Biologie du primaire et du collège · Grades 1–9
46Qu’est-ce que la respiration ?
Enferme un cloporte dans un bocal fermé et, quelques heures plus tard, l’air du bocal a changé : une partie de son dioxygène a disparu, remplacée par du dioxyde de carbone. Recommence avec une graine en germination, un champignon, un poisson rouge, une cuillerée de terre vivante — même résultat, à chaque fois. Proposition 26.5 montrait l’échange dans ta propre poitrine ; cette année ouvre l’idée à toute sa largeur : cet échange n’est pas une habitude humaine mais une propriété du vivant lui-même.
46.1 La respiration, définie et mesurée
Définition 46.1 (Respiration)
La respiration est l’échange gazeux par lequel un être vivant prend du dioxygène dans son milieu et rejette du dioxyde de carbone. Il ne faut pas la confondre avec la ventilation — les mouvements visibles de la poitrine de Définition 26.1 : la ventilation est une façon de servir la respiration ; la respiration elle-même est l’échange de gaz, et elle a lieu dans chaque cellule vivante, avec ou sans mouvements.
Proposition 46.2 (Comment on met l’échange en évidence)
Deux tests de paillasse classiques révèlent la respiration :
- une sonde à dioxygène dans un récipient fermé montre le niveau de dioxygène qui baisse pendant qu’un être vivant y séjourne ;
- l’eau de chaux, un liquide clair qui se trouble en présence de dioxyde de carbone, blanchit quand on y fait passer l’air du récipient.
Du dioxygène qui baisse et de l’eau de chaux qui se trouble, avec un récipient témoin sans vie qui ne change pas (Méthode 22.1 — l’expérience honnête nous suit partout) : voilà la respiration, mesurée.
Démonstration. Admis à ce niveau. ∎
Exemple 46.3 (La galerie des respirants)
Applique les deux tests à une ménagerie : une souris — baisse rapide, trouble immédiat ; un cloporte — pareil, en plus petit ; un pois en germination — sans équivoque (un bocal de pois qui germent peut épuiser son dioxygène en un jour) ; un champignon — oui ; des limnées — oui ; une cuillerée de terre vivante — oui, ses milliards de décomposeurs respirant ensemble (Exemple 42.2). Seul le bocal témoin — des cailloux, du sable sec — ne change rien.
Remarque 46.4 (Les plantes aussi respirent)
Remarque 40.5 le disait au passage ; le bocal le prouve : une plante en pot dans le noir fait baisser le dioxygène de son bocal et trouble l’eau de chaux comme n’importe quel animal. À la lumière du jour, la fabrication des producteurs masque l’effet — elle absorbe bien plus de dioxyde de carbone que la respiration n’en rejette — mais la respiration ne s’arrête jamais. Être vert ne dispense pas une cellule de respirer au sens large ; rien de vivant n’en est dispensé.
46.2 Pourquoi les êtres vivants respirent
Proposition 46.5 (La respiration alimente les cellules)
Le but de cet échange est l’énergie. Dans chaque cellule vivante, les nutriments (Définition 25.3) sont lentement brûlés avec le dioxygène que la respiration apporte : leur énergie est libérée pour le travail de la cellule — se contracter, bâtir, commander — et le dioxyde de carbone est le reste consumé, évacué. La « part brûlée » de Proposition 41.6 était exactement cela, vue du registre ; la voici vue de la cellule.
Démonstration. Admis à ce niveau. ∎
Exemple 46.6 (La comparaison avec le feu, faite honnêtement)
La flamme d’une bougie consomme elle aussi du dioxygène et rejette du dioxyde de carbone — brûler et respirer relèvent vraiment de la même chimie. Les différences comptent tout autant : la combustion de la cellule est lente, sans flamme, étalée sur des milliers de petites étapes, et son énergie est captée pour le travail au lieu d’être perdue en lumière et en brûlure. La respiration est une combustion domestiquée — du feu en laisse, dans chacune de tes cellules.
Exemple 46.7 (Lire la demande)
Comme la combustion alimente le travail, la demande suit l’effort : l’enfant qui sprinte de Exemple 26.6 respire bien plus vite que le lecteur dans son fauteuil ; le pois en germination — qui bâtit une plante à plein régime (Définition 9.4) — respire bien plus vite que la graine sèche et en attente à côté de lui, dont la respiration tourne au ralenti pendant des années. La respiration est le bruit de moteur de la vie : fort à l’effort et pendant la croissance, un murmure en dormance, silencieux seulement dans la mort.
46.3 La respiration dans tous les milieux
Proposition 46.8 (Un seul besoin, des milieux variés)
Tout être vivant doit prendre son dioxygène dans son milieu — et les milieux diffèrent. L’air est riche en dioxygène ; l’eau en contient bien moins, dissous (Exercice 26.11 en avait rencontré la conséquence) ; le sol et la vase en contiennent moins encore. La façon dont un être vivant résout son problème de dioxygène façonne donc où et comment il vit — le sujet des deux chapitres suivants, pour l’équipement des animaux (Chapitre 47) et pour l’économie de l’eau (Chapitre 48).
Démonstration. Admis à ce niveau. ∎
Méthode 46.9 (Tester une question de respiration)
Pour tester une affirmation sur la respiration (« les graines respirent plus vite au chaud », « la vase de la mare respire ») :
- enferme le sujet dans un récipient, avec une sonde à dioxygène ou un piège à eau de chaux ;
- construis le témoin jumeau — même récipient, sujet absent ou sans vie ;
- fais varier une seule condition à la fois, si l’affirmation en nomme une (chaleur, humidité, noir) ;
- lis le verdict dans la différence : dioxygène qui a baissé, eau de chaux troublée — face à l’immobilité du témoin.
Exemple 46.10 (La méthode sur une graine au froid)
Affirmation : les pois en germination respirent plus lentement au froid. Deux bocaux de pois qui germent, l’un à la température de la pièce, l’autre au réfrigérateur ; un piège à eau de chaux sur chacun ; un troisième bocal sans vie comme témoin. Le lendemain : l’eau de chaux du bocal chaud est laiteuse, celle du bocal froid à peine voilée, celle du témoin limpide. Verdict : la respiration suit le rythme de travail des pois — la règle des conditions de Proposition 42.8, mesurée en gaz.
46.4 Exercices
Exercice 46.1 ★
Définis la respiration, et distingue-la de la ventilation.
Solution
Solution de Exercice 46.1.
La respiration est l’échange gazeux par lequel un être vivant prend du dioxygène dans son milieu et rejette du dioxyde de carbone. La ventilation n’est que le pompage visible de la poitrine — une façon de servir cet échange ; l’échange lui-même a lieu dans chaque cellule vivante.
Exercice 46.2 ★
Nomme les deux tests de paillasse qui révèlent la respiration, et ce que montre chacun.
Solution
Solution de Exercice 46.2.
Une sonde à dioxygène dans un récipient fermé — elle montre le niveau de dioxygène qui baisse ; et l’eau de chaux — un liquide clair qui devient laiteux quand du dioxyde de carbone y passe.
Exercice 46.3 ★
Pourquoi toute expérience sur la respiration a-t-elle besoin d’un récipient témoin sans vie ?
Solution
Solution de Exercice 46.3.
Pour prouver que le changement vient du sujet vivant et non du récipient, de la chaleur du jour ou de l’eau de chaux elle-même : le jumeau de l’expérience honnête, la vie étant la seule différence.
Exercice 46.4 ★
Quel est le but de la respiration, d’après Proposition 46.5 ? Qu’est-ce que le dioxyde de carbone, dans ce récit ?
Solution
Solution de Exercice 46.4.
L’énergie : dans chaque cellule, les nutriments sont lentement brûlés avec le dioxygène, ce qui libère leur énergie pour le travail de la cellule. Le dioxyde de carbone est le reste consumé, évacué.
Exercice 46.5 ★
Énumère cinq êtres vivants très différents montrés en train de respirer dans Exemple 46.3.
Solution
Solution de Exercice 46.5.
Une souris, un cloporte, des pois en germination, un champignon, des limnées — et une cuillerée de terre vivante.
Exercice 46.6 ★
Comment peut-on montrer qu’une plante respire, étant donné que la lumière du jour masque l’effet ?
Solution
Solution de Exercice 46.6.
Il faut la tester dans le noir : la fabrication mue par la lumière étant arrêtée, le dioxygène du bocal baisse et l’eau de chaux se trouble — la respiration démasquée.
Exercice 46.7 ★★
Donne deux ressemblances honnêtes et deux différences honnêtes entre la combustion d’une bougie et la respiration d’une cellule.
Solution
Solution de Exercice 46.7.
Ressemblances : toutes deux consomment du dioxygène et rejettent du dioxyde de carbone ; toutes deux libèrent l’énergie du combustible. Différences : la combustion de la cellule est lente et sans flamme, en des milliers de petites étapes ; et son énergie est captée pour le travail au lieu d’être perdue d’un coup en lumière et en chaleur.
Exercice 46.8 ★★
Classe par vitesse de respiration, avec justification : un pois sec, un pois en germination, un enfant qui sprinte, un enfant qui lit.
Solution
Solution de Exercice 46.8.
Enfant qui sprinte (travail musculaire intense) enfant qui lit (l’abonnement tranquille du corps) pois en germination (qui bâtit vite, mais qui est petit) pois sec (dormant — la respiration presque au point mort). Le rythme suit le travail.
Exercice 46.9 ★★
Un bocal scellé de pois qui germent passe la nuit ; une bougie qu’on y descend le lendemain matin s’éteint aussitôt. Explique avec ce chapitre — et dis ce que le piège à eau de chaux aurait montré pendant ce temps.
Solution
Solution de Exercice 46.9.
Toute la nuit, la respiration des pois qui germent a consommé le dioxygène du bocal et rejeté du dioxyde de carbone ; au matin, il reste trop peu de dioxygène pour entretenir une flamme. L’eau de chaux se serait troublée régulièrement pendant la nuit.
Exercice 46.10 ★★
Conçois, selon Méthode 46.9, l’expérience pour : « la terre vivante respire ; la terre cuite et sans vie ne respire pas ».
Solution
Solution de Exercice 46.10.
Deux récipients avec sondes et pièges à eau de chaux : l’un avec de la terre vivante fraîche, l’autre avec la même terre cuite et rendue sans vie — la seule différence. Si le dioxygène du bocal vivant baisse et que son eau de chaux se trouble pendant que le jumeau cuit ne change pas, c’est la vie de la terre qui l’a fait.
Exercice 46.11 ★★
Pourquoi le responsable d’un silo à grains craint-il que des tas de grain humide se réchauffent tout seuls ? Relie Exemple 46.7 et la chaleur du tas de compost (Exemple 42.7).
Solution
Solution de Exercice 46.11.
Le grain humide se réveille : la germination commence, et la respiration passe du murmure au rythme du pois qui germe — des milliards de grains brûlant leurs réserves en même temps, ce qui chauffe le tas comme les équipes au travail du compost. La chaleur accélère encore le travail : un tas humide peut se chauffer lui-même jusqu’à s’avarier. Le grain sec dort au froid ; le grain humide est un four lent.
Exercice 46.12 ★★★
« La ventilation est un comportement ; la respiration est une chimie ; la première sert la seconde. » Défends chaque proposition avec une observation de ce chapitre ou de Chapitre 26.
Solution
Solution de Exercice 46.12.
Comportement : la ventilation s’observe — les mouvements de la poitrine, quinze fois par minute (Exemple 26.2). Chimie : la respiration a lieu chez des êtres qui n’ont pas de poitrine du tout — pois, champignons, terre — et n’est détectée que par des tests de gaz. Service : la ventilation existe pour renouveler l’air des poumons afin que l’échange gazeux puisse continuer — elle s’emballe exactement quand la combustion des cellules s’emballe (Exemple 26.6).
46.5 Problème : les bocaux scellés
Problème 46.1
Problème du week-end — six bocaux, deux mystères, un échange gazeux
Pour la fête de la science, la classe prépare six bocaux scellés, chacun avec une sonde à dioxygène et un piège à eau de chaux : A — des cailloux ; B — des pois secs ; C — des pois en germination ; D — une souris (avec nourriture, eau, et pour quelques heures seulement, sous la surveillance de l’enseignante) ; E — une plante verte à la lumière ; F — une plante de la même espèce dans une boîte noire.
Partie I — Les prédictions.
- Prédis les mesures de A, et énonce le rôle de A dans l’expérience.
- Prédis B et C, et explique la différence alors que les deux bocaux contiennent « les mêmes » pois.
- Prédis D, et dis pourquoi l’enseignante limite la durée.
- E et F contiennent des plantes identiques. Prédis l’évolution du dioxygène dans chaque bocal, et explique la différence à l’aide de Remarque 46.4.
Partie II — Résultats et lectures.
- Les données du matin confirment les prédictions — sauf qu’un camarade s’étonne que la plante de F « respire comme un animal ». Expose ce que F montre réellement, et ce que E cache.
- Le dioxygène de C a baissé trois fois plus vite que celui de B, par gramme de pois. Traduis ce facteur trois dans les termes de Exemple 46.7.
- C’est l’eau de chaux de D qui s’est troublée le plus vite. Donne la chaîne — du corps chaud et remuant de la souris au liquide laiteux — en quatre étapes.
- Nomme la conclusion unique que soutiennent B, C, D et F, en une phrase commençant par « Tout être vivant… ».
Partie III — Aller plus loin.
- On propose un septième bocal : des lamelles de champignon. Prédis ses mesures, et dis quel point de Exemple 46.3, à l’échelle des grands groupes du vivant, il ajouterait.
- Les visiteurs de la fête demandent en quoi le bocal C intéresse les agriculteurs. Réponds avec le silo de Exercice 46.11.
- Un huitième bocal : de l’eau de mare avec sa vase. Le dioxygène baisse pendant la nuit. Qui, dans le bocal, respire, et pourquoi ce résultat compte-t-il pour la question de Chapitre 48 ?
- Termine l’affiche de la fête par la distinction du chapitre : quels bocaux ont montré la ventilation, et lesquels la respiration ? (Attention — un seul des deux mots les couvre tous.)
Solution
Solution de Problème 46.1.
1. Aucun changement : dioxygène stable, eau de chaux limpide. A est le témoin sans vie — l’immobilité à laquelle on compare tous les autres bocaux.
2. B : un changement à peine mesurable — les pois secs sont dormants, la respiration au ralenti. C : une baisse nette du dioxygène et un trouble — la germination est une construction à plein régime, et le travail se paie en respiration.
3. D : la baisse et le trouble les plus rapides de tous — un mammifère chaud et remuant brûle fort. La durée est limitée parce que la souris consomme le dioxygène de son bocal ; l’expérience doit s’arrêter bien avant que l’air ne vienne à manquer.
4. E : dioxygène stable ou en hausse — la fabrication de la plante éclairée absorbe du dioxyde de carbone et rejette plus de dioxygène que sa respiration n’en consomme. F : dioxygène en baisse, eau de chaux qui se trouble — dans le noir, la fabrication s’arrête et la respiration, jamais arrêtée, se montre à découvert.
5. F montre que la plante respire toujours — dioxygène absorbé, dioxyde de carbone rejeté, comme la souris. E cache cette même respiration sous le plus gros échange du jour : les entrées et les sorties de la fabrication l’engloutissent. Ensemble, les jumeaux séparent les deux échanges.
6. Le pois en germination travaille trois fois plus fort par gramme — il bâtit racines et tige à plein régime — et la respiration est le bruit de moteur de ce travail.
7. Les muscles et le corps chaud de la souris brûlent des nutriments avec du dioxygène ; cette combustion rejette du dioxyde de carbone dans l’air du bocal ; l’air prélevé traverse l’eau de chaux ; le dioxyde de carbone la rend laiteuse.
8. « Tout être vivant respire — animal, plante, graine éveillée ou à peine endormie — en prenant du dioxygène et en rejetant du dioxyde de carbone. »
9. Dioxygène en baisse, eau de chaux qui se trouble — le champignon respire. Cela ajoute que la règle vaut aussi pour les champignons : ni plante ni animal, et aucune exception.
10. Parce qu’un silo est le bocal C à l’échelle d’un entrepôt : du grain gardé humide se met à germer et à respirer fort, ce qui chauffe et avarie le stock — les règles de sécheresse du responsable sont un contrôle de la respiration.
11. Tout ce qu’il contient : les limnées et les petits animaux, les décomposeurs de la vase, les plantes et les cellules vertes uniques pendant leurs heures sombres. Cela compte parce que tous les habitants de la mare puisent dans un seul petit stock de dioxygène dissous — l’économie qu’ouvrent les chapitres suivants.
12. Seul D — la souris — a montré la ventilation : des mouvements visibles de la poitrine au service de son échange gazeux. Tous les bocaux contenant de la vie ont montré la respiration : B faiblement, C, D et F nettement, E masquée par la fabrication diurne mais respirant tout de même.