I3 – Activité 4 - Pavot

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I3 – Activité 4
Modélisation de la dérive génétique et de la sélection naturelle
Problème : Comment expliquer l'évolution et
l'apparition de nouvelles espèces ?
Mo.1
La Terre dans l’Univers, la vie et
l’évolution du vivant
Situation de départ : On veut comprendre comment il existe une telle biodiversité et comment par
exemple les Vertébrés ont évolué jusqu'à leur actuel. On peut prendre deux exemples concrets
pour expliquer l'évolution des espèces : les groupes sanguins au sein de l'espèce humaine et les
pinsons des îles des Galápagos (appelés aussi les pinsons de Darwin). On veut expliquer avec ces
deux exemples comment les espèces évoluent et notamment comment de nouvelles espèces
peuvent apparaître.
Consignes :
1 – A partir des documents 1 et 2, expliquer le constat qu'on peut faire sur la diversité des
groupes sanguins et des pinsons des Galápagos. Formuler alors des hypothèses pour expliquer
cette diversité. (I.1 – Ra.2)
2 – Par groupe de 3 ou 4, choisir soit le document 3 ou le document 4 et suivre le protocole du
document. (Ré.1)
3 – A partir de l'analyse des tableaux remplis par chaque groupe, valider ou invalider les
hypothèses formulées. Expliquer alors les mécanismes de dérive génétique et de sélection
naturelle. (Ra.7)
4 – A partir de l'ensemble des informations, réaliser un schéma-bilan expliquant l'évolution des
espèces et l'apparition de nouvelles espèces (qu'on appelle spéciation). (Ré.10)
Évaluation de la
compétence
I.1
Ré.1
Ré.10
Ra.2
Ra.7
Population
Critères de réussite et d'évaluation
• INTEGRALITE : Toutes les informations nécessaires sont relevées.
• PERTINENCE : Les informations sont utiles.
• EXACTITUDE : Il n'y a pas d'erreur de lecture et d'information déformée.
• INTEGRALITE : Toutes les étapes du protocole sont suivies.
• CONFORMITE : Il y a un respect des consignes pas à pas (lecture des consignes).
• INTEGRALITE : Réaliser un schéma complet (éléments, légendes, titre).
• EXACTITUDE et CONFORMITE : Les éléments et les informations doivent être corrects
et utilisés avec les bons symboles pour chacun(e)s.
• SOIN : Le schéma doit être propre et soigné (orthographe, flèches, trait à la règle, etc.).
• PERTINENCE : Exprimer une solution provisoire (ou partielle) en rapport avec le
problème.
• COHERENCE : La solution exprimée doit être plausible et non contradictoire.
• CONFORMITE : L'hypothèse est validée si ce qui est obtenu ou observé est identique ou
semblable à ce qui était attendu (rejetée dans le cas inverse).
• PERTINENCE : La validation est justifiée en utilisant l'analyse des informations.
P1
P2
P3
P4
P5
P6
P7
P8
P9
P10
Fréquence
allèle bleu
Fréquence
allèle vert
Fréquence
allèle orange
Tableau de l'évolution des fréquences d'allèle dans le cas d'une modélisation de la dérive
génétique ou de la sélection naturelle
Document 1 : Rappel sur les groupes sanguins et répartition à la surface de la Terre dans la
population humaines
Les groupes sanguins A, B et O chez
l'Homme
On retrouve à la surface des globules rouges des antigènes, molécules capables d'être reconnues
par le système immunitaire. Certains de ces antigènes déterminent les groupes sanguins du
système ABO. Le tableau ci-contre montre, pour chacun des groupes sanguins, la structure
génétique (allèles possédés par l'individu) et la ou les molécule(s) antigénique(s) présente(s) sur la
surface membranaire.
Document 2 : L'histoire des espèces de pinsons des Galápagos
Les pinsons de Darwin (connus aussi sous le nom de pinsons des Galápagos) sont 15 espèces
différentes mais apparentées que Charles Darwin a récoltées en recensant la faune sur les îles
Galápagos (archipel situé au large de l'Amérique du Sud) durant son voyage sur l'HMS Beagle.
Charles Darwin y a donc observé une vaste biodiversité en 1835 et ses observations ont permis par
la suite de conforter sa théorie de l'évolution
et notamment un des mécanisme : la
sélection naturelle.
Ces oiseaux sont tous de la même taille :
entre 10 et 20 cm. Les plus importantes
différences entre ces espèces se trouvent
dans la taille et la forme du bec. Des études
génétiques ont montré que toutes les
espèces
de
pinsons
des
Galápagos
proviennent d'une unique espèce ancestrale
arrivée aux Galápagos il y a un peu plus de 2
Ma. Depuis une quarantaine d'années, Peter
et Rosemary Grant suivent l'évolution de ces
pinsons et plus particulièrement de l'espèce
appelée Geospiza fortis. Ils ont identifié, chez
les pinsons, un gène appelé gène « Bmp4 »
dont
différents
allèles
existent
et
déterminent la forme et les dimensions du
bec. Justement chez cette espèce, il existe
une grande diversité de forme et de taille de
leur bec en lien avec le nombre et la dureté des graines que les pinsons se nourrissent.
Document 3 : Modélisation de la dérive génétique
Pour comprendre un des mécanismes expliquant la diversité au sein des populations ou au sein des
espèces, on va jouer à un jeu permettant de reconstituer l'évolution des fréquences des allèles et
donc la diversité au sein d'une population. Comme pour les groupes sanguins, on dispose de 3 sacs
de billes : bleues, vertes ou oranges. Chaque couleur représente un allèle différent chez un individu
du même gène (les 3 allèles A, B et O pour le gène « groupe sanguin ») :
1. Pour chaque sac, lancer un dé et prélever le nombre de balles correspondant : cela
correspond aux nombres de descendants avec leur allèle associé.
2. Toutes les balles prélevées sont regroupées dans une urne commune et représentent
l’ensemble des allèles d’une population P1 : cela représente la population de départ.
3. Calculer la fréquence de chaque allèle (couleur) dans cette population P1. On utilisera la
formule suivante :
Fréquence de la couleur (P1) = nombre de balles de cette couleur dans P1 / nombre total de
balles dans P1
4. On tire au hasard 5 ou 15 balles dans P1 : ces balles représentent les allèles transmis à la
descendance (et donc les individus qui se reproduisent).
5. Pour chaque balle tirée, on lance le dé et on place le nombre de balles de couleur
correspondant dans une urne représentant la population P2 (deuxième génération).
6. Calculer la fréquence allélique pour P2.
7. Reproduire les étapes 3 et 4 pour obtenir les populations P3, P4, etc. jusqu'à P10 ou jusqu'à
qu'il n'y ait un allèle à 100 % et calculer les fréquences alléliques de chaque population qu'il
faut reporter dans le tableau de la première page (voir au début de l’activité).
Document 4 : Modélisation de la sélection naturelle
Pour comprendre un des mécanismes expliquant la diversité au sein des populations ou au sein des
espèces, on va jouer à un jeu permettant de reconstituer l'évolution des fréquences des allèles et
donc la diversité au sein d'une population. Comme pour la taille et la forme des bec des pinsons, on
dispose de 3 sacs de billes : bleues, vertes ou oranges. Chaque couleur représente un allèle
différent chez un individu du même gène (les 3 allèles pour le gène « Bmp4 ») :
1. Choisir entre la balle verte ou bleue qui va soit être l'allèle favorable dans le milieu (qui
permet de casser les bonnes graines) ou soit être l'allèle défavorable dans le milieu (qui ne
permet pas de casser les graines). La balle orange sera l'allèle neutre.
2. Pour chaque sac, lancer un dé et prélever le nombre de balles correspondant : cela
correspond aux nombres de descendants avec leur allèle associé.
3. Toutes les balles prélevées sont regroupées dans une urne commune et représentent
l’ensemble des allèles d’une population P1 : cela représente la population de départ.
4. Calculer la fréquence de chaque allèle (couleur) dans cette population P1. On utilisera la
formule suivante :
Fréquence de la couleur (P1) = nombre de balles de cette couleur dans P1 / nombre total de
balles dans P1
5. On tire au hasard 5 ou 15 balles dans P1 : ces balles représentent les allèles transmis à la
descendance (et donc les individus qui se reproduisent).
6. Pour chaque balle tirée, on lance le dé et on place le nombre de balles de couleur
correspondant dans une urne représentant la population P2 (deuxième génération) sauf si
c'est la couleur de l'allèle bénéfique : on multiplie le résultat par 2 ; si c'est la couleur de
l'allèle néfaste : on ne met qu'une balle si le nombre du dé est « 1, 2 ou 3 » on ne met que
deux balles si le nombre du dé est « 4, 5, 6 ».
7. Calculer la fréquence allélique pour P2.
8. Reproduire les étapes 3 et 4 pour obtenir les populations P3, P4, etc. jusqu'à P10 ou jusqu'à
qu'il n'y ait un allèle à 100 % et calculer les fréquences alléliques de chaque population qu'il
faut reporter dans le tableau de la première page (voir au début de l’activité).
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