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? 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 Poisson osseux Saurien Oiseau Lissamphibien (Primates) (Cétacé) Nombre de vertèbres cervicales * 0 2 7 12 7 7 7 3 Voir schéma : cervicales thoraciques lombaires sacrées 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 Avant
Avant 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? 1 Voir tableau : Notion de parenté entre les Vertébrés, de lien de parenté et d'ancêtre commun partagé pour tous les Vertébrés. I.1 Ra.7 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 «Quille» sur la face ventrale des vertèbres cervicales x x x Mandibule percée d'une fenêtre x x 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 1 2 3 Document 2 : Arbre phylogénétique 4 5 6 Carnotaurus Albatros Varan Homme Cynthiacetus Flétan Limule 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 Problème Biodiversité passé, présente et future Comment appréhender la biodiversité et comment s'est-elle modifiée au cours de l'histoire de la Terre? Les échelles de la biodiversité. Biodiversité : étape de l'histoire du 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? 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.