La biodiversité une histoire de temps et d espace

La biodiversité une histoire de temps et d espace Problème : Qu est-ce que la biodiversité? I. La biodiversité s observe à différents niveaux 1) La biodiversité dans les écosystèmes TP 1 : Découvrir un écosystème Un écosystème peut être une forêt, un océan, un désert, un grand lac, etc... Un écosystème est représenté par tous les éléments vivants (animaux et végétaux) et non-vivants (eau, sol, soleil, température) de ses nombreux habitats et par toutes les relations qu il peut y avoir entre eux. En fait, chaque élément a un rôle à jouer dans son écosystème. Dans un écosystème, il y a donc des milliers de choses qui se passent. Les possibilités sont infinies et les éléments sont inter-reliés entre eux, chaque élément peut être indispensable à un autre élément. Photosynthèse Les relations dans les écosystèmes 2) La biodiversité des espèces La biodiversité comprend donc tous ces écosystèmes différents. C est l ensemble des différents organismes animaux et végétaux et des différents endroits (habitats) qui leur permettent de vivre. Thème 2 3 ème La biodiversité et son évolution page 1

3) La biodiversité génétique TP 2 : Qu est-ce que la biodiversité génétique? http://urlz.fr/6xnb Expliquer à l aide du document ce qu est la biodiversité génétique. L exemple proposé nous montre que certaines personnes sont capables de digérer le lactose après 3-5 ans et d autres non. On dit que la personne est tolérante ou intolérante au lactose. Le lactose est un glucide présent dans le lait. Notre système digestif le dégrade en glucose et galactose grâce à une enzyme digestive nommées lactase. Passé un certain âge, soit on continue à produire cette enzyme et on est «lactase persistant» LP soit on ne la produit plus, et on est «lactase non persistant» LNP. Cette capacité est héréditaire donc déterminée par notre génétique. La biodiversité génétique est la variété d une population d origine génétique. Proposer une hypothèse permettant d expliquer l origine de cette diversité, argumentée à partir de vos connaissances. On peut constater que les régions du monde présentant une forte proportion de phénotype LNP comme l Asie ont une consommation de produits laitiers faible (Japon 69 kg par an, Indonésie 12 kg). On peut imaginer que parmi les populations qui ont commencé à consommer du lait, les individus LP ont été favorisés par rapport à ceux qui sont LNP. Au cours des générations, la proportion de LP a augmenté dans ces populations comme en Europe où 70 à 85 % des gens sont LP. Bilan : La diversité génétique est la variété qui existe au niveau des gènes d une espèce. Thème 2 3 ème La biodiversité et son évolution page 2

Problème : La biodiversité a-t-elle toujours été la même au cours de temps géologiques? II. La vie a évolué depuis son apparition il y a 3 milliards d années. TP 1 : La biodiversité a-t-elle toujours été la même au cours de temps géologiques? La comparaison de la vie à des périodes différentes (de - 500 Millions d années à maintenant) montre des différences importantes : Des êtres vivants ont disparu. Exemple : les trilobites ont vécu jusqu à -250 Ma) De nouveaux groupes sont apparus, se sont développés puis ont disparus. Exemple : les ammonites ont vécu de -200 à 65 Ma. D autres sont apparus il y a très longtemps et existent toujours. Exemple : les bivalves, les brachiopodes, les gastéropodes. Bilan : Les roches sédimentaires sont des archives géologiques de l histoire de la vie. Les premières traces de vie ont plus de 3 milliards d années. Des groupes d êtres vivants sont apparus, se sont développés, ont régressé et ont pu disparaitre. Rappel de 6 ème : La formation des fossiles 1. L animal meurt et tombe au fond de la mer. Les parties molles disparaissent par décomposition. 2. Des sédiments (boue et sable) remplissent les creux laissés par la disparition des parties molles. 3. La coquille est recouverte par les sédiments. 4. Avec le temps (plusieurs millions d années) les sédiments deviennent une roche. 5. Grace aux mouvements tectoniques, les couches de roches remontent au-dessus du niveau de la mer. 6. L érosion fait apparaitre les fossiles à l affleurement. Thème 2 3 ème La biodiversité et son évolution page 3

Titre : Évolution du nombre de familles au cours de l histoire des temps géologiques Problème : Quelle est l origine des crises de la biodiversité? III. L histoire de la vie a été parsemée de grandes crises de la biodiversité. Titre : Les grands évènements de l histoire de la Terre et du vivant. Bilan des observations : Au cours de temps géologiques, de grandes crises de la biodiversité ont marqué l évolution : Des extinctions de masses ont succédé à des périodes de diversification. Ces extinctions sont liées à des évènements géologiques : Alternances de périodes glaciaires et de périodes chaudes ; Très forte activité volcanique ; Impacts de météorites. Les émissions atmosphériques dues à des volcans ou à des météorites ont pour effet d obscurcir le ciel et de limiter la quantité de lumière solaire atteignant le sol. La température chute brutalement. Thème 2 3 ème La biodiversité et son évolution page 4

L'évolution du vivant s'inscrit dans le temps Problème : Existe-t-il une origine commune aux organismes vivants? I. Tous les organismes vivants ont une origine primordiale commune. Anatomie d une bactérie Toutes les cellules procaryotes ont en commun trois composantes : Une membrane plasmique qui sépare la cellule de son milieu extérieur et régule les entrées et sorties de substances ; Du cytoplasme ; Un ou plusieurs nucléoles (zones claires) qui contiennent le matériel héréditaire : un chromosome circulaire. Bactérie Pseudomonas (MET x 70 000) 1. Membrane plasmique. 2. Cytoplasme. 2. 4. Nucléole. 5. Paroi cellulaire. L information génétique des bactéries Les bactéries possèdent un appareil nucléaire constitué d'acide désoxyribonucléique (ADN) qui est le support de l'information génétique. L'ADN chromosomique est constitué d'une double hélice d'adn circulaire. Cette double hélice est pelotonnée, surenroulée dans le cytoplasme [ ]. Déplié, le chromosome bactérien a près de 1 mm de long (1000 fois la longueur de la bactérie) et 3 à 5 nanomètres de large Les arguments en faveur d'une origine commune des êtres vivants : Tous les organismes vivants sont constitués de cellules : une membrane plasmique délimitant le milieu extérieur et un cytoplasme ; ont de l'adn comme support de l'information héréditaire : soit contenu dans un noyau (des chromosomes comme nous l'avons vu chez l'homme c'est à dire de longs filaments), soit des chromosomes circulaires libres dans le cytoplasme. On dit que l'information génétique est universelle car elle est toujours constituée d'adn. Bilan : La cellule, unité du vivant, et l universalité du support de l information génétique dans tous les organismes, Homme compris, indiquent sans ambiguïté une origine primordiale commune. Thème 2 3 ème La biodiversité et son évolution page 5

Problème : Comment apparaissent de nouvelles espèces? II. Les nouvelles espèces apparaissent par mutation de l'adn (des gènes) et sélection naturelle. 1) Toutes les espèces présentent une grande diversité comme chez l Homme. Imaginons ce troupeau fictif d'herbivores de la savane Africaine. On observe une grande diversité de caractères entre les individus considérés comme étant de la même espèce (comme nous avons pu le constater dans le chapitre sur la diversité chez l'homme). Cette diversité est liée à l existence de gènes qui déterminent des caractères. La variabilité des caractères dépend des différentes versions des gènes appelés allèles. Ces allèles sont issus de modifications des gènes appelées mutations. Bilan : L apparition de caractères nouveaux au cours des générations suggère des modifications de l information génétique : ce sont les mutations. 2) La sélection naturelle se manifeste par exemple lors de changements de l'environnement. La diversité génétique est à la base de l évolution car l environnement pourra sélectionner les caractères de ceux qui sont le plus aptes à survivre ou à se reproduire. Schéma bilan des mécanismes de l évolution Une espèce est issue de la sélection naturelle et pourra évoluer et devenir une nouvelle espèce par le même mécanisme. Thème 2 3 ème La biodiversité et son évolution page 6

Problème : Comment définir une espèce? III. Une espèce est définie à un instant de l histoire du vivant. On observe une grande diversité de caractères entre les individus considérés comme étant de la même espèce. (Comme nous l avons vu dans le chapitre sur les caractères chez l Homme). Les Turritelles sont des gastéropodes actuels. Il en existe de nombreuses espèces à travers le monde. Il existe des turritelles depuis le début du Crétacé. Les turritelles actuelles sont des descendants des turritelles du Crétacé. Une espèce est définie par un groupe d individus ayant des caractères communs mais aussi une grande diversité. L espèce existe à un moment donné de l histoire du vivant. Thème 2 3 ème La biodiversité et son évolution page 7

IV. Observer les espèces permet de comprendre l évolution. Rappel de 6 ème : En comparant les caractères de différents organismes, on peut réaliser une classification par emboitement. Crâne et vertèbre Mâchoire Squelette osseux 4 membres munis de doigts Mâchoire inférieure à un seul os Chat X X X X X Requin X X Lamproie X Grenouille X X X X Chimpanzé X X X X X Truite X X X Comparaison des caractères de différents animaux (les croix indiquent que le caractère est présent chez cet animal ; pas de crois, le caractère est absent). On réalise une classification par emboitement à partir de ce tableau : Crâne et vertèbres Mâchoire Squelette osseux 4 membres munis de doigts Mâchoire inférieure à un seul os 4 membres munis de doigts Mâchoire inférieures à 1 seul os Squelette osseux Légende : Ancêtre commun Caractère nouveau Titre : Arbre phylogénétique Thème 2 3 ème La biodiversité et son évolution page 8

Un arbre phylogénétique est une manière de représenter les espèces et leurs caractères ont permis de les classer. Les animaux placés dans l arbre sont des espèces actuelles. Toutes les espèces dérivent d un ancêtre en commun aujourd hui disparu. Ainsi, l ancêtre commun à tous ces animaux possède un crâne et des vertèbres et il est à l origine des 6 espèces actuelles étudiées. Cependant un caractère nouveau apparaît : la présence d une mâchoire. L ancêtre commun possède cette mâchoire et va être à l origine des 5 espèces «au-dessus de lui» mais pas de la lamproie. Un peu de vocabulaire : ancêtre commun : animal disparu possédant tous les caractères de différentes espèces actuelles. Caractère dérivé : caractère nouveau (exemple : la mâchoire est un caractère dérivé pour le requin, la truite, la grenouille, le chat et l Homme). Caractère ancestral : caractère précédant l apparition du caractère dérivé (exemple : la lamproie n a pas de mâchoire). Bilan : Une espèce nouvelle présente une organisation commune mais aussi des caractères nouveaux par rapport à une espèce antérieure dont elle serait issue. La construction d un arbre de parenté permet de traduire l évolution des espèces. Problème : Quelle est la place de l Homme (en tant qu espèce) dans l évolution? V. L Homme fait partie des primates, un groupe des mammifères L espèce humaine appartient au groupe des mammifères. En effet, elle possède : un squelette interne avec un crâne (vertébrés). un squelette osseux avec une mâchoire et 4 membres (tétrapodes). des poumons et un amnios des poils, des mamelles et une mâchoire inférieure à un seul os (mammifères). Mâchoire Poumons Amnios Poils Queue régressée Bipédie permanente Lamproie Requin X Salamandre X X Lézard X X X Tigre X X X X Gorille X X X X X Homme X X X X X X Tableau de caractère Thème 2 3 ème La biodiversité et son évolution page 9

Arbre de parenté (arbre phylogénétique) Parmi les mammifères, d autres caractères permettent de la classer dans le groupe des primates et plus précisément des grands singes (groupes des hominoïdes) : Classification par emboitement Arbre de parenté des primates Des analyses génétiques permettent de mieux comprendre la place de l espèce humaine parmi les singes hominoïdes. Homme Chimpanzé Gorille Orang-outan Homme 0 % Chimpanzé 1,45 % 0 % Gorille 1,51 % 1,57 % 0 % Orang-outan 2,98 % 2,94 % 3,04 % 0 % Relations de parenté au sein des Hominoïdes L Homme est plus proche du Chimpanzé car ils ont seulement 1,45 % de fragments d ADN différent. Grâce à cette analyse génétique, on peut déterminer une horloge biologique et dater depuis combien de temps les espèces se sont séparées : L Homme et le Chimpanzé se sont séparés il y a 7 millions d années. Thème 2 3 ème La biodiversité et son évolution page 10

Arbre phylogénétique des Hominoïdes : l Homme est un Homininé, Hominidé, Hominoïde. (Dac : dernier ancêtre commun) D après : http://jeanvilarsciences.free.fr Conférence de Pascal Picq, chercheur au Collège de France. http://fr.slideshare.net/lapeyre/evol-sgf2-1 Bilan : L Homme en tant qu espèce, est apparu sur la Terre en s inscrivant dans le processus d évolution. C est un primate classé dans le groupe des grands singes. Thème 2 3 ème La biodiversité et son évolution page 11