Chapitre 3 : La biodiversité, résultat et étape de l - Pavot

Chapitre 3 : La biodiversité, résultat et étape de l'évolution
I – Diversité et unité au sein des êtres vivants : exemple des Vertébrés
I3 – Activité 1
Étude des Vertébrés
Problème
Comment trouver un lien de parenté entre différentes espèces de Vertébrés ?
Mo.1
Compétences
Les Vertébrés ont la même organisation interne et externe (squelette,
axes de polarité, symétrie, etc.). Ils ont donc un lien de parenté.
I.1 – Ré.6 – Ra.2 – Ra.7
Correction :
1 – On peut supposer qu'on peut trouver des liens de parenté au niveau des caractères externes ou
interne (exemple : une organisation commune).
2 – Voir tableau :
Espèce
Esturgeon Crapaud
Varan Albatros Humain
Girafe
Rorqual
Groupe
Nombre de vertèbres
cervicales*
3 – Voir schéma :
Poisson
osseux
Lissamphibien
Saurien
0
2
7
Vertèbres
cervicales
Oiseau
Mammifère
(Primates)
Vertèbres
thoraciques
12
Mammifère
Mammifère
7
7
7
Vertèbres
lombaires
Vertèbres
sacrées
(Cétacé)
Vertèbres
caudales
Crâne
Mâchoire
Os du crâne
Os de la colonne vertébrale
(vertèbres + cage thoracique
Os des membres antérieurs
et de la ceinture scapulaire
Os des membres postérieurs
et de la ceinture pelvienne
4 – Voir ci-dessous :
Avant
Dos
Dos
Droite
Avant
Droite
Arrière
Gauche
Gauche
Ventre
Ventre
Arrière
Avant
Dos
Gauche
Droite
Ventre
Arrière
5 – On peut en conclure quand observant les caractéristiques internes (ici le squelette) et externes (les
axes de polarité et la symétrie), on constate une organisation commune : les mêmes 4 parties du
squelette et les mêmes axes de polarité et la même symétrie. On peut donc valider l'hypothèse. On a
bien ici des liens de parenté partagés par un grand nombre de Vertébrés. En plus d'observer des
caractéristiques communes, on remarque également des différences (formes du squelette, nombres de
vertèbres cervicales, etc.). Ainsi on peut dire qu'il existe chez les Vertébrés à la fois une unité (de
structure) et en même une diversité (de formes).
Bilan : Au sein des Vertébrés, on découvre une diversité d'espèces avec une organisation
différentes (exemple : cou des Vertébrés). Cependant l'organisation interne (exemple : le squelette
en 4 parties) et l'organisation externe (axes de polarité et symétrie) montrent qu'ils possèdent des
caractères en commun : on parle de lien de parenté entre les Vertébrés.
II – Evolution des êtres vivants : exemple des Vertébrés.
I3 – Activité 2
Étude de liens de parenté entre les Vertébrés
Problème
Comment expliquer les liens de parenté entre les Vertébrés ?
Compétences
Mo.1
Notion de parenté entre les Vertébrés, de lien de parenté et d'ancêtre
commun partagé pour tous les Vertébrés.
I.1 – Ra.7
1 – Voir tableau :
Flétan
Homme
Cynthiacetus*
Varan
Albatros
Carnotaurus*
Limule
Symétrie bilatérale
x
x
x
x
x
x
x
Squelette osseux interne
avec des vertèbres
x
x
x
x
x
x
Membres terminés par
des doigts
x
x
x
x
x
Plusieurs types de dents
x
x
x
x
x
x
x
« Quille » sur la face
ventrale des vertèbres
cervicales
Mandibule percée d'une
fenêtre
Document 1 : Matrice des caractères
* Espèces fossiles
2, 3 et 4 – Un ancêtre commun est un être vivant hypothétique (ancien) ayant acquis un certain
nombre de caractères et les ayant transmis à TOUS ses descendants actuels. Les caractères transmis
par cet ancêtre commun à tous ses descendants s'appelle des liens de parenté. Ce sont donc des
caractères communs partagés par un ensemble d'êtres vivants formant un même groupe (et donc
descendant d'un même ancêtre commun). Voir ci-dessous :
Nœud de l'arbre =
Ancêtre commun
Carnotaurus
5
Albatros
4
Varan
3
Homme
6
2
Cynthiacetus
Flétan
1
Limule
Document 2 : Arbre phylogénétique
Innovations évolutive (caractères
apparus au cours de l'évolution)
= liens de parenté
1 : Symétrie bilatérale
2 : Squelette osseux interne avec
des vertèbres.
3 : Membres terminés par des
doigts
4 : Plusieurs types de dents
5 : « Quille » sur la face ventrale
des vertèbres cervicales
6 : Mandibule percée d'une fenêtre
Ancêtre commun : à tous les
Vertébrés (ayant transmis à tous
ses descendants le caractère
squelette osseux avec vertèbres).
5 – On observe d'après l'arbre phylogénétique que les Vertébrés possèdent tous le même caractère (ici
un squelette osseux avec présence de vertèbres) qu'on appelle lien de parenté. Ainsi il forme un groupe
homogène. Ils possèdent tous le même lien de parenté car ils sont tous ici d'un même ancêtre commun.
Cet ancêtre commun (être vivant hypothétique) a acquis au cours de l'évolution des caractères qu'il a
ainsi pu transmettre à ses descendants, c'est-à-dire les Vertébrés actuels. De plus, au cours de
l'évolution des Vertébrés de nouveaux caractères sont apparus ce qui a créé de nombreux groupes à
l'intérieur des Vertébrés créant ainsi une diversité chez les Vertébrés.
De plus, ici la limule n'ayant pas le caractère « squelette osseux avec vertèbres », elle ne fait donc pas
parti du groupe des Vertébrés et n'a pas le même ancêtre commun que les Vertébrés même un ancêtre
commun encore plus ancien (n°1 sur l'arbre).
Bilan : Les ressemblances entre les différents Vertébrés peuvent s’expliquer par un lien de parenté
les unissant. Les Vertébrés possèdent tous un ancêtre commun ayant transmis ses caractères à
l’ensemble de sa descendance et en particulier la possession de squelette et de vertèbres.
III – Diversité à l'échelle des écosystèmes et biodiversité :
I3 – Activité 3
Biodiversité passé, présente et future
Problème
Comment appréhender la biodiversité et comment s'est-elle modifiée au cours
de l'histoire de la Terre ?
Compétences
Les échelles de la biodiversité. Biodiversité : étape de l'histoire du
Mo.1 monde du vivant. Modification de la biodiversité au cours du temps
suivants certains facteurs comme l'Homme.
I.3 – Ré.6 – Ra.6 – Co.1
Correction : On apprend que la biodiversité est la diversité des êtres vivants dans un milieu donné. Plus
le nombre d'espèces est important, plus la biodiversité l'est. On apprend également qu'un écosystème
désigne l'ensemble formé par une association ou communauté d'êtres vivants (ou biocénose) et son
environnement (ou milieu) biologique, géologique, édaphique, hydrologique, climatique, etc.
La biodiversité se retrouve à plusieurs échelle : à l'échelle des écosystèmes, à l'échelle des espèces et
même à l'échelle génétique (allélique).
A la surface de la Terre, il existe un grand nombre d'écosystèmes différents avec un climat particulier
(humide/sec, chaud/froid, etc.). Exemple : forêt tempérée, forêt tropicale, savane, milieu aquatique
(profond, littoral, etc.). Dans chacun de ces milieux, on trouve une diversité d'espèces et de groupes.
On peut constater, par exemple au Carbonifère, que la faune et flore était totalement différente de
maintenant. Les représentants des groupes (ou taxons) sont différents et même de nouveaux groupes
sont apparus (exemple : les plantes à fleurs ou Angiospermes). Cette biodiversité a évolué en fonction
du climat de l'époque jusqu'à maintenant.
On constate surtout que le nombre de famille d'espèces et donc la biodiversité n'a fait qu'augmenter à
tout au long de l'histoire de la Terre. Ainsi on peut comprendre que la biodiversité actuelle n'est qu'une
affirme partie de la biodiversité passée.
Par exemple, dans le groupe des équidés où on trouve le cheval actuel, on observe différentes espèces
à des époques différentes. On observe un lien entre les caractéristiques morphologiques
(transformations de la patte et la forme des dents) avec le milieu de vie et donc le climat. Ainsi le
groupe des équidés a vu son évolue suivant l'évolution de l'environnement. Donc la l'évolution de la
biodiversité dépend de l'environnement dans lequel vivent les espèces et la biodiversité actuelle
dépend donc la biodiversité passée.
A part l'environnement qui peut agir sur l'évolution de la biodiversité, l'Homme peut aussi agir sur la
biodiversité. Avec l'exemple du moustique, on constate de part les effets des constructions humaines
(ici le métro), une espèce de moustique a évolué indépendamment dans le métro par rapport à l'espèce
à la surface.
Par contre, à l'inverse, de part ses pratiques industrielles et agroalimentaires, l'Homme pollue son
environnement ce qui à l'inverse détruit des écosystèmes et les espèces associées (exemple : la
disparition d'oiseaux ou des tortues).
Bilan : La biodiversité peut être appréhendée à l’échelle des écosystèmes mais aussi à l’échelle des
espèces voire à l'échelle génétique. La biodiversité actuelle ne constitue qu'une très faible partie
de la biodiversité totale. En effet, on retrouve des fossiles d'organismes aujourd'hui disparus. En
fait, la biodiversité évolue au cours du temps ; les biodiversités passée, actuelle et future sont
différentes. De nombreux facteurs tels que le climat ou l’activité humaine contribuent à modifier la
biodiversité. Ainsi, la biodiversité actuelle constitue une étape de l'histoire du monde du vivant.
IV – L'évolution de la biodiversité et apparition de nouvelles espèces :
I3 – Activité 4
Modélisation de la dérive génétique et de la sélection naturelle
Problème
Comment expliquer l'évolution et l'apparition de nouvelles espèces ?
Compétences
Mo.1
Dérive génétique, sélection naturelle et fréquence allélique dans les
populations. Formation de nouvelles espèces.
I.1 – Ré.1 – Ré.10 – Ra.2 – Ra.7
Correction :
1 – On constate que la répartition des allèles A, B et O sont différentes dans la population mondiale.
En Amérique du Sud, on a jusqu'à 90-100 % de la population qui possède l'allèle O car 50-70 % en
Eurasie. Par exemple aussi, on a jusqu'à 90-100 % de la population de l'allèle B en Eurasie alors qu'il n'y
a pas ou peu de personne en Amérique.
Pour les pinsons, on constate qu'il y a une grande diversité d'espèces et même au sein d'une espèce (G.
fortis) comme ici la taille et la forme du bec. On peut supposer que soit pour les groupes sanguins et
pinsons, on a l'environnement ou le milieu qui influence les allèles ou soit cela se fait au hasard et/ou
dépendrait de la population (zone, nombre).
2-3 – Pour les tableaux tout dépend des statistiques de jeux qui varient en permanence. On constate
dans le cas la modélisation de la dérive génétique que les disparitions des 2 allèles parmi les 3 et la
fixation de l'autre dépend ici entièrement du hasard et aussi d'un effet important : la taille de la
population. Plus la population est petite plus la fixation d'un des allèles de la population est plus
marquée et rapide : c'est l'effet de la dérive génétique.
Dans le cas de la modélisation de la sélection naturelle, lorsqu'on choisit « artificiellement » un allèle
qui apporte un intérêt évolutif par rapport à un autre, il se fixe plus facilement dans la population et
l'autre qui porte un désavantage tant à disparaître. Ainsi ici la sélection naturelle explique la
disparition ou la fixation de certains allèles en fonction de l'environnement.
Donc on peut en déduire que pour le cas des groupes sanguins, la fréquence des allèles dans la
population n'a aucun lien avec l'environnement ou le milieu mais ne dépend que de la taille de la
population et le hasard : c'est la dérive génétique.
Pour les pinsons, on peut en déduire que les allèles du gène « Bmp4 » qui fait varier la forme et la taille
de la population dépend du milieu. Effectivement, tout dépend de le forme des graines et donc du
milieu. Si un allèle permet de manger un certain type de graines et pas d'autres graines, il va être
favorisés : c'est la sélection naturelle.
L'association de la dérive et de la sélection vont permettre de faire disparaître certains caractères ou
dans fixer et donc de faire disparaître certaines espèces ou en faire apparaître.
4 – Voir schéma-bilan ci-dessous :
Mécanismes expliquant
l'apparition ou la disparation des
espèces (= évolution des espèces)
Bilan : La dérive génétique est une variation aléatoire de la diversité allélique. Elle modifie la
fréquence allélique dans les populations. Elle se produit de façon plus marquée lorsque l’effectif
de la population est faible.
L'environnement agit aussi sur la diversité allélique. C'est ce qu'on appelle la sélection naturelle.
Différents facteurs comme le climat ou les espèces influent ainsi sur la survie des populations et
sélectionnent les individus les mieux adaptés.
Les mutations, la dérive génétique et la sélection naturelle (= mécanismes de l'évolution)
permettent de créer de la variabilité allélique dans les populations et donc permettent l'évolution
des espèces au cours du temps : soit l'apparition soit la disparition d'espèces.