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Publié : 22 mars
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Biodiversité et Evolution des êtres vivants

Comment évolue un nouveau caractère physique dans une espèce ?

Savoir utiliser une animation numérique.
Savoir faire un graphique.
Savoir exploiter un graphique.
Comprendre le développement d’un nouveau caractère dans une population.

Peppered moth - biston betularia

Activité 1 2020

Par mutation, un nouveau caractère physique est apparu chez un papillon : les phalènes.

Les phalènes du bouleau sont des papillons de couleur blanche.
Phalène blanc
Dès 1848, en Angleterre ont été repérés les premiers mutants : des phalènes sombres.
Phalène sombre

Comment cette mutation a-t-elle pu être conservée dans la nature ?

- C’est ce que vous allez comprendre en découvrant l’histoire des phalènes d’Angleterre.

L’histoire des phalènes en Angleterre

- Jusqu’en 1847, en Angleterre, seules des phalènes blanches étaient visibles.

- En 1848 la première phalène sombre est visible. Cela est dû à la mutation d’un gène de la couleur d’une phalène.

- Pendant cinq ans les prédateurs continuent de chasseurs ces phalènes. Dès 1853 la révolution industrielle dépose de plus en plus de suie sur les écorces. Les bouleaux deviennent sombres.

- La pollution a commencé à diminuer 100 ans plus tard en Angleterre.
Pour l’exercice, on trichera, on imaginera que la pollution diminue au bout de 10 ans à partir de 1863 (et non 100 ans !).

Utilisation de la modélisation

  1. Ouvrir le logiciel « phalène »
  2. Choisir la population initiale : 100% de phalènes blanches
  3. Choisir (pour accélérer l’exercice) une fréquence de mutations importantes : « Fréquentes 5% »
  4. Choisir la couleur de l’écorce en 1847 (claire ou foncée).
Vous êtes un oiseau de 1847, vous avez 10 secondes pour chasser le maximum de papillons.

- Après la chasse, "Fin de la 1ère année", vous pouvez consulter le % de phalènes blanches ou noires survivantes. Ex : 100% [blancs], 0% [noirs] dans le tableau.
- Cliquer sur "Année suivante".

- Continuer de chasser les papillons le plus rapidement possible en suivant le nombre d’années où :

  • les bouleaux sont blancs (période 1) : de la 1ère à la 6ème année Fin de la 6ème année, penser à "changer d’écorce"
  • puis sombres (période 2) : De la 7ème à la 17ème année. Fin de la 17ème année, penser à "changer d’écorce"
  • puis à nouveau blancs (période 3). De la 18ème à la 27ème année.
Frise chronologique
A la fin de la chasse, cliquer sur "voir les graphiques".

Cocher "Pourcentage de phalènes [blancs]" et "Pourcentage de phalènes [noirs].
Décocher les "fréquences de l’allèle"

Un exemple de graphique obtenu

Phalènes graphiques

Puis faire les questions de l’onglet suivant ...

Les questions

Pour ceux qui le veulent, vous pouvez reproduire rapidement les graphiques, avec des couleurs légendées et les axes) obtenus sur votre cahier (juste les évolutions, sans les chiffres).

  1. Période 1 : de 1848 à 1852. Que se passe-t-il pour la population de phalènes noires : J’observe … Comment l’expliquez-vous ?
  2. Période 2 : de 1853 à 1862. Que devient la quantité de phalènes noires : J’observe … Expliquer pourquoi.
  3. Période 3 : après 1863. Combien d’années faut-il pour retrouver autant de phalènes blanches que de phalènes noires ?

Voir un exemple de graphique

Phalènes graphiques

.

Correction :

  1. J’observe que la quantité de phalènes noirs reste faible pendant cette première période de 1848 à 1852. Les phalènes noirs sont rapidement les proies des oiseaux et ne peuvent pas augmenter leur nombre sur le bouleau à écorce blanche.
  2. De 1853 à 1862, j’observe que la quantité de phalènes noirs a fortement augmenté.
    Pour les oiseaux, il est plus facile de chasser les phalènes blanches devenues plus visibles sur les bouleaux à écorces sombres.
    Les phalènes noires sont mieux camouflés et deviennent plus difficiles à attraper, leur couleur sombre devient un avantage. Plus de phalènes noires peuvent survivre, leur nombre augmente.
  3. Après 1863, il aura fallu 8 années (sur la graphique proposé) pour retrouver la même quantité de phalènes noirs et de phalènes blanches.
    Dans la réalité ce phénomène a commencé vers 1970 lorsque les usines ont commencé à émettre moins de pollution liée au charbon.

Résumé

Pour l’apparition d’un nouveau caractère dans une population, une ou des mutations sont nécessaires.

Pour le maintien de cette mutation dans la population il faut de nouvelles conditions du milieu qui rendent ce nouveau caractère "intéressant".

- Les phalènes noirs sont devenus "intéressants" pour se camoufler sur les bouleaux devenus sombres par la pollution.
- Après la révolution industrielle et la diminution de la pollution, les oiseaux ont pu à nouveau dévorer les papillons noirs qu’ils voyaient alors mieux sur les bouleaux redevenus blancs, la population de papillons blancs a repris sa place.

Anolis pulchellus

Activité 2 2020

- Les lézards dans les caraïbes

Les lézards des caraïbes, Anolis scriptus, sont des grands lézards.
Après une succession de petites mutations la population comprend des lézards de taille variable entre 5 et 10 cm environ.

Lien de la vidéo

- Mais après 2017, des chercheurs ont remarqué que les lézards étaient devenus plus petits, avec de plus gros coussinets, des pattes avant plus longues et des pattes arrières plus courtes.

  1. Comment peut-on expliquer ces modifications physiques assez rapides chez le lézard des caraïbes ? Proposer une hypothèse.

Les preuves scientifiques

Lien de la vidéo

  1. Pourquoi des coussinets plus larges pourraient être un avantage pour le lézard ?
  2. Pourquoi les petites pattes arrières seraient devenues un avantage ?
  3. La population de lézards avait hérité de plusieurs petites mutations au fil du temps.
    Ainsi la population était composée de lézard différents. Que s’est-il passé après 2017 pour expliquer que seules certaines mutations ont été conservées chez les lézards ?
    Votre réponse devra être développée (les différences, le phénomène, les caractères physiques conservés après 2017).

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Correction :

  1. Les coussinets plus larges permettent une meilleure accroche de l’Anolis à la branche d’arbre lors des grands vents.
  2. Les Anolis à pattes arrière plus petites ont moins de prise au vent et seraient ainsi moins emportés lors des ouragans.
  3. Avant 2017, des mutations avaient permis d’avoir des individus Anolis tous différents, des plus grands et des plus petits.
    Lors des ouragans d’Irma et de Maria en automne 2017, certains Anolis ont été emportés par les vents et sont morts.
    Les Anolis à pattes antérieures plus longues, plus puissantes et aux pattes arrières plus petites, ont pu survivre.

Après les ouragans, la population d’Anolis a donc changé de forme générale : il y eu une évolution rapide chez cette espèce.

Résumé

Les mutations permettent d’avoir des individus différents.

Lors d’un changement de l’environnement lent (réchauffement climatique, glaciation) ou rapide (éruption volcanique, ouragan, ...) les animaux avec les caractères physiques avantageux survivront.

Ces mutations seront alors conservées dans les nouvelles générations.

Peppered Moth (Biston betularia) form insularia

L’activité 1, ci-dessous, est la même que l’activité 1 2020 lorsqu’elle est réalisée en classe avec les élèves !

Activité 1

Comprendre ce que devient la population de phalènes en Angleterre, avant, pendant et après la révolution industrielle.

Correction

Résumé

Les caractères nouveaux peuvent perdurer dans une population s’ils sont un avantage pour la population.

Ici, le caractère noir du papillon n’est devenu un avantage que lorsque l’écorce des bouleaux est devenue plus sombre à cause de la révolution industrielle.