Mode de vie amphibie en milieu équatorial
Objectifs :
Grâce aux exemples de quelques animaux vivants en milieu équatorial, il est possible de présenter la répartition de ce climat au niveau de la Terre, les conditions de vie du climat équatorial. Les adaptations des animaux pour vivre dans ces conditions permettent d’aborder la respiration et la reproduction.
Contexte :
Les forêts équatoriales possèdent des conditions de vie particulières.
De nombreuses espèces animales de la forêt équatoriale ont évolué vers une vie aquatique et terrestre. Dans les forêts de Papouaise Nouvelle-Guinée, ces adaptations concernant la reproduction, l’alimentation ou la respiration permettent à ces espèces de vivre dans de nombreux habitats.
Documents :
Doc 1 : La forêt équatoriale de Papouasie Nouvelle-Guinée
Carte de la répartition du climat équatorial dans le monde
Les conditions du climat équatorial
Graphiques des températures et des précipitations durant l’année à Madang
La répartition de la forêt équatoriale de Papouasie-Nouvelle-Guinée
Carte de l’écologie et la biodiversité de la Papouasie-Nouvelle-Guinée. Source World wildlife Fund
1. Northern New Guinea Montane rain forests
2. Northern New Guinea Iowland raind and freshwater swamp forests
3. New Guinea mangroves
4. Central Range montane rain forests
5. Central Range sub-alpine grasslands
6. Sourthern New Guinea Iowland rain forests
7. Southern New Guinea freshwater swamp forests
8. Trans Frly savanna and grasslands
9. New Guinea mangroves
10. New Guinea mangraves
11. Huan Peninsula montane rain forests
12. Admiralty Islands Iowland rain forests
13. New Britain-New Ireland Iowland rain forests
14. New Britain-New Ireland Iowland rain forests
15. Trobriand Islands rain forests
16. Louisiade Archipelago rain forests
17. Solomon Islands rain forests
La Papouasie Nouvelle-Guinée est couverte de plusieurs types de forêt parmi lesquels la mangrove et la forêt tropicale de basse altitude (jusqu’à 1500 m d’altitude). La forêt tropicale de basse altitude couvre une importante surface de l’île et abrite une biodiversité considérable. Celle-ci est malheureusement en proie à une déforestation grandissante, à la fois pour le commerce du bois dans toute l’Asie et pour l’installation de plantations à grande échelle. Les sous-sols de Papouasie étant riches en métaux et hydrocarbures, les mines et usines d’extractions sont installées dans des zones jusqu’alors préservées. Ces installations libèrent dans l’environnement de nombreux polluants mettant en péril la biodiversité. Enfin, la chasse pour le commerce d’espèces animales ou de bois rares fait pression sur des espèces déjà fragilisées.
Doc 2 : La respiration des Anoures en forêt tropicale
Les têtards de Staurois tuberilinguis :
La peau dépourvue de pigments de cette espèce permet de voir par transparence les organes internes et les zones fortement vascularisées, rose plus foncé que les autres. Ces têtards vivent enfouis dans la litière, au fond des laisses d’eau calme sur le coté des torrents de la forêt tropicale.
Lors de leur vie larvaire, la plupart des grenouilles et crapaud respirent sous l’eau grâce à des branchies. L’eau riche en dioxygène est aspirée par la bouche et passe au travers les branchies fortement vascularisées où les échanges gazeux se font. L’eau appauvrie en dioxygène et enrichie en dioxyde de carbone est évacuée dans le milieu via le spiracle. Chez l’espèce Staurois tuberilinguis, comme chez la majorité des amphibiens anoures, un seul spiracle est présent, sur le côté gauche du têtard.
(Précisions sur la biologie des têtards de Stéphane Grosjean.)
La grenouille dans la canopée :
Chez la plupart des grenouilles, les poumons constituent l’organe respiratoire principal. Chez les amphibiens, la peau est très vascularisée et, par endroits, très fine. Cela leur permet d’absorber aussi du dioxygène à travers la peau. Ces échanges cutanés peuvent participer jusqu’à 100% de la respiration de l’organisme puisque certaines espèces sont complètement dépourvues de poumons.
Schéma du mécanisme de la respiration de la grenouille
Les poumons d’amphibiens sont des sortes de sacs dont la paroi, très fine, permet les échanges gazeux entre l’air et le sang. Les grenouilles ne peuvent pas gonfler leurs poumons car elles ne possèdent pas de cage thoracique close ou de diaphragme : elles doivent donc avaler l’air et le pousser dans les poumons afin de respirer.
Schéma du mécanisme de la respiration de la grenouille
Les flèches noires indiquent les mouvements des tissus. Les flèches rouges représentent le sens de circulation de l’air riche en dioxygène et pauvre en dioxyde de carbone, et les flèches bleu celui de l’air riche en dioxyde de carbone et appauvrit en dioxygène.
a. Respiration bucco-pharyngienne: la grenouille a la trachée fermée par la glotte, et les narines ouvertes. Elle fait entrer l’air frais dans la cavité buccale par l’abaissement du plancher de la cavité.
b. La glotte se relève, l’air peut alors circuler entre le poumon et la cavité buccale. L’air vicié contenu dans les poumons est expulsé vers l’extérieur par des contractions musculaires et passe au-dessus de l’air frais contenu dans la cavité buccale.
c. Les narines se ferment, le plancher buccal se relève et pousse l’air riche en 02 vers les poumons.
d. La glotte se rabaisse, les narines s’ouvrent, et le cycle recommence.
Doc 3 : Quelques adaptations reproductrices des anoures aux différentes conditions de la forêt tropicale
L’eau est nécessaire au maintien des œufs et au développement des larves de la grande majorité des amphibiens anoures (grenouilles et crapauds). La forêt tropicale est un milieu très hétérogène et de nombreuses sources d’eau peuvent être utilisées par les animaux la peuplant. Tous les types de points d’eau sont utilisés par les anoures : les mares, les ruisseaux et rivières, les marais, les lacs, mais aussi les cascades, les flaques d’eau éphémères et les phytotelmes (des petits points d’eau au sein de récipients végétaux : au creux des feuilles ou dans les trous d’arbres par exemple).
Le développement direct chez les Microhylidae :
Dans certaines zones de la forêt tropicale, même si le taux d’humidité est important, les points d’eau sont rares. Certaines espèces d’anoures n’ont pas besoin de point d’eau pour se reproduire ; elles pondent leurs œufs dans le sol humide, et ce sont des petites grenouilles entièrement formées qui sortent des œufs. On appelle cela le développement direct. Dans la forêt tropicale humide de Papouasie Nouvelle-Guinée, de nombreuses espèces de la famille des Microhylidae ont un développement direct.
De l’écume pour maintenir l’humidité :
Un couple d’Engystomops pustulosus. Panama.
Le mâle bat le mucus entourant les œufs produits par la femelle des ses pattes arrières au cours de la ponte afin de former un « nid » d’écume qui englobera les œufs fécondés sur les flaques d’eau, et permettront à ceux-ci de rester humides même si la flaque s’assèche [© Sandra Goutte].
Garder ses œufs avec soi :
Un mâle Albericus sp.
Un mâle Albericus sp. (famille des Microhylidae) gardant ses œufs. Papouasie-Nouvelle Guinée [© David Bickford].
Un mâle Albericus sp.
Un mâle Albericus sp. (famille des Microhylidae) gardant ses œufs. Papouasie-Nouvelle Guinée.
Celui-ci les hydrate afin qu’ils ne se dessèchent pas. Ne pas déposer ses œufs dans l’eau permet d’éviter leur prédation par les poissons et autres prédateurs aquatiques. [© David Bickford].
Un mâle Cophixalus sp.
Un mâle Cophixalus sp. transportant des juvéniles. Papouasie-Nouvelle Guinée [© David Bickford].
Le mâle peut transporter les juvéniles pendant plusieurs jours, pendant lesquels ces derniers ne se nourrissent pas (ils utilisent leurs réserves vitellines). Ils deviennent par la suite indépendants. Ce comportement est encore très mal connu des scientifiques, il pourrait augmenter les chances de survie des jeunes grenouilles dans un environnement particulièrement difficile.
Une ventouse pour vivre dans les torrents :
Têtards et imago
Têtards et imago d’une espèce du genre Meristogenys, Bornéo, Indonésie [© Sandra Goutte].
Têtards et imago
Têtards et imago d’une espèce du genre Meristogenys, Bornéo, Indonésie [© Sandra Goutte].
Têtards et imago
Têtards et imago d’une espèce du genre Meristogenys, Bornéo, Indonésie [© Sandra Goutte].
Les espèces de ce genre peuvent vivre, se reproduire et se développer dans des torrents et des chutes d’eau très escarpées. a. En milieu naturel, le têtard est accroché au rocher grâce à une ventouse sur son ventre, ce qui lui permet de ne pas se faire emporter par le courant. b. Vue ventrale d’un têtard. La ventouse ventrale occupe la majeure partie de la surface de l’abdomen de celui-ci. c. Vue ventrale d’un imago. La métamorphose a eu lieu : les pattes sont complêtement développées, la queue est presque totalement résorbée, et l’individu sort de l’eau. On distingue néanmoins encore la ventouse ventrale qui disparaîtra progressivement.
Un phytotelme comme nurserie :
Un phytotelme comme nurserie
Photographie de têtard (indiqué par la flèche rouge) dans un phytotelme [© Sandra Goutte]
Un phytotelme comme nurserie
Le phytotelme est en fait le pichet d’une plante carnivore du genre Nepenthes. Brunei [© Sandra Goutte].
Autre exemple de phytotelme
Ici les têtards (indiqués par les flèches rouges) se développent au sein du creux d’un arbre. Malaisie [© Sandra Goutte].
En utilisant ce phytotelme comme nurserie pour ses têtards, cette espèce de grenouille s’affranchit de la nécessité de la proximité d’une mare ou d’une rivière.
Doc 4 : La vie totalement amphibie du périophtalme
Le périophtalme (Periophtalmus barbarus) aussi appelé poisson-grenouille, vit dans les mangroves et passe une bonne partie de son temps hors de l’eau. Il possède des branchies, mais respire également par la peau (respiration cutanée) et par des muqueuses très vascularisées situées dans sa bouche et sa gorge (respiration bucco-pharyngée). Celui-ci emmagasine de l’air et de l’eau riche en dioxygène dans sa bouche et en extrait l’oxygène lorsqu’il est hors de l’eau. Ceci lui permet de rester hors de l’eau pendant plusieurs heures.
Compétences pouvant être mise en œuvre :
Cycle 3 de primaire :
Sciences expérimentales et technologiques : Les êtres vivants dans leur environnement
Géographie : lire une carte,
S’orienter sur une carte, localiser des lieux les uns par rapport aux autres, utiliser un plan ou une carte pour repérer un itinéraire, prélever des informations sur une carte.
Collège :
SVT 4°, reproduction et occupation des milieux
Enrichir la classification, amorcée en classe de sixième, avec les nouvelles espèces rencontrées et ainsi renforcer l’idée de biodiversité et préparer l’approche du concept d’évolution.
Observer, recenser et organiser des informations afin de placer un organisme vivant dans la classification.
La reproduction sexuée permet aux espèces de se maintenir dans un milieu.
Les conditions du milieu influent sur la reproduction sexuée et donc sur le devenir d’une espèce.
L’homme peut aussi influer sur la reproduction sexuée et ainsi porter atteinte, préserver ou recréer une biodiversité.
SVT 5°, Respiration et occupation des milieux de vie
Objectifs scientifiques :
Il s’agit :
- d’établir l’unité de la respiration ;
- de mettre en relation la diversité des appareils et des comportements respiratoires avec l’occupation des milieux ;
- de mettre en relation la répartition des organismes vivants avec les conditions de la respiration ;
Objectifs cognitifs : La diversité des appareils et des comportements respiratoires permet aux animaux d’occuper différents milieux. Chez les animaux les échanges gazeux se font entre l’air ou l’eau et l’organisme par l’intermédiaire d’organes respiratoires : poumons, branchies, trachées.
SVT 6°, Caractéristiques de l'environnement proche et répartition des êtres vivants
Bibliographies indicative :
http://research.amnh.org/vz/herpetology/amphibia/
http://www.onezoom.org/amphibians.htm
