TP13 corrigé
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TP 13 corrigé : De la diversification des êtres vivants à l’évolution de la biodiversité Démarche de résolution : On indiquera au logiciel les allèles présents dans la population. On estimera ensuite la valeur sélective de chaque allèle ou de chaque génotype (neutre, avantageux, désavantageux) au sein de la population. Cette valeur dépend de l’avantage ou du désavantage conféré aux individus qui possèdent cet allèle, ou ce génotype. On commencera alors la simulation par une population où la fréquence allélique est la même pour tous les allèles. On lancera la simulation sur plusieurs générations pour déterminer comment évoluent les fréquences alléliques et génotypiques. On s’attend à ce que les allèles et génotypes avantageux soient retenus par la sélection naturelle et que leur fréquence augmente au fil des générations. Quant aux allèles et génotypes désavantageux, la sélection naturelle tendra à les faire disparaitre peu à peu, leur fréquence diminuera. Quant aux allèles neutres, on s’attend à ce que certains disparaissent mais de façon totalement aléatoire du fait de la dérivé génétique. Si les résultats observés grâce aux simulations correspondent aux résultats observés dans les populations réelles, alors il sera possible d’expliquer l’évolution de la diversité de ces populations au cours du temps. 1. Les Phalènes du bouleau et la pression de prédation 1) On peut proposer que les individus typica, posés sur des bouleaux clairs couverts de lichens, soient mieux camouflés des oiseaux prédateurs que les individus carbonaria. Sur des bouleaux noircis par les suies et dépourvus de lichens, c'est l'inverse qui se produit. Les deux formes seraient alors consommées de façon différente selon le type de support, la forme sombre étant avantagée sur des arbres noircis. Elle se serait ainsi répandue facilement dans les régions industrialisées, suite à la modification de la surface des bouleaux par la pollution. 2) Modélisation avec le logiciel « Evolution allélique » : La fréquence de l’allèle 1 lors du lâcher est de 0,5 Situation 1 (environnement non pollué) : o Génotype favorable : c//c, valeur sélective = 1 o Génotypes défavorables : C//C et C//c, valeur sélective = 0,8 o Fréquences finales des allèles : C = 0 et c = 1. L’allèle C disparait en 30 générations. Situation 2 (environnement pollué) : o Génotype défavorable : c//c, valeur sélective = 0,8 o Génotypes favorables : C//C et C//c, valeur sélective = 1 o Fréquences finales des allèles : C = 0,949 et c = 0,051. L’allèle c n’a pas disparu mais est devenu rare au bout de 100 générations. 3) Parmi les allèles, certains peuvent être défavorables ou favorables pour les individus porteurs de ces innovations génétiques. Un allèle est favorable ou défavorable selon l'environnement dans lequel sont ces individus. Si l'environnement change, un allèle auparavant favorable peut se révéler défavorable et inversement. Les individus porteurs d'un allèle qui leur est favorable ont une plus grande probabilité d'atteindre la maturité sexuelle et de se reproduire. Il s'agit de la sélection naturelle : les allèles conférant aux individus un avantage ont tendance à se répandre (c’est-à-dire que la fréquence de cet allèle va augmenter dans la population) dans la population. Inversement, les allèles défavorables aux individus ont tendance à être éliminés dans la population. Dans le cas des phalènes, c’est le prédateur qui réalise la sélection naturelle. C’est la pression de prédation. La sélection naturelle est relative à des conditions environnementales données. Un allèle n'est pas avantageux par essence, mais il le devient dans un environnement donné et cet état est susceptible de changer. 2. Les pinsons des Galapagos et la concurrence entre individus Ecrire les génotypes possibles et les phénotypes correspondants : G//G [gros bec] ; G//P [bec moyen] ; P//P [petit bec] Réaliser une série de 10 simulations de reproduction sur 20 générations, où les 3 génotypes ont le même avantage (=1) puis afficher la moyenne en cliquant sur « M » et « ensemble des simulations » : Préciser comment évoluent les fréquences phénotypiques, génotypiques et alléliques : La population reste en équilibre : les fréquences phénotypiques, génotypiques et alléliques restent identiques. Les fréquences des 2 allèles restent identiques = les allèles sont identiquement maintenus dans la population. Modéliser l'impact de la sécheresse de 1977 sur une population initiale en équilibre. La sécheresse en provoquant la diminution de la quantité de nourriture a mis en compétition les pinsons à gros bec et à bec petit. Les petites graines tendres ont disparu, d’où [P] désavantagé 0,8 / [M] neutre 1 / [G] avantagé 1,1. Noter et expliquer l'évolution des fréquences phénotypiques : Le phénotype [P] défavorable tend à être éliminé, le phénotype favorable [G] devient majoritaire avec une fréquence de 85%. Phénotype [G] favorable → Bon accès aux ressources → Reproduction → Transmission de l'allèle G favorable → ↑ fréquence allélique → ↑ fréquence génotypique GG (85%) → ↑ fréquence phénotypique [G] Phénotype [P] défavorable → Faible accès aux ressources → faible Reproduction → Peu de transmission de l'allèle P défavorable → ↓ fréquence allélique P → ↓ fréquence génotypique PP (1%)→ ↓ fréquence phénotypique [P] Le changement des conditions de milieu en sélectionnant les phénotypes a entrainé l'évolution génétique de la population. Modéliser l'impact des pluies de 1983 : Les pluies en provoquant l’augmentation de la quantité de petites graines tendres a mis en compétition les pinsons à gros bec et à bec petit. Les petites graines tendres sont majoritaires, d’où [G] désavantagé 0,8 / [M] neutre 1 / [P] avantagé 1,1. Avec les proportions de génotypes suivantes : GG = 85%, GP = 14% et PP = 1%, on obtient alors une inversion des fréquences alléliques. L’allèle P devient majoritaire avec une fréquence de 73% en moyenne. Choisir dans la liste : b) c) e) f) g) j) l) m) Rédiger un texte : 3. Les lions du Ngorongoro et la dérive génétique Comparer les allèles : on observe que plusieurs allèles ont disparu chez les lions du Ngorongoro (c, s et r) et que d’autres allèles sont devenus rares (z à 6%). Il ya don un appauvrissement de la diversité génétique chez ces lions. Hypothèse : dans la mesure où ces allèles sont tous neutres, on peut proposer une perte aléatoire de ces allèles. Tableau à construire et à remplir Population faible : Effectif 16 Couleur du Nombre de générations premier allèle qui écoulées pour que le disparaît premier allèle disparaisse Grande population : Effectif 100 Couleur du Nombre de générations premier allèle qui écoulées pour que le disparaît premier allèle disparaisse Modélisation 1 Modélisation 2 Modélisation 3 Expliquer : La disparition d’un allèle neutre est aléatoire. Dans certaines simulations, c’est l’allèle rouge, dans d’autres l’allèle bleu ou l’allèle vert. Sa disparition est d’autant plus rapide que l’effectif de la population est réduit. Ceci valide l’hypothèse et explique l’appauvrissement de la diversité génétique des lions du Ngorongoro. Suite à l’épidémie de 1962, la population de lions du Ngorongoro s’est réduite à une dizaine d’individus et plusieurs allèles ont alors disparu avant que l’effectif ne retrouve sa valeur initiale. Cette disparition a été déterminée par le hasard. Ceci s’appelle la dérive génétique. Le risque qu’un allèle disparaisse est d’autant plus grand si cet allèle est peu fréquent au sein de la population. 4. Les salamandres californiennes et la spéciation en anneau Le principe de la spéciation en anneau est le suivant : Au cours d'un mouvement migratoire vers de nouveaux territoires à coloniser, une population de salamandres ancestrales rencontre un milieu inhospitalier qu'elle ne peut occuper. Cette population se scinde en deux branches migratoires, chacune contournant l'obstacle par un chemin différent. Chacune des deux branches s'éloignant progressivement, les échanges génétiques entre elles se ralentissent progressivement au cours du temps. Un épisode climatique sec isole alors 6 populations de salamandres, qui se retrouvent isolées génétiquement, donc 6 espèces. L'originalité de ce processus de spéciation est que les populations constituant ces deux branches migratoires constituent un anneau de populations ceinturant l'obstacle géographique. Les têtes de chacune de ces deux branches (tête verte et tête bleue) s'éloignant progressivement, les échanges génétiques entre elles deviennent rares au cours du temps. Suite à une augmentation de la pluviométrie, les territoires des 6 espèces s’agrandissent et se rencontrent de nouveau. Les populations peuvent à nouveau s’hybrider, elles ne sont plus isolées génétiquement, sauf entre les deux extrémités de l'anneau où l’hybridation est devenue impossible. La spéciation devient réellement effective. Ainsi, quand les têtes des 2 branches se rencontrèrent de nouveau, leurs populations ne furent plus interfécondes et constituèrent alors deux espèces distinctes. Aujourd’hui, il n’y a plus que 2 espèces au lieu de 6.
