Plan du chapitre

Cours et schémas

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TP Sélection naturelle (Logiciel Phalènes)

 fiche du TP Sélection Naturelle
– fiche élève à compléter pendant la séance Compte-rendu élève
– Lien vers le logiciel Phalènes !

TP Dérive (Logiciel de modélisation)

– fiche table du TP Dérive
– fiche élève à compléter pendant la séance Compte-rendu élève
– Lien vers le logiciel Dérive

Accompagnement du travail personnel

Les points clés du chapitre à maitriser

  • Définir les mots : biodiversité, espèce, spéciation, évolution, mutation, dérive génétique,  sélection naturelle et sélection sexuelle ;
  • Connaître les différentes échelles de la biodiversité ;
  • Faire le lien entre une mutation génétique, une modification des individus et leur évolution ;
  • Comprendre la notion de dérive génétique et les effets du hasard dans l’évolution ;
  • Comprendre la notion de sélection naturelle et d’avantage sélectif ;
  • Réfléchir l’impact des activités humaines la biodiversité

Compétences travaillées à maîtriser

  • Utiliser un logiciel de comparaison de séquences d’ADN (type Geniegen 2) pour identifier différents allèles d’un même gène ; trouver une mutation ;
  • Utiliser un tableur-grapheur pour réaliser un graphique ;
  • Utiliser un logiciel de modélisation et/ou extraire et mettre en relation des informations pour illustrer la sélection naturelle et la dérive génétique sur des temps courts
  •  Argumenter à l’écrit
  • Argumenter à l’oral
  • Analyser des documents pour démontrer un phénomène de spéciation, de dérive génétique ou de sélection naturelle ;

Ce site a été réalisé par Mme et Mr ESTHER

Introduction

Les derniers rapports de l’IPBES vont tous dans le même sens : la biodiversité connait un déclin global sans précédent depuis le début du 20ème siècle. Ces rapports de l’IPBES sont rédigés par des scientifiques, experts de la biodiversité, qui récoltent les résultats de milliers d’articles scientifiques dont ils font le bilan sous la forme d’un rapport.

Mais qu’est-ce que 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.Ce déclin, doit-on s’en inquiéter ? Oui. Une grande partie de nos sociétés repose des ressources ou des services liés intimement à la biodiversité (ressources agricoles, qualité de l’eau, etc.).

Figure extraite du rapport de l’IPBES de 2019 – https://www.ipbes.net/

L’objectif du chapitre est de comprendre précisément ce qu’est la biodiversité, de comprendre comment on peut la mesurer. On cherchera ensuite à comprendre les mécanismes évolutifs associés aux variations de la biodiversité.

I – Les échelles de la biodiversité

1 – La notion de biodiversité

La biodiversité se définit par la diversité du vivant et sa dynamique aux différentes échelles. On utilise fréquemment trois échelles de la biodiversité :

2 – La notion d’espèce

La notion d’espèce est un concept inventé par l’Homme pour mieux étudier et appréhender la nature. Cette notion est importante pour décrire la biodiversité dans notre environnement.

Une espèce se définit comme un ensemble d’individus souvent semblables, capables de se reproduire entre eux et d’avoir une descendance fertile.

La notion d’espèce est une construction, un outil intellectuel qui ne rend pas toujours bien compte de la réalité biologique.

Ces photographies montrent des mâles de la Sturnelle des Prés et de la Sturnelle de l’Ouest. Deux espèces qui se ressemblent mais incapables de se reproduire entre elles.

Document – Les sous populations de Salamandre en Californie

La notion d’espèce, un concept complexe, illustré ici par le phénomène de la spéciation en anneau.

Ce document issu d’un article de recherche montre différentes sous-espèces de Salamandre. Chaque population est proche génétiquement de la population adjacente…

3 – Les origines de la biodiversité : mutations et spéciations

Diversité génétique

Au sein de chaque espèce, la diversité entre les individus est liée à la diversité génétique/allélique.

Les individus d’une même espèce possèdent les mêmes gènes. Cependant, certains gènes possèdent des variants nommés allèles. Chaque individu d’une espèce est porteur d’une combinaison unique d’allèles variés.

Les nouveaux allèles apparaissent grâce à des erreurs de copie de l’ADN nommées mutations.

Diversité spécifique

De nouvelles espèces apparaissent exceptionnellement par des mécanismes dit de spéciation. Une seule espèce va être divisée en plusieurs sous-espèces qui avec le temps deviendront incapables de se reproduire entre-elles.

Figure : une figure illustrant un processus de spéciation ; une espèce ancestrale de Bousier, donne après un temps de séparation, deux espèces incapables de se reproduire entre-elles.

II – Les changements de la biodiversité au cours du temps

1 – Des changements marqués lors des crises biologiques

L’étude des roches ayant conservé des fossiles permet de montrer les nombreux changements de la biodiversité au cours du temps. Certaines périodes se caractérisent par la disparition de nombreuses espèces vivantes suivie par l’apparition et le développement de nouvelles espèces : il s’agit de crises biologiques.

Document – Nombre de familles d’espèces marines

On voit 5 grandes crises avec une chute brutale de la biodiversité. On peut en retenir 2 :

  • 250 Ma, crise de fin du Permien (-60% de familles biologiques)
  • 65 Ma, crise de fin du Crétacé (extinction des ammonites, des dinosaures…)

2 – La place des activités de l’Homme dans les changements de la biodiversité

Les rapports de l’IPBES démontrent que les activités humaines sont en cause dans la diminution de la biodiversité actuelle. En modifiant les milieux, les humains modifient la biodiversité des écosystèmes (ex : déforestation, réchauffement climatique). En chassant des espèces ciblées, ils entrainent leur disparition (ex : surpêche du Cabillaud). Enfin, en sélectionnant certaines variétés, l’Homme diminue aussi la diversité allélique (ex : espèces utilisées en agriculture : maïs, pomme, banane).

Document  –  Les principales causes anthropiques du déclin de la biodiversité mondiale –https://www.ipbes.net/

III – Les mécanismes de l’évolution des espèces

1 – L’évolution et le rôle des mutations génétiques

L’évolution biologique des êtres vivants c’est l’ensemble des processus qui transforment les espèces au cours du temps.

Les mutations sont des erreurs génétiques qui se créent au hasard lors de la copie de l’ADN. Cela a 3 conséquences principales :

  • Les mutations créent de nouveaux allèles, elles augmentent la biodiversité génétique ;
  • Comme l’ADN porte le programme génétique, les mutations peuvent provoquer des changements dans le corps des individus qui portent ces mutations : cela peut être une nouvelle couleur de pelage, une modification du fonctionnement des cellules du foie ou encore un dysfonctionnement de cellule de la peau (albinisme/mélanisme)…
  • Comme l’ADN est transmis à la descendance par les cellules reproductrices cela signifie que les mutations peuvent se transmettre de génération en génération ;

2 – La dérive génétique, les effets du hasard dans la transmission des allèles

Lors de la reproduction sexuée, les allèles sont transmis à la génération suivante. Cette répartition subit les effets du hasard. On nomme ce phénomène dérive génétique. La dérive génétique est très forte dans les petites populations.

La dérive génétique fait varier la biodiversité génétique d’une espèce. Elle peut même dans certains cas être à l’origine de l’apparition d’une nouvelle espèce (spéciation).

Un logiciel de modélisation de la dérive

3 – La sélection naturelle, une force évolutive en lien avec les caractéristiques de l’environnement

Dans certaines situations, le fait de porter un allèle différent peut procurer un avantage ou un désavantage en termes de survie et de reproduction.

Les individus qui possèdent les allèles avantageux survivront mieux, se reproduiront plus. Ces allèles vont se propager dans la population.

On appelle ce phénomène sélection naturelle.

La sélection naturelle peut avoir plusieurs effets à long terme :

  • Elle peut diminuer la diversité génétique en provoquant la disparition d’allèles désavantageux ;
  • Elle permet l’adaptation des espèces à leur environnement ;

Une vidéo en anglais (sous-titres en français disponibles !) expliquant très bien la sélection naturelle :

4 – La sélection sexuelle

L’étude de certains traits et comportements des animaux peuvent sembler inadaptés. Prenons deux exemples :

  • Le plumage très coloré de certains oiseaux ; 
  • Les chants de certaines grenouilles ;

C’est un désavantage en termes de survie car cela facilite leur capture par les prédateurs !

Comment expliquer ces traits/comportements ? La réponse est à chercher du côté de la reproduction. Chez certaines espèces colorées, les femelles préfèrent s’accoupler avec les mâles aux couleurs vives. Les chants aussi servent à choisir identifier un partenaire sexuel. Ces comportements présentent donc bien un avantage en termes de reproduction. On appelle ce phénomène sélection sexuelle.

La sélection sexuelle peut avoir plusieurs effets à long terme :

  • Elle explique le développement de certains traits favorisant le choix du partenaire (couleur du plumage/pelage, chants, comportements prénuptiaux) ;
  • Elle explique chez certaines espèces le dimorphisme sexuel : les différences physiques entre mâles et femelles ;
  • Elle peut parfois aboutir à de la spéciation comme dans l’exemple ci-dessous du Pouillot Verdâtre 

La majestueuse queue du Paon mâle est un exemple de dimorphisme sexuel. Elle s’explique par les préférences sexuelles des femelles

Conclusion

La dérive génétique et la sélection naturelle sont deux grand mécanismes évolutifs qui expliquent les modifications de la fréquence des allèles au cours des générations et donc les changements souvent progressifs de certains caractères au sein des espèces. De plus, la communication intraspécifique peut jouer des rôles importants, notamment dans la reproduction et avoir une forte influence sur l’évolution des espèces. Les changements entre populations peuvent conduire progressivement à la formation de nouvelles espèces : la spéciation.

Pour aller plus loin

Première spécialité SVT : vous étudierez les mécanismes des mutations et vous étudierez l’évolution de l’espèce humaine à travers des exemples ;

Terminale spécialité SVT : vous verrez qu’il existe d’autres mécanismes que les mutations pour créer de la biodiversité et de provoquer des spéciations ; notamment des brassages génétiques, des mélanges génétiques et des phénomènes culturels ;

Terminale Enseignement scientifique : vous verrez les méthodes de mesure de la biodiversité !

un résumé du cours du livre (le livre scolaire) en vidéo

Bonus

En bonus, une petite analogie entre l’évolution des êtres vivants et celle des… Pokémons (Léo Grasset est un scientifique sérieux !)

Un peu de lecture …

Au CDI, vous trouverez la biographie de Charles Darwin pour comprendre comment il a élaboré la théorie de l’évolution et comment se pratiquait les sciences au XIXème siècle.