Les Pinsons des Galápagos ou pinsons de Darwin

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"Le mystère des mystères..."

Après avoir visité l’archipel, Darwin a écrit dans son journal:

"Dans le temps et dans l’espace, il semble que nous approchions d’un fait grandiose, du mystère des mystères: l’apparition de nouveaux êtres sur la Terre."

 

Notions essentielles:

  1. Dans les populations eucaryotes à reproduction sexuée, le modèle théorique de Hardy-Weinberg prévoit la stabilité des fréquences relatives des allèles dans une population.
  2. Mais, dans les populations réelles, différents facteurs empêchent d’atteindre cet équilibre théorique: l’existence de mutations, le caractère favorable ou défavorable de celles-ci, la taille limitée d’une population (effets de la dérive génétique), les migrations et les préférences sexuelles.
  3. Les populations sont soumises à la sélection naturelle et à la dérive génétique.
  4. À cause de l’instabilité de l’environnement biotique et abiotique, une différenciation génétique se produit obligatoirement au cours du temps.
  5. Cette différenciation peut conduire à limiter les échanges réguliers de gènes entre différentes populations.
  6. Toutes les espèces apparaissent donc comme des ensembles hétérogènes de populations, évoluant continuellement dans le temps.

 

Les Pinsons de Darwin montrent une étrange ressemblance et pourtant ce sont des espèces différentes.

 Comment est-il possible qu'une espèce puisse donner des dizaines d'espèces semblables ?

voyage de darwin

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Plan de la leçon:

  • Populations et espèces, deux concepts importants
  • Un modèle théorique de l'évolution des populations
  • Les facteurs de modifications des populations au cours du temps
  • Le concept d'espèce

Quelle est la différence entre une population et une espèce?

1- Populations et espèces, deux concepts importants:

photos tritons

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Pour en savoir plus sur les Tritons et les Salamandres:

 https://www.lpo.fr/images/conservation/preservation/fiche7_urodeles.pdf

A retenir:

  • Distiguer populations et espèces n'est pas chose facile. Les ressemblances entre individus sont parfois si importantes que la tentation est grande d'en faire des individus d'une même espèce.
  • Souvent, les aires de répartitions différentes et la descendance fragile sont de bons critères pour distinguer deux espèces de deux populations.
  • Par conséquent, on définira une population comme un groupement d'indivus capables de s'accoupler et d'avoir une descendance viable et fertile.

 

2- Un modèle théorique de l'évolution des populations:

  • Le modèle mathématique trouvé par Hardy et Weinberg prévoit la stabilité de la féquence des allèles dans une population sous certaines conditions. Démonstration.

Cliquez sur le lien et faites ce TP:

TP_sur_la_loi_de_Hardy_Weinberg_

A retenir:

  • Dans les populations eucaryotes à reproduction sexuée, le modèle théorique de Hardy-Weinberg prévoit la stabilité des fréquences relatives des allèles dans une population de génération en génération.
  • Ce modèle est nous permet donc définir les conditions dans lesquelles le modèle ne s'applique pas et ainsi trouver les facteur d'évolution des populations.

 Hardy weinberg en BD

Dans les populations naturelles, les conditions de vie ne correspondent pas aux conditions prédites par hardy et Weinberg.

 3- Les facteurs de modifications des populations au cours du temps:

 Un facteur biotique: la pression exercée par l'Homme.

Analysez ces documents :

De 1968 à 2002, la population de moustiques Culex pipiens L. est contrôlée dans le sud de la France par l’épandage d’insecticides organophosphorés sur les étendues d’eau dans lesquelles se développent leurs larves. On s’intéresse à la résistance développée par certains moustiques à ces insecticides dans la région de Montpellier.

À partir de l’étude des documents et de l’utilisation des connaissances :

  • expliquer la résistance de certains moustiques aux insecticides organophosphorés
  • montrer comment la sélection naturelle pourrait expliquer la proportion de formes résistantes dans les populations de la zone 2 étudiée.

Document 1 : Quantité d’estérases chez les moustiques étudiés dans la région de Montpellier

Les acetylcholine estérases (A et B) sont des enzymes naturellement produites par tous les moustiques qui possèdent donc un gène ACE pour acetylcholine estérase.
Les protéines de différents moustiques ont été séparées par électrophorèse. Les acetylcholine estérases (par la suite on parlera simplement d'estérase) apparaissent sous la forme de taches noires dont la taille est proportionnelle à la quantité d’enzyme produite par le moustique.

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Document 2 : Étude de la mortalité des larves de moustiques dans la région de Montpellier

En 2002, des larves de moustiques ont été échantillonnées dans différentes communes de la région de Montpellier.
La carte ci-dessous repère les sites d’échantillonnage :

  • La zone 1, située au nord, n’a jamais été traitée avec des insecticides organophosphorés.
  • La zone 2, située au sud, a été traitée avec des insecticides organophosphorés depuis 1968. À cette époque, ces insecticides étaient très efficaces dans cette zone et tuaient la majorité des moustiques.

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Des larves prélevées dans les zones 1 et 2 ont été soumises à une dose d’insecticide organophosphoré (cette dose suffisait à tuer presque tous les moustiques en 1968, dans toute la région). Vingt-quatre heures après traitement, on compte les larves survivantes. Les résultats sont présentés dans le tableau ci-dessous.

 

Communes

Nombre total de
larves prélevées

Larves survivantes
après 24 heures

Zone 1

Notre-Dame de Londres

196

41

Viols-le-Fort

167

74

St Jean de Cuculles

154

81

Zone 2

Prades-le-Lez

132

112

Lattes

137

95

Maurin

227

227

Pérols

168

147

D’après www.acces.ens-lyon.fr, consulté en octobre 2017.

Document 3 : Action des estérases sur le parathion

  • Le parathion est, comme tous les insecticides organophosphorés, un ester qui altère le fonctionnement du système nerveux du moustique entraînant sa mort. Pour qu’il soit efficace, il doit pénétrer dans l’organisme de l’insecte et atteindre le système nerveux sous forme d’ester.
  • Les estérases sont des enzymes qui catalysent des réactions d’hydrolyse comme celle présentée ci-dessous :

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Document 4: Evolution de la fréquence des allèles du gène Ace (Acethylcholine estérase)

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Sous l'effet de la dérive génétique :

Drosophile Bw

Cliquez sur le lien ci-dessous pour simuler l'expérience de Peter Buri

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photo dérive

 

Sous l'effet de la sélection naturelle:

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Evolution des populations humaines:

Que montre la comparaison des génomes des populations de la même espèce?

répartition allèle A

 

evolution chez les Amish

colons hollandais

paludisme et drépanocytose

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Mystère sur l'origine de la sélection du génotype CCR5Δ32, protecteur contre le virus de l'immunodéficience humaine

Selon les estimations, la peste noire tua 40 % de la population européenne au xiv e siècle, et continua de sévir par flambées récurrentes sporadiques pendant 400 ans. Une autre hypothèse, soutenue par un modèle mathématique publié en 2003 par Alison P.

 

modes de sélection naturelle

 

Loi de Hardy-Weinberg

La loi de Hardy-Weinberg décrit une population hypothétique qui n’évolue pas. Or, dans les populations réelles, les fréquences alléliques et génotypiques changent avec le temps, et ce, parce que les cinq conditions qui font qu’une population n’évolue pas sont rarement réunies. Ces conditions sont les suivantes :

  • Il n’y a pas de mutation. Les mutations altèrent le patrimoine génétique en modifiant des allèles ou encore en supprimant ou en dupliquant des gènes complets.
  • L’accouplement se fait de manière aléatoire. Si les individus s’accouplent de préférence avec des partenaires d’un même sous-ensemble de la population, comme des proches parents (autofécondation), le mélange des gamètes ne se fait pas au hasard et la fréquence des génotypes varie. (On appelle pangamie la rencontre aléatoire des gamètes et panmixie la rencontre aléatoire des individus.)
  • Il n’y a pas de sélection naturelle. L’inégalité des chances de survie et de succès reproductif des individus porteurs de génotypes différents modifie les fréquences alléliques.
  • La taille de la population est extrêmement grande. Plus la population est petite, plus le rôle du hasard dans les fluctuations des fréquences alléliques d’une génération à l’autre est important – un phénomène appelé dérive génétique.
  • Il n’y a pas de flux génétique. Le flux génétique, c’est-à-dire le déplacement des allèles entre des populations, peut modifier les fréquences alléliques.

 

A retenir:

Dans les populations réelles, différents facteurs empêchent d’atteindre l'équilibre théorique de Hardy Weinberg:

  1. l’existence de mutations,
  2. le caractère favorable ou défavorable de celles-ci,
  3. la taille limitée d’une population (effets de la dérive génétique),
  4. les migrations
  5. les préférences sexuelles.

Les populations sont soumises à la sélection naturelle et à la dérive génétique.


4- Le concept d'espèce:

 

photo nouvelle espèce de dauphin

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formation d'une zone hybride et son devenir

A retenir:

  • À cause de l’instabilité de l’environnement biotique et abiotique, une différenciation génétique se produit obligatoirement au cours du temps, autrement dit, la fréquence des allèles change dans des populations plus ou moins isolées génétiquement.
  • C'est ce que Darwin a découvert: "la descendance avec modification par le biais de la sélection naturelle".
  • Au cours du temps, cet isolement génétique est tel que les individus de deux populations différentes peuvent ne pas arriver à se reproduire entre eux, on peut alors parler d'espèces et non populations.
  • Toutes les espèces apparaissent donc comme des ensembles hétérogènes de populations, évoluant continuellement dans le temps.

Conclusion:

L'apparition des espèces constitue véritablement le mystère des mystères pour le biologiste. Pourquoi? Parce que savoir comment de nouvelles espéces apparaissent est une chose qui échappe à notre vision du fait de la durée des phénomènes conduisant à la formation de nouvelles espèces. Ainsi, comme la dérive des continents, il faut se baser sur un certains nombre de faits pour conclure avec certitude à l'inéluctable évolution des génomes au sein des populations qui conduit inexorablement à la formation de nouvelles espèces.

 

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Voici un schéma-bilan sur le chapitre 3 de TS, "l'évolution des populations", qui constitue une sorte de synthèse de plusieurs bouquins de TS mais aussi de Pascal Picq, ou de JC Gall.

Cette synthèse est aussi une simplification pédagogique accessible pour un élève de TS qui doit pouvoir refaire de mémoire un schéma similaire lors de l'épreuve du Bac.

Bonne utilisation!

sche_ma_bilan_chapitre_3

photo pouillot verdâtre

2e_partie_Exo_2

Avis de naissance


photo moule perlière

 

Entrainez-vous! Essayez de définir:

 

Espèce ; spéciation ; population ; interfécondité ; fertile ; dérive génétique ; sélection naturelle ; isolement génétique ; barrière géographique ; effet fondateur.

 

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2e_partie_exo_1_nouvelle_caledonie_2013_triton

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2e_partie_exo_2_metropole_septembre_2016_le_grizzli

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2e_partie_exo_2_liban_2013_Vie_fixe_e_Age_croute_diable_de_Tasmanie

2e_partie_exo_2_nouvelle_caledonie_2018_syndrome_de_down_et_cancer

 

 

Rapport du WWF 2018:

http://www.wwf.fr/rapport-planete-vivante-2018

 

Extinction annoncée du rhinocéros blanc du nord

http://www.lefigaro.fr/sciences/2014/10/20/01008-20141020ARTFIG00339-extinction-annoncee-du-rhinoceros-blanc-du-nord.php

 

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Notions essentielles:

  1. Dans les populations eucaryotes à reproduction sexuée, le modèle théorique de Hardy-Weinberg prévoit la stabilité des fréquences relatives des allèles dans une population.
  2. Mais, dans les populations réelles, différents facteurs empêchent d’atteindre cet équilibre théorique: l’existence de mutations, le caractère favorable ou défavorable de celles-ci, la taille limitée d’une population (effets de la dérive génétique), les migrations et les préférences sexuelles.
  3. Les populations sont soumises à la sélection naturelle et à la dérive génétique.
  4. À cause de l’instabilité de l’environnement biotique et abiotique, une différenciation génétique se produit obligatoirement au cours du temps.
  5. Cette différenciation peut conduire à limiter les échanges réguliers de gènes entre différentes populations.
  6. Toutes les espèces apparaissent donc comme des ensembles hétérogènes de populations, évoluant continuellement dans le temps.

Notions fondamentales:

  • Mutation, sélection, dérive, évolution.

Objectifs:

  • Il s’agit avant tout de mobiliser les acquis des élèves sur les mécanismes de l’évolution et de comprendre, en s’appuyant sur des exemples variés, que ces mécanismes concernent toutes les populations vivantes.

Comprendre et identifier les facteurs éloignant de l’équilibre théorique de Hardy-Weinberg, notamment l’appariement non-aléatoire, la sélection, la population finie (dérive). Extraire, organiser et exploiter des informations sur l’évolution de fréquences alléliques dans des populations. Questionner la notion d’espèce en s’appuyant sur lesapports modernes du séquençage de l’ADN.

Activités :

Comprendre et identifier les facteurs éloignant de l’équilibre théorique de Hardy-Weinberg, notamment l’appariement non-aléatoire, la sélection, la population finie (dérive).

Extraire, organiser et exploiter des informations sur l’évolution de fréquences alléliques dans des populations.

Questionner la notion d’espèce en s’appuyant sur lesapports modernes du séquençage de l’ADN.

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Tableau_Correction