Tale S Thème 1A TP6 : spéciation et évolution S.Dalaine Le Pizzly

L
Y
C
É
E
Tale S Thème 1A TP6 : spéciation et évolution
S.Dalaine
Le Pizzly, encore appelé Grolar ou Prizzly, a été trouvé sur l'île de Banks, au nord-ouest du Canada, en 2006.
Voici l'extrait d'un article du journal "Le Monde", rédigé le 17 décembre 2010, par Catherine Vincent.
"En 2006, un ours blanc portant des taches brunes est tué par un chasseur américain. Après analyse de son ADN, il s'avère
qu'il s'agit d'un hybride entre l'ours polaire et le grizzly. Ce premier cas reste isolé jusqu'à ce que soit confirmé, au printemps
2012, qu'un nouvel ours bicolore venait d'être tué. Fourrure blanche et pattes brunes, l'animal est cette fois une chimère de
seconde génération, né d'un grizzly mâle et d'une femelle hybride".
Source de l’image : Zoo Osnasbrück, Thorsten Vaupel.
Ursus maritimus (ours polaire) et Ursus arctos (Ours brun, ou grizzly) sont considérés comme deux espèces d'ours
différentes. Or, selon la définition biologique de l'espèce, deux individus appartiennent à la même espèce s'ils peuvent se
reproduire ensemble et que leurs descendants ne sont pas stériles.
Comment peut-on expliquer l'apparition du Pizzly, hybride fertile, si l'ours polaire et l'ours brun sont des espèces d'ours
différentes ?
1. Ursus arctos et Ursus maritimus, deux espèces d'ours bien différentes d’un point de vue géographique et phénotypique
Sources des illustrations : http://news.nationalgeographic.com http://fr.wikipedia.org/wiki/Ours_blanc
http://fr.wikipedia.org/wiki/Grizzli
Ursus arctos d'Amérique du nord
(= grizzly ou ours brun)
Ursus maritimus
(= ours polaire)
L
Y
C
É
E
Tale S Thème 1A TP6 : spéciation et évolution
S.Dalaine
La comparaison de l'ours brun et de l'ours polaire montre qu'ils occupent des niches écologiques différentes. Elle permet de
confirmer l'appartenance de ces deux ours à des espèces différentes, cette fois-ci à partir de critères morphologiques,
physiologiques, comportementaux, écologiques. Tous ces arguments sont donc en faveur d'un maintien de la distinction
entre ces deux espèces d'ours.
Les cartes indiquent aussi que le Pizzly a été retrouvé à la frontière de la banquise et de leurs aires de répartitions
géographiques, au nord est du canada.
2. Génétique et hybridation chez les Ursidés.
Le taxon des Ursidés réunit 8 espèces présentes en Eurasie et en Amérique. Des données fossiles semblent indiquer la
présence passée de ce taxon en Afrique, aucune donnée ne concerne l'Australie.
 Six de ces espèces possèdent un caryotype à 74 chromosomes : seuls le panda géant (42 chromosomes) et l'ours à
lunettes (52 chromosomes) possèdent un nombre différent de chromosomes.
 "Le panda géant (Ailuropoda melanoneuca) et l'ours à lunettes (Tremarcotos ornatus) sont considérés comme les
premiers embranchements de la famille des Ursidés. Différentes études (migrations de protéines et de gènes par
électrophorèse, caryotypes marqués avec des bandes de G-Trypsine et séquençage d'ADN mitochondrial) situent
l'origine du panda géant au milieu du Miocène (dont l'origine fossile serait Agriarctos) et celle de l'Ours à lunettes, à
la fin du Miocène, avant la radiation des six autres Ursidés. Il a été montré que le panda géant est plus proche des
ours que du panda roux, auquel on l'avait d'abord rattaché. Cependant, l'ancienneté de la divergence avec les autres
ours ainsi que celle de l'ours à lunettes les classent dans des genres qui leur sont propres (Ailuropoda pour le panda
et Tremarctus pour l'ours à lunettes); ces deux espèces sont les derniers survivants de leur lignée."
Extrait de "La reproduction de l'Ours. Etude bibliographique. Thèse pour le Doctorat vétérinaire, présentée et soutenue publiquement à la faculté de
médecine de Créteil par Caroline Jourdain de Muizon en 2006) http://theses.vet-alfort.fr/telecharger.php?id=166

De nombreux cas d'hybridations ont été observés chez les ours, en captivité mais aussi dans la nature. Lorsque le
statut reproducteur des hybrides est connu, ceux-ci sont généralement fertiles. Il est à noter cependant qu'il n'y a
pas d'exemples d'hybridations avec les pandas, ces derniers présentant des différences génétiques majeures avec
les autres espèces d'ours, notamment par leur nombre de chromosomes :
- Nombreux cas d'hybridations fertiles observées en captivité, puis plus récemment dans la nature, entre l'ours polaire
(Ursus maritimus) et l'ours brun (Ursus arctos) de l'Amérique du nord.
- Un hybride recueilli ourson dans la nature et étudié en 2005 par Galbreath et al, au Cambodge, entre un ours des cocotiers
(Ursus malayanus) et un ours à collier (Ursus thibetanus).
- Un hybride né en captivité, entre un ours des cocotiers (Ursus malayanus) et un ours lippu (Melursus ursinus).
- Plus étonnant peut-être, un hybride né en captivité d'un croisement entre un ours à collier (Ursus thibetanus) et un ours à
lunettes (Tremarctos ornatus) ! Les études menées ont montré que cet hybride était fertile.
Ainsi, le critère biologique d'interfécondité, généralement utilisé pour définir la notion d'espèce, peut parfois être mis en
défaut. Il est donc nécessaire d'appliquer une dimension temporelle à la notion d'espèce.
L
Y
C
É
E
Tale S Thème 1A TP6 : spéciation et évolution
3. Phylogénie des genres Ursus et Tremarctus.
L'arbre phylogénétique ci-dessous a été réalisé à partir
d'études récentes sur des restes d'ours des cavernes.
La phylogénie et les âges de divergence ont été
déterminés à partir de séquences d'ADN issues du
génome mitochondrial de l'ours des cavernes (Ursus
spelaeus) et 7 espèces actuelles d'ours. Les ours bruns
de l'ouest et de l'est de l'Amérique du Nord ont été
distingués. Cependant, ils appartiennent à la même
espèce.
Schéma modifié à partir de l'article "complet
mitochondrial genome of the pleistocéne jawbone
unveils the origins of the polar bear", PNAS, mars 2010.
Cet arbre indique que la divergence entre l'ours brun
et l'ours polaire est très récente à l'échelle des temps
géologiques (pleistocène moyen) et que la divergence
entre l'ours polaire et l'ours brun d'Amérique de l'Ouest
est encore plus récente (0.01 millions d'années, au
début de l'holocène). Ainsi, l'ours polaire étant une
espèce très jeune d'un point de vue évolutif, elle n'a
sans doute pas eu le temps de présenter des
différences génétiques majeures avec le grizzly, ce qui
pourrait expliquer la formation d'hybrides fertiles entre
l'ours brun et l'ours polaire.
4. Hybridation et réchauffement de la planète.
 Le réchauffement climatique a conduit les ours
bruns à remonter vers le Nord. La barrière
géographique entre les territoires naturels des
ours bruns et des ours polaires est en train de
disparaitre, suite à la fonte de la banquise liée
au réchauffement climatique.
Il est possible de suivre l'évolution de la banquise et la
disparition des barrières géographiques liées au
réchauffement climatique dans l'océan arctique grâce à
des observations réalisées par satellites.
En effet, sur le site de Cryosphere Today, du groupe de
recherches polaires de l'université de l'Illinois, les
observations satellitaires du National Snow and Ice
Data Center permettent de visualiser l'état de la
banquise de 1980 à 2010.
Ci-dessous une comparaison de l'étendue de la
banquise entre le 13 septembre 1980 et le 12
septembre 2010, au moment du minimum annuel.
S.Dalaine
L
Y
C
É
E
Tale S Thème 1A TP6 : spéciation et évolution
S.Dalaine
La disparition de la récente barrière d'isolement reproducteur entre l'ours brun et l'ours polaire semble être une des
conséquences de la fonte de la banquise liée au réchauffement climatique de la Terre.
L'ours blanc et le grizzly sont donc deux espèces incomplètement isolées, et le pizzly correspondrait à une population
phénotypiquement instable d'hybrides, géographiquement localisée mais pas isolée.
La formation d'hybrides fertiles entre les ours polaires et les ours bruns n'est pas le seul exemple d'hybridation actuelle chez
les mammifères dans les régions arctiques.
5. Les conséquences des activités humaines sur l'évolution :
"Chez les animaux comme chez les plantes, on sait aujourd'hui qu'il existe beaucoup de cas d'hybridations spontanées",
confirme Franck Cézilly, professeur d'écologie comportementale à l'Université de Bourgogne (Dijon). La nouveauté, c'est que
cet évènement pourrait considérablement s'amplifier parmi les mammifères polaires sous l'effet du réchauffement
climatique. Du fait, d'une part, de la remontée vers le nord de certaines espèces. Et d'autre part, parce que les populations
sur le déclin, au-delà d'un certain seuil, ne sont plus assez nombreuses pour que deux individus reproducteurs se
rencontrent, ce qui augmente les chances d'hybridations lorsqu'ils entrent en contact avec des représentants d'espèces
proches.
(...) "Avant la fin du siècle, l'océan Arctique sera sans doute libre de glace durant l'été, explique le chercheur. Les phoques et
les baleines qui, jusqu'à présent, sont restés isolés par la mer de glace, évolueront alors dans les mêmes eaux." La baleine du
Groenland et la baleine franche de Biscaye pourraient alors s'accoupler, de même que les représentants d'espèces
différentes de phoques, de marsouins (...)
S'ils sont fertiles, ces croisements risquent (...) de donner naissance à des animaux moins adaptés à leur environnement.
Particulièrement bien protégé du froid grâce à sa fourrure doublée d'une épaisse couche de graisse, l'ours blanc, une fois
mâtiné de grizzly, pourrait se révéler nettement moins apte à supporter les rudes conditions du Grand Nord. Et certains de
ces "pizzly", observés dans un zoo allemand, ont montré qu'ils avaient la même aptitude à chasser le phoque que l'ours
polaire, mais pas ses capacités de nageur hors pair."
"L'hybridation n'est pas forcément une mauvaise chose, et peut constituer une importante source de renouvellement
biologique. Mais si elle est provoquée par les activités humaines, elle se produit vite et risque de réduire la diversité des gènes
et des espèces", estiment les chercheurs américains, pour qui il est urgent de mettre en œuvre le suivi génétique des
animaux de l'Arctique. "Il faudra étudier le comportement des nouveaux hybrides, les suivre sur plusieurs générations, vérifier
s'ils gardent leur vigueur biologique et s'ils se reproduisent entre eux", renchérit Franck Cézilly.
Cet exemple permet donc de comprendre que la définition de l'espèce est délicate, peut reposer sur des critères variés, et
qu'une population identifiée comme constituant une espèce (Ursus arctus ou Ursus maritimus) n'est définie que durant
un laps de temps fini. L'ours polaire semble être actuellement une espèce en voie de disparition, non seulement parce
qu'il cesse d'être isolé génétiquement, mais aussi parce que son milieu de vie disparaît.
L
Y
C
É
E
Tale S Thème 1A TP6 : spéciation et évolution
S.Dalaine
L
Y
C
É
E
Tale S Thème 1A TP6 : spéciation et évolution
L’objectif de ce TP est de comprendre la notion d’espèce, population d’individus, et de montrer
qu’une espèce n’est définie que durant un laps de temps fini.
Vous disposez pour construire votre cours sur la spéciation (= apparition d’une nouvelle espèce),
d’un ensemble documentaire, d’un logiciel « évolution », d’un jeu de tirage de billes.
Vous mettrez en relation l’ensemble de ces 3 ateliers, pour construire votre cours sur la spéciation.
 Le plan de votre cours figure dans votre contrat !
ATELIER 1 : l’exploitation de documents 
Après avoir lu l’ensemble documentaire répondre au QCM1 suivant, justifier en citant les
documents :
1. Le grizzly et l’ours polaire sont deux espèces différentes car :
a. ils sont localisées dans des régions différentes.
b. ils n’ont pas le même comportement.
c. leur descendance est stérile.
2. Une localisation géographique différente :
a. est un critère suffisant pour distinguer deux espèces.
b. participe à définir des espèces différentes, car les individus ne peuvent se rencontrer.
c. participe aux critères de définition d’une espèce.
3. Le phénotype macroscopique (morphologie) de deux individus :
a. est suffisant pour savoir s’ils appartiennent ou non à la même espèce.
b. est insuffisant, un mâle et une femelle d’une même espèce peuvent déjà être très différents.
c. participe à distinguer deux espèces entre l’ours polaire et le grizzly.
4. L’arbre phylogénétique des Ursidés :
a. permet de connaître les degrés d’apparentement entre des espèces actuelles et fossiles.
b. permet de retracer l’histoire évolutive des espèces d’ours.
c. est basé sur des critères anatomiques et génétiques.
5. L’hybridation entre l’ours polaire et le grizzly :
a. est due à une attirance entre une femelle grizzly et un mâle ours polaire.
b. est liée au réchauffement climatique.
c. a été observée uniquement dans les zoos.
6. La création d’une nouvelle espèce telle que le Pizzly :
a. montre que l’homme est capable de favoriser la biodiversité.
b. n’augure pas un maintien de la biodiversité, car l’hybride créé est moins vigoureux que ses
parents.
c. est un exemple parmi d’autres d’hybridation liée au réchauffement climatique et donc à
l’environnement.
7. La notion d’espèce :
a. est stable au cours du temps.
b. est basée uniquement sur le critère d’interfécondité et de fertilité de la descendance.
c. évolue au cours du temps, et peut concerner une petite population d’individus.
S.Dalaine
ATELIER 2 : Jouons aux dés !
Suivre la règle du jeu proposée en annexe, écrire les résultats sur votre copie, puis répondre alors au QCM2
suivant :
1. Chaque bille modélise :
a. une population.
b. un individu.
c. une espèce.
2. chaque couleur modélise :
a. une espèce.
b. un génome.
c. un allèle.
3. Un géniteur, dans une population :
a. est l’individu qui aura une descendance.
b. est dû au hasard.
c. peut être favorisé par l’environnement, si son phénotype présente un avantage adaptatif.
4. au fur et à mesure des tirages :
a. la diversité des allèles augmente par rapport à la population de départ.
b. la diversité des allèles diminue par rapport à la population de départ.
c. la diversité des allèles reste stable par rapport à la population de départ.
5. Pour accélérer la fixation d’un allèle (= une couleur), il faudrait :
a. augmenter le nombre de géniteurs.
b. diminuer le nombre de géniteurs.
c. on ne peut rien faire, l’évolution de la fréquence des allèles est due au hasard !
6. La dérive génétique :
a. est l’évolution des fréquences alléliques, due au hasard.
b. peut être modifiée en diminuant l’effectif de la population.
c. participe à l’évolution de la biodiversité.
ATELIER 3 : simulation mathématique de la dérive génétique
Lancer le logiciel « Evolution ». Ouvrir la page intitulée « Dérive génétique et fréquences alléliques ».
Compléter vos connaissances en modifiant les différents paramètres proposés par le logiciel sur la notion de
dérive génétique.
Objectifs méthodologiques :  Saisir des informations d’un logiciel de simulation mathématique (SAISIR des
INFORMATIONS)
 Expliquer la notion de dérive génétique (RAISONNER, COMMUNIQUER)
 Aide :
- On étudie ici la fréquence de deux allèles (A et a). Quand dans une population, la fréquence de l’allèle A est de
0,6 celle de l’allèle a est alors de 0,4 (= 1-0,6).
- Faire varier l’effectif en maintenant les fréquences alléliques de départ. Conclure.
- Faire varier les fréquences alléliques de départ en maintenant l’effectif. Conclure.