Introduction 

Depuis quelques années, on assite à une prise de conscience collective de l’impact des activités humaines sur les écosystèmes. Cela concerne notamment : le réchauffement climatique (§Thème1) et la crise profonde de la biodiversité (§Thème1).

Concernant la crise de la biodiversité, nous voyons fleurir des titres d’article comme « 6ème Extinction : 7 % des espèces probablement déjà disparues » (CNRS) ou « Où sont passés les oiseaux des champs? » (CNRS). Les scientifiques nous alertent donc sur une diminution forte de la biodiversité. Dans ce chapitre, nous essaierons de comprendre quels outils et quelques mesures permettent d’arriver à ce type de constat.

Objectif : l’idée est de découvrir, comprendre et poser un regard critique sur les différents outils qui permettent de mesurer la biodiversité. Nous allons démontrer que le suivi de la biodiversité est un travail complexe à de nombreux égards, qui utilise des méthodes variées et s’appuie notamment sur des outils mathématiques.

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Avant de commencer :

Définition de la biodiversité : La biodiversité désigne l’ensemble des êtres vivants ainsi que les écosystèmes dans lesquels ils vivent. Ce terme comprend également les interactions des espèces entre elles et avec leurs milieux.

On distingue trois niveaux de biodiversité : la biodiversité génétique (variété génétique au sein d’une même espèce), la biodiversité spécifique (variété d’espèce au sein d’un écosystème) et la biodiversité écosystémique (variété des écosystèmes à l’échelle régionale ou mondiale).

Plan du cours

Fiche 1 – Mesures de la biodiversité par la méthode des quadrats
Fiche 2 – Sciences participatives et outils numériques
Fiche 3 – Mesure de la biodiversité par la méthode CMR
Fiche 4 – Mesure de la biodiversité par le DNAbarcoding
Fiche 5 – Le modèle de Hardy-Weinberg sur l’évolution génétique d’une population
Fiche 6 – Les impacts de l’Homme sur la biodiversité
Fiche 7 – L’exemple du Lynx ibérique

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Fiche 1 – Mesures de la biodiversité par la méthode des quadrats

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Fiche 2 – Sciences participatives et outils numériques

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Fiche 3 – Mesure de la biodiversité par la méthode CMR

Encart – La méthode Capture-Marquage-Recapture ou CMR (voir TP)

Le marquage peut consister en l’ajout d’une « bague » à la patte

La méthode CMR consiste à capturer un échantillon, quelques individus d’une population, pour les marquer. On relâche ces individus puis après un temps suffisant on les recapture.

On analyse dans l’échantillon de recapture le nombre d’individus marqués. Cela permet notamment d’estimer la taille de la population étudiée.

Point méthode – Fréquence d’un caractère et intervalle de confiance

Fiche 4 – Mesure de la biodiversité par le DNAbarcoding

Encart – La méthode du DNA barcoding ou ADN environnemental

La méthode du barcoding consiste à extraire l’ADN d’un milieu (sol forestier, microbiote intestinal, eau de mer, etc). On amplifie cet ADN par PCR puis on le séquence. On compare les résultats obtenus à des banques de données (type BLAST) pour identifier les espèces présentes. Autrement dit, on utilise l’ADN comme un « code-barre ». 

Remarque : le séquençage de l’ADN est maintenant automatisé et peu coûteux et il permet d’identifier un grand nombre d’espèces simultanément, notamment des espèces microscopiques.

Fiche 5 – Mesure de la biodiversité par le modèle d’Hardy-Weinberg

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Les éléments de correction

Pour comprendre l’évolution génétique d’une population, on a étudié le modèle mathématique de Hardy-Weinberg que l’on a comparé avec un modèle numérique (EDUMODELE) et à des exemples réels.

Rappel – Définition d’un modèle : un modèle est une construction mathématique, numérique ou analogique qui se substitue à un  réel trop complexe, ou inaccessible à l’expérience pour mieux permet le comprendre.

Le modèle mathématique de Hardy-Weinberg a été découvert au début du 20ème siècle indépendamment par le mathématicien Godfrey H. HARDY (camarade de cricket, du généticien Réginald PUNNETT, inventeur des tableaux de croisement de gamètes) et par le médecin gynécologue Wilhelm WEINBERG.

Le modèle de Hardy-Weinberg postule que, pour une population qui respecte quelques conditions :

  • les fréquences alléliques sont stables d’une génération à l’autre ;
  • les fréquences alléliques et les fréquences génotypiques sont liées par une équation mathématique simple :

Ce modèle s’applique dans des conditions particulières :

  • organisme diploïde (deux allèles pour chaque gène) se reproduisant par reproduction sexuée
  • taille de la population infinie
  • rencontre au hasard des partenaires et des gamètes pour la reproduction (panmixie)
  • population fermée (sans mouvement migratoire)
  • aucune force évolutive (mutation, dérive, sélection, migration)

Pour conclure, le modèle de Hardy-Weinberg décrit un cas théorique d’une population qui n’évolue pas ! On parle d’équilibre de Hardy-Weinberg.

Dans les faits, lorsque l’on calcule les fréquences alléliques et génotypiques d’une population, on constate des écarts à l’équilibre de Hardy-Weinberg.

Ces écarts s’expliquent peuvent s’expliquer par plusieurs phénomènes :

  • les populations ne sont pas infinies ; et plus leur taille est faible plus on observe les effets de la dérive génétique (effet du hasard sur la répartition des allèles)
  • les populations ne sont pas fermées ; on observe de la migration, des individus passent d’une population à l’autre et modifient la répartition des allèles ;
  • la rencontre des partenaires ne se fait pas au hasard ; on observe des phénomènes de la sélection sexuelle entre mâles et femelles ;
  • certains allèles procurent un avantage ou un désavantage en terme de survie ou de succès reproducteur : c’est la sélection naturelle ; la fréquences des allèles procurant un avantage va augmenter progressivement au cours des générations ;
  • des mutations génétiques se produisent et font apparaître de nouveaux allèles qui modifient la répartition des allèles dans les populations ;

Vidéos – Rappels de Seconde – Les forcés évolutives : sélection naturelle et dérive génétique – En Français



Vidéos – Rappels de Seconde – Les forcés évolutives : sélection naturelle et dérive génétique – En Anglais



Fiche 6 – Les impacts de l’Homme sur la biodiversité

La problématique de la préservation de la biodiversité est une question complexe ; pour en appréhender certains aspects on a étudié quelques exemples en tentant de faire le lien avec nos connaissances sur les forces évolutives.

On mesure et on observe depuis plusieurs décennies un érosion très forte de la biodiversité. Il existe un consensus scientifique sur ce point comme le montre les travaux de l’IPBES (Intergovernmental Science-Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services).

Ce déclin est essentiellement lié aux activités humaines :

  • l’utilisation des sols (agriculture, urbanisation) qui conduisent à une diminution et à une fragmentation des habitats ;
  • la pollution (pesticides, résidus plastiques, etc.) qui engendre des conséquences variées et néfastes dans les populations ;
  • l’utilisation des combustibles fossiles et le réchauffement climatique associé qui provoquent d’importants bouleversements des écosystèmes ;
  • la surexploitation des espèces (pêche, élevage, etc.)
  • la propagation d’espèces invasives ;

Une meilleure connaissance scientifique du fonctionnement des écosystèmes associée à des politiques de conservation permet de limiter l’érosion de la biodiversité.

Documents – Extrait d’un rapport de l’UE sur la fragmentation des habitats

Fiche 7 – Le lynx ibérique

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Vidéo – L’exemple du Lynx Ibérique

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Lien vers le document d’exercices facultatifs

Pour aller plus loin, on peut s’intéresser à l’intérêt de mesurer/étudier/préserver la biodiversité. L’une des approches utilisées ces dernières années pour comprendre l’importance de la biodiversité (des espèces et des écosystèmes) est la notion de services écosystémiques (prog. Première Spé SVT). Voici deux vidéos qui présentent cette notion de « services écosystémiques » :