Rappels du cours de 2nde :

Il existe 3 niveaux de biodiversité :

  • Biodiversité écosystémique : La biodiversité diffère d’un écosystème à un autre
  • Biodiversité spécifique : Au sein d’un écosystème, des espèces différentes cohabitent et interagissent, créant une biodiversité spécifique.
  • Biodiversité intraspécifique : Au sein des espèces, des individus diffèrent en raison de leurs caractères (eux mêmes dus à leurs gènes), créant une diversité intraspécifique

 

Une espèce est un ensemble d’individus qui : partagent un génome commun (critère moléculaire) , ont des ressemblances qui traduisent une parenté évolutive (critère phénétique) et peuvent se reproduire ensemble et engendrer une descendance fertile (critère d’interfécondité)

Lien vers le cours de 2nde pour réviser cette partie :
http://thibault.svt.free.fr/index.php/secondes/cours-de-svt-2nde/chapitre-4-evolution-des-etres-vivants/

Problème: Comment estimer et étudier la biodiversité et son évolution ?

I- Estimer l’abondance ou la richesse spécifique d’un milieu

Pour estimer la biodiversité d’un milieu, on utilise deux indicateurs majeurs :
 – La richesse spécifique : Nombre d’espèces différentes dans un écosystème
 – L’abondance : nombre d’individus d’une population, d’une espèce, d’un genre ou d’un plus grand taxon dans un écosystème donné.

ACTIVITE 1 – Méthodes de quantification de la biodiversité + Correction

Plusieurs méthodes permettent de compatibiliser ou d’estimer l’abondance ou la richesse spécifique dans un milieu :

  • Echantillonnage et comptage : Compter le nombre de taxon (=groupe d’espèces)  ou d‘individu d’un taxon que l’on a observé dans un échantillon donné, puis rapporter cet échantillon à la taille totale de l’écosystème étudié.L’échantillonnage peut se faire par des pièges, par des enregistrements (photo, vidéo, son) : c’est le comptage indirect, ou directement en comptant le long d’un transect ou dans un quadrat : c’est le comptage directCette méthode est très facile d’usage et peu couteuse, mais très dépendante de la qualité de l’échantillonnage et du taxon étudié (éléphant vs fourmi). Elle ne sera jamais exhaustive.

 

  • Prélèvement d’ADN environnemental (ADNe) : Prélever un échantillon contenant de l’ADN, séparer et séquencer les différents ADN, et les comparer à des banques de données afin de déterminer le ou les espèces   auxquelles appartient l’ADN.
    Cette méthode est dépendante de l’échantillonnage et assez couteuse, mais elle ne provoque aucun stress pour les individus et est indépendante du taxon étudié. L’ADN se dégradant assez vite (surtout dans l’eau), elle a une courte portée dans le temps.

  • Méthode de capture marquage recapture (CMR) : Estimer une abondance, par des calculs statistiques basé sur la proportion d’individus capturés-marqués, puis recapturés au sein de la population totale.

On utilise alors la formule :

avec  :

A l’abondance.
M le nombre d’individu marqué en première capture
C le nombre d’individu capturé en 2nde capture
R le nombre d’individu marqué parmi les capturés en 2ème capture

Cette méthode se base sur le postulat qu’un individu marqué doit avoir la même probabilité de se faire recapturer lors de la recapture  qu’un autre individu à de probabilité de se faire capturer lors de la première capture, donc :

TP – Méthode CMR

Il s’agit d’une estimation basée sur des échantillons donc la qualité varie et non d’une valeur exacte : il y a donc une incertitude (due à la fluctuation d’échantillonnage) qu’il faut quantifier.  On calcule alors un intervalle de confiance, composé d’une valeur minimale et d’une valeur maximale. L’intervalle de confiance est calculé pour une valeur toujours strictement inférieure à 100% qui représente la probabilité que les résultats réels soient compris entre les 2 bornes de l’intervalles
Plus l’échantillon sera important, moins l’incertitude sera élevée.

L’intervalle de confiance dépends de la taille de la population, du nombre d’individus marqués à la première capture et du nombre de réitérations de la mesure.

Exercice d’application

 

II- L’évolution de la biodiversité

Rappels du cours de 2nde :

La biodiversité se modifie au cours du temps : les crises biologiques entrainent des disparitions d’espèces suivies du développement de nouveaux groupes d’espèces. Ces nouvelles espèces sont issues d’espèces préexistantes par un ensemble de processus évolutifs. L’apparition de nouvelles espèces à partir d’un ancêtre commun hypothétique est appelée une spéciation

Grandes étapes d’une spéciation :
 – Séparation de l’espèce en populations ne se reproduisant plus (isolement reproducteur)
 – Mutation : apparition de nouvel allèle/gène/caractère
 – Transmission du nouvel allèle/gène/caractère dans la population

Définitions à connaitre :
 – Gène : Portion d’ADN (donc ensemble de nucléotides) permettant la formation d’une protéine
 – Allèle : Version d’un gène
 – Phénotype : ensemble des caractères visibles d’un individu , d’une cellule ou d’une espèce

A-   Le modèle théorique de Hardy-Weinberg
Le modèle de Hardy-Weinberg est un modèle mathématique qui modélise la transmission d’allèles de génération en génération (donc au cours de la reproduction sexuée).
Ce modèle implique certaines conditions :
– La population est considérée de taille infinie
– Il n’y a pas d’apparition d’allèles par mutation ou par  introduction d’individu
– Il n’y a pas d’allèle qui apporte un avantage dans la reproduction
– Il n’y a pas de modification de la taille des populations

Si ces conditions sont respectées, le modèle se traduit par la formule :   P² + 2pq + q² = 1   avec p et q les fréquences des deux allèles
  –> Pour en savoir plus : CHAPITRE 3 – Evolution des génomes des populations

Cela signifie que le modèle prévoit que les fréquences alléliques restent stables de génération en génération et donc, que les populations n’évoluent pas… mais ceci n’est pas souvent réalisé en réalité

B-  Des forces évolutives modifient la transmission des allèles

Activité : Ecarts au modèle de Hardy Weinberg + Schéma à compléter

Au sein des populations, différentes forces évolutives font varier les fréquences alléliques par rapport aux attendus du modèle de HW. Ceci entraine l’évolution des génomes des populations :

    • Les mutations créent des nouveaux allèles, ce qui modifie les fréquences des allèles préexistants
    • La dérive génétique diminue la diversité génétique des populations de petite taille dans lesquelles tous les couples ne se forment pas, ce qui renforce l’effet du hasard sur la transmission des allèles
    • La sélection naturelle favorise les allèles qui, dans un milieu de vie donné, apportent un avantage reproductif (meilleure survie, meilleure reproduction, descendance + nombreuse ou + résistante …). La sélection naturelle dépend des pressions de sélection du milieu, et son effet varie donc lorsque le milieu change. (Ex : allèle qui permet aux escargots d’avoir une couleur qui les camoufle des oiseaux prédateurs)

    • La sélection sexuelle favorise les allèles qui apportent un meilleur succès reproducteur car l’individu porteur est plus choisi par les partenaires sexuels. (Ex : couleur des guppys males)
    • Les migrations créent des groupes ayant des fréquences alléliques ne représentant pas celles de la population initiale et souvent de petite taille donc soumis à une forte dérive génétique (ex : maladie génétique chez les Amish)
    • La vie en communauté ou en société, dans lesquelles les préférences sexuelles orientent la formation des couples et empêchent la panmixie (transmission des allèles au hasard)

Ainsi, en fonction du hasard, de l’environnement et de la taille et la structure de la population, les allèles se transmettent différemment et les populations évoluent différemment.