Thème 1A Génétique et évolution TS

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La biodiversité actuelle est le produit et une étape de l’évolution des êtres vivants au cours du temps. Elle peut être décrite comme une diversité d’espèces et d’individus.Une espèce est un ensemble d’individus qui présentent des caractéristiques communes (phénotypiques et caryotypiques), qui sont interféconds, et dont les descendants sont féconds égalementLes espèces se renouvellent au cours des temps géologiques, ce qui signifie qu’une espèce a une durée de vie limitée, qu’elle peut disparaître, et qu’elle est apparue à un moment donné à partir d’espèces préexistantes.

A partir des documents proposés et vos connaissances, énoncer des facteurs à l’origine de l’évolution des populations d’une espèce au cours du temps et des mécanismes possibles de spéciation. Vous discuterez enfin des limites de la notion d’espèce.

Document 1 : Les pinsons des Galapagos

Référence : Evolution of character displacement in Darwin’s finches. Peter & Rosemary Grant, Science 313, 224-226 (2006)Guide critique de l’évolution. Guillaume Lecointre (dir.), Belin pp 312-330 (2009)http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre/XML/db/planetterre/metadata/LOM-selection-VIH-pinsons-Darwin.xml

Depuis une quarantaine d’années, les populations de pinsons des îles Galapagos (genre Geospiza) font l’objet d’un suivi poussé par l’équipe de Peter et Rosemary Grant, notamment sur la petite île de Daphne major.

Activité 8   : L’évolution de la biodiversité au cours du temps, spéciation et notion d’espèce Thème 1A

Compétences travaillées

Notions à construire

Sous l'effet de la pression du milieu, de la concurrence entre êtres vivants et du hasard, la diversité des populations change au cours des générations. L'évolution est la transformation des populations qui résulte de ces différences de survie et du nombre de descendants. La diversité du vivant est en partie décrite comme une diversité d'espèces. La définition de l'espèce est délicate et peut reposer sur des critères variés qui permettent d'apprécier le caractère plus ou moins distinct de deux populations (critères phénotypiques, interfécondité, etc.). Le concept d'espèce s'est modifié au cours de l'histoire de la biologie. Une espèce peut être considérée comme une population d'individus suffisamment isolés génétiquement des autres populations. Une population d'individus identifiée comme constituant une espèce n'est définie que durant un laps de temps fini. On dit qu'une espèce disparaît si l'ensemble des individus concernés disparaît ou cesse d'être isolé génétiquement. Une espèce supplémentaire est définie si un nouvel ensemble s'individualise.

Capacités

Analyser des exemples de spéciation Analyser une situation de l’évolution de la

diversité des populations au cours du Discuter des limites de la notion d’espèce Suivre une démarche scientifique Utiliser des logiciels de simulation pour

comprendre l’évolution des espèces

Attitudes

Faire preuve d’autonomie

Manifester sens de l’observation

Comprendre la nature provisoire, en devenir, du savoir scientifique

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Thème 1A Génétique et évolution TSDans les années 1970 cette île était principalement occupée par une population de pinsons à becs moyens, de l’espèce Geospiza fortis. Deux populations à phénotypes différents pour le caractère « forme du bec » sont principalement représentés : des G. fortis à becs plus petits, majoritaires, se nourrissant essentiellement de graines de plantes herbacées, et des G. fortis à becs plus gros et plus puissants, minoritaires, capables de se nourrir des graines dures d’un arbuste dominant sur l’île (Tribulus cistoides). En 1976 et 1977 suite à une forte sécheresse, on a pu observer une inversion des proportions de petits becs et de gros becs au sein de la population de G. fortis.Par la suite de fortes précipitations (notamment en 1983) , les pinsons à petits becs sont redevenus majoritaires.En 2004 une nouvelle sécheresse a frappé l’île. Mais cette fois-ci, contrairement à 1977, les G. fortis à gros becs ont été contre-sélectionnés. En effet entre temps une nouvelle espèce s’est installée sur l’île : G. magnirostris, plus gros et plus puissant, qui accapare les ressources en graines dures.

G. magnirostrisG. fortis à gros bec G. fortis à petit bec

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Thème 1A Génétique et évolution TSDocument 2   : Evolution du régime alimentaire et des populations de pinsons G. fortis sur l’île de Daphne Major aux Galapagos de 2003 à 2005

Document 3   : Modélisation de l’évolution de populations d’êtres vivants à l’aide d’un logiciel de simulation   : Vensim

Le logiciel Vensim PLE permet de modéliser des flux entre compartiments, et peut être utilisé pour modéliser les évènements de sélection survenus au cours du temps. En cours de simulation, le facteur variable de l’environnement est ajusté à l’aide d’un curseur, le rapport entre deux populations étant rendu par un graphique.Pour construire un modèle, on définit des critères de construction :

- Durée - Effectifs initiaux des populations correspondant à ceux réellement observés sur le terrain ;- Conversion directe des variations du facteur environnemental en nombre d’individus par population avec équations élaborées de façon

empirique (fonction linéaire, exponentielle)Il est important de noter qu’en raison de ce dernier critère, ce modèles n’est pas strictement scientifique, mais est plutôt à voir comme un outil à visée pédagogique.

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Thème 1A Génétique et évolution TSDocument 4   : Corrélation entre la taille du bec, l’expression du gène BMP4 chez différentes espèces de pinsons et le poulet.

Document 4   : Phylogénie des différentes espèces de pinsons des Galapagos

http://fr.wikipedia.org/wiki/Pinson_de_Darwin

Arbre phylogénétique des pinsons des Galapagos

1) Camarhynchus pauper ; 2) Camarhynchus heliobates ; 3) Camarhynchus psittacula ; 4) Camarhynchus pallidus ; 5) Camarhynchus parvulus ; 6) Camarhynchus crassirostris ; 7) Geospiza magnirostris ; 8) Geospiza fortis ; 9) Geospiza fuliginosa ; 10) Geospiza scandens ; 11) Geospiza conirostris ; 12) Geospiza difficilis ; 13) Certhidea olivacea ; 14) Pinaroloxias inornata

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Thème 1A Génétique et évolution TSDocument 5   : la spéciation des pinsons

http://www.inra.fr/dpenv/leguyc46.htm#esp (Article d’Hervé Le Guyader Université Pierre-et-Marie-Curie (Paris 6), UMR 7622, Biologie du développement, équipe Développement et Évolution)http://www.snv.jussieu.fr/vie/dossiers/evolution/evol/tridiv_4.htmlhttp://evolution.berkeley.edu/evolibrary/article/0_0_0/evo_40

 « Le deuxième modèle, celui des " équilibres ponctués " de N. Eldredge et de S. J. Gould (une bien mauvaise traduction de ponctuated equilibrium), considère qu’anagenèse et cladogenèse sont temporellement liés. Les spéciations se feraient par isolement de petites populations qui, sous l’effet d’un phénomène fondateur amenant une dérive génétique, changeraient très rapidement, en relation avec de nouvelles caractéristiques de l’environnement. Ceci fait, les nouvelles espèces ainsi formées entreraient dans une période de stase, au cours de laquelle elles resteraient stables. L’évolution est alors une suite de changements brusques séparés par de longues périodes de stabilité.Divers exemples illustrent la spéciation allopatrique. Ainsi un scénario évolutif a été proposé pour la radiation des "  pinsons " des îles Galapagos, dont presque la moitié appartient au genre Geospiza. Ces îles volcaniques constituent un archipel d’une quinzaine d’îles, espacées de 10 à 100 km, formées sur un point chaud il y a 5 millions d’années. Cet archipel, actuellement à un millier de kilomètres de l’Amérique du sud, était au moment de sa formation à une distance de l’ordre de 600 km. Au nord de l’archipel, l’île Coco a certainement constitué une escale pour les oiseaux qui ont migré à partir du continent. L’arrivée de quelques couples, à partir d’une espèce ancestrale, a donné naissance à 14 espèces différentes, par effet fondateur sur les îles. On voit bien ici le processus de spéciation allopatrique en œuvre : arrivée de quelques animaux sur une île, accroissement rapide de la population (absence de concurrence et de prédation), anagenèse en rapport avec les caractéristiques nouvelles de l’environnement, levée d’une barrière de reproduction. Plus tard, des migrations entre iles ont pu se faire, mais après la spéciation. Les espèces se sont partagé les ressources  : certaines sont insectivores, d’autres granivores ou frugivores ; certaines vivent dans les terrains découverts, d’autres dans les forêts… »

Document 7 : Le concept d’espèces au 18 ème siècle

http://www.ac-creteil.fr/lycees/77/uruguay-france/svt/notiondespeces.htmlhttp://www.curiosphere.tv/video-documentaire/36-culture-scientifique/106103-reportage-buffon-transforme-le-concept-de-lespeceDocumentaire Espèce d’espèces http://www.dailymotion.com/video/xqk6zq_especes-d-especes-documentaire-france-5_tech?search_algo=2

Document 8   : Les hybrides fertiles

Le pizzly http://www.pedagogie.ac-nantes.fr/02599123/0/fiche___ressourcepedagogique/

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Des felins hybrides http://fr.wikipedia.org/wiki/F%C3%A9lin_hybride

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