TP dérive génetique, et sélection naturelle
d'après "Guide critique de l'évolution" Belin. 2009
Objectifs :
· comprendre comment la fréquence d’un caractère phénotypique présent dans une population peut varier de manière aléatoire
· Mimer les conséquences de l’apparition d’une mutation neutre au sein d’une population
· Mimer les conséquences de l’apparition d’une mutation avantageuse et désavantageuse au sein d’une population
Type : Modélisation
Durée de la manipulation : 2 heures
Organisation : en groupe de 6 élèves
Période propice à la manipulation : toute l’année
Matériel :
· 6 dés
· papier cartonné
· 18 gobelets en plastiques
· Sac en tissu
Protocole
Préparation des populations
1. Sur du papier cartonné, préparer des étiquettes d’environ 2cm X 2cm illustrées par 3 formes différentes (prévoir 3 lots pour une classe de 18 élèves) (Tableau 1).
Tableau 1. Nombre d’étiquettes à préparer de chaque forme et de chaque couleur pour chaque groupe d’élève
2. Placer les étiquettes de chaque forme et de chaque couleur dans des gobelets différents
3. Chaque joueur possède une population fictive d’une couleur donnée (soit 3 gobelets, un pour chacune des formes), la couleur représentant un caractère transmissible à la génération suivante.
Remarques : on se place ici dans le cas de populations d’individus haploïdes (le phénotype découle d’une seule copie parentale d’allèle), le caractère est monogénique avec 6 allèles possibles, et de populations à générations non chevauchantes (les individus d’une population donnée se reproduisent puis meurent).
Jeu 1 / La loterie de l’hérédité et la dérive génétique
1. Se mettre par groupe de 6 élèves.
2. Chaque joueur dispose d’une population de 40 ronds d’une couleur donnée.
3. Chacun des joueurs met 6 ronds de sa couleur dans un sac commun. Le mélange de tous les ronds forme la population de départ : POPULATION
1(Figure 1).
4. Dans la population 1, puiser à l’aveugle, donc au hasard, 6 ronds :c’est la génération 1 (individus de la population 1 qui se reproduisent et qui laisseront des descendants). (Figure 1).
5. Pour chaque rond de la génération 1, chaque joueur concerné par sa couleur lance son dé : le chiffre indique le nombr
e de ronds (descendants) à mettre dans un nouveau sac commun. L’ensemble des ronds de ce nouveau sac constitue alors la POPULATION 2. (Figure 1).
6. Compléter alors le tableau de suivi des populations vierge(nombre de descendants de chaque couleur, Tableau 2). Chaque couleur n’est pas forcément représentée.
7. Dans la population 2 ainsi constituée on va tirer au hasard de nouveau 6 ronds pour former la génération 2. (Figure 1).
8. Reprendre les points 5 à 7 de façon à constituer au total de 6 à 10 populations.
Tableau 2. Nombre« d’individus » de chaque couleur dans les différentes populations
Jeu 2 : La loterie génétique en présence d’une mutation.
1. Débuter le jeu de la même façon que pour le jeu 1 mais plutôt que d’ajouter 6 ronds de sa couleur, chaque joueur ajoute 5 ronds de sa couleur et 1 carré de sa couleur. : le carré représente alors un phénotype mutant, minoritaire mais neutre d’un point de vue sélectif et dont on veut suivre l’évolution de la fréquence au cours des générations.
2. Procéder de la même façon que dans le jeu 1 pour constituer les générations 1, 2, 3, 4, 5 et 6 et les populations 2, 3, 4, 5 et 6 : si lors du tirage en aveugle un carré est tiré, les descendants seront eux aussi carrés car le mutant transmet son caractère à la génération suivante.
3. Vous indiquerez dans les tableaux correspondants (Tableau 3)le nombre de descendants pour chaque rond ou carré de couleur dans chaque population
Tableau 3. Nombre « d’individus » de chaque forme et de chaque couleur dans les différentes populations
Jeu 3 : La sélection naturelle.
1. Débuter le jeu de la même façon que pour le jeu 1 mais plutôt que d’ajouter 6 ronds de sa couleur, chaque joueur ajoute :
- 4 ronds de sa couleur : phénotype ne conférant aucun avantage sélectif, majoritaire
- 1 carré de sa couleur : phénotype minoritaire et défavorable au regard des facteurs de l’environnement
- 1 triangle de sa couleur : phénotype minoritaire et favorable au regard des facteurs de l’environnement
2. Procéder de la même façon que dans le jeu 1 pour constituer les générations 1, 2, 3, 4, 5 et 6 et les populations 2, 3, 4, 5 et 6 cependant selon la forme tirée au sort, le nombre de descendants va être modifié :
- si un rond est tiré : le chiffre du dé indique normalement le nombre de descendants
- si un carré est tiré :chiffre 1 : 1 descendant, tous les autres chiffres : 2 descendants seulement.
- si un triangle est tiré : le joueur lancera 2 dès : la somme des chiffres indique le nombre de descendants
3. Vous indiquerez dans les tableaux correspondants le nombre de descendants pour chaque rond, carré ou triangle de couleur dans chaque population
Tableau 4. Nombre « d’individus » de chaque forme et de chaque couleur dans les différentes populations
Exploitation des données
1. Pour chaque jeu, à partir des données récoltées calculer la fréquence de chaque forme et chaque couleur dans chaque population.
2. Pour chaque jeu, réaliser un graphique montrant l’évolution de la fréquence de chaque forme de chaque couleur en fonction des populations 1, 2, 3, 4, 5 et 6…….
3. Comparer l’évolution des fréquences des phénotypes selon les conditions du jeu : caractères neutres, caractères neutres mais minoritaires, caractères contre sélectionnés, caractères sélectionnés. Comparer les résultats obtenus entre les groupes.
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