprimer leurs idées sur la manière de découvrir si l’échantillon contient des organismes vivants et sur la façon de déterminer quels sont ces organismes.

Comment fabriquer un dispositif de collecte?

Comme première étape dans la recherche des réponses aux questions précédentes, les élèves doivent fabriquer un filet, ou n’importe quel autre dispositif, servant à recueillir un échantillon concentré de plancton.

(Photo p. 29)

Un filet à plancton artisanal

Objectifs: Les élèves conçoivent et fabriquent un outil pour recueillir des données. Ce faisant, ils acquièrent des habiletés, ou améliorent celles qu’ils possèdent déjà, en matière de recherche scientifique et de collecte d’information.

Matériel: tambour à broder, bas nylon, ficelle, ciseaux, ruban adhésif, élastiques de caoutchouc résistants, porte-clés, petits pots en plastique avec couvercles et rebords

Marche à suivre:

1. Expliquez aux élèves qu’il leur faut trouver une manière de collecter un échantillon contenant suffisamment de micro-organismes pour qu’ils soient capables de les observer.
2. Dites aux élèves qu’ils sont libres de puiser parmi tout le matériel mis à leur disposition pour “attraper” les organismes.
3. Laissez les élèves choisir eux-mêmes le matériel pour fabriquer leur dispositif de collecte. Résistez à l’envie de donner les “bonnes réponses” – l’objectif consiste à laisser les élèves se servir de leur logique pour concevoir un outil approprié.
4. Invitez les élèves à tester leur dispositif dans une étendue d’eau lorsque chacun aura terminé son “prototype”.
5. Autorisez les modifications au dispositif ou la reprise de la collecte jusqu’à l’obtention d’un échantillon approprié, et ce, autant de fois que le temps le permettra.
6. Comparez les filets des élèves à un véritable filet à plancton. Ayez recours à une photographie au besoin. Faites un échantillonnage de plancton avec un vrai filet si vous en avez un.
7. Conservez les échantillons pour une analyse ultérieure.

Astuces: Les élèves peuvent se sentir frustrés, car il n’existe pas de bonne ou de mauvaise façon de réaliser l’expérience. Incitez-les à écrire leur raisonnement logique pour guider leur processus de réflexion. Gardez à l’esprit que les mailles des bas nylon recueilleront uniquement les plus gros organismes microscopiques. Il est donc recommandé d’effectuer plusieurs échantillonnages avec un filet à plancton à petites mailles. Ces échantillons permettront une analyse plus approfondie dans la prochaine activité.

Qui est qui dans le monde des microbes?

Les élèves se serviront d’un microscope pour découvrir quels types d’organismes microscopiques se trouvent dans leurs échantillons. L’objectif consiste à raisonner à partir d’observations afin de tirer des conclusions sur la façon dont les organismes présents dans les échantillons survivent.

Objectifs: Les élèves acquerront une compréhension superficielle des organismes “planctoniques” et découvriront que leurs formes sont étroitement liées à leurs fonctions. Ils seront en mesure de classifier le plancton marin et de faire des déductions grâce à une réflexion approfondie sur leurs observations.

Matériel: échantillons de plancton (provenant de leur filet à plancton artisanal ou d’un filet à petites mailles), microscopes composés ou microscopes de dissection, lames, lamelles, pipettes, essuie-tout pour tâches délicates, feuilles de papier vierges, crayons de couleur, guide d’identification du plancton de la région

Marche à suivre:

1. Demandez aux élèves quelle serait la prochaine manipulation à faire pour savoir si des organismes microscopiques sont présents dans leurs échantillons. S’il y en a à leur avis, demandez-leur d’identifier quel type d’organismes ils s’attendent à trouver.
2. Fournissez des microscopes aux élèves et précisez les mesures d’utilisation et de sécurité à observer.
3. Veillez à ce que les élèves examinent les échantillons au microscope, puis dessinent chaque organisme observé en couleur, sur des pages distinctes. Sur leurs dessins, ils doivent aussi indiquer toute caractéristique pouvant révéler la façon dont l’organisme bouge, obtient son énergie, etc. Dans un premier temps, les élèves utiliseront leurs propres échantillons, puis ils pourront examiner un échantillon obtenu avec un véritable filet à plancton. Les élèves observeront ainsi une plus grande diversité d’organismes.
4. Formez des équipes de travail. Demandez-leur de déterminer deux ou trois catégories dans lesquelles les organismes pourraient être classifiés. Chaque équipe doit ensuite regrouper les dessins des organismes selon ces catégories. Généralement, les élèves classifieront les organismes dans les catégories suivantes: organismes végétaux, organismes animaux, mixtes ou indéterminés.
5. Permettez aux équipes de partager leurs trouvailles. Amenez-les à discuter de la façon dont les équipes ont procédé pour définir leurs catégories, par exemple, si elles se sont basées sur les formes ou sur les Entamez une discussion sur les concepts de consommateur et de producteur.
6. Suggérez aux élèves de consulter des guides d’identification du plancton, qui leur permettront d’identifier les organismes de leurs dessins afin d’appuyer ou de réfuter leurs conclusions.

Astuce: Si votre classe n’est pas en mesure de prélever des échantillons, ayez recours à notre série de photographies de plancton créée pour les enseignants et les élèves. Vous y avez accès en consultant la table des matières du présent numéro sur notre site Web (http://profsverts.com/back-issues-index/green-teacher-92-spring-2011/). Vous pouvez aussi utiliser des photographies de plancton trouvées en ligne ou ailleurs, ou des diapositives en vente chez les marchands de matériel scolaire pour les sciences. Dans tous les cas, faites suivre aux élèves la méthode décrite précédemment.

Activité de prolongement: Que connaissons-nous des bactéries?

Les bactéries sont si petites qu’elles sont souvent invisibles au microscope. Nous pouvons cependant les rendre visibles en les cultivant en colonies. Afin de déterminer combien de bactéries contiennent vos échantillons, consultez des sites Web comme celui indiqué ci-après pour trouver de l’information sur la culture bactérienne (si votre établissement d’enseignement permet celle-ci).

(http://teachoceanscience.net/teaching_resources/education_modules/marine_bacteria/access_classroom_resources/culturing_bacteria)

(Photo p. 30)
Bactéries et archæbactéries / Ciliés, Copépode / Dinoflagellés / Diatomées / Picoplancton 0,0002 – 0,002 mm / Nanoplancton 0,002 – 0,02 mm / Microplancton 0,02 – 0,2 mm / Mésozooplankton 0,2 – 20 mm / Dimensions des classes de plancton marin

Le réseau trophique microbien

Les élèves doivent utiliser les dessins de l’Activité 2 pour construire une chaîne alimentaire microscopique.

Objectif: Les élèves se serviront de la logique et du raisonnement pour déterminer la relation fonctionnelle entre les organismes marins.

Matériel: dessins de l’Activité 2, ruban adhésif et ficelle.

Marche à suivre:

1. Regroupez les élèves en équipes.
2. Demandez aux élèves d’organiser leurs dessins de l’activité précédente en spécifiant la place que chaque organisme occupe dans la chaîne alimentaire (soit qui mange qui!). Pour illustrer la chaîne alimentaire microbienne, les élèves doivent ensuite coller leurs dessins sur le mur ou au tableau et les relier avec une ficelle afin d’indiquer les relations fonctionnelles.
3. Permettez aux élèves de présenter leur réseau trophique ou chaîne alimentaire et d’expliquer leur raisonnement logique. Suscitez une discussion portant sur les concepts de producteurs, de consommateurs et d’interdépendance.
4. Discutez avec les élèves des conséquences éventuelles si des organismes étaient supprimés.
5. Demandez aux élèves s’il manque des organismes, comme les bactéries, parce qu’on ne peut pas les voir au microscope. Invitez-les à dessiner des bactéries et à les ajouter au réseau trophique.
6. Amenez les élèves à s’interroger quant à l’importance des microbes pour les organismes océaniques plus gros; comparez les réseaux trophiques marins aux réseaux trophiques terrestres.

Astuce: Les élèves plus jeunes regrouperont peut-être les organismes par niveau trophique, en les attachant avec un bout de ficelle. Les élèves plus expérimentés, quant à eux, pourraient s’attarder aux multiples relations existant entre les organismes et créer un réseau trophique complexe.

Activité de prolongement: Tout est lié!

Cette activité illustre bien les concepts d’équilibre écologique, d’interdépendance et d’énergie trophique dans les réseaux trophiques marins. Les élèves jouent le rôle d’organismes représentatifs des différents niveaux trophiques dans diverses circonstances. Ils font varier les quantités d’organismes pour équilibrer l’écosystème marin. Pour une description complète de l’activité:

(http://teachoceanscience.net/teaching_resources/ocean_science_curriculum/ocean_primary_production/marine_food_web/it_s_all_connected_trophic_tag/).

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Cassie Gurbisz est chef de projet et Laura Murray est directrice du COSEE (Centers for Ocean Science Education Excellence) Coastal Trends de Cambridge, au Maryland.

Debbie Hinkle est auxiliaire de recherche et Byron Crump est professeur agrégé à l’UMCES (University of Maryland Center for Environmental Science) de Cambridge, au Maryland.

Les activités décrites précédemment ont été développées par une équipe d’enseignants et de scientifiques associés au COSEE Coastal Trends et à l’UMCES. Elles ont été testées par plus de 450 élèves grâce au programme de formation STEM (Science, Technology, Engineering, and Math) du Horn Point Lab Science de l’UMCES.

Maria Romero, infographiste, est étudiante de troisième année en traduction professionnelle à l’Université de Sherbrooke, au Québec. Elle compte se spécialiser dans le domaine de la localisation de sites Web et de logiciels de l’anglais vers le français ou l’espagnol.

Ce qui précède est une traduction de « Invisible World: Exploring Microscopic Life in the Ocean » qui a été publié en  Green Teacher 92, Printemps 2011.