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Un gène est une portion d'ADN, caractérisée par son locus, sa taille, sa séquence.
Un gène est une portion d'ADN, caractérisée par son locus, sa taille, sa séquence.
Séance 16: Mécanismes de l'évolution
Séance 16: Mécanismes de l'évolution
Problématique:
Pourquoi certaines espèces disparaissent-elles alors que d’autres persistent ?
Mise en situation et recherche à mener
Mise en situation et recherche à mener
L’éléphant de savane (Loxondonta africana) est une espèce emblématique du continent africain. La plupart des mâles et des femelles de cette espèce portent des incisives supérieures à croissance continue, appelées défenses.
Les défenses servent principalement à la recherche de nourriture (arrachage d’écorces ou de racines), pour la protection des petits ou lors des combats.
Cependant on trouve dans les populations d'éléphants des individus sans défense.
https://en.wikipedia.org/wiki/Amboseli_National_Park
Éléphants de savane
I) Commentaire argumenté
On cherche à comprendre comment les phénotypes [présence de défenses] ou [absence de défenses] sont déterminés génétiquement et transmis à leur descendance et quels mécanismes sont à l'origine des modifications de la fréquence de ces phénotypes et des génotypes dans différentes populations africaines.
B) Évolution et environnement
Partie de la question:
On cherche à comprendre les mécanismes à l'origine des modifications de la fréquence des phénotypes [présence de défenses] ou [absence de défenses] dans différentes populations africaines.
Document 2: Histoire d'une population d'éléphants de Zambie
En Zambie, les populations d’éléphants ont été décimées par des chasseurs et des braconniers entre 1900 et 1989. Ils les tuaient pour vendre l’ivoire de leurs défenses.
En 1989, la Zambie a été l’un des très nombreux pays à signer un traité interdisant le commerce de l’ivoire. Elle a également créé des parcs nationaux et mis en place des barrières de protection et des patrouilles anti-braconnage.
Les histogrammes ci-dessous sont issus d’un recensement régulier de la population d’éléphant dans la région de Zambie.
Graphique A: Nombre d'éléphants depuis 1969
Graphique B: Nombre d'éléphants femelles sans défense depuis 1969
Aide à la résolution : Exploitation des histogrammes:
- décrire les variations de chaque histogramme,
- mettre en relation le graphique A avec le texte d'introduction du document,
- mettre en relation le graphique B avec le texte d'introduction du document et du sujet.
- Connaissances pour conclure: La sélection naturelle correspond à un tri des individus les plus aptes à survivre ou à se reproduire.
C) Évolution et hasard
Partie de la question:
On cherche à comprendre les mécanismes à l'origine des modifications de la fréquence des génotypes dans différentes populations africaines.
Document 3: Histoire d’une population d’éléphants dans le parc national Addo, en Afrique du Sud
Au début du XXème siècle, suite à une chasse très intensive, il ne restait plus que 4 populations d’éléphants en Afrique du Sud, dont celle d’Addo.
Entre 1919 et 1920, un chasseur professionnel réduisit cette population de 130 à 11 individus (8 femelles et 3 mâles). Le parc national Addo fut créé en 1931 pour protéger les 8 femelles et 3 mâles restants. Ils sont à l’origine de la population actuelle atteignant un peu moins de 400 individus.
La fréquence des femelles sans défenses dans ce parc naturel est actuellement de 98 %, ce qui est extrêmement élevé.
http://www.sanparks.org/parks/addo/
La diversité génétique des populations d’Afrique du Sud a été étudiée en se fondant sur des séquences de deux gènes LA4 et LA5 dont on a recensé la fréquence des allèles (LA41, ….., LA51, ….).
Les graphiques ci-dessous montrent, pour les deux gènes, les fréquences des différents allèles présents dans trois populations d’éléphants :
Population 1 : fréquences d’origine en 1920, ce sont des spécimens de musées,
Population 2: fréquences alléliques des populations du parc Kruger (données actuelles), dont la population d'origine en 1920 est importante (584 individus),
Population 3 : fréquences alléliques des populations du parc Addo, dont la population d'origine, en 1931, est très faible.
Graphique C: Fréquence des différents allèles du gène LA4 dans trois populations
Graphique D: Fréquence des différents allèles du gène locus LA5 dans trois populations
Aide à la résolution : Exploitation des histogrammes:
- expliquer pourquoi LA4 et LA5 sont 2 gènes,
- décrire les variations des allèles pour chaque population,
- mettre en relation les résultats des fréquences alléliques avec la taille des populations d'origine.
- Connaissances pour conclure: La dérive génétique est l'évolution d'une population ou d'une espèce causée par des phénomènes aléatoires, impossible à prévoir.
II) Travaux pratiques:
Matériel :
logiciel Evolution allélique
A) Modélisation dans dans le parc Queen Elizabeth, en Ouganda (travail suivant plan de classe)
Recenser, extraire et organiser des informations
Mettre en oeuvre un protocole de résolution pour obtenir des résultats exploitables
Présenter les résultats pour les communiquer
1. Retrouver dans le sujet la proportion d’éléphants sauvages avec ou sans défenses, vivants en paix dans le parc (en absence de braconnage).
2. Noter ces proportions.
3. Déterminer la fréquence de chacun des allèles.
Utiliser les fonctionnalités du logiciel « Evolution allélique » afin de modéliser la propagation des allèles « def » et « sdef » dans une population sous plusieurs générations.
1. On considère l’allèle 1 : def, l’allèle 2 : sdef.
2. Noter la fréquence de l’allèle 1.
3. L’allèle « def » apportant un avantage sélectif important à l’individu, on choisira une valeur sélective élevée (0.9) à chaque fois qu’il y a présence de l’allèle def dans le génotype.
4. Lancer le modèle pour 5 génération.
1. Réaliser une capture du graphique obtenu afin de l’intégrer dans un fichier « libre-office texte ».
2. Traiter correctement votre production.
B) Modélisation dans dans le parc Luangwa, en Zambie (travail suivant plan de classe)
Recenser, extraire et organiser des informations
Mettre en oeuvre un protocole de résolution pour obtenir des résultats exploitables
Présenter les résultats pour les communiquer
1. Retrouver dans le sujet la proportion d’éléphants sauvages avec ou sans défenses.
2. Noter ces proportions.
3. Déterminer la fréquence de chacun des allèles.
Utiliser les fonctionnalités du logiciel « Evolution allélique » afin de modéliser la propagation des allèles « def » et « sdef » dans une population sous plusieurs générations.
1. On considère l’allèle 1 : def, l’allèle 2 : sdef.
2. Noter la fréquence de l’allèle 1 (d’abord en 1969 en présence de braconnage puis dans un deuxième cas en 1989 en absence de braconnage).
3. L’allèle « def » apportant un avantage sélectif important à l’individu, on choisira une valeur sélective élevée (0.9) à chaque fois qu’il y a présence de l’allèle def dans le génotype.
Au contraire, l’allèle « sdef » apporte un avantage à l’individu en présence de braconnage, on choisira une valeur sélective élevée (0.9) à chaque fois qu’il y a présence de l’allèle sdef dans le génotype.
4. Lancer le modèle pour 5 génération pour les conditions de 1969 puis 1989.
Attention à bien vérifier les fréquences des allèles et les valeurs sélectives pour chacun des cas.
1. Réaliser une capture du graphique obtenu afin de l’intégrer dans un fichier « libre-office texte ».
2. Traiter correctement votre production.
C) Modélisation dans dans le parc Addo, en Afrique du Sud (travail suivant plan de classe)
Recenser, extraire et organiser des informations
Mettre en oeuvre un protocole de résolution pour obtenir des résultats exploitables
Présenter les résultats pour les communiquer
1. Retrouver dans le sujet le nombre d’éléphants sauvages avec ou sans défenses dans le parc au moment de sa création du parc et actuellement.
2. Retrouver dans le sujet la proportion d’éléphants sauvages avec ou sans défenses dans le parc actuellement.
2. Noter ces proportions.
3. Déterminer la fréquence de chacun des allèles.
Utiliser les fonctionnalités du logiciel « Evolution allélique » afin de modéliser la propagation des allèles « def » et « sdef » dans une population sous plusieurs générations.
1. Par défaut le logiciel s’ouvre sur la page « sélection naturelle », changer de page pour afficher celle de la dérive génétique.
2. On considère l’allèle 1 : def, l’allèle 2 : sdef.
3. Noter la fréquence de l’allèle 1 (on choisira 0.98 au moment de la création du parc).
4. Pour l’effectif de la population, noter la valeur suivant la date testée.
5. Lancer le modèle pour 5 génération pour les 2 dates.
Attention à bien vérifier les fréquences des allèles et les valeurs sélectives pour chacun des cas.
1. Réaliser une capture du graphique obtenu afin de l’intégrer dans un fichier « libre-office texte ».
2. Traiter correctement votre production.
Critères de réussite des capacité(s) et attitude(s) évaluables ou évaluées:
Recenser, extraire et organiser des informations
Pratiquer une démarche scientifique
Exprimer et exploiter des résultats à l’écrit en utilisant les technologies de l’information et de la communication.
Communiquer par écrit dans un langage scientifiquement approprié
- seules les informations utiles sont sélectionnées
- toutes les informations attendues sont données
- les informations sont quantifiées si besoin
- les informations sélectionnées sont reliées pour répondre au problème
- observer, questionner,
- modéliser
- raisonner avec rigueur
- exprimer des résultats à l’écrit en utilisant un texte, un graphique, une capture d’image
- la réponse est explicative et justifiée
Comprendre le lien entre les phénomènes naturels et le langage mathématique.
Objectifs cognitifs:
La sélection naturelle et la dérive génétique sont à l'origine des modifications de la biodiversité dans les espèces.
Vocabulaire à connaître:
Espèce, biodiversité
Phénotype,
Allèle, génotype,
Sélection naturelle, dérive génétique.
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