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Projet Biome - Biologie

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Introduction

Vous recevrez un biome à rechercher en classe. Les images sont encouragées pour rendre votre présentation intéressante pour votre public, c'est-à-dire vos camarades de classe.

Biomes

  • taïga (forêt de conifères)
  • forêt de feuillus tempérée
  • pluie de forêt tropicale
  • toundra
  • désert
  • prairies tempérées ou savanes des prairies (également répertoriées comme prairies sur certains sites)
  • eau douce (lacs, rivières ou ruisseaux)
  • océan

Projets / Présentations

Utilisez l'un des formats suivants, consultez votre instructeur pour obtenir des instructions ou des informations supplémentaires : Si vous avez une autre idée pour votre projet, consultez votre instructeur.

1. Un dépliant que vous pouvez distribuer à la classe (demandez à votre enseignant d'en faire des copies) ou utilisez un programme d'éditeur pour faire les brochures. Canva.com a des créateurs de brochures à trois volets.

2. Une page Web (affiche). http://poster.4teachers.org/ est un service en ligne qui permet de créer facilement des affiches Web et de les publier en ligne. Les enseignants devront s'inscrire à ce service ou utiliser un service comparable.

3. Faites une vraie affiche sur un panneau d'affichage. Créez un tableau de projet autonome contenant des images et des informations sur votre biome.

4. Créez une affiche numérique ou une infographie en utilisant Pictochart

5. Faire une présentation à l'aide de Google Slides ou Prezi et présenter à la classe sur un projecteur numérique.

6. Créez un site Web sur weebly.com ou faire un Page Tumblr.

Conditions

1. Le nom de votre biome (page de titre) qui comprend une brève introduction à votre projet.
2. Le caractéristiques du biome (climat, température moyenne, quantités moyennes de précipitations, y a-t-il des saisons) et lieux dans le monde (continents, pays)
3. 4-6 les plantes qui se trouvent dans votre biome. Décrivez une adaptation qu'ils ont pour survivre dans le biome. (Ex) grosses racines horizontales
4. 4-6 animaux qui se trouvent dans votre biome. (Ex) fourrure épaisse
5. Menaces sur le biome. Donnez quelques détails sur les menaces (quels sont les causes/effets des menaces. (Ex) habitats destructeurs de déforestation
6. Pourquoi quelqu'un voudrait-il visiter ce biome ?
7. Des photos inclure : une carte de l'emplacement du biome, deux plantes que vous avez décrites, deux animaux que vous avez décrits et une image de la menace.
8. Les références - inclure des sites Web, des livres ou d'autres ressources que vous avez utilisées pour créer votre projet, donner du crédit aux images que vous avez utilisées.

Rubrique : Projet Biomes

4 points

3 points

2 points

1 point

Page de titre et introduction

Caractéristiques générales (météo, emplacements, etc.)

Plant Life (informations et photos de plantes)

Vie animale (informations et photos d'animaux)

Information : Menaces pour le biome

Information : Pourquoi visiter Biome ?

Organisation : la mise en page, le format et les photos sont-ils organisés et attrayants ?

Mécanique : organisation soignée, grammaire, remise à l'heure

Références et citations


Projet Biome - Biologie

Nous travaillerons sur un projet de groupe pour en savoir plus sur les différents biomes de notre monde. Dans les pièces jointes ci-dessous, vous trouverez les détails du projet ainsi que la rubrique de la façon dont vous serez noté. N'oubliez pas de rester concentré et au-dessus de chaque section afin que votre projet soit rendu à temps. N'oubliez pas d'être soigné, organisé et créatif dans votre présentation.

Toundra
Vidéo Brain Pop : Toundra
Définition de la toundra
Informations sur le biome Blue Planet Tundra (carte, plantes, animaux, climat)
Informations géographiques nationales sur la toundra
Impressions d'animaux de la toundra (informations sur les animaux de la toundra)
Wikipédia : Toundra
Informations sur le biome de la toundra
Vidéo sur la taïga et la toundra de NeoK12

Taïga
Vidéo Brain Pop : Taïga
Définition de la taïga
Informations sur le biome de la planète bleue de la taïga (carte, plantes, animaux, climat)
Wikipédia : Taïga
Informations sur la taïga
Images de la taïga
Impressions d'animaux de la taïga (informations sur les animaux de la taïga)
Taïga NatureWorks
Vidéo sur la taïga et la toundra de NeoK12

Forêt tropicale humide (Jungle)
Vidéo Brain Pop : Forêt tropicale humide
Définition de la forêt tropicale
Wickipedia : forêt tropicale
Informations sur le biome Rainforest Blue Planet (carte, plantes, animaux, climat)
Faits sur la forêt tropicale
Qu'est-ce qu'une forêt tropicale ?
Animaux de la forêt tropicale
Apprentissage modifié : tout sur les forêts tropicales
Forêts tropicales humides pour les enfants
Vidéo de la forêt tropicale humide de NeoK12
La vie dans la forêt tropicale humide Vidéo de NeoK12

Forêt tempérée / Forêt de feuillus
Définition de la forêt tempérée
Glossopédie des forêts tempérées
Wikipédia : Forêt tempérée
Informations sur le biome de la planète bleue de la forêt à feuilles caduques (cartes, plantes, animaux, climat)
Apprentissage enchanté : impression d'animaux de la forêt de feuillus tempérés
Informations sur les forêts tempérées/à feuilles caduques
Kids Do Ecology : Forêt tempérée
Informations sur le sujet des forêts de feuillus tempérées
Biomes terrestres : forêt tempérée
Images pour Forêt tempérée
Vidéo de la forêt tempérée de NeoK12
Vidéo de la forêt tempérée/à feuilles caduques de NeoK12

désert
Vidéo Brain Pop : Désert
Définition du désert
Wikipédia : Désert
Informations sur le biome de la planète bleue du désert (cartes, plantes, animaux, climat)
Apprentissage enchanté : impressions d'animaux du biome du désert
Animaux et faune du désert
Images du désert
Informations sur le biome du désert
Sujets du désert
Vidéo du désert du Sahara de NeoK12
Vidéo de la faune du désert de NeoK12
Cactus du désert Vidéo de NeoK12
Vidéo sur les plantes du désert et les cactus de Neo K12
Vidéo du biome du désert de Neo K12
Croissance des plantes de fleurs tropicales dans le désert Vidéo de NeoK12
Comment les insectes du désert, les scorpiens et les serpents survivent Vidéo de NeoK12

Prairies (Savane)
Vidéo Brain Pop : Savanna
Définition de la savane
Wikipédia : Savane
Informations sur le biome de la planète bleue de la savane (carte, plantes, animaux, climat)
Apprentissage enchanté : impressions d'animaux de la savane
Savane tropicale
Informations sur le biome de la savane
Informations sur le biome des prairies
Images de la savane
Vidéo de la savane de NeoK12
Vidéo des prairies de NeoK12

Marécages
Définition de zone humide
Wikipédia : Zone humide
Informations sur les zones humides
Faits sur l'habitat des zones humides
Thèmes des zones humides
Sites d'information sur les zones humides et autres quêtes Web
Thèmes des zones humides
Encyclopédie de la Terre : les zones humides
Science sauvage : les zones humides
Geography4Kids : Zones humides
Vidéo sur les zones humides de NeoK12

Eau fraiche
Vidéo Brain Pop : Rivières
Définition de l'eau douce
Wikipédia : biome d'eau douce
Apprentissage enchanté : biome d'eau douce
Le biome d'eau douce
Images d'eau douce
Biome d'eau douce
Images d'eau douce
Kids Do Ecology: Biome d'eau douce
Qu'est-ce qu'un biome d'eau douce ?
Description du biome d'eau douce
Biome d'eau douce de la planète Terre
Informations sur les biomes d'eau douce
Biomes du monde : eau douce
Informations sur le biome d'eau douce
Vidéo d'eau douce de NeoK12

océan

Vidéo Brain Pop : Monde sous-marin
Définition de l'océan
Apprentissage enchanté : Biome océanique
Thèmes océaniques
Informations sur le biome océanique
Le biome marin
Informations sur le biome océanique
Images de l'océan
Chaîne alimentaire océanique
Récif de corail Vidéo de NeoK12


Contenu

Avant le lancement du HMP, il était souvent rapporté dans les médias populaires et la littérature scientifique qu'il y avait environ 10 fois plus de cellules microbiennes et 100 fois plus de gènes microbiens dans le corps humain que de cellules humaines. Ce chiffre était basé sur des estimations selon lesquelles le Le microbiome humain comprend environ 100 billions de cellules bactériennes et un humain adulte a généralement environ 10 billions de cellules humaines. [4] En 2014, l'American Academy of Microbiology a publié une FAQ qui soulignait que le nombre de cellules microbiennes et le nombre de cellules humaines sont tous deux des estimations, et a noté que des recherches récentes étaient arrivées à une nouvelle estimation du nombre de cellules humaines à environ 37 billions de cellules, ce qui signifie que le rapport entre les cellules microbiennes et les cellules humaines est probablement d'environ 3:1. [4] [5] En 2016, un autre groupe a publié une nouvelle estimation du rapport comme étant d'environ 1:1 (1,3:1, avec « une incertitude de 25 % et une variation de 53 % par rapport à la population de mâles standard de 70 kg ») . [6] [7]

Malgré le nombre impressionnant de microbes dans et sur le corps humain, on en savait peu sur leur rôle dans la santé et la maladie humaines. De nombreux organismes qui composent le microbiome n'ont pas été cultivés, identifiés ou caractérisés avec succès. Cependant, les organismes que l'on pense être présents dans le microbiome humain peuvent généralement être classés en bactéries, membres du domaine Archaea, levures et eucaryotes unicellulaires ainsi que divers parasites et virus helminthiques, ces derniers comprenant des virus qui infectent les organismes du microbiome cellulaire. (par exemple, les bactériophages). Le HMP a entrepris de découvrir et de caractériser le microbiome humain, en mettant l'accent sur les sites oraux, cutanés, vaginaux, gastro-intestinaux et respiratoires.

Le HMP abordera certaines des questions scientifiques les plus inspirantes, les plus épineuses et les plus fondamentales d'aujourd'hui. Surtout, il a également le potentiel de briser les barrières artificielles entre la microbiologie médicale et la microbiologie environnementale. On espère que le HMP identifiera non seulement de nouvelles façons de déterminer la santé et la prédisposition aux maladies, mais définira également les paramètres nécessaires pour concevoir, mettre en œuvre et surveiller des stratégies de manipulation intentionnelle du microbiote humain, afin d'optimiser ses performances dans le contexte de la physiologie d'un individu. . [8]

Le HMP a été décrit comme « une extension conceptuelle et expérimentale logique du projet du génome humain ». [8] En 2007, le HMP a été inscrit sur la feuille de route des NIH pour la recherche médicale [9] comme l'un des De nouvelles voies vers la découverte. La caractérisation organisée du microbiome humain se fait également à l'échelle internationale sous les auspices de l'International Human Microbiome Consortium. [10] Les Instituts de recherche en santé du Canada, par l'intermédiaire de l'Institut des maladies infectieuses et immunitaires des IRSC, dirigent l'Initiative canadienne sur le microbiome afin de développer un effort de recherche coordonné et ciblé pour analyser et caractériser les microbes qui colonisent le corps humain et leur altération potentielle au cours états pathologiques. [11]

Le HMP a impliqué la participation de nombreuses institutions de recherche, notamment l'Université de Stanford, le Broad Institute, la Virginia Commonwealth University, l'Université de Washington, la Northeastern University, le MIT, le Baylor College of Medicine et bien d'autres. Les contributions comprenaient l'évaluation des données, la construction d'ensembles de données de séquences de référence, des études éthiques et juridiques, le développement technologique, etc.

Le HMP1 comprenait les efforts de recherche de nombreuses institutions. [12] Le HMP1 s'est fixé les objectifs suivants : [13]

  • Développer un ensemble de référence de séquences du génome microbien et effectuer une caractérisation préliminaire du microbiome humain
  • Explorer la relation entre la maladie et les changements dans le microbiome humain
  • Développer de nouvelles technologies et outils pour l'analyse informatique
  • Établir un référentiel de ressources
  • Étudier les implications éthiques, juridiques et sociales de la recherche sur le microbiome humain

En 2014, le NIH a lancé la deuxième phase du projet, connue sous le nom de Projet intégratif du microbiome humain (iHMP). L'objectif de l'iHMP était de produire des ressources pour créer une caractérisation complète du microbiome humain, en mettant l'accent sur la compréhension de la présence du microbiote dans les états de santé et de maladie. [14] La mission du projet, telle qu'énoncée par le NIH, était la suivante :

L'iHMP créera des ensembles de données longitudinaux intégrés de propriétés biologiques du microbiome et de l'hôte à partir de trois études de cohorte différentes sur les conditions associées au microbiome à l'aide de plusieurs technologies « omiques ». [14]

Le projet comprenait trois sous-projets exécutés dans plusieurs institutions. Les méthodes d'étude comprenaient le profilage du gène de l'ARNr 16S, le séquençage complet du métagénome, le séquençage du génome entier, la métatranscriptomique, la métabolomique/lipidomique et l'immunoprotéomique. Les principales conclusions de l'iHMP ont été publiées en 2019. [15]

Grossesse et naissance prématurée Modifier

L'équipe du Vaginal Microbiome Consortium de la Virginia Commonwealth University a mené des recherches sur le projet Grossesse et naissance prématurée dans le but de comprendre comment le microbiome change pendant la période de gestation et influence le microbiome néonatal. Le projet s'est également intéressé au rôle du microbiome dans la survenue des naissances prématurées, qui, selon le CDC, représentent près de 10 % de toutes les naissances [16] et constituent la deuxième cause de décès néonatal. [17] Le projet a reçu 7,44 millions de dollars de financement du NIH. [18]

Apparition d'une maladie inflammatoire de l'intestin (MICI) Modifier

L'équipe de données multi-omiques sur les maladies inflammatoires de l'intestin (IBDMDB) était un groupe de chercheurs multi-institutions axé sur la compréhension de la façon dont le microbiome intestinal change longitudinalement chez les adultes et les enfants souffrant de MII. L'IBD est une maladie auto-immune inflammatoire qui se manifeste soit par la maladie de Crohn, soit par la rectocolite hémorragique et affecte environ un million d'Américains. [19] Les participants à la recherche comprenaient des cohortes du Massachusetts General Hospital, du Emory University Hospital/Cincinnati Children's Hospital et du Cedars-Sinai Medical Center. [20]

Apparition du diabète de type 2 (DT2) Modifier

Des chercheurs de l'Université de Stanford et du Jackson Laboratory of Genomic Medicine ont collaboré pour effectuer une analyse longitudinale des processus biologiques qui se produisent dans le microbiome des patients à risque de diabète de type 2. Le DT2 touche près de 20 millions d'Américains avec au moins 79 millions de patients prédiabétiques [21] et se caractérise en partie par des changements marqués du microbiome par rapport aux individus sains. Le projet visait à identifier des molécules et des voies de signalisation qui jouent un rôle dans l'étiologie de la maladie. [22]

L'impact à ce jour du HMP peut être partiellement évalué par l'examen des recherches parrainées par le HMP. Plus de 650 publications évaluées par des pairs ont été répertoriées sur le site Web du HMP de juin 2009 à fin 2017, et ont été citées plus de 70 000 fois. [23] À ce stade, le site Web a été archivé et n'est plus mis à jour, bien que des ensembles de données continuent d'être disponibles. [24]

Les principales catégories de travaux financés par le HMP comprenaient :

  • Développement de nouveaux systèmes de bases de données permettant une organisation, un stockage, un accès, une recherche et une annotation efficaces de quantités massives de données. Ceux-ci incluent IMG, la base de données intégrée des génomes microbiens et le système d'analyse comparative [25] IMG/M, un système connexe qui intègre des ensembles de données métagénomiques avec des génomes microbiens isolés du système IMG [26]CharProtDB, une base de données d'annotations de protéines caractérisées expérimentalement [27 ] et la base de données Genomes OnLine (GOLD), pour suivre l'état des projets génomiques et métagénomiques dans le monde et leurs métadonnées associées. [28]
  • Développement d'outils d'analyse comparative qui facilitent la reconnaissance de modèles communs, de thèmes majeurs et de tendances dans des ensembles de données complexes. Ceux-ci incluent RAPSearch2, un outil de recherche de similarité de protéines rapide et efficace en mémoire pour les données de séquençage de nouvelle génération [29] Boulder ALignment Editor (ALE), un outil d'alignement d'ARN basé sur le Web [30] WebMGA, un serveur Web personnalisable pour une séquence métagénomique rapide analyse [31] et DNACLUST, un outil pour un regroupement précis et efficace de gènes marqueurs phylogénétiques [32]
  • Développement de nouvelles méthodes et systèmes pour l'assemblage d'ensembles de données de séquences massives. Aucun algorithme d'assemblage unique ne résout tous les problèmes connus d'assemblage de séquences de courte durée, [33] donc les programmes d'assemblage de nouvelle génération tels que AMOS [34] sont modulaires, offrant une large gamme d'outils pour l'assemblage. De nouveaux algorithmes ont été développés pour améliorer la qualité et l'utilité des ébauches de séquences génomiques. [35]
  • Assemblage d'un catalogue de génomes de référence séquencés de souches bactériennes pures provenant de plusieurs sites corporels, contre lesquels les résultats métagénomiques peuvent être comparés. L'objectif initial de 600 génomes a été largement dépassé. L'objectif actuel est que 3000 génomes figurent dans ce catalogue de référence, séquencés au moins jusqu'à un stade de projet de haute qualité. En mars 2012 [mise à jour] , 742 génomes ont été catalogués. [36]
  • Création du Centre d'analyse et de coordination des données (DACC), [37] qui sert de référentiel central pour toutes les données HMP.
  • Diverses études explorant les questions juridiques et éthiques associées à la recherche sur le séquençage du génome entier. [38][39][40][41]

Les développements financés par HMP comprenaient :

  • Nouvelles méthodes prédictives pour identifier les sites de liaison des facteurs de transcription actifs. [42]
  • Identification, sur la base de preuves bio-informatiques, d'un précurseur de transporteur d'électrons largement distribué et produit par des ribosomes [43]
  • Time-lapse "images animées" du microbiome humain. [44]
  • Identification d'adaptations uniques adoptées par les bactéries filamenteuses segmentées (SFB) dans leur rôle de commensaux intestinaux. [45] Les SFB sont médicalement importants car ils stimulent les cellules T auxiliaires 17, censées jouer un rôle clé dans les maladies auto-immunes.
  • Identification des facteurs distinguant le microbiote de l'intestin sain et malade. [46]
  • Identification d'un rôle dominant jusqu'alors non reconnu des Verrucomicrobia dans les communautés bactériennes du sol. [47]
  • Identification des facteurs déterminant le potentiel de virulence de Gardnerella vaginalis souches dans la vaginose. [48]
  • Identification d'un lien entre le microbiote buccal et l'athérosclérose. [49]
  • Démonstration que les espèces pathogènes de Neisseria impliqués dans la méningite, la septicémie et les maladies sexuellement transmissibles échangent des facteurs de virulence avec des espèces commensales. [50]

Base de données de référence établie Modifier

Le 13 juin 2012, une étape importante du HMP a été annoncée par le directeur des NIH, Francis Collins. [51] L'annonce était accompagnée d'une série d'articles coordonnés publiés dans Nature [52] [53] et plusieurs revues dont la Public Library of Science (PLoS) le même jour. [54] [55] [56] [57] [58] [59] En cartographiant la constitution microbienne normale d'humains sains à l'aide de techniques de séquençage du génome, les chercheurs du HMP ont créé une base de données de référence et les limites de la flore microbienne normale. variations chez l'homme. [60]

Sur 242 volontaires américains en bonne santé, plus de 5 000 échantillons ont été prélevés sur des tissus de 15 (hommes) à 18 (femmes) sites corporels tels que la bouche, le nez, la peau, le bas intestin (selles) et le vagin. Tout l'ADN, humain et microbien, a été analysé avec des machines de séquençage d'ADN. Les données du génome microbien ont été extraites en identifiant l'ARN ribosomique bactérien spécifique, l'ARNr 16S. Les chercheurs ont calculé que plus de 10 000 espèces microbiennes occupent l'écosystème humain et ils ont identifié 81 à 99% des genres. En plus d'établir la base de données de référence sur le microbiome humain, le projet HMP a également découvert plusieurs « surprises », parmi lesquelles :

  • Les microbes contribuent plus de gènes responsables de la survie humaine que les propres gènes des humains. On estime que les gènes bactériens codant pour les protéines sont 360 fois plus abondants que les gènes humains.
  • Les activités métaboliques microbiennes par exemple, la digestion des graisses ne sont pas toujours assurées par la même espèce bactérienne. La présence des activités semble plus importante.
  • Les composants du microbiome humain changent au fil du temps, affectés par l'état pathologique du patient et les médicaments. Cependant, le microbiome finit par retrouver un état d'équilibre, même si la composition des types bactériens a changé.

Application clinique Modifier

Parmi les premières applications cliniques utilisant les données HMP, comme indiqué dans plusieurs articles PLoS, les chercheurs ont constaté une diminution de la diversité des espèces dans le microbiome vaginal des femmes enceintes en préparation à l'accouchement, et une charge virale élevée en ADN dans le microbiome nasal des enfants atteints de troubles inexpliqués. fièvres. D'autres études utilisant les données et les techniques du HMP incluent le rôle du microbiome dans diverses maladies du tube digestif, de la peau, des organes reproducteurs et des troubles de l'enfance. [51]

Application pharmaceutique Modifier

Les microbiologistes pharmaceutiques ont examiné les implications des données du HMP en ce qui concerne la présence/l'absence de micro-organismes « désagréables » dans les produits pharmaceutiques non stériles et en ce qui concerne la surveillance des micro-organismes dans les environnements contrôlés dans lesquels les produits sont fabriqués. Ce dernier a également des implications pour la sélection des milieux et les études d'efficacité des désinfectants. [61]


Recherche et développement

Biome Bioplastics mène des recherches sur une nouvelle source abondante de produits chimiques organiques pour la fabrication de bioplastiques qui pourraient réduire considérablement les coûts, étendre les fonctionnalités et augmenter les performances. Soutenus par une subvention de l'agence britannique pour l'innovation, le Technology Strategy Board, et en partenariat avec le Centre de biotechnologie industrielle et de bioraffinage de l'Université de Warwick, nous menons un projet pionnier pour étudier la possibilité d'utiliser la lignine comme alternative, bio- source à base de produits chimiques aromatiques.

Le projet a démontré avec succès que les bactéries peuvent être efficaces dans la dégradation sélective de la lignine, et que la voie de dégradation peut être contrôlée et améliorée en utilisant la biologie synthétique. Surtout, plusieurs produits chimiques organiques ont été produits à l'échelle du laboratoire avec des rendements prometteurs qui ont une utilisation potentielle dans la fabrication de bioplastiques.

Les premiers essais à grande échelle sur plusieurs de ces produits chimiques cibles ont démontré le potentiel de leur production à l'échelle industrielle, suggérant la faisabilité commerciale de l'utilisation de produits chimiques dérivés de la lignine comme alternative à leurs homologues pétrochimiques. Nous avons également transformé ces produits chimiques en un matériau qui présente des propriétés prometteuses pour une utilisation en tant que bioplastique avancé.

La prochaine phase du projet examinera comment les rendements de ces produits chimiques organiques peuvent être augmentés à l'aide de différentes bactéries et explorera les options pour une mise à l'échelle plus poussée de cette technologie. Le premier objectif commercial est d'utiliser les produits chimiques dérivés de la lignine pour remplacer les équivalents dérivés du pétrole actuellement utilisés pour conférer résistance et flexibilité à certains de nos produits, réduisant encore les coûts et améliorant la durabilité.


La vision : Construire la carte microbienne de la planète Terre

L'EMP a été fondé en 2010 dans le cadre d'un effort massif de crowdsourcing pour analyser les communautés microbiennes à travers le monde. La prémisse générale était d'examiner les communautés microbiennes de leur propre point de vue. Par conséquent, nous avons proposé de caractériser la Terre par l'espace des paramètres environnementaux dans différents biomes, puis de les explorer à l'aide d'échantillons provenant de chercheurs du monde entier. Nous avons entrepris d'analyser 200 000 échantillons de ces communautés en utilisant le séquençage d'amplicons, la métagénomique et la métabolomique pour produire un Atlas mondial des gènes décrivant l'espace protéique, des modèles métaboliques environnementaux pour chaque biome, environ 500 000 génomes microbiens reconstruits, un modèle métabolique global et une base de données. portail d'analyse pour la visualisation des informations traitées.


The Human Microbiome Project : Étendre la définition de ce qui constitue un être humain

Le microbiome est défini comme les génomes collectifs des microbes (composés de bactéries, bactériophages, champignons, protozoaires et virus) qui vivent à l'intérieur et sur le corps humain. Nous avons environ 10 fois plus de cellules microbiennes que de cellules humaines. Ainsi, pour étudier l'humain en tant que "supra-organisme", composé à la fois de cellules non humaines et humaines, les National Institutes of Health (NIH) ont lancé en 2007 le Human Microbiome Project (HMP) en tant qu'extension conceptuelle du Human Genome Project.

Bien que PubMed comprenne plus de 200 articles HMP à ce jour, ce mois-ci, le Consortium HMP a coordonné la publication de deux rapports scientifiques majeurs en La nature (Microbiote humain) et un ensemble de 14 Bibliothèque publique des sciences (PLoS) documents d'accompagnement (The Human Microbiome Project Collection) pour rendre compte de la recherche au cours des cinq dernières années.

Les résultats rapportés dans le La nature Les articles sont un sous-ensemble d'une étude de cohorte plus large des microbiomes de 300 hommes et femmes adultes en bonne santé aux États-Unis âgés de 18 à 40 ans. Les données contenues dans ces articles proviennent d'une analyse de 4 788 échantillons cliniques provenant de 242 adultes en bonne santé : 129 hommes et 113 femmes. Des volontaires masculins ont été échantillonnés à 15 sites et des femelles à 18 sites de la bouche, du nez, de la peau, du tractus gastro-intestinal inférieur et du vagin. Parmi ces individus, 131 ont été à nouveau échantillonnés environ 200 jours plus tard pour évaluer la stabilité de leurs microbiomes. Aucun de ces sujets ne prenait d'antibiotiques ou d'immunomodulateurs pendant l'étude et tous les sujets ont été cliniquement vérifiés comme étant exempts de maladie manifeste sur tous les sites du corps avant le prélèvement.

La première surprise de cette étude : une analyse du contenu génétique complet et de la composition de ces microbiomes (c'est-à-dire le métagénome) prédit qu'il pourrait y avoir plus de 8 millions de gènes microbiens uniques associés aux microbiomes dans le corps humain de ces adultes en bonne santé. Comparé au nombre total de gènes humains, cela suggère que la contribution génétique du microbiome au supra-organisme humain peut être plusieurs centaines de fois supérieure à la contribution génétique du génome humain.

De plus, de manière quelque peu surprenante, les chercheurs ont découvert que les agents pathogènes opportunistes, qui provoquent des maladies en profitant de ceux dont le système immunitaire est affaibli, étaient répandus chez ces individus en bonne santé. Cependant, aucun microbe hautement virulent tel que les agents pathogènes de la catégorie A-C du NIAID, qui comprend Ebola (A), la salmonelle (B) ou la rage (C), n'a été trouvé. Curtis Huttenhower, Ph.D., de la Harvard School of Public Health et ses collaborateurs, ont comparé ces agents pathogènes à des traits génétiques : les variantes génétiques entraînant des traits légèrement préjudiciables sont courantes même chez ceux qui sont en bonne santé, tandis que les variantes génétiques à haut risque sont très rare.

Dans une étude connexe, Kristine Wylie, Ph.D., Washington University School of Medicine, St. Louis, étudiante post-doctorale dans le laboratoire de George Weinstock, Ph.D., a constaté une augmentation de la charge virale, ainsi que diversité virale, chez les enfants de moins de 3 ans présentant une fièvre inexpliquée. Étant donné que les antibiotiques ne tuent que les bactéries et n'affectent pas les virus, comprendre que la fièvre inexpliquée peut être causée par des virus peut réduire l'utilisation inutile d'antibiotiques, a déclaré le Dr Wylie.

La plupart des microbes du microbiome ne causent pas de maladie. En fait, les humains comptent sur les microbes pour remplir de nombreuses fonctions importantes que nous ne pouvons pas effectuer nous-mêmes. Les microbes digèrent les aliments pour générer des nutriments pour les cellules hôtes, synthétiser des vitamines, métaboliser des médicaments, détoxifier les agents cancérigènes, stimuler le renouvellement des cellules de la muqueuse intestinale et activer et soutenir le système immunitaire. Afin de mieux comprendre ces interactions, les chercheurs du HMP ont identifié non seulement la composition taxonomique, mais aussi les voies métaboliques des communautés microbiennes présentes dans ces sites corporels. Cela a été accompli grâce à une analyse des séquences génomiques collectives des microbes dans ces communautés. En fait, l'application de technologies de séquençage de nouvelle génération, qui ont généré une profondeur de séquençage suffisante, a permis ce type d'analyse. HMP a produit plus de 3,5 térabases (chaque téra équivaut à mille gigas) de séquence de métagénome, ce qui est un ordre de grandeur plus de séquence de microbiome que toute autre étude de ce type dans le monde.

Aucun microbe commun n'était présent dans tous les sites du corps ou tous les individus. Peut-être contre-intuitif, les chercheurs ont découvert que les communautés microbiennes étaient les plus similaires entre des sites corporels similaires. Par exemple, entre deux sujets, les microbes sur la peau du premier sujet étaient les plus similaires aux microbes sur la peau du deuxième sujet. Fait intéressant, ils ne font pas de discrimination entre les hommes et les femmes. Et même les jumeaux peuvent avoir des microbiomes différents, de sorte que la génétique humaine peut ne pas jouer un rôle majeur dans la détermination de la composition du microbiome.

L'analyse métagénomique a également abouti à une liste des voies métaboliques présentes dans ces microbiomes. Ce qui était particulièrement intéressant, c'est que l'appartenance microbienne variait considérablement entre les individus sains, mais les voies métaboliques de leurs microbiomes étaient très similaires. Dans les microbiomes d'adultes en bonne santé, ces capacités comprenaient toutes les propriétés « ménagères » communes pour maintenir la fonction cellulaire et d'autres propriétés nécessaires au maintien de l'écosystème du site corporel.

Les microbes environnementaux peuvent s'adapter pour exploiter de nouveaux habitats. Par exemple, les microbes dégradant les hydrocarbures fleurissent souvent dans l'océan après un déversement de pétrole, même si les microbes dégradant le pétrole sont généralement rares dans l'océan. C'est parce que l'huile stimule la croissance de ces microbes qui peuvent dégrader l'huile et ainsi ils deviennent trop grands pour le reste des microbes qui ne le peuvent pas. Existe-t-il des preuves que les communautés microbiennes humaines s'adaptent également à des habitats corporels spécifiques ? Brandi Cantarel, Ph.D., chercheur associé à la faculté de médecine de l'Université du Maryland à Baltimore, a observé qu'une classe particulière d'enzymes (CAZymes, qui décomposent les glucides complexes) était très similaire entre des sites corporels similaires, même lorsque la composition de ces communautés était différente. Cette observation suggère que les communautés microbiennes humaines s'adaptent pour décomposer en coopération des glucides spécifiques présents sur des sites spécifiques du corps. La composition en glucides semble entraîner la colonisation par les microbes qui ont la capacité de métaboliser ces glucides spécifiques au site du corps.

Il est important d'établir ce qui constitue un microbiome sain, car une diversité microbienne élevée ou faible peut avoir des implications différentes pour la santé ou la maladie, selon le site du corps. Par exemple, il a été démontré qu'une faible diversité microbienne dans l'intestin est associée à l'obésité, aux maladies inflammatoires de l'intestin et à la maladie de Crohn, tandis qu'une diversité microbienne élevée dans le vagin est souvent associée à la vaginose bactérienne, le type le plus courant d'infection vaginale.

De plus, la diversité microbienne n'est pas la seule propriété du microbiome qui varie en fonction de l'état de santé ou de la maladie. Par exemple, une perte significative des capacités métaboliques semble se produire dans les microbiomes associés à des maladies particulières telles que la maladie de Crohn, la colite ulcéreuse ou l'entérocolite nécrosante néonatale, une maladie dévastatrice des nouveau-nés prématurés. Il semble également que les perturbations des capacités métaboliques des microbiomes puissent être plus prédictives de l'état de la maladie que la composition microbienne seule, car la composition microbienne peut changer sans perte de fonction métabolique, mais l'inverse n'est généralement pas le cas. Une analyse des métagénomes sains, telle que celle réalisée dans HMP, fournit les données de référence dont le domaine a besoin pour distinguer les propriétés métaboliques des microbiomes sains, qui manquent de celles perturbées dans les tissus malades.

Ces 16 études majeures, ainsi que les plus de 200 articles qui ont résulté du HMP, ont jeté les bases d'un soutien à de nouvelles recherches dans ce jeune domaine. Le premier HMP Papier naturel a décrit la vaste gamme de données, d'outils informatiques et d'approches scientifiques créés en tant que ressource communautaire pour soutenir le domaine du microbiome humain. Les publications HMP ont réussi à démontrer que le microbiome est un signal génétique majeur chez l'humain et contribue à des propriétés clés essentielles à la fonction humaine.

Ce n'est que le commencement. Nous avons appris que les bactéries qui vivent en nous et sur nous ne sont pas des envahisseurs mais des colonisateurs bénéfiques. L'espoir est qu'au fur et à mesure que la recherche progresse, nous apprendrons à prendre soin de nos colonisateurs microscopiques afin qu'ils puissent, à leur tour, prendre soin de notre santé.


Activité pratique Projet de conception technique des biodômes : Leçons 2-6

Remarque : Estimation. Le coût varie selon la quantité et le type de matériaux mis à la disposition des étudiants pour la conception et la construction de leurs modèles de biodômes.

Dépendance d'activité : Rien

Domaines : Biologie, sciences de la vie, sciences et technologies

Attentes de performance du NGSS :

Coup d'oeil

This activity is divided into 7 parts.

NGSS Performance Expectations:

Curriculum in this Unit

Les unités servent de guides pour un contenu ou un domaine particulier. Sous les unités se trouvent des leçons (en violet) et des activités pratiques (en bleu).

Notez que toutes les leçons et activités n'existeront pas sous une unité, et peuvent à la place exister en tant que programme "autonome".

  • Biodomes
    • Environments and Ecosystems
      • Population Density: How Much Space Do You Have?
      • Biodomes are Engineered Ecosystems: A Mini World
        • Biodomes Engineering Design Project: Lessons 2-6
        • Go with the Energy Flow
          • Got Energy? Spinning a Food Web
          • Biodomes Engineering Design Project: Lessons 2-6
          • Planting Thoughts
            • Plant Cycles: Photosynthesis & Transpiration
            • Biodomes Engineering Design Project: Lessons 2-6
            • Classification Systems: Animals and Engineering
              • Biomimicry: Natural Designs
              • Biodomes Engineering Design Project: Lessons 2-6
              • Cleaning Up with Decomposers
                • Biodomes Engineering Design Project: Lessons 2-6

                Newsletter TE

                Sommaire

                Students create biodiomes using the Engineering Design Process

                Connexion d'ingénierie

                Every day, engineers adapt existing designs for housing, structures and cities so they work optimally in specific environments and ecosystems. To do this, engineers apply their understanding of the specific environment and biosphere, along with the concept of ecosystems to inform their designs and shape the human-built environment. Engineers employ the cyclical steps of the engineering design process to creatively brainstorm, design, prototype and create our human-made world.

                Objectifs d'apprentissage

                After this activity, students should be able to:

                • Define a biodome and name its important features.
                • Use the engineering design process to create a model biodome of a particular environment.
                • Describe how engineers use their understanding of the biosphere, ecosystems and community interactions to design our human-built environment.

                Normes éducatives

                Chaque EnseignerIngénierie la leçon ou l'activité est corrélée à une ou plusieurs normes éducatives en sciences, technologie, ingénierie ou mathématiques (STEM) de la maternelle à la 12e année.

                Toutes les 100 000+ normes K-12 STEM couvertes dans EnseignerIngénierie sont collectés, conservés et conditionnés par le Réseau des normes de réussite (ASN), un projet de D2L (www.achievementstandards.org).

                A l'ASN, les normes sont hiérarchisées : d'abord par source par exemple., par état dans la source par type par exemple., sciences ou mathématiques au sein du type par sous-type, puis par année, etc.

                NGSS : Normes scientifiques de nouvelle génération - Science

                3-5-ETS1-1. Define a simple design problem reflecting a need or a want that includes specified criteria for success and constraints on materials, time, or cost. (Grades 3 - 5)

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                5-LS2-1. Develop a model to describe the movement of matter among plants, animals, decomposers, and the environment. (Grade 5)

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                Science explanations describe the mechanisms for natural events.

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                Matter cycles between the air and soil and among plants, animals, and microbes as these organisms live and die. Organisms obtain gases, and water, from the environment, and release waste matter (gas, liquid, or solid) back into the environment.

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                Association internationale des éducateurs en technologie et en ingénierie - Technologie
                • Students will develop an understanding of the role of troubleshooting, research and development, invention and innovation, and experimentation in problem solving. (Grades K - 12) More Details

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                Normes de l'État
                Colorado - Sciences
                • Create and evaluate models of the flow of nonliving components or resources through an ecosystem (Grade 4) More Details

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                Liste des matériaux

                Each group needs: (Most items are available at hardware or garden center stores.)

                For the entire class to share:

                • ruban de masquage
                • duct tape
                • glue (preferred: hot glue sticks with glue guns)
                • les ciseaux
                • exacto knives (if teacher cuts the plastic bottles)
                • butterfly nets and/or jars and paper cups (to catch and hold insects and worms)
                • drill (to make a hole in plastic bottle lids)
                • l'eau

                Feuilles de travail et pièces jointes

                Plus de programmes comme celui-ci

                Students explore the biosphere and its associated environments and ecosystems in the context of creating a model ecosystem, learning along the way about the animals and resources. This lesson is part of a series of six lessons in which students use their growing understanding of various environments.

                As students learn about the creation of biodomes, they are introduced to the steps of the engineering design process, including guidelines for brainstorming. They learn how engineers are involved in the design and construction of biodomes and use brainstorming to come up with ideas for possible biod.

                Students learn about population density within environments and ecosystems. They determine the density of a population and think about why population density and distribution information is useful to engineers for city planning and design as well as for resource allocation.

                Students learn about energy and nutrient flow in various biosphere climates and environments. They learn about herbivores, carnivores, omnivores, food chains and food webs, seeing the interdependence between producers, consumers and decomposers. This lesson is part of a series of six lessons in whic.

                Connaissances préalables

                Some knowledge about environments and ecosystems, as introduced in Lesson 1 of the Biodomes unit.

                Présentation/Motivation

                Let's see what you know about different environments. Can anyone name an example of an environment? (Possible answers: Tropical rain forest, desert, other forest types [such as deciduous or coniferous], grassland prairie and arctic tundra.) All of these environments and ecosystems are part of our biosphere. The biosphere is the part of the Earth's atmosphere that supports life and includes both living (biotic) and nonliving (abiotic) things. It includes all the plants, animals, weather and climate. So, what happens when we have too many organisms in one environment? It may get too crowded! We call the number of organisms in a particular environment its population. Populations are made up of all the members of a species living in the same place at the same time. We learn about population numbers, or population density, to help us understand how much of resources (such as food, water and air) are available for each individual organism in an environment. Engineers need to know about the population density and how it is distributed so they can design areas for cities, parks, roadways, and even water systems so enough is available for a community to drink and use.

                If you were able to design an environment, what would it look like? Would it have plants and animals in it? Which ones? How would you decide how many plants and animals you would put in your environment? Would you also live in your environment? How would you get the right amounts of air, water and food for each of your plants and animals? Well, engineers actually design artificial environments that consider all of these things. These environments are called biodomes. UNE biodome est un maquette that is designed to represent a particular environment and the community of organisms that live there. Biodomes are used to study ecosystems and attempt to model how living and nonliving things interact in those natural environments. The goal of a biodome is to create an environment that has enough resources for every plant and animal, creating a balance or equilibrium. Engineers come up with all sorts of cool designs using the engineering design process and eventually they settle on one to create.

                Biosphere 2 in Arizona, USA.

                Who knows something about the engineering design process? It is the set of steps that engineers take when they develop a new or improved product. Can you think of some of the steps an engineer may need to complete when designing something? Well, first they have to have a problem or a need. Then, they brainstorm creative ideas and solutions to that problem or need. Next they select the most promising idea, and draw or communicate the idea to others. Finally, they build a model of the design and evaluate whether or not that design is successful.

                Who would like to become and engineer, learn more about environments, and create a biodome? Here is our challenge for this project:

                Countries from all over the world have started a new project to create the best biodome yet! This new biodome will represent all the different climates and landscapes on the globe. The organizing committee has asked engineers from all different countries, including you, to help them in the design process. They request that you create a small-scale version – or prototype — of your design. Your design must only include one climate and landscape. When all the designs are done, one of them will be selected as the winner, to be built. So, it is time to put on your engineering hats and start thinking about how to make the best biodome. First thing to do is brainstorm your ideas and then make a drawing. Are you ready?

                Procédure

                • This activity can be conducted as either a very structured or open-ended design. For a more structured lesson, direct the students to build model biodomes as described in Figure 1. Otherwise, provide students with a variety of materials and set them loose to design a biodome structure of their own imagination (see Figure 2).
                • Gather materials and make enough copies of the Biodomes Engineering Design Project Workbook: Lessons 2-6, one per team (staple the pages together to make workbooks).

                Figure 1. Steps to build a simple model biodome using two, 2-liter plastic bottles.

                Part 1: Designing Your Biodome (for Biodomes unit, Lesson 2)

                1. Divide the class into engineering teams of two to four students each.
                2. Give each group a Biodomes Engineering Design Project Workbook: Lessons 2-6.
                3. Have students decide on a name for their engineering design team (and record it on the first page of their workbook).
                4. Instruct the students to brainstorm ideas on what a biodome would contain for a given environment. (Provide teams with an environment, perhaps the local environment.)
                5. After the students have brainstormed their ideas and shared a few with the class, have them pick one of their ideas from which they will build their team's model biodome.
                6. Next, have students draw a picture of their biodome design in the space provided in their workbooks. (Note: For a simple biodome structure, follow the Figure 1 instructions, have students design uniform biodomes, and provide them with a variety of materials, soils and seeds for the interior. For a more open-ended project, instruct the teams to creatively design their own biodome structures and materials [see Figure 2].)

                Figure 2. Students are creative in their open-ended model biodome designs.

                Part 2: Building Your Biodome Structure (for Biodomes unit, Lesson 2)

                1. During this class period, provide each group with the supplies they need to build the structure of their designed biodome.
                2. Provide time for the students to build their biodome structures. Remind them that they need a tight seal on their biodome, so that it becomes a completely contained mini-environment (use tape or hot glue, preserving the ability to open/close the biodome for future steps).
                3. Have students answer the questions in Part 2 of the workbook. Remind them that engineers often encounter challenges many times during the engineering design process, before they achieve a finished product.

                Part 3: Energy Flow in Your Biodome (for Biodomes unit, Lesson 3)

                1. Instruct students to sit together with the members of their engineering design teams.
                2. In their workbooks, have students explain their biodome environment and make a list of the organisms that could be found if their biodome was built on a larger scale.
                3. Next, have students draw one or more food chains or food webs to show the flow of energy through their biodome environment. Have them consider the relationships of the food sources and consumers in their individual biodomes.
                4. Have several student teams share their food chains or food webs with the class. Discuss the flow of energy through each of their model biodomes.
                5. Engage the students in a class discussion about their biodomes. Questions: From where does the energy to sustain your biodomes originally come? (Answer: The sun.) How will you make sure that sunlight gets into your biodome? Where are the air and water sources for your biodomes?

                Part 4: Plants in Your Biodome (for Biodomes unit, Lesson 4)

                1. Instruct students to sit together with the members of their engineering design teams.
                2. Discuss basic plant needs with the students (food, water and energy from the sun).
                3. Have students place soil, sand, rocks, ponds, or earth features into their biodomes, according to their designs.
                4. Next, have students plant several seeds in the soil of their biodomes.
                5. Remind students to record in their workbooks what they are adding to their biodomes.
                6. Next, have students water their biodome and seal it up tightly.
                7. Ask students to review their food chain drawings and the plants they placed inside their biodomes. Will these plants support their food chains? If not, what changes will they need to make to their food chains? Tell them that engineers often have to make adjustments to their projects as they learn new information or change their materials (in this case, seeds) from their original design.

                Part 5: Animals in Your Biodome (for Biodomes unit, Lesson 5)

                1. Instruct students to sit together with the members of their engineering design teams.
                2. In their workbooks, have student record observations of what happened to their biodome since they last added something.
                3. Inform the students that today they will collect animals from outdoors to place into their biodomes. Before they go outside to collect the animals, they need to plan what kind of animals they can have inside.
                4. Make a list on the board of possible animals (insects) that the students may find to put in their biodome. (Ideas: grasshoppers, crickets, snails, ants, flies, moths, box elder bugs, June bugs, water bugs. Worms will be added in the decomposition activity, Part 6.) Also make a list of food sources that those animals require.
                5. Ask the students what kinds of problems they might have in picking which animals to put inside the biodome. Explain that they do not want the animals to be eaten by the other animals in the biodome. If this happens, all the animals would die once their food source is gone. Also explain that engineers are often limited by the materials that are available to them. In this case, the students are limited to the animals they can find outside their classroom, mostly insects.
                6. After giving instructions on outdoor policies, give the students some time go outside with nets and jars to collect insects for their biodomes.
                7. Returning to class, ask the students to place their insects/animals into their biodomes and observe what they see.
                8. Have students add water, if needed, to their biodome and seal it up tightly.

                Part 6: Decomposers in Your Biodome (for Biodomes unit, Lesson 6)

                1. Instruct students to sit together with the members of their engineering design teams.
                2. In their workbooks, have student record observations of what happened to their biodome since they last added something.
                3. Inform the students that today they will collect worms from outdoors to place into their biodomes. The worms help to break down animal and plant wastes into more useful soil and nutrients.
                4. Ask the students what kind of problems they see with putting animals and plants into a biodome. Lead them to realize that it is very difficult for humans to make a safe atmosphere for all the different types of plants and animals and that often some of the plants and animals die in their new locations. While the idea of biodomes is a very popular one, there have not been many successes. Engineers work with biologists and other scientists to try their best to design environments in which the animals can live as if they were in nature.
                5. After giving instructions on outdoor policies, give the students some time to go outside to with jars or paper cups to collect worms for their biodomes.
                6. Returning to class, ask the students to place their worms into their biodomes and observe what they see.
                7. Have students add water, if needed, to their biodome and seal it up tightly.

                Part 7: Review & Evaluation (after completion of the model biodomes)

                1. Instruct students to sit together with the members of their engineering design teams.
                2. In their workbooks, have student record observations of what happened to their biodome since they last added something.
                3. Have them answer the review and evaluation questions in their workbooks.
                4. Exhibit the completed model biodomes, along with the completed team workbooks in the school library, display cases or at parents' night.

                Vocabulaire/Définitions

                biodome: A human-made, closed environment containing plants and animals existing in equilibrium.

                brainstorming: A technique of solving specific problems, stimulating creative thinking and developing new ideas by unrestrained and spontaneous discussion.

                ecosystem: A functional unit consisting of all the living organisms (plants, animals and microbes) in a given area, and all the nonliving physical and chemical factors of their environment, linked together through nutrient cycling and energy flow. An ecosystem can be of any size — a log, pond, field, forest or the Earth's biosphere — but it always functions as a whole unit.

                engineer: A person who applies scientific and mathematical principles to creative and practical ends such as the design, manufacture and operation of efficient and economical structures, machines, processes and systems.

                engineering design process: The design, build and test loop used by engineers. The steps of the design process include: 1) Define the problem, 2) Come up with ideas (brainstorming), 3) Select the most promising design, 4) Communicate the design, 5) Create and test the design, and 6) Evaluate and revise the design.

                model: (noun) A representation of something, sometimes on a smaller scale. (verb) To simulate, make or construct something to help visualize or learn about something else (as the living human body, a process or an ecosystem) that cannot be directly observed or experimented upon.

                prototype: A first attempt or early model of a new product or creation. May be revised many times.

                Évaluation

                Discussion Questions: Solicit, integrate and summarize student responses.

                • What is an environment? What types of things does an environment include? Can you think of any artificial environments?
                • Are you familiar with the engineering design process? Can you name any steps in the engineering design process?

                Activity Embedded Assessment

                Cahier d'exercices: Have students follow along with the activity using the Biodomes Engineering Design Project Workbook: Lessons 2-6. Ask the student teams to complete the questions in the workbook after they have finished each part of creating the biodome. After students have finished the workbook questions, have them compare answers with their peers. Review their answers to gauge their mastery of the subject.

                Re-Engineering: Ask student teams to brainstorm to come up with many ideas on how they could improve their biodomes. Have them sketch the most promising ideas.

                Show and Tell: Have student groups show off their biodomes to the rest of the class. Have them explain: 1) how they developed their design, 2) the best part of their design, 3) what could go wrong with it, and 4) what could be fixed or improved in future models. Remind students that engineers go through the design-build-redesign process many times before they are satisfied with a finished product.

                Engineering Poster: Using the knowledge they learned in the biodomes lessons and activities, have student engineering teams each create a poster to present their best design for a biodome of a particular environment. Ask them to title their posters with an engineering company name that they invent, such as, Eco Engineering Corporation.

                Making Sense: Have students reflect on the science concepts they explored and/or the science and engineering skills they used by completing the Making Sense Assessment.

                Safety Issues

                • Warn students to be careful when cutting plastic bottles. Or, depending on the ability of the students, cut the plastic bottles in advance of the activity.
                • Set up a hot glue gun station that either the teacher or a classroom assistant supervises. Do not hand out hot glue guns unless students are able to use them responsibly and safely.
                • Be aware of any student allergies to insects, grasses, etc.
                • Warn students not to try to capture potentially dangerous insects, such as bees, wasps or spiders.
                • Be sure to monitor students when they are outdoors.

                Troubleshooting Tips

                Limit the materials that students are permitted to use to create their biodomes, otherwise, the biodomes tend to become large and resource demanding. This approach mirrors the real world, in which engineers are usually given size, budget and/or resource limitations. One way to limit size is to set a maximum footprint area, such as one square meter or one square foot.

                To give the seeds more time to grow, consider swapping the order of Parts 3 and 4, so the seeds are planted earlier in the model biodome development process.

                For Part 5, if insects are not available outside (due to the weather or other limitations), consider purchasing a small supply of crickets or snails (often free since they usually have too many) from a pet store, or potato bugs from a science lab. Note that snails and aquarium plants should not go down the drain or into a nearby stream as both are nasty invasive species. Instead, explain to the students that you'll find a home for them, and then either return them to a suitable aquarium elsewhere or destroy them.

                Activity Extensions

                Have students conduct research to find out what types of construction methods have been used in real biodomes. See if they can find any details on how these design ideas were reached.

                Have students make a bar graph representing the class' biodome diversity.

                Have students make a bar chart of the animals and plants they included in their biodomes. Gather all class data and make a class chart as a demonstration. From the data, ask the students how biodome engineers make sure they gather an appropriate sample of plants, animals and decomposers. (Point out that most of students probably gathered the easiest animals and plants to find. What would happen if biodome engineers did this? Would it be a good representation of life?) Then, ask the students to do this for their own biodomes.

                Have students research real-world biodomes and find out what animals, birds and fish are inside. How do biodome managers control how the animals come into contact with each other in order to maintain healthy populations of both predators and prey?


                Terms and Concepts

                • Biome
                • Organisme
                • Climate
                • Terrestrial
                • Marine
                • Eau fraiche
                • Latitude
                • Humidité
                • Elevation
                • Toundra
                • désert
                • Tropical forest
                • Soil nutrients
                • Estuary
                • La diversité
                • Condensation
                • Precipitation

                Des questions

                • What is climate?
                • What kind of climate do you live in?
                • What is a biome?
                • What are the major types of biomes?
                • What kind of biome do you live in?

                Biome Project - Biology

                I feel like I can do a pretty good job lecturing on most topics at a level that will hold the attention of nonmajors, but two exceptions are cell organelles and biomes. Don’t get me wrong — I love teaching how cells work, and I do emphasize organelle interactions en classe. But reciting a list of organelles and their functions is not my idea of exciting, so I tell the students they need to learn that information on their own from the textbook.

                Biomes map. image credit: Ville Koistinen

                Once upon a time, I lectured on the biomes, but nothing sucks the life out of ecology like a bulleted list of the climate, plants, and animals of each biome. (Yes, I included photos with my lists, but still … it was pretty dull.) Many years ago, I delivered the honest truth to students, and it went something like this: “I want you to know about the different biomes, but not enough to lecture on it in class. Go learn what’s in the lecture PowerPoint I posted on D2L.” Then I would pick out a Planet Earth DVD and let David Attenborough showcase the beauty and drama of just one biome. David Attenborough makes everything amazing.

                But last fall, I received a windfall. I was out of town for a conference late in the semester, and my friend Mark Walvoord handled the biomes class. Mark is really good at finding ways to turn lectures into high-quality activities, and he took on the biomes challenge. I liked his idea so much that I used it again this semester, with great success.

                Mark divided the 60-70 students into nine groups and assigned each one a biome: deserts, grasslands, taiga, tundra, tropical rainforests, deciduous forests, freshwater lakes/ponds, freshwater streams, and the ocean. Each group then whipped out an array of smart phones and laptops and worked at a frenzied pace for 15-20 minutes to answer the following questions:

                1. What is the biome’s location and climate?
                2. What abiotic forces have acted on organisms in the biome?
                3. What adaptations do organisms have that “fit” those abiotic forces?
                4. How do the organisms in your biome ( biotic factors) interact?
                5. What adaptations do organisms have that are the result of biotic pressures?
                6. Propose an ecosystem-level research project you could do in your biome. Include the question, hypothesis, and methods.

                As the end of the class period approached, each group reported its findings to the rest of the class. I especially liked hearing which adaptations the groups found noteworthy students seem to really like connecting the features of plants and animals to specific selective forces, both biotic and abiotic. For example, the group studying deserts connected water scarcity to plants with hairs that shade their leaves and to thorns that deter herbivores seeking water. It’s not rocket science, but it is a good opportunity for students to explicitly connect an organism’s phenotype with its ecological context.

                But my favorite part of the activity is the research projects the groups proposed. If you set nonmajors free to use their imaginations without imposing any constraints, some fun — if impractical — ideas emerge. One group proposed to measure how the deep ocean ecosystem would change if they installed lights on the ocean floor. (I still find myself thinking about what would happen!) Another group learned that the long bill of a toucan allows it to reach fruit on branches that are too weak to support the bird’s weight. Somehow they came up with the idea to put owls in rainforests and track the birds for many generations to see if their beaks would grow to toucan-style proportions.

                After the class was over, I still posted my same old PowerPoint file on D2L, to make sure everyone had the same baseline knowledge about each biome. As I did so, it dawned on me that I hadn’t given much thought to which biomes we explored in class. I wish I had added temperate coniferous forests, since students might have encountered that biome during their travels within the U.S. The tropical savanna and polar ice are also absent, which is a shame since both of those biomes house some really charismatic organisms. The problem is that the more student groups you create, the longer it takes to deliver the reports.

                It would also be fun to do more with the “research proposals” that each group develops. By the time we were doing the presentations, we were so rushed that we barely had time to hear from every group, let alone critically analyze the proposed research. A followup discussion period, lab, or writing assignment could provide students the time they need to mold their original question, hypothesis, and methods into something interesting, important, and practical.

                What about you? How do you tackle the biomes in your introductory biology class? Feel free to add your ideas in the comments section.


                Bottle Biospheres

                introduction: There's only one stable, long-lasting biosphere that we know of. It's the Earth. It shouldn't surprise you that human attempts to create sealed systems don't generally fare very well. The International Space Station, despite efforts to recycle everything possible (including converting urine to drinkable water--do you still want to be an astronaut?) to reduce costs, couldn't sustain life for long without a steady supply of provisions from, and garbage hauling back to, Earth. You know they try hard because, if all goes as planned, it costs about $10,000 to put a pound of payload (supplies) into Earth orbit. The BioSphere 2 project in Southern Arizona was an interesting and costly effort, but the original studies weren't very scientific and it proved quite difficult to keep just a handful of humans alive for a relatively short period of time. You can buy tiny sealed marine ecosystems enclosed in glass. They are beautiful curiosities, but the one I bought for my wife lasted less than a year before crashing. Among the crazier justifications for space exploration is that when (note the assumption of inevitability) we ruin the Earth, we will need new places to live (and, presumably, ruin). Unless or until we can do a lot better at building self-contained ecosystems, it would be a far better use of human effort to focus on preserving the only one we've got. Not only that but, if we make the Earth uninhabitable, I'm not sure we deserve to live somewhere else. But the challenge itself is interesting, and the scientific questions you can ask in the process of understanding, building, and trying to maintain such a system are valid. We're going to give it a try. Bonne chance! There's a Nobel Prize in it.

                The Basic Theory: In a closed system, like the one in your bottle, you will need to establish an ecological balance in order for all of your organisms to survive and reproduce. The selection of which organisms to use, and how many to begin with, is important, because, for example, if you have too many animals consuming oxygen and not enough plants producing it, the animals will die. If you have too many plants and not enough animals that eat them, the plants may become overcrowded and die. Plants take carbon dioxide (CO2) out of the air and, by a process called photosynthesis, use the energy from sunlight to take those carbons and string them together to make sugars (plant food), releasing the oxygen (O2) as a waste product. Animals use oxygen as part of the process of metabolism (releasing energy from food). Plants and animals are therefore mutualistic in the right balance, they help each other survive because they each produce what the other needs, and they each use up what the other doesn't need. (Now it's actually a bit more complicated, because plants only produce oxygen when they have light, and they consume oxygen in the dark.) Plants also absorb chemical nutrients like nitrogen (proteins are mostly made of nitrogen and carbon, so dead animals enrich the soil for the plants), phosphorus, and potassium from the soil through their roots. Animals consume the plants (or other animals) and produce wastes that bacteria break down into the nutrients the plants can reuse. Water is consumed by both plants and animals, but is also excreted, purified, and reused. When plants and animals die, they are broken down by decomposer organisms like bacteria and fungi, and the chemicals that were part of their bodies are recycled back into new living things. The only inputs from outside are heat and light, and the whole system should be able to recycle everything else and be self-sustaining across many generations. The earth is a self-sustaining ecosystem that has lasted for billions of years.

                This is a project I'd like you to start at the beginning of the semester, so that you can make weekly observations throughout the semester. But there's a catch: Once you seal it up, you can't mess with it anymore. The only allowed inputs to the system are heat and light. To get started, read on.

                There's a lot to cover here. Let's start with materials. You will need three or four 2-liter soda bottles. Possibly more if you make mistakes :-) I'd like you to build something similar to the "TerrAqua" column at the Bottle Biology site, or the Building an Eco-Column PDF, but you're going to completely seal it up. No air holes or other inputs except light and heat. You can use either non-toxic silicone sealant (smells like vinegar while drying, takes about 24 hours to fully cure) or duct tape to seal your bottles. We're trying to create a self-sustaining ecosystem that will last a while. Getting things in balance is very tricky, but it can be done.


                Voir la vidéo: Les biomes (Juillet 2022).


Commentaires:

  1. Tygobei

    Désolé, je ne peux pas vous aider. Mais je suis sûr que vous trouverez la bonne solution. Ne désespérez pas.

  2. Bajas

    Je considère, que vous vous trompez. Discutons-en.

  3. Dugis

    Idée excellente, c'est d'accord avec vous.



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