Epistémè - Aux origines des oiseaux

Aux origines des oiseaux [Argumentaire 1]

Remarque : dans cette partie, les élèves doivent affronter leurs adversaires en vérifiant la véracité de certaines des affirmations présentes dans l'argumentaire. Pour guider la lecture, nous avons choisi de surligner les phrases erronnées qui doivent être la cible des recherches des élèves (sur le site, ce sera représenté par des phrases mises en italique, en gras et soulignées). Si le recours à des adversaires qui présentent et explicitent les éventuelles représentations des élèves et les principaux obstacles à la compréhension de la théorie de l'évolution nous a semblé judicieux, il est fondamental que les élèves sachent à tout moment que les objections formulées sont fausses malgré leur apparence plus ou moins solide. Le professeur pourra d'ailleurs exagérer leur formulation s'il veut être sûr de lever toute ambiguité quant à leur validité. Il nous a semblé cependant judicieux de trouver le bon équilibre qui permette à l'élève de percevoir le besoin de comprendre explicitement en quoi la formulation qu'on lui propose est erronée. Le document rassemblant les arguments des adversaires est à retrouver dans les fiches (voir infra).

 

Objectifs

Les élèves découvrent l’existence de caractères partagés entre espèces actuelles puis entre espèces actuelles et fossiles et interprètent cette similitude comme la preuve de liens de parenté et d’une évolution depuis un ancêtre commun.

Ce que font les élèves

Comparaison des caractères anatomiques de différentes espèces à partir de supports documentaires ou concrets, formulation d’une hypothèse de scénario évolutif, validation par l’analyse de fossiles.

Ce que fait l’enseignant

L’enseignant propose les supports au fur et à mesure de la progression des élèves dans leur raisonnement.

Liens avec les notions disciplinaires

Relier l’étude des relations de parenté entre les êtres vivants et l’évolution.

Mettre en évidence des faits d’évolution des êtres vivants.

Compétences, attitudes travaillées

Raisonnement, discrimination, esprit critique

Argumentation

Production

Réponse rédigée à l’adversaire

Matériel

Documents proposés (ou leurs équivalents concrets)

Durée

2 séances

 

L’objectif de l’activité est de montrer que les oiseaux, comme tous les êtres vivants, partagent des similitudes morphologiques, anatomiques, etc… avec d’autres êtres vivants. L’argument de similitude est en effet un support précieux en faveur de l’argument de parenté entre les êtres vivants (lire la note ci-dessous). Les élèves commencent donc par chercher à vérifier l’assertion suivante : Les oiseaux sont des animaux qui ne ressemblent à aucun autre. Puis, les élèves s’attaquent à l’objection selon laquelle : Les espèces sont telles qu’elles ont été créées, sans lien entre elles. Il n’y a pas de fossiles qui montrent des évolutions. Pour rappel, le caractère erroné de ces affirmations doit être clairement annoncé par un code explicite (dans ces pages mis en gras, souligné et en italique).

 


NOTE. Guillaume Lecointre° a analysé dans le détail différents obstacles à la compréhension et à l’acceptation de la théorie de l’évolution, et différentes stratégies pour dépasser ces obstacles. Certaines stratégies communément utilisées dans l’enseignement de la théorie de l’évolution se sont démontrées inefficaces. L’argument de similitude pour mettre en évidence une unité d’organisation, par exemple, « ne suffit pas toujours à accréditer la thèse d’une origine commune ». La similitude peut en effet être interprétée comme le résultat d’une convergence fonctionnelle et ne pas être incompatible avec un cadre de lecture fixiste. Comment accompagner la présentation de cet argument pour qu’il aide l’élève à accepter l’idée d’un lien de parenté entre différentes espèces et de leur ascendance commune ? Guillaume Lecointre précise que les élèves perçoivent souvent les espèces comme stables et fixes et propose « d’utiliser l’argument de la fixité comme levier pour poser l’hypothèse de la transformation des espèces ».  Ainsi, dans l’activité proposée ici, le recours à notre « adversaire » représente l’explicitation de l’interprétation de la discontinuité du vivant dans un cadre conceptuel fixiste.


 

Dans son argumentaire, l’adversaire n°1 présente les oiseaux comme une entité définie et stable, sans lien possible avec les autres espèces actuelles ni avec d’autres espèces du passé. Il balaye l’existence de ressemblance et souligne au contraire le caractère essentialiste du groupe oiseau. Dans ce cadre, l’origine des oiseaux ne peut se comprendre que comme le résultat d’une création ou d’une génération spontanée. Si la première se place en dehors du cadre de la science, la seconde est réfutée par la science.

Un cadre conceptuel de transformation des espèces, inclus dans la théorie darwinienne proposée lors de la première séance peut offrir une autre lecture des observations et conduire à une autre interprétation de l’origine des oiseaux.  Les oiseaux sont perçus comme un système ouvert, à la fois en continuité avec les autres êtres vivants actuels mais potentiellement aussi avec des espèces passées. Potentiellement, car dans le cadre de l’activité proposée, on considère qu’aucun fossile allant dans ce sens n’a encore été découvert. Mais on va justement conduire l’élève à préciser que la découverte d’un fossile ayant certaines caractéristiques pourrait argumenter en faveur de ce cadre conceptuel plutôt qu’en faveur d’un cadre fixiste qui nie l’existence d’un lien entre espèces fossiles et actuelles. La continuité entre êtres vivants actuels serait interprétée, dans ce cadre, par une ascendance commune. Tandis que la continuité entre êtres vivants passés et actuels serait interprétée comme une histoire évolutive dans laquelle certaines formes fossiles sont à l’origine des oiseaux actuels.

 

 

Phase 1 : Quels liens de parenté pour les oiseaux ? (30’)

La première partie de l’activité consiste à établir l’existence de similitudes entre les oiseaux et d’autres espèces actuelles. L’exercice classique consiste à établir une matrice de caractères anatomiques et morphologiques à partir de l’étude de documents, qui peut être remplacée, selon les possibilités, par une visite dans un musée ou en utilisant du matériel concret.

Voici un exemple de matrice que l’on pourrait construire avec les élèves. Aucun élément n’est indispensable en soi tant que le tableau est suffisant pour argumenter en faveur du regroupement des poules et des crocodiles.

 

 

Chat

Crocodile

Poule

Présence d’un squelette osseux avec des vertèbres

X

X

X

Présence de 4 membres locomoteurs

X

X

X

Membre en 3 parties

(1, 2 puis ensemble d’os)

X

X

X

Présence d’une quille sous les vertèbres cervicales

 

X

X

Ponte d’œufs protégés par une coquille calcaire

 

X

X

Présence d’un membre avant transformé en aile

 

 

X

Présence de plumes qui recouvrent le corps

 

 

X

Premier orteil orienté vers l’arrière

 

 

X

Présence d’un bec sans dents

 

 

X

Absence de griffes aux pattes avant

 

 

X

Absence d’une queue longue avec vertèbres

 

 

X

 

 

La construction de la matrice de caractères permet de choisir entre les deux arbres phylogénétiques proposés. L'arbre choisi est celui qui illustre de façon correcte la matrice de caractères, en supposant que ces ressemblances sont effectivement héritées d’un ancêtre commun. Notre activité s'accompagne d'un court texte résumant la méthodologie de choix de l'arbre mais un temps plus long doit certainement être consacré par l'enseignant pour expliciter cette méthodologie si c'est la première fois que les élèves étudient ces notions.

Les éléments choisis sont effectivement, au vu de jeux de données plus grands, des homologies. Cependant, sans aller jusqu’à expliciter que les homologies ne sont que des hypothèses, il est important de réaliser que le choix de l’arbre ne constitue pas un quelconque argument en faveur de la théorie d’une origine des oiseaux par transformation. Il a été construit dans le cadre de l’hypothèse de transformation des espèces. Il constitue plutôt une explicitation de l’hypothèse et permet de faire la prédiction suivante : si notre hypothèse est vraie (et si on a la chance de trouver certains fossiles), on peut s’attendre à trouver des formes fossiles qui attesteraient d’un lien de parenté entre oiseaux et reptiles.

 

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NOTE. Pour rappel, les trois animaux choisis ici appartiennent au groupe monophylétique des amniotes tandis que poule et crocodile appartiennent au groupe monophylétique des archosauriens (inclus dans le précédent).

Rappelons aussi que les reptiles forment un groupe paraphylétique. L’usage du mot n’est pour autant pas interdit et il fait en l’occurrence référence de façon indifférente à un crocodile, à un lézard ou à une tortue car il n’est pas indispensable d’avoir recours au crocodile dans l’activité. De plus, le mot est connu par les élèves et il ne semble pas pertinent de s’interdire de l’utiliser tant qu’il ne nuit pas à la compréhension des mécanismes de l’évolution. On pourra également préciser en fin d’activité pourquoi, s’il reste un mot d’usage courant, il ne définit pas un groupe pertinent quand il s’agit de classer les êtres vivants en fonction de leurs liens de parenté.

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La première partie de l’activité se termine donc sur la conclusion que, dans le cadre d’une vision non fixiste, les oiseaux seraient apparentés aux crocodiles plus qu’à aucun autre groupe actuel. Ils partageraient donc avec ces derniers (ou d’autres reptiles selon le choix fait) un ancêtre commun relativement récent duquel ils auraient hérité un ensemble de caractères qu’ils partagent. Ainsi, la découverte de fossiles permettant de retracer cette histoire évolutive serait un argument en faveur de cette interprétation des faits biologiques.

 

 

Phase 2 : Un fossile emblématique : Archæopteryx lithographica (30’)

La deuxième partie de l’activité permet de travailler sur une autre objection de l’adversaire, tout en ayant en tête le raisonnement de la première. La seconde objection attaquée ici est la suivante : les espèces sont telles qu’elles ont été créées, sans lien entre elles. Il n’y a pas de fossiles qui montrent des évolutions.

La découverte d’Archæopteryx et son interprétation à la lumière de la théorie de l’évolution par sélection naturelle a été au cœur d’un passionnant antagonisme entre deux grands noms de la biologie : Richard Owen et Thomas Huxley (voir éclairages scientifiques). Les élèves sont invités à se placer dans ce cadre historique et à tenter d’interpréter le fossile d’Archaeopteryx dans un cadre évolutionniste. Pour cela, il leur est demandé de compléter la matrice de caractères obtenue dans la première partie de l’activité par une nouvelle colonne correspondant au fossile. Celle-ci est complétée, autant que possible, à l’aide des documents. L’étude de ce fossile va montrer qu’il est constitué (comme tous les organismes) d’une mosaïque de caractères, certains étant ancestraux (et le rapprochant donc des autres reptiles ou des dinosaures) et d’autres étant dérivés (et le rapprochant donc des oiseaux). On peut parler d’intermédiaire structural pour désigner ce caractère mosaïque (cf infra). En adoptant le même raisonnement qu’au-dessus, la poule et Archaeopteryx partagent un ancêtre commun encore plus récent que la poule et le crocodile. Autrement dit, ils sont plus proches parents et leurs similitudes supplémentaires s’expliquent par un héritage issu de cet ancêtre commun. Cela appuie la lecture par un cadre non fixiste des faits observés.

 

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NOTE. On veillera à ne pas véhiculer l’image d’un fossile comme chaînon manquant entre deux groupes. S’il est tentant d’interpréter les fossiles comme des ancêtres pour s’aider à visualiser l’histoire évolutive derrière les arbres phylogénétiques, il est important de se rappeler qu’aucun argument ne pourrait permettre de valider l’idée qu’un fossile donné est bien l’ancêtre commun à l’origine d’un groupe. La phylogénie, contrairement à la généalogie, ne cherche pas à identifier des ancêtres mais à déterminer les liens de parenté entre individus. Bien sûr, elle fournit des renseignements partiels sur les caractéristiques de ces ancêtres mais ceux-ci restent des hypothèses et aucun élément concret ne pourrait attribuer à un individu fossile découvert le titre d’ancêtre commun.

 

 

Phase 3 : Les dinosaures entrent dans la danse (30’)

Dans la suite de l’activité, on présente un nouveau fossile : un dinosaure (cette étape est facultative, on peut directement réaliser le tableau). Il s’agit à nouveau de proposer des faits en faveur de la théorie d’une évolution depuis un ancêtre commun avec le crocodile jusqu’aux oiseaux. Les élèves sont invités à reprendre leur étude d’Archaeoptéryx et celle de Microraptor pour compléter le tableau fourni (voir activité élèves).

Les élèves doivent d'abord rappeler les états de chaque caractère chez le crocodile et la poule en l'indiquant par un P (pour présent) ou un A (pour absent) respectivement en jaune et en vert. Dans un second temps, ils colorent, dans les colonnes correspondant aux fossiles, en bleu les caractères uniquement partagés par le fossile et le crocodile, en vert ceux uniquement partagés par le fossile et l’oiseau et en orange ceux partagés par les trois animaux.Ce tableau permet de montrer que les fossiles sont des intermédiaires structuraux (avec d’autres critères, ça serait le cas aussi pour les espèces actuelles). Cette mosaïque de caractères est celle qu’on attend dans le cadre d’une transformation des espèces avec acquisition graduelle de nouveaux caractères.

Voici une version corrigée :

Tous les faits relevés depuis le début de l’activité tendent à montrer que les oiseaux ne sont pas des organismes complètement à part dans le règne animal. Ils semblent au contraire partager un ensemble de caractères qui en fait d’eux des vertébrés. Plus précisément, au sein des vertébrés, on pourrait les regrouper avec des crocodiles, lézards et tortues dans un même groupe. Si on affinait cette classification, on devrait même les intégrer au sein des dinosaures (voire éclairage scientifique). Certains fossiles d’oiseux associant des caractères classiquement attribués uniquement aux oiseaux (comme la plume) avec d’autres caractères classiquement exclus des oiseaux (comme la présence de dents, ou d’une queue) permettent d’attester d’un héritage évolutif récent commun avec les « reptiles ».

 

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NOTES.

Attention ici à ne pas induire l’idée d’une direction de l’évolution vers les oiseaux. D’autres caractères auraient également montré des acquisitions de nouveaux caractères dans la lignée crocodilienne.

Attention également à ne pas laisser croire qu'Archaeopteryx est un intermédiaire entre les crocodiles et les oiseaux ! Il s'agit d'un oiseau, il est donc apparenté aux autres oiseaux. Par contre, étant plus ancien, il a conservé plus d'états de caractère communs avec l'ancêtre des oiseaux et des crocodiles.

Par ailleurs, il est clair que l’ensemble de ces arguments peut ne pas suffire à réfuter l’idée d’un fixisme des espèces. Une vision créationniste pourrait réinterpréter l’ensemble de ces observations. Tout comme une hypothèse d’une « génération spontanée » des espèces. Une discussion en classe pourrait préciser que l’hypothèse de la génération spontanée a été historiquement réfutée par des faits scientifiques. En revanche, invoquer un argument créationniste est clairement en dehors du cadre de la science.

A notre connaissance, aucun fossile d'oeufs d'Archaeopteryx ni de Microraptor ont été découverts mais il semble évident, par rapport à d'autres arguments, que ces espèces pondaient des oeufs. Microraptor ne possédait pas d'hallux retourné (Paul Gregory, Dinosaurs of the air).

 

 

Production et évaluation (30’)

La séance doit s’achever par l’élaboration d’une réponse aux objections formulées par l’adversaire, qui s’appuient sur l’ensemble des observations. Cette réponse doit contenir l’idée que les oiseaux présentent des caractères communs avec d’autres espèces actuelles et fossiles. Ces caractères communs s’interprètent comme le résultat d’un héritage issu d’un ancêtre commun. Finalement, les espèces d’oiseaux actuelles sont le résultat d’une transformation à partir d’espèces anciennes, comme en attestent certains fossiles.

L'évaluation portera sur la capacité de l'élève à remobiliser de façon pertinente un nombre suffisant d'éléments scientifiques en faveur de la théorie selon laquelle les oiseaux sont le résultat d'une histoire évolutive. On peut utiliser le système d'évaluation de la compétence suivant :

  • D: Aucun élément scientifique n'est présent
  • C: Des éléments scientifiques pertinents sont présents mais pas reliés entre eux ou à la problématique et pas en nombre suffisant
  • B: Des éléments scientifiques pertinents sont présents mais en nombre insuffisant ou ils sont partiellement reliés entre eux et à la problématique
  • A : Un nombre suffisant d'éléments scientifiques pertinents sont présents et reliés entre eux pour répondre à la problématique

 

 

Fiches

Remarque : dans cette fiche, les affirmations erronées ont été surlignées en jaune.

 

 

Sources

  • LECOINTRE Guillaume, Guide critique de l'évolution, Belin, 2009
  • HANSON Thor, The evolution of a natural miracle, Basic books, 2011

 

 

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Partenaires du projet

Fondation La main à la pâte