La classification du vivant

Document pour la formation des enseignants

Présentation des objectifs de la séance de formation (10 min)

Cette séance permettra de :

• Réfléchir aux différentes modalités envisageables pour « mettre de l’ordre » dans une série d’objets divers,
• Approcher la notion de classification et la justification de l’emploi de cette méthode dans le contexte de la biodiversité,
• Mettre en oeuvre des actions de classification à partir de modèles puis d’exemples issus du vivant, réfléchir aux concepts sous-jacents, à la pertinence des caractères employés,
• Revenir sur le déroulement de la séance, les questions soulevées, le cheminement conceptuel expérimenté par les apprenants et les prolongements possibles.

I/ Modélisation : quelles méthodes pour « mettre de l’ordre dans le vivant ? » (1h)

1ère phase (5 min)

Distribuer à chaque groupe d’apprenants un exemplaire de l’enveloppe A contenant un jeu de formes géométriques présentant des motifs et des couleurs variés. Leur demander de les étaler sur la table et, par groupes, d’écrire une liste de mots (noms, adjectifs, etc.) permettant de décrire leurs caractéristiques.

Exemple de suggestions : rond, carré, triangle, losange, stries, hachures, rayures, carreaux, bleu, rouge, orange, marron, vert, foncé, clair, uni, joli, etc.

Mise en commun : les termes utilisables pour qualifier ces formes sont nombreux. Parfois, une même caractéristique peut être désignée par plusieurs mots qui peuvent sembler synonyme (exemple : stries, hachures, rayures). Il est possible de souligner, ici, l’importance de s’accorder sur le vocabulaire pour être certains de bien désigner la même chose (rôle de la précision du langage dans la transmission du message, y compris dans un contexte scientifique). La variété des termes énoncés est le reflet de la diversité des objets proposés.

2ème phase (10 min)

Poser la question : « comment mettre de l’ordre dans la diversité d’objets proposés » ? Demander aux participants, par groupe, de réfléchir aux moyens qu’ils envisageraient et de désigner un rapporteur pour en rendre compte collectivement.

Exemple de suggestions : trier ceux qui présentent un motif en les séparant de ceux qui n’en ont pas (unis) ; mettre ensemble ceux qui ont le même motif et faire des sous-boites pour rassembler - à l’intérieur - ceux qui ont la même couleur ; classer en fonction du nombre de sommets ; ranger dans l’ordre des couleurs de l’arc en ciel, etc.

Mise en commun : plusieurs méthodes semblent possibles, comprenant celles qui « rassemblent des objets », celles qui « discriminent des objets, séparent ceux qui présentent une caractéristique de ceux qui ne la possèdent pas », celles qui « agencent les objets dans un ordre continu ». Les mots employés sont une nouvelle fois variés, souvent sans être utilisés de façon précise : trier, ranger, classer.

3ème phase (15 min)

Proposer aux participants (en utilisant le support power point) les définitions du dictionnaire relatives aux termes trier, ranger, classer (Larousse).

• Trier : « Sélectionner des choses, des êtres, les retenir parmi tous les autres, selon un critère » (en opposition à ceux qui n’y répondent pas),
• Ranger : « Disposer des choses dans un ordre déterminé ». (ou « mettre un objet à la place qui est d’ordinaire la sienne »),
• Classer : « Distinguer dans un ensemble des groupes d'éléments ayant des caractéristiques communes et qui forment des classes, des catégories ».

C’est l’occasion de discuter du sens de chacun de ces mots dans le langage courant (par exemple, « ranger sa chambre » ou faire du « tri sélectif »). A partir de ces définitions et de l’étude du cas des formes géométriques, il apparaît que ces trois méthodes ont un point commun : elles dépendent toutes trois du choix d’un critère qui conditionne l’action à effectuer : on tri « en fonction de la présence ou non de motif », on range « dans l’ordre des couleurs de l’arc en ciel », on classe « en rassemblant ceux qui possèdent la même couleur », etc.

Après avoir posé la question « laquelle de ces méthode choisir lorsqu’on doit travailler pour « mettre de l’ordre » dans une diversité issue du vivant (la biodiversité) ? », illustrer avec la diapositive montrant que chacune a été – historiquement – proposées dans cette optique : une « échelle des êtres », qui est un rangement (ici sur des critères de forme, de mode de vie ou de « valeur », Charles Bonnet, 1775) ; un tri (opposant les animaux qui possèdent des vertèbres à ceux qui n’en ont pas : les vertébrés et les invertébrés - Lamarck, 1801, dont l’impact historique et conceptuel est encore perceptible dans notre vocabulaire quotidien) ; une classification (rassemblant des plantes sur le critère de leur mode de reproduction, Linné, 1798). Laquelle est la plus pertinente, lorsqu’on travaille sur le vivant ?

La diapositive suivante illustre le fait que – au cours de l’histoire de l’étude de la biodiversité – la volonté de « mettre de l’ordre » a changé de fondement. Au XIXème siècle, on passe de la volonté de « rendre compte de l’ordre de la nature tel qu’établi par la création divine » à celle de « rendre compte de l’histoire évolutive du vivant ».

Pour bien comprendre pourquoi, dans cette seconde optique, l’action de classification est la plus pertinente, il faut prendre le temps de se pencher sur ce qu’est « l’histoire évolutive du vivant ». Le vivant est un continuum constitué d’individus dont les populations peuvent être amenées, au cours du temps, à ne plus se
reproduire entre elles (pour une raison ou une autre). Chaque lot de d’individus interféconds, entre deux « bifurcations » de populations, constitue une espèce, ces dernières dérivant, de fait, d’une « population ancestrale commune » (parfois nommé, par abus de langage « ancêtre commun »).

L’image de la généalogie peut être utilisée, mais avec de grandes précautions car elle montre la descendance d’individus issus de deux individus parents, là où les espèces se différencient à partir d’une même population ancestrale. Dans un cas, on se situe de plus à l’échelle de l’individu ; dans l’autre, on se place à l’échelle de la population. De plus, et c’est l’intérêt de cette comparaison : la généalogie est fondée sur la possession de registres d’état-civil nous permettant d’identifier chacun des objets de l’arbre, dont on possède un enregistrement de l’identité et de la filiation.

Dans le cas du vivant, cet « état-civil » est perdu : la seule trace perdurant de cette histoire étant constituée par les individus observables aujourd’hui, et quelques fossiles (des « parents disparus » issus de cet arbres, mais dont on ne possède pas la fiche d’état-civil et que l’on ne peut affirmer, par conséquence, comme étant des « aïeux » ou des « cousins »).

Chercher à « rendre compte de l’histoire évolutive du vivant » est une action qui ne peut se fonder que sur l’étude des espèces observables « aujourd’hui » : vivantes ou fossiles, en cherchant en elles des « indices », des « traces » étant le reflet de leur degré d’apparentement, selon la question : « qui est plus proche de qui ? » (soit, de façon imagée : « quelle espèce est la plus proche cousine de celle-ci ? »). Une hypothèse peut être formulée : celle voulant que « deux êtres présenteront plus de points communs s’ils sont plus proches parents », comme deux frères se ressembleront plus entre eux qu’avec leur cousin germain. C’est sur cette hypothèse que, dans la logique de ce raisonnement, on doit se fonder si l’on souhaite construire une classification reflétant l’histoire du vivant. On va s’atteler à comparer des caractères observables sur les espèces pour tenter de déterminer « qui possède le plus de caractères en commun avec qui », et donc constituer des ensembles reflétant « qui est plus proche de qui ». Dès lors, on se place par voie de logique dans une démarche de classification.

Note : cet intermède conceptuel est utile pour faire la lumière dans l’esprit des futurs formateurs quant à la raison du choix de l’acte de « classer », dans le contexte du vivant. Cette question est très fréquemment posée par les enseignants du primaire qui cherchent à comprendre pourquoi cette méthode est employée, et pas un tri ou un. Très souvent, la prérequis : « en science, on s’attachera à classer les êtres vivants » est posée comme dogmatique, néanmoins, il est important que cette action ne soit pas une « boite noire » et que les futurs formateurs en comprennent les fondements conceptuels.

4ème phase (20 min)

Demander à chaque groupe de définir des critères de classification (des caractères observables) applicables aux formes géométriques, puis de mettre en oeuvre cette classification. Pour cela, distribuer à chaque groupe une feuille A3 et un feutre noir. Demander aux participants d’organiser les formes sur cette feuille et de tracer un trait autour des ensembles constitués. La classification obtenue est une « classification emboîtée ».

Mise en commun : un rapporteur est désigné dans chaque groupe et présente les critères choisis pour la classification des formes ainsi que la topologie des ensembles (« boites ») obtenus. Lorsqu’on travaillera à la classification d’être vivants, ces critères prendront le nom de caractères.

• Même si ce modèle - simple - mène généralement les groupes à définir des critères de classification analogues et donc à aboutir à une classification consensuelle, certains groupes pourront être entré dans un niveau de détail plus grand, par exemple en créant deux sous boites « ronds à rayures bleu-clair » et « ronds à rayures bleu-foncé » au sein des « ronds à rayures ».
• C’est l’occasion, si l’opportunité se présente, d’introduire la distinction entre le critère de classification (caractère), l’état pris par ce critère (l’état de caractère) et le nom donné à l’ensemble y répondant. Par exemple :
  • Critère / caractère : nombre de sommets,
  • Etat : 3 sommets,
  • Nom de l’ensemble ainsi formé : les triangles.

Un « piège » classique, en classification, est par exemple de dire « je rassemble ces éléments parce que ce sont des triangles », alors que ce terme cache en réalité de véritables critères / caractères, choisis avec pertinence pour rassembler les objets : trois côtés, trois sommets, etc. Le terme de « triangle » est en réalité le nom porté par l’ensemble défini en se basant sur ce critère / caractère.

C’est ici l’occasion de présenter le système de nomenclature de Linné, dans lequel le premier niveau d’emboitement (un rassemblement d’individus présentant les mêmes états pour tous les critères / caractères utilisés) prend le nom d’espèce, un rassemblement d’espèce étant nommé « genre » et un rassemblement de genres étant nommé « famille ». D’autres niveaux existent dans cet emboîtement, la boite la plus grande étant celle qui rassemble le monde vivant dans son entier.

La nomenclature binominale (ou « nom latin », toujours écrit en italique) des êtres vivants est constituée d’un nom d’espèce (sans majuscule) précédé d’un nom de genre (commençant par une majuscule). A lui seul, ce nom donne déjà une indication quant à la « boite » qui contient l’espèce :
en un clin d’oeil, il est par exemple possible de savoir que les spécialistes des mésanges rassemblent les mésanges charbonnières (Parus major) et les mésanges de Chine (Parus minor) dans une même boite, un même genre : Parus. En opposition, le genre Cyanistes rassemble les mésanges bleues
(Cyanistes caeruleus) et les mésanges azurées (Cyanistes cyanus), l’ensemble des genres Parus et Cyanistes appartenant à une boite plus grande : la famille des Paridae (toutes les boites situées audessus du genre, dont les familles, ne s’écrivent pas en italique) aussi nommée « mésanges ».

5ème phase (10 min)

En fonction du temps disponible, cette partie peut être menée de façon pratique ou simplement commentée à l’écran, sur la base de la présentation power-point.
Dans la version « pratique » : distribuer à chaque groupe une « enveloppe mystère » fermée contenant lot de trois éléments à découvrir : soit un lot de trois « ronds à rayures grises et espacées », soit un lot de « carrés à rayures rouges ». Demander à chaque groupe de les révéler, puis de dire si « ces nouveaux éléments peuvent entrer dans l’une des boites de la classification emboitée qui vient d’être construite ». Les groupes répondent généralement rapidement par la négative.

• Les groupes ayant reçu les « ronds à rayures grises et espacées » remarquent généralement rapidement qu’il est possible de rajouter une boite intermédiaire dans leur classification, afin de rapprocher ces nouveaux objets des « ronds à rayures ». C’est l’occasion de remarquer que l’introduction de ce nouveau niveau de classification bouleverse la nomenclature de Linné : la boite rassemblant tous les « ronds » était jusque-là une famille (rassemblant les genres « ronds à rayures » et « ronds à carreaux »). Dorénavant, le genre « ronds à rayures rapprochées » et le genre « rond à rayures espacées » doivent être englobés dans une famille : les « ronds à rayures », elle-même inclue dans une boite de niveau supérieure avec les « ronds à carreaux », qui deviennent eux aussi une famille (ne possédant qu’un seul genre). Ce niveau supérieur pourrait être appelé « ordre », selon la nomenclature de Linné.

C’est l’occasion de noter que cette nomenclature est un outil de langage, utile pour désigner les boites créées, mais que ce n’est pas le reflet d’une réalité de la nature : c’est un artifice. La classification évolue en fonction des découvertes (découvrir une nouvelle espèce revient à ouvrir une « enveloppe mystère ») et le degré de complexité de la classification emboîtée (le nombre de niveaux d’emboîtement) également. Pour cette raison, de nombreux noms de boites intermédiaires ont dû être inventés depuis la proposition originale du système de nomenclature de Linné : par exemple la superfamille, regroupant plusieurs familles.

• Les groupes ayant reçu les « carrés à rayures rouges », eux, remarquent généralement que deux possibilités s’offrent à eux, entre lesquelles ils ne peuvent trancher : soit rapprocher ces « carrés à rayures rouges » des « carrés unis jaunes » en favorisant le critère du nombre de sommets, soit les rapprocher des « ronds à rayures rouges » en favorisant le critère du motif « rayures ». Avec la quantité d’information dont on dispose, il n’est pas possible de trancher : il faudrait plus de critères / caractères à observer pour pouvoir décider.
  Une analogie pourra être faite avec le vivant, par exemple en donnant l’exemple de l’oiseau, de la chauve-souris et de la souris : « doit-on rapprocher la chauve-souris de l’oiseau parce qu’elle a des ailes, ou la rapprocher de la souris parce qu’elle a des poils ? Ce n’est qu’en observant plus de caractères, en allant plus loin dans la comparaison, que l’on peut trancher ». A cette occasion, il est également utile de discuter du fait que certaines ressemblances peuvent être « trompeuses » : ne pas être le reflet d’une ascendance commune mais être en réalité issues de plusieurs apparitions indépendantes du même caractère (par exemple l’aile de la chauve-souris et l’aile de l’oiseau). On parle alors de « convergences évolutives ».

II/ Activité de classification des animaux (50 min)

1ère phase (15 min)

Distribuer à chaque groupe d’apprenants un exemplaire de l’enveloppe B contenant un jeu de vignettes présentant divers animaux et leurs noms. Demander aux membres de chaque groupe de dresser une liste des caractères qu’ils envisageraient de choisir pour réaliser une classification de ces animaux. A la lumière des réflexions précédentes, il est possible de leur demander de citer, pour chaque caractère, un ou deux exemples des états qu’il peut prendre sur ces vignettes. Attention, il ne s’agit pas ici de se lancer dans la classification mais de réfléchir aux caractères qui seront utilisés, afin de pouvoir en débattre.

Exemple de suggestions : Caractère : nombre de pattes ou de membres ; états possibles : 2, 4, 6, 8, plus de 8 – Caractère : aspect de la peau ; états possibles : nue, couverte de poils, couverte de plumes, couverte d’écailles - etc.

Mise en commun : chaque groupe désigne un rapporteur qui énonce les caractères envisagés, et ces derniers sont brièvement discutés. Très souvent, des caractères relatifs au mode ou au milieu de vie seront proposés (par exemple : « rassembler ceux qui volent », « rassembler ceux qui vivent dans l’eau », etc.). Ce sera l’occasion de faire réfléchir les participants sur la pertinence de ces caractères, de revenir sur la notion de convergence évolutive, et de souligner que de vivre sous les mêmes contraintes (la même pression de sélection) entraine fréquemment l’apparition par sélection de caractères convergents qui ne sont pas le reflet de l’héritage à partir d’un ancêtre commun, mais simplement du partage d’un même milieu de vie. Pour classer les êtres vivants, on choisira donc des caractères relatifs à ce que ces derniers « ont » et pas ce que ces derniers « font ».

Mise en commun : chaque groupe désigne un rapporteur qui énonce les caractères envisagés, et ces derniers sont brièvement discutés. Très souvent, des caractères relatifs au mode ou au milieu de vie seront proposés (par exemple : « rassembler ceux qui volent », « rassembler ceux qui vivent dans l’eau », etc.). Ce sera l’occasion de faire réfléchir les participants sur la pertinence de ces caractères, de revenir sur la notion de convergence évolutive, et de souligner que de vivre sous les mêmes contraintes (la même pression de sélection) entraine fréquemment l’apparition par sélection de caractères convergents qui ne sont pas le reflet de l’héritage à partir d’un ancêtre commun, mais simplement du partage d’un même milieu de vie. Pour classer les êtres vivants, on choisira donc des caractères relatifs à ce que ces derniers « ont » et pas ce que ces derniers « font ».

2ème phase (10 min)

C’est ici le moment d’évoquer un point crucial représentant l’une des principales difficultés dans l’enseignement de la classification par l’investigation : à partir des caractères qu’un adulte ou un enfant peut observer sur des photos, ou même directement sur un organisme, il n’est pas possible d’aboutir à la classification du vivant faisant aujourd’hui consensus. La raison est simple : bon nombre de caractères utilisés pour la construire ne sont pas directement observables, par exemple des caractères présent à l’état embryonnaire, des caractères nécessitant une dissection, des caractères moléculaires, etc.

Il est tout à fait possible et souhaitable d’inciter les formateurs (comme les élèves) à suggérer leurs propres idées de caractères à observer. Néanmoins, leur mise en oeuvre sera vraisemblablement source de frustration car elle ne pourra pas conduire à l’obtention d’une classification congruente avec celle en vigueur. Dans le pire des cas, l’apprenant pourrait même se trouver découragé et avoir l’impression que l’investigation de peut pas le mener à une conclusion pertinente.
Il est important de comprendre, à ce stade, que le choix des (très nombreux) caractères utilisés en classification résulte de siècles de recherches, et qu’il ne sera pas possible de refaire ce parcours en une demi-journée de mise en situation, ni avec les moyens techniques d’une classe. En revanche - et c’est l’une des voies de l’investigation - il est raisonnable et pertinent de faire appel aux conclusions déjà tirées par nos pairs, à chercher dans la littérature quels sont les caractères utilisés aujourd’hui, et à mettre en oeuvre ces derniers.

Il convient, à ce moment, de rassurer le futur formateur quant au message à transmettre : il est normal et honnête, dans une démarche d’investigation, de déclarer : « voilà les caractères que nous proposons, à présent voyons ceux que les scientifiques utilisent aujourd’hui ».

3ème phase (25 min)

Distribuer à chaque groupe une planche « description des caractères », une grille « observation des caractères » (planches D et E), un jeu de « labels » reprenant l’intitulé des caractères observés (planche F), ainsi qu’une nouvelle feuille de papier au format A3.

Demander à chaque groupe de bien lire la planche « description des caractères » pour s’assurer que tout le monde « parlera bien de la même chose », puis de considérer les vignettes d’animaux pour observer les états de caractères pris par chacun d’eux (et les reporter en faisant des croix sur la grille « observation des caractères »).

Ceci fait, chaque groupe s’appuie sur ces relevés pour organiser les vignettes sur la feuille A3 et trace au feutre les ensembles constituant sa classification emboîtée. Pour chaque ensemble, le critère de classification utilisé est précisé en déposant sur le trait la vignette « label » portant l’intitulé du caractère impliqué. Pour chaque « boite » ainsi formée, les participants pourront proposer un nom ; par exemple : « nous proposons de donner le nom « mammifères » à la boite d’animaux portant le label « peau recouverte de poils ».

Mise en commun : les productions des groupes sont placées sur une même table, observées et commentées en commun. Le formateur y ajoutera un exemplaire de la classification emboîtée des animaux, telle qu’elle fait aujourd’hui consensus chez les systématiciens (comme on nomme les spécialistes de la description et de la classification des espèces), pour comparaison et discussion.

III/ Analyse et échanges (30 min)

Au cours de la dernière demi-heure, les participants débattent collectivement pour analyser la cette session de formation et revenir sur leur vécu en vue d’un transfert ultérieur vers des enseignants du primaire.

• Quels ont été les différentes parties de la séance ? Quelles sont leur rôle dans la construction des connaissances et la mise en place des concepts relatifs à la classification ?
• Quels ont été les différents moyens de susciter le questionnement ?
• Quelles obstacles conceptuels peuvent être rencontrés (par exemple, soulever à nouveau les questions des convergences évolutives, du choix des caractères, etc.) et quels sont les moyens utilisés par le formateur pour aider le groupe à les dépasser ?