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
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
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
web “en ligne”
Dossier
web “hors ligne”
Version
exécutable (.exe) à télécharger (dézipper dans un dossier,
permet de ne pas dépendre d’un navigateur)
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/
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
web “en ligne”
Dossier
web “hors ligne”
Version
exécutable (.exe) à télécharger (dézipper dans un dossier,
permet de ne pas dépendre d’un navigateur)
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
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.