Importance de la lumière chez les êtres vivants

Voilà, j'ai préparé ça comme pour un sujet d'écrit scientifique à l'agrégation interne. J'aimerais avoir vos avis.
Importance de la lumière pour les êtres vivants
Sujet scientifique écrit

Introduction :

Vision historique : la lumière associée à la vie, les ténèbres à la mort.
Définition de la lumière : phénomène à la fois corpusculaire par les photons et ondulatoire avec différentes longueurs d’onde. L’essentiel de la lumière terrestre vient du soleil, astre à 150 millions de Km de distance. La nature de la lumière reçue semble importante pour les êtres vivants puisque la Terre semble être la seule planète du système solaire qui porte des êtres vivants.
Problème : quelle est la nature et l’importance de l’influence de la lumière sur les êtres vivants ?
Les principales longueurs d’ondes qui arrivent à hauteur d’êtres vivants sont les ultraviolets, les infrarouges et la lumière chromatique. Nous allons voir que la lumière a une importance dans beaucoup d’aspects de la vie, à la fois comme source d’information et comme source d’énergie.

I. La lumière, une source d’informations :

1. Voir :
Les métazoaires possèdent un système nerveux avec des capteurs sensoriels, afin de percevoir l’environnement dans lequel ils se déplacent (parce que sinon ils vont des cogner).

a. Les yeux, capteurs de l’information lumineuse :

Ici, schéma œil humain en coupe.
Détail des fonctions des éléments de l’œil en fonction des propriétés lumineuses :
• Humeur vitrée, aqueuse, cristallin : laisser passer la lumière : milieux transparents
• Iris : éviter la diffraction
• Pupille : régler l’intensité lumineuse
• Choroïde : chambre noire
• Sclérotique : protection
• Rétine : tissu nerveux constitué de photorécepteurs : bâtonnets pour la vision en faible éclairement, périphérique, mouvements ; cônes pour la vision des couleurs, l’acuité visuelle.

Ici, schéma du fonctionnement de la rétine :
1. Arrivée du photon
2. Bris de la rhodopsine : conversion de l’énergie lumineuse en énergie chimique
3. Création d’un potentiel d’action et reconstitution de la rhodopsine : transformation de l’énergie chimique en énergie électrique.

Au niveau de l’organe, toute une organisation de différents tissus dans le but de capter l’information de façon optimale. Au niveau moléculaire, utilisation de protéines variée.

b. Un œil, des yeux :
Suivant les animaux, différents yeux :
• Animal nocturne : plus de bâtonnets ; animal diurne : plus de cônes
• Vision en quadrichromie pour les reptiles et les oiseaux, en bi ou trichromie pour les mammifères : signe de l’évolution et de la longue période où les mammifères étaient nocturnes.
• 2 fovéas chez les rapaces pour plus d’acuité : par exemple, le rapace a une acuité visuelle qui porte à 3 Km de distance.
• Vision infrarouge chez les serpents
• Œil très différents chez les arthropodes (œil à facettes) ou les mollusques.
• Abeille aux yeux qui perçoivent les UV : pour elle, le bouton d’or est bicolore et trsè voyant : coévolution où le bouton d’or a les pigments adaptés à la vision de son pollinisateur, l’abeille a sa vision adaptée à la recherche optimale de nourriture.

Il s’agit de voir sa source de nourriture, les obstacles, les différents objets de son environnement, ses partenaires.

2. Etre vu (ou pas !) :
L’apparence physique est un moyen de communiquer avec ses congénères et avec d’autres espèces.

a. Etre vu quand on est un végétal angiosperme :
Les pigments des fleurs adaptés à leur pollinisateur (voir exemple des abeilles et du bouton d’or).
Adaptation des fleurs en fonction de l’environnement : en montagne, pigments pour couleurs très vives (et faible période de floraison).

b. Etre vu quand on est une proie :
• Repérer la lumière pour savoir qu’on est éclairé : instinct du cloporte qui va se réfugier à l’ombre.
Ici schéma expérience boite de cloporte (exercice 6ème)
• Couleurs ternes pour ne pas attirer l’œil de prédateur (notamment chez les femelles)
• Mimétisme : phalène du bouleau de la couleur de son arbre de prédilection ; caméléon qui prend la couleur de son support ; papillons qui ont la forme d’yeux pour effrayer
• Etre vu pour ne pas être mangé : les dendrobates aux couleurs flashy, indication de leur toxicité pour les prédateurs.

c. Etre vu quand on est sexué :
• Couleurs des phanères, formes d’appendices (longueur de la queue de l’hirondelle) chez les mâles
• Parades nuptiales, gestes, postures, mimiques.

d. Etre vu comme un phare :
Certains être vivants sont eux- mêmes producteurs de lumière, laquelle a différents usages :
• Luciole : reproduction
• Méduse : signe de toxicité
• Poisson d’abysse : leurre pour les proies
Cas de symbiose (poissons, calmars) avec des bactéries pour produire la lumière.

3. L’intensité lumineuse comme source d’information :

a. Action sur la croissance :
Phototropisme chez les végétaux : action de la lumière sur la production d’hormones végétales donc sur l’expression de l’ADN.

Schéma de la production d’auxine dans les coléoptiles éclairés de façon anisotrope : expérience de Darwin.

b. Action sur les rythmes de vie :
• Cycle nycthéméral : les poules, les marguerites.
• Cycles saisonniers :
- Hibernation, migration, changement de phanères induit par la variation de la durée du jour chez les animaux (mesures sur les martinets noirs)
- Plantes annuelles, dormance des graines.
- Plantes vivaces, perte parties sensibles, apoptose; cas des platanes toujours éclairés en ville et qui n’aoutent pas : preuve de l’importance de la photopériode.

c. Action sur la reproduction :
Horloge biologique, saison des amours : intervention du « troisième œil » ou glande pituitaire o épiphyse : production de mélatonine ; expérience sur le poids des hamsters en fonction de la durée du jour = de la quantité de mélatonine produite. Cas de dépressions dans les pays nordiques.

Pour tous les aspects de la vie, la quantité et la nature de la lumière vont apporter des informations qui vont permettre aux êtres vivants de répondre de façon spécifique, en fonction de leurs besoins, grâce à une palette d’organes et de comportements différents.

II. La lumière, source d’énergie :

1. Le photo-autotrophisme pour le carbone chez les végétaux chlorophylliens :

a. Le chloroplaste :
Schéma du chloroplaste.
Structure ; présence de pigments, dont la chlorophylle a, c.
Présence d’un ADN : ancienne symbiose cyanobactérie dans cellule eucaryote.

b. La chlorophylle et la biochimie de la photosynthèse :
• Cytochromes, transfert d’électrons
• Réduction du carbone du CO2 en RH2.

c. Le port des embryophytes :
Les différents étages de végétation en fonction de l’énergie lumineuse que l’on peut, que l’on doit recevoir pour la photosynthèse : canopée, sous-bois, clairière : répartition des végétaux.
Schéma des étages de végétation d’une forêt.

2. Le rayonnement infrarouge :

a. Le rayonnement infrarouge et la température terrestre :

Définition de l’effet de serre.
Schéma de l’effet de serre.
Gaz atmosphériques à effet de serre.
Comparaison températures moyennes, maximales et minimales Terre- Lune (même distance rapport au soleil) : l’effet de serre dû à la lumière infrarouge est à l’origine de la présence d’eau liquide et d’un constraste de températures moins important : conditions strictement nécessaires à la vie.

b. Répartition des animaux :
Le lézard au soleil pour un meilleur fonctionnement enzymatique ; organes spécifiques des animaux du désert : adaptations physiologiques aux infrarouges reçus.

3. Le rayonnement ultraviolet :

a. Croissance osseuse :
Production de la vitamine D au soleil.

b. Les UV et leurs effets ambivalents :
• Avant couche d’ozone, vie exclusivement marine car trop d’UV sur terre : influence des UV sur la répartition des êtres vivants.
• Induction production de mélanine par les mélanocytes, puis transfert dans les kératinocytes de l’épiderme.
• Excès d’UV : cancers : les rayons UV ont un effet mutagène : la lumière est un paramètre de l’environnement qui provoque des mutations.
La lumière est donc un des moteurs de l’évolution des êtres vivants.

Conclusion :

• Bilan du I, du II.
• Réponse à la problématique : les êtres vivants construits autour de la lumière ; à tout moment de la vie, pour tout être vivant.
• Ouverture possible sur les alternatives à la lumière : les êtres vivants des fumeurs noirs.
• Autre ouverture anthropique : l’utilisation de la lumière par l’Homme, directement en tant que source d’énergie ou pour mieux exploiter les êtres vivants.

cela me semble assez complet! quelques points complémentaires à la volée
plus insister sur les exp qui ont permi de montrer l'importance de la lumière..
pour la repro tu peux rajouter la photopériode des plantes jours courts jour long,
exp de privation de lumière, presque tous nos rythmes sont calés sur la photopériode (tu parles surtout du circadien, mais tu as des cycles plus courts cicumhoraires ex testosterone : double cycle)
dans la communication changement de couleur ex rouge pour agressivité, certaines seiches communique aussi par variation de chromatisme,
autre ouverture cavernicoles (importance indirecte de la lumière...) autres sens...

ton plan en deux parties ne me gène pas. Prendre la lumière sur un spectre large est indispensable et parler des effets néfastes, bonne idée.

pour moi tu couvres le sujet. Il manque peut être l'idée de répartition des EV en fonction de la lumière :
- répartition à l'échelle de la planète (ex : les grands biomes terrestres, les migrations saisonnières)
- à l'échelle d'un écosystème (étagement d'"algues", étagement forestier)
- à l'échelle de l'EV : tu en parles dans le I3b + les adaptations au noir (axolotl, fumeur noir (tu en parles en conclu))

Après je ne sais pas combien de temps tu as pour rédiger ton devoir en agreg interne ni les exigences du jury. Ce que j'ai compris pour le capes interne c'est que les sujets d'écrits couvrent souvent plusieurs parties des programmes de la 6ème à la term et que s'appuyer sur des exemples des programmes est bien vu.
Tu le fais ici : l'oeil : 1ere L, les hormones végétales : 1ereS ....

Je ne sais pas si dans le I, j'aurai commencé par l'oeil humain directement, c'est quand même compliqué, l'oeil humain, alors qu'il existe des structures toutes simples pour voir la lumière...

Assez d'accord avec Céline en ce qui concerne la répartition des EV... Ah si tu le mets en II, mais trop succint à mon sens.

Ah si, ce qui me gêne, ce sont les titres dans ton II, alors qu'avant, tu centrais tout sur les EV, c'était bien, là, tu centres sur la lumière (les IR, les UV...)

Sinon, une autre solution est de montrer qu'il y a deux paramètres dans la lumière qui interviennent : la quantité et la qualité. C'est un peu ce que tu reprends, mais je pense que ça pourrait être plus mis en avant.

Bon courage

J'ai mis 1h30 à faire ça, c'est le sujet qu'on nous a donné à préparer à l'IUFM. c'est vrai pour les histoire de répartition à différentes échelles.

Pour le capes interne: à l'épreuve scientifique, il n'y a pas de limite de niveau, faut aller aussi loin que possible dans les connaissances.

Et pour l'oeil humain: ben, dur ou pas, c'est le seul que je me sens de dessiner de mémoire!

Bon OK pour ce plan; avec juste l'angoisse de le développer pour en faire 20 pages: une fois que la structure du plan est faite, il reste encore à mobiliser assez de matière pour le remplir...

Bonjour,

moi je pense que je partirais des carctéristiques de la lumière (spectre, lumière blanche, UV, longueur d'onde, comme source d'energie(et /ou de chaleur,ect...) dans une premiere partie.
Dans une seconde partie, je verrais les organes recepteurs en partant plus simple au plus complexe et en faisant en parallèle avec l'utilisation des ses organes et l'importance de ceux ceci dans la vie de l'animal
Enfin dans une troisième partie, je parlerais de l'importance de la lumière dans leur cycle de vie (nutrtion, reproduction,etc..)

pour la conclusion j'aime ce que tu as proposé.

voila pour mon premier retour sur la toile du CAPES!!
marie