EPREUVE D EVOLUTION. Mai 2013 Durée : 2 heures.

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Aline Brunelle
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1 EPREUVE D EVOLUTION Mai 2013 Durée : 2 heures. Le sujet comporte 5 pages, vérifiez dès réception qu il est complet. Aucun signe distinctif (nom, n étudiant) ne doit être inscrit, sur aucune page de la copie. Vos réponses doivent être justifiées. L usage de la calculatrice ainsi que du téléphone portable est interdit. 1

QROC (6 points): 1) Quelles sont les modalités de la sélection sexuelle?

cf cours 2) Quels mécanismes de l évolution expliquent le grand nombre d espèces de Pinsons des Galápagos sur une si petite zone

Il s agissait de sélection disruptive (îles différentes milieux différents donc conditions de sélection différentes) conduisant à une

Dans quel(s) cas cette définition pose-t-elle problème? Vous illustrerez votre réponse par un ou plusieurs exemples précis.

principalement : fossiles, espèces à reproduction asexuée ; difficulté d estimation du flux de gènes en général.

Soit la matrice taxons/caractères suivante, dans laquelle les genres fossiles sont en italique. L aspect de ceux-ci est représenté ci-après.

2 QROC (6 points): 1) Quelles sont les modalités de la sélection sexuelle? Quelles sont les différences avec la sélection naturelle au sens strict? cf cours 2) Quels mécanismes de l évolution expliquent le grand nombre d espèces de Pinsons des Galápagos sur une si petite zone géographique? A quel type de spéciation a-t-on affaire? Il s agissait de sélection disruptive (îles différentes milieux différents donc conditions de sélection différentes) conduisant à une radiation évolutive et donc à une spéciation allopatrique(pas de contact entre les îles). 3) Qu est-ce qu une espèce biologique? Dans quel(s) cas cette définition pose-t-elle problème? Vous illustrerez votre réponse par un ou plusieurs exemples précis. Définition biologique de Mayr cf. cours ; plusieurs cas problématiques devaient être cités! principalement : fossiles, espèces à reproduction asexuée ; difficulté d estimation du flux de gènes en général. Exercice 1 (5 points) : Evolution des Baleines On s intéresse à l évolution de la lignée des Cétacés (baleines et dauphins). Soit la matrice taxons/caractères suivante, dans laquelle les genres fossiles sont en italique. L aspect de ceux-ci est représenté ci-après. Mur osseux entourant l oreille moyenne Allongement du crâne Habitat marin Narines repoussées en arrière du museau Epaississement de la queue Nageoires caudales Echolocation Fanons Perte des membres postérieurs Baleine à bosse Dorudon Pakicetus Rhodocetus Kutchicetus Indohyus Ambulocetus Hippopotame Dauphin souffleur 2

3 1) Comment peut-on savoir que les fossiles représentés vivaient ou non en habitat marin? C est à partir des restes fossiles et du type de roches dans lesquels on retrouve le fossile en question 2) L hippopotame n est pas un Cétacé. Que permet son inclusion dans la matrice et dans l arbre? Notion d extragroupe qui enracine l arbre. 3) Reconstituer l arbre phylogénétique correspondant à la matrice. Y placer les caractères propres aux différents groupes formés. On devait trouver : Hippo (Indohyus {Pakicetus [Ambulocetus - (Kutchicetus{ Rhodocetus[Dorudon - (Baleine Dauphin)]})]}) Exercice 2 ( 5 points): Pollinisation des Stapéliées par les mouches Des plantes succulentes africaines de la tribu des Stapéliées, de la famille des Apocynacées, qui vivent dans des milieux arides, attirent mouches et moucherons pour que ceux-ci assurent leur pollinisation, comme beaucoup d'autres plantes à fleurs assurent leur pollinisation par le biais des hyménoptères (abeilles, bourdons, etc). Fleur de Stapelia pulvinata sur laquelle deux mouches sont en train de pondre. L abdomen des mouches qui déposent leurs œufs est tourné et incliné vers le centre de la fleur, qui constitue la partie la plus odorante. Ici les mouches sont généralement attirées par des odeurs de putréfaction émises par les fleurs de stapéliées, et sans doute parfois aussi par la couleur et les motifs floraux, qui miment celles des charognes en décomposition. Quand le diptère s'approche du centre de la fleur, il tente d'atteindre le nectar ou de placer ses ovipositeurs sur la fleur de manière à y pondre ses œufs. Pour ce faire l'insecte se retrouve coincé dans la structure centrale de la fleur et, dans son processus de libération, il se débat et tire l'ensemble des pollinies, qui se fixent sur son corps. Les insectes les transportent d'une fleur à l'autre et assurent ainsi la pollinisation. Il y a une différence importante entre le système de pollinisation par les mouches sur les stapéliées et celui, par exemple, par des abeilles sur d'autres plantes à fleurs : alors que les 3

4 abeilles trouvent presque toujours de la nourriture sous forme de nectar dans le calice de la fleur, le nectar parfois trouvé par les mouches chez les stapéliées a souvent plus une fonction d'appât pour le piège floral que de réelle nourriture. Parfois, les mouches sont totalement leurrées par l'odeur et «croient» être sur une charogne : elles pondent leurs œufs dans la fleur. Ces œufs sont perdus et, même si des asticots naissent, les larves n'auront aucune source de nourriture et mourront. 1) Si l on inscrit ce mécanisme de pollinisation dans la théorie des jeux, où mouche et stapéliée sont les 2 joueurs, quel est le coût de la pollinisation pour la Stapéliée? pour la mouche? Quels en sont les bénéfices retirés et par qui? Un coût est par définition négatif!!!! Coût pour la plante = production de nectar et de molécules odorantes Coût pour la mouche = énergie dépensée voire parfois perte des œufs (= perte légère) Bénéfices uniquement pour la plante = pollinisation. 2) Réaliser la matrice du jeu dans les conditions suivantes : - La Stapéliée émet des odeurs de putréfaction ou non - La mouche perçoit les odeurs de putréfaction ou non. Dans chacune des cases centrales de la matrice vous inscrirez les conséquences précises sur la fitness de chacun des 2 joueurs, dans chacune des 4 situations possibles. Mouche perçoit Mouche ne perçoit pas Stapéliée émet Mouche leurrée par Stapéliée Stapéliée pollinisée cf.1 Mouche incapable de pondre car ne reconnaît pas l odeur de charogne! Stapéliée n émet pas Mouche sans perte ; se reproduit avec succès Stapéliée non pollinisée Mouche incapable de pondre car ne reconnaît pas l odeur de charogne! Stapéliée non pollinisée Stapéliée non pollinisée 3) Quelle est la stratégie la plus stable parmi les 4 et pourquoi? La stratégie évolutivement stable est celle où les 2 acteurs émettent / reçoivent car les pertes ne sont pas très lourdes et les gains pour la plante sont forts. 4) Quels sont les points communs et les différences entre ce jeu et le «dilemme du prisonnier»? Comme dans le dilemme la meilleure startégie n est pas optimale pour les 2 il y a une perte légère ; différence principale = 2 acteurs non interchangeables. Exercice 3 (4 points) : Le chromosome PSR de la guêpe Nasonia vitripennis Dans les années 1930 ont été découverts des chromosomes appelés chromosomes B, par opposition aux chromosomes A «normaux» connus pour leur rôle dans le fonctionnement et la survie des cellules. Le plus connu des chromosomes B est le chromosome PSR (pour Paternal Sex Ratio) de la guêpe Nasonia vitripennis (photo). 4

Chez les hyménoptères le déterminisme du sexe des individus provient de l existence ou non d une fécondation : les ovules fécondés donnent des femelles alors que les ovules non fécondés donnent des

Q1) Rappeler la ploïdie des 2 sexes chez les hyménoptères et déduire pourcentage de gènes hérités par un hyménoptère de son père et de sa mère.

5 Chez les hyménoptères le déterminisme du sexe des individus provient de l existence ou non d une fécondation : les ovules fécondés donnent des femelles alors que les ovules non fécondés donnent des mâles. C est également la mère qui décide du nombre de mâles qu elle produit en fécondant ou non ses ovules avec le sperme qu elle a stocké dans sa spermathèque après un accouplement. Q1) Rappeler la ploïdie des 2 sexes chez les hyménoptères et déduire pourcentage de gènes hérités par un hyménoptère de son père et de sa mère. En quoi ce système de reproduction explique-t-il la vie eusociale de ces animaux? Mâles haploïdes et femelles diploïdes, les femelles partagent + de gènes avec leurs sœurs qu avec leur mère (cf ; cours) d où l avantage de vivre entre sœurs en eusociété. Il a été observé que des femelles de guêpe Nasonia produisent une forte proportion de mâles après accouplement avec certains mâles L explication la plus simple serait que ces géniteurs sont stériles et que leur sperme ne féconde pas les ovules. Mais ces mâles produits par les femelles ont la même caractéristique que le père, c'est-à-dire que ces mâles font produire à leur tour beaucoup de mâles après accouplement avec une femelle. Ces mâles héritent donc quelque chose du géniteur qui s'accouple avec leur mère, ce qui est normalement impossible. Il a été montré qu'ils héritent du chromosome PSR. Ce chromosome PSR, quand il est présent dans un spermatozoïde, élimine tous les autres chromosomes par un phénomène appelé hétérochromatisation totale. Le chromosome PSR se retrouve alors seul dans le spermatozoïde. Q2) Quel est le résultat - sur la cellule œuf et sur l individu - d une fécondation d un tel spermatozoïde avec un ovule et pourquoi? Le spermatozoïde ne possède que le chromosome PSR, l ovule est par définition haploïde on obtient un œuf haploïde possédant PSR = un futur mâle. Q3) Soit un mâle obtenu par ce mécanisme. Que dire de la garniture chromosomique de ses cellules somatiques? de ses cellules germinales? Ses cellules somatiques sont haploïdes d origine maternelle + le chromosome PSR d origine paternelle. 5

6 Ses spermatozoïdes seront uniquement porteurs de PSR. Seuls les spermatozoïdes et non les ovules- peuvent être porteurs des chromosomes B, dont le chromosome PSR. Q4) Quel sont les avantages et les inconvénients pour un individu mâle de porter le chromosome PSR? Comment peut-on qualifier ce type d élément génétique? «Avantage» = augmentation du nombre de mâles au détriment des femelles (mais dangeruex pour la survie de l espèce car les diploïdes deviennent rares) Inconvénients = perte des gènes du mâle qui ne sont pas transmis! Ce n est PAS un gène égoïste puisque c est un CHROMOSOME!!! C est donc un chromosome égoïste, distorteur de ségrégation. 6

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