4,3/ L’ÉVOLUTION DES GÉNOMES AU SEIN DES POPULATIONS
Objectifs : il s’agit avant tout de mobiliser les acquis sur les mécanismes de l’évolution et de comprendre, en s’appuyant sur des exemples variés, que ces mécanismes concernent toutes les populations vivantes.
Liens : SVT – classe de seconde : biodiversité ; enseignement scientifique de la classe terminale : loi de Hardy-Weinberg.
4,3,1/ l’équilibre théorique des populations
vu en enseignement scientifique
1/ Espèce et population
Questionner la notion d’espèce en s’appuyant sur les apports modernes du séquençage de l’ADN
Écrivez un brouillon de définition du mot « espèce »
Manuel p92-93
Des définitions de l'espèce :
au programme de 6e : « La diversité des espèces est à la base de la biodiversité. Une espèce est un ensemble d'individus qui évoluent conjointement sur le plan héréditaire. »
Mayr donne de l'espèce la définition largement admise : « l'espèce représente un groupe de populations réellement ou potentiellement interfécondes et séparé reproductivement de tout autre groupe analogue. »
Conception biologique de l'espèce (BSC) = une espèce est un groupe de populations naturelles au sein desquelles les individus peuvent échanger du matériel génétique ; toute espèce est séparée des autres par des mécanismes d'isolement reproductif.
Conception phylogénétique de l'espèce (PSC) = concept cladistique = un groupe d'organismes qui peuvent être distingués d'autres groupes et auquel apartiennent les ancêtres et les descendants d'une lignée évolutive = le plus petit agrégat de populations identifiable par une combinaison unique d'états de caractères chez des individus comparables.
Conception évolutive de l'espèce (ESC) = une espèce est une lignée évolutive formée de populations ancestrales et de leurs descendants, qui est distincte des autres lignées évolutives et qui a son propre destin.
espèce = ensemble d'individus qui produisent une descendance fertile d'un point de rupture du flux généalogique juqu'au suivant.
« dans la nature il n’y a pas d’espèces : il n’apparait que des barrières de reproduction. Les espèces, c’est nous qui les créons à partir d’un modèle théorique » (G. Lecointre, professeur au Museum National d’Histoire Naturelle - Revue Espèces – n° 1 –septembre 2011) : http://www.especes.org/
espèces, spéciation, critères phénotypiques & d'interfécondité
espèce = ensemble d'individus qui produisent une descendance fertile d'un point de rupture du flux généalogique juqu'au suivant.
l'espèce est une réalité statistique, collective
video PH.Gouyon 3’20 : https://videos.reseau-canope.fr/corpus/lignees_d_especes-HD.mp4
2/ La loi de Hardy-Weinberg
video 3'51 : https://youtu.be/pPNm1RHu-fY
En 1908, le mathématicien britannique Geoffroy H. Hardy et le médecin allemand Wilhelm Weinberg proposent un modèle théorique qui prévoit "la stabilité des fréquences relatives des allèles dans les populations eucaryotes à reproduction sexuée".
Le principe de (Castle-)Hardy-Weinberg ( aussi connue comme loi d'Hardy-Weinberg, modèle d'Hardy-Weinberg, Hardy-Fleury-Weinberg ; en anglais, Hardy–Weinberg equilibrium ou HWE) est une théorie de génétique des populations, qui postule qu'au sein d'une population (idéale), il y a équilibre des fréquences allélique et génotypique d'une génération à l'autre.
L'équilibre de Hardy-Weinberg reste le modèle théorique central de la génétique des populations. La notion d'équilibre dans le modèle de Hardy-Weinberg est assujettie à différentes hypothèses :
La population sur laquelle on étudie cette notion d'équilibre est panmictique. Les couples se forment au hasard (panmixie), et de même leurs gamètes se rencontrent au hasard (pangamie).
La population est très grande en effectif, ceci pour diminuer très fortement les variations d'échantillonnage.
Il ne doit y avoir dans la population, ni sélection, ni mutation, ni migration.
Les générations successives sont discrètes (pas de superposition de générations dans les croisements).
Les différents génotypes sont viables et féconds.
Dans ces conditions la diversité génétique de la population se maintien et doit tendre vers un équilibre stable de la distribution génotypique. Les relations entre fréquences génotypiques et fréquences alléliques permettent d'estimer celles-ci à partir de fréquences phénotypiques.
S'il existe deux allèles (A et a) chez un individu dont les fréquences sont p et q, la fréquence des trois génotypes possibles (AA, Aa et aa) sera respectivement de p², 2pq et q². L'équilibre de Hardy-Weinberg est : p² + 2pq + q²=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.
3/ La fréquence des allèles dans une population
Extraire, organiser et exploiter des informations sur l’évolution de fréquences alléliques dans des populations.
Comprendre et identifier les facteurs éloignant de l’équilibre théorique de Hardy-Weinberg.
https://www.pedagogie.ac-nice.fr/svt/productions/edumodeles/algo/
paramétrer l’algorithme à droite (cf manuel p87)
Dans les populations réelles, différents facteurs empêchent d’atteindre l’équilibre théorique de Hardy-Weinberg
4,3,2/ Quatre forces évolutives modifient l’équilibre théorique
vu en enseignement scientifique
1/ Les migrations modifient l’équilibre par im° & em°
schéma
Migration = changement de lieu d'un organisme provoquant l'isolement de certains génômes, donc une évolution différente et éventuellement un croisement avec une nouvelle population et dans ce cas l'apport de nouveaux gènes pour la population.
2/ Les mutations font des innovations évolutives
Rappel sur les types de mutations vues en 1S
modification de Séquence,
un ou plusieurs nucléotides
substitution, délétion , addition=insertion,
faux-sens, non-sens,
décalante ou non
neutre = silencieuse : horloge moléculaire
Mutation neutre, favorable, défavorable
Mutation = provoque l'apparition de nouveaux allèles par modification de gènes c'est-à-dire d'une séquence de nucléotides (bases) dans l'ADN.
3/ La séléction naturelle filtre les allèles
Extraire, organiser et exploiter des informations sur l’évolution de fréquences alléliques dans des populations.
Comprendre et identifier les facteurs éloignant de l’équilibre théorique de Hardy-Weinberg, notamment la sélection, l’appariement non-aléatoire
Sélection sexuelle : danse des paradisiers : http://youtu.be/YTR21os8gTA
https://videos.reseau-canope.fr/corpus/selection_naturelle-HD.mp4
L’appariement aléatoire c'est ce qui se passe lorsque les individus choisissent les partenaires qu'ils souhaitent pour l'accouplement. L'accouplement non aléatoire est celui qui se produit chez les individus qui ont une relation plus étroite.
L'appariement non aléatoire provoque une distribution non aléatoire des allèles chez un individu. S'il existe deux allèles (A et a) chez un individu dont les fréquences sont p et q, la fréquence des trois génotypes possibles (AA, Aa et aa) sera respectivement de p², 2pq et q². C'est ce qu'on appelle l'équilibre de Hardy-Weinberg.
Jeu Constantino /Phalène : afficher les graphiques et interpréter
Version “Android” pour tablettes et téléphone
Jeu Colorado / lapins : http://phet.colorado.edu/en/simulation/natural-selection
faire la liste des facteurs influençant l’effectif de la population de lapins, de loups, de végétaux
Facteurs biotique, abiotique
abiotique : température, humidité, climat, saisons, pression, salinité, pollution, ...
biotiques : sexuelle (attirance, préférence, fécondité, force, prolifération, ...), prédation, alimentation,
Sélection = filtre à allèles par l'intermédiaire de facteurs biotique, et/ou abiotique : du milieu, de la reproduction, de l'alimentation, de la prédation, ...élimination des individus (allèles) les moins adptes à survivre et se reproduire
1859 : publication de l'Origine des Espèces au moyen de la Sélection Naturelle, ou la Préservation des Races les meilleures dans la Lutte pour la Vie, |par Charles Darwin
titre de la première édition : On the Origin of Species by Means of Natural Selection, or the Preservation of Favoured Races in the Struggle for Life
bilan 2nde : La sélection naturelle résulte de la pression du milieu et des interactions entre les organismes. Elle conduit au fait que certains individus auront une descendance plus nombreuse que d’autres dans certaines conditions.
4/ La dérive génétique diverge selon l’effectif
Extraire, organiser et exploiter des informations sur l’évolution de fréquences alléliques dans des populations.
Comprendre et identifier les facteurs éloignant de l’équilibre théorique de Hardy-Weinberg, notamment la population finie (dérive).
démarche : https://svt.ac-versailles.fr/spip.php?article545
tirage de dès avec tableur : =ENT(ALEA()*6+1)
tirage de dés avec une calculatrice : casio : RANINT#(1,6)
OPTN → NUM → PROBA ou STAT → RAND → #RANDINT → (1,6) → EX → à chaque EX on obtient un nouveau tirage des dés.
on peut aussi utiliser un dé virtuel en ligne
Réalisez un tableau de résultats avec les différents tirages
Démarche sur logiciel : pour accélérer les tirages et comptages, on peut utiliser un logiciel :
logiciel Constantino : https://www.pedagogie.ac-nice.fr/svt/productions/derive-diplo/index.htm
Effectuer 4 tirages (2 couleurs / 10 individus puis 100 individus ; 5 couleurs / 10 individuds puis 100 individus) , suivre sur plusieurs générations et noter le nombre de générations nécessaires pour obtenir une population uniforme (toutes les boules de la même couleur).
– application “en ligne” : https://www.pedagogie.ac-nice.fr/svt/productions/derive-diplo/index.htm
– application “hors-ligne” : https://www.pedagogie.ac-nice.fr/svt/productions/derive-diplo/derive-diplo-local.zip
– fiche technique : https://www.pedagogie.ac-nice.fr/svt/productions/derive-diplo/FT-derive-diplo.pdf
autres logiciels
http://philippe.cosentino.free.fr/productions/derivehtml5/
https://www.pedagogie.ac-nice.fr/svt/productions/edumodeles/algo/
Dérive = modification aléatoire de la fréquence des allèles dans une population
bilan 2nde : La dérive génétique est une modification aléatoire de la fréquence des allèles au sein d'une population au cours des générations successives. Elle se produit de façon plus rapide lorsque l’effectif de la population est faible.
Dans les populations réelles, différents facteurs empêchent d’atteindre l’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. Les populations sont soumises à la sélection naturelle et à la dérive génétique. À cause de l’instabilité de l’environnement biotique et abiotique, une différenciation génétique se produit obligatoirement au cours du temps. Cette différenciation peut conduire à limiter les échanges réguliers de gènes entre différentes populations. Toutes les espèces apparaissent donc comme des ensembles hétérogènes de populations, évoluant continuellement dans le temps.
Webographie
des sites « spécialisés » sur la notion d’espèce :
museum dHN : http://edu.mnhn.fr/mod/page/view.php?id=286
Les mécanismes de l'évolution : http://www.snv.jussieu.fr/vie/dossiers/evolution/evol/tridiv_4.html#IVB ;
Speciation and extinction : http://www.bio.georgiasouthern.edu/bio-home/harvey/lect/lectures.html?flnm=bgsp&ttl=Speciation%20and%20Differentiation&ccode=el&mda=scrn
futura sciences : http://www.futura-sciences.com/fr/definition/t/zoologie-2/d/espece_2261/
Doit-on abandonner le concept d’espèce ? : http://www.inra.fr/dpenv/leguyc46.htm
http://www.reseau-canope.fr/corpus/video/la-speciation-122.html
Petit glossaire des termes utilisés dans le cours d'Evolution : http://genet.univ-tours.fr/EXCOFFIER/Laurent/Glossaire.htm
Mechanisms : the processes of evolution : http://evolution.berkeley.edu/evolibrary/article/0_0_0/evo_14
Video 5’ Groupes humains : homogénéité et diversité : https://videotheque.cnrs.fr/index.php?urlaction=doc&id_doc=2242
modélisation numérique pour s’enhardir avec la loi de Hardy-Weinberg : https://svt.ac-versailles.fr/spip.php?article1049#pb
L'anémie falciforme et le paludisme : http://genet.univ-tours.fr//gen001700_fichiers/htm/gen12ch8b.htm
la phalène du bouleau : http://genet.univ-tours.fr//gen001700_fichiers/htm/ch8a/gen12ch8aec1.htm
Jeu Constantino /Phalène :
Version “Android” pour tablettes et téléphone
Jeu Colorado / lapins : http://phet.colorado.edu/en/simulation/natural-selection
logiciel Fusin : http://svt.ac-rouen.fr/tice/animations/fusin/derive_genetique.swf
logiciel Constantino : https://www.pedagogie.ac-nice.fr/svt/productions/derive-diplo/index.htm
Effectuer 4 tirages (2 couleurs / 10 individus puis 100 individus ; 5 couleurs / 10 individuds puis 100 individus) , suivre sur plusieurs générations et noter le nombre de générations nécessaires pour obtenir une population uniforme (toutes les boules de la même couleur).
– application “en ligne” : https://www.pedagogie.ac-nice.fr/svt/productions/derive-diplo/index.htm
– application “hors-ligne” : https://www.pedagogie.ac-nice.fr/svt/productions/derive-diplo/derive-diplo-local.zip
– fiche technique : https://www.pedagogie.ac-nice.fr/svt/productions/derive-diplo/FT-derive-diplo.pdf
Histoire du concept d'évolution : http://acces.ens-lyon.fr/acces/thematiques/biodiversite/dossiers-thematiques/les-trois-domaines-du-vivant/historique-de-la-classification-du-vivant-1
video Tu mourras moins bête - ARTE 3’14 Qui était Darwin : https://youtu.be/X91tEaZgnwU
La notion d’espèce : http://edu.mnhn.fr/mod/page/view.php?id=286
la revue « espèces » : https://especes.org/
video PHGouyon 3’20 La spéciation : https://www.reseau-canope.fr/corpus/video/la-speciation-122.html
video PHGouyon 3’20 les lignées : https://videos.reseau-canope.fr/corpus/lignees_d_especes-HD.mp4
video 5’37 danse des paradisiers : http://youtu.be/YTR21os8gTA
Interactive tree of life : http://www.onezoom.org/
construction de l'arbre au cours des ans : http://www.onezoom.org/tetrapods.htm (clic en haut à droite, compteur années en bas)
another tree of life : http://tolweb.org/tree/
Timetree : http://timetree.org/
Lifemap : http://lifemap-otol.univ-lyon1.fr/
arbre du vivant : http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt/spip.php?article3438
classifications : http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt/spip.php?article3354
videos sur communication animale :
Maratus volans : l’araignée paon doit exécuter une danse réussie si elle veut vivre : https://youtu.be/IBkXcVVnS84
parade du colibri : https://youtu.be/F337lSmg2Oo
Cet oiseau se travestit pour séduire : https://youtu.be/yD1cfffD0MU
crabe hermite : http://www.bbc.com/earth/story/20141103-hermit-crab
Seven Worlds, One Planet: Battle of the snow monkeys : https://www.facebook.com/BBCOne/videos/603388663777180/
parade du paon : http://www.lumni.fr/video/charles-darwin-une-affaire-de-seduction
oiseaux de paradis (Nlle Guinée): http://youtu.be/YTR21os8gTA
oiseau lyre (Australie): https://youtu.be/b2AGqPs10kU
Bilan : L’inéluctable évolution des génomes au sein des populations
Notions : mutation, sélection, dérive, évolution.
Dans les populations eucaryotes à reproduction sexuée, le modèle théorique de Hardy-Weinberg prévoit la stabilité des fréquences relatives des allèles dans une population. 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.
Les populations sont soumises à la sélection naturelle et à la dérive génétique. À cause de l’instabilité de l’environnement biotique et abiotique, une différenciation génétique se produit obligatoirement au cours du temps. Cette différenciation peut conduire à limiter les échanges réguliers de gènes entre différentes populations. Toutes les espèces apparaissent donc comme des ensembles hétérogènes de populations, évoluant continuellement dans le temps.
Précisions : les conditions d’applications du modèle de Hardy-Weinberg sont mobilisées en lien avec l’enseignement scientifique. Une espèce peut être considérée comme une population d’individus suffisamment isolée génétiquement des autres populations.
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 les apports modernes du séquençage de l’ADN.
4,4/ DES MÉCANISMES NON GÉNÉTIQUES CONTRIBUENT À LA DIVERSITÉ DU VIVANT
Objectifs : il s’agit de comprendre, en s’appuyant sur des exemples variés dans le monde vivant, que la diversification des êtres vivants n’est pas toujours liée à une diversification génétique ou à une transmission d’ADN.
Liens : SVT – enseignement de spécialité de la classe terminale : de la plante sauvage à la plante domestiquée.
4,4,1/ Coévolution
1/ Parasite adapté
Docs p109
la guêpe Dinocampus coccinellae, et son hôte, la coccinelle Coleomegilla maculata.
Le cycle de vie de la guêpe parasite permet de comprendre comment elle détourne le comportement de la coccinelle en sa faveur en provoquant la paralysie de cette dernière afin qu’elle « monte la garde » au-dessus de la nymphe, après avoir nourri involontairement la larve qui s’est développée dans son abdomen. Les études présentées permettent de comprendre le mécanisme complexe permettant le contrôle du système nerveux de l’hôte par l’intermédiaire d’un virus qui est inoculé avec l’oeuf et migre progressivement de l’abdomen à la tête pour entraîner la paralysie au moment même de la métamorphose de la nymphe. De plus, des études ont montré que la ponte de l’oeuf dans l’abdomen s’accompagnait d’une suppression de la réponse immunitaire de la coccinelle, favorisant à la fois le développement de la larve parasite et la réplication du virus inoculé.
Dinocampus coccinellae est une guêpe de la famille des braconides. C’est un parasitoïde de Coccinellidae, en particulier de la coccinelle maculée. Lors de la pupaison, qui se produit à l’extérieur de la coccinelle, la larve manipule son hôte pour que celui-ci la protège. Cette relation parasitique est majoritairement mortelle, mais environ 25 % des coccinelles récupèrent malgré tout après l’éclosion et le départ du parasitoïde.
Par son comportement inné (ponte de l’oeuf dans l’abdomen), la guêpe modifie le comportement de la coccinelle. On peut alors considérer le comportement de « garde du corps » de la coccinelle comme faisant partie du phénotype étendu de la guêpe
Les expressions vernaculaires « guêpe maçonne » et « guêpe potière » désignent diverses espèces de guêpes solitaires qui façonnent des nids en boue afin d'y loger leur larves.
Parasites spécifiques de leur hôte :
parmi les Sphecidae, les genres Sceliphron, Sphex, etc. qui nourrissent leurs larves avec des chenilles Lépidoptères ou des Orthoptères.
parmi les Vespidae, la sous-famille des Eumeninae (Eumenes, Delta, etc.), également carnassières et quelques genres de la sous-famille Masarinae qui nourrissent leurs larve avec du pain d'abeille.
parmi les Crabronidae, quelques espèces du genre Trypoxylon, spécialisé dans les Arachnides
Ichneumon (les ichneumons en français) est un genre d'insectes hyménoptères de la famille des Ichneumonidae, famille qui comprend environ 25 000 espèces décrites (on estime que la famille pourrait en compter de 60 000 à 100 000), soit plus que toute autre famille d'hyménoptères. De nombreuses espèces sont présentes en Europe.
Les ichneumons, qui sont des guêpes parasitoïdes, sont d'importants régulateurs d’insectes ravageurs de cultures. Utilisés dans la lutte biologique, ils jouent un rôle clé de régulation dans leurs écosystèmes.
Mesurant quelques millimètres de long, leur tête est ornée d'antennes ramifiées. Juste derrière, le prothorax est compact et trapu. La partie postérieure du corps de l'insecte (appelé aussi mégastome) est relié à l'avant par un pétiole particulièrement fin.
Leur cible ? Le couvain des fourmis tropicales. Les larves de ces guêpes s'accrochent aux fourmis fourragères qui rentrent dans le nid de la colonie.
Une fois à l'intérieur, elles se nourrissent des pupes de ces dernières, puis quand leur transformation est terminée, ce sont les fourmis elles-mêmes qui continuent à les nourrir.
Une fois adulte, la guêpe parasite quitte la colonie pour se reproduire
Un parasitoïde utilise un virus pour modifier le comportement de son hôte : http://vminfotron-dev.mpl.ird.fr:8080/cbgp-gas/archives/20160621-Gourbal.pdf
La diversification phénotypique des êtres vivants n’est pas uniquement due à la diversification génétique : d’autres mécanismes interviennent comme par exemple les associations non héréditaires entre parasite et leur hôte, le parasite est adapté à une proie très spécifique.
2/ Symbioses en évolution
TP Dissection lichens p106
[mycos (grec) = fungus (latin) = champignon]
Symbiose [syn (grec) : ensemble + bio (grec) : vie] = association à bénéfice réciproque
[ecto (grec) = ext // endo (grec) = int]
http://biopathe.fr/articles.php?lng=fr&pg=331
lexique : http://labopathe.free.fr/symbioses.html
en fait il ya plus d’un champignon : https://www.the-scientist.com/news-opinion/not-one--not-two--but-three-fungi-present-in-lichen-65333?utm_content=83103983&utm_medium=social&utm_source=facebook&hss_channel=fbp-212009668822281
autres ex de symbiose :
mycorhizes : http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt/spip.php?article1794
nodosités
lichens
Oophila & Ambistoma
Nostoc
endosymbiose cnidaires / Dinoflagellés
Les planaires (Convoluta roscoffensis) qui hébergent des chlorelles dans leur mésoderme)
Le ver géant Riftia et des bactéries autotrophiques – exemple d’endosymbiose
Origine symbiotique des chloroplastes et des mitochondries
tique et Lyme : http://www.pourlascience.fr/ewb_pages/a/actualite-tiques-et-bacteries-de-lyme-un-benefice-reciproque-32073.php
Évolution d’une symbiose obligatoire : les fourmis agricultrices de Fidji : https://planet-vie.ens.fr/thematiques/ecologie/relations-interspecifiques/evolution-d-une-symbiose-obligatoire-les-fourmis
hôte et symbiote subissent une évolution contingente, en même temps, on parle de coévolution
3/ Microbiote en coévolution
Exo p122-123
Microbiote: des bactéries qui nous veulent du bien : https://lejournal.cnrs.fr/articles/microbiote-des-bacteries-qui-nous-veulent-du-bien
Faecal bacteria cocktail treats superbug infection : https://www.newscientist.com/article/dn23061-faecal-bacteria-cocktail-treats-superbug-infection
Des mécanismes non génétiques (non héréditaires) interviennent dans l'évolution et la construction du phénotype comme les associations hétérospécifiques : pathogènes ou symbiotes. L'etude du microbiote acquis montre toute sortes de relations entre hôte et symbiote.
