TP 5: Evolution de la biodiversité - les modifications de populations au cours du temps

Objectif : Déterminer les mécanismes permettant l’évolution de la biodiversité.

Matériel : logiciel Evolution allélique

Dans une population, tous les allèles d’un même gène ne sont pas représentés avec la même fréquence. Formuler des hypothèses concernant les facteurs responsables de

l’évolution allélique dans les populations au cours du temps.

I) Mise en évidence de la sélection naturelle par étude des fréquences alléliques :

Activités et déroulement des activités Exigences

Comprendre ou proposer une démarche de résolution

Rappels de première S et fiche annexe sur la drépanocytose.

1) Emettre une hypothèse pour expliquer la faible fréquence allélique mondiale de cet allèle.

Formulation d’hypothèses

Utiliser des techniques – Communiquer à l’aide de modes de représentation

2) En utilisant les fonctionnalités du logiciel « Evolution allélique / sélection naturelle», démontrer votre hypothèse par modélisation

informatique.

3) A partir des données des documents fournis en annexe, préciser la fréquence allélique de l’allèle S dans la région des grands lacs en Afrique.

Comparer avec la fréquence allélique mondiale de l’allèle S.

Quel problème cela soulève-t-il ?

4) Construire un tableau présentant les phénotypes macroscopique, cellulaire et moléculaire pour chacun des 3 génotypes liés au gène

codant pour l’Hémoglobine. Compléter votre tableau en précisant si le génotype peut conférer un avantage aux individus dans les zones

paludéennes (Infection au Plasmodium falciparum)

5) Emettre une hypothèse permettant d’expliquer la fréquence élevée de l’allèle HbS en Afrique.

6) Démontrer par modélisation votre hypothèse en utilisant les fonctionnalités du logiciel « Evolution allélique / sélection naturelle».

7) Superposer les deux courbes et Reproduire les courbes obtenues (+ légendes)

Saisie et compréhension

correcte des données.

Les avantages ou

désavantages de chacun des

génotypes par rapport aux

deux pathologies sont pris en

compte.

Choix des valeurs sélectives

Appliquer une démarche explicative

8) Conclure quant aux mécanismes à l’origine du maintien à une fréquence relativement élevée d’un allèle dans certaines populations.

-Mise en relation des

informations.

-cohérence de la déduction

avec les différentes

informations

II) Mise en évidence de la dérive génétique :

Activités et déroulement des activités Exigences

Comprendre ou proposer une démarche de résolution

1) Proposer une hypothèse quant à l’évolution de la fréquence allélique d’un allèle sélectivement neutre dans une population.

Formulation d’hypothèse

Utiliser des techniques

2) A l’aide des fonctionnalités du logiciel « Evolution allélique », montrer que la fréquence allélique d’un allèle sélectivement neutre (exemple

présenté dans le document 4) reste plus ou moins stable au cours du temps au sein d’une grande population.

3) A l’aide des fonctionnalités du logiciel « Evolution allélique », déterminer le facteur qui peut influencer l’évolution de la fréquence

allélique d’un allèle sélectivement neutre au sein d’une population.

Les avantages ou

désavantages de chacun des

génotypes par rapport aux

deux pathologies sont pris en

compte.

Choix des valeurs sélectives

Appliquer une démarche explicative

BILAN : A l’aide d’un texte illustré d’un schéma, présentez les phénomènes pouvant modifier la diversité des populations au cours des

générations.

-Mise en relation des

informations.

-cohérence de la déduction

avec les différentes

informations

III) Mise en relation de l’apparition de nouvelles espèces avec la sélection naturelle et la dérive génétique :

Activités et déroulement des activités Exigences

Appliquer une démarche explicative

1) En vous aidant du document 5, préciser pourquoi les deux populations de moustiques Culex pipiens de Londres sont aujourd’hui considérées

comme deux espèces distinctes.

2) En mettant en relation vos connaissances et les informations fournies, expliquer la spéciation* : processus d’apparition de nouvelles espèces.

-Mise en relation des

informations.

-cohérence de la déduction

avec les différentes

informations

Annexes TP5 Evolution de la biodiversité

Doc 1 : la Drépanocytose

Doc 2 : Drépanocytose/paludisme

Distribution géographique de l'allèle S Zones touchées par le paludisme.

La drépanocytose est une maladie génétique qui se caractérise par

l'altération de l'hémoglobine, la protéine assurant le transport de

l'oxygène dans le sang. On estime que 50 millions d’individus en sont

atteints dans le monde. Très répandue en Afrique, elle se caractérise

par les symptômes d’une anémie chronique. Les allèles A et S sont des

allèles du gène codant pour la chaîne ß de l’hémoglobine. Les

personnes homozygotes (S//S )meurent avant d’atteindre l’âge adulte.

En revanche les individus hétérozygotes (A//S )ne souffrent que d’une

légère anémie qui n’est gênante que dans des situations particulières

telle que l’altitude et ils ont à priori la même espérance de vie. On

constate que la fréquence allélique de l’allèle S reste faible dans la

population mondiale (inférieure à 1% dans la plupart des pays).

< 1% - 1%

doc 3 : Le moustique (anophele) est le vecteur du parasite responsable

du paludisme :

Cycle de vie de Plasmodium falciparum dans le corps humain.

Chez les individus (A//S), la résistance au P. falciparum durant l'étape érythrocytaire pourrait impliquer l'un ou/et l'autre des mécanismes suivants : il peut y avoir inhibition de l'entrée du mérozoïte dans le globule rouge ; la croissance intracellulaire du parasite peut être entravée ; il peut aussi y avoir un obstacle à la lyse globulaire, normale en fin de maturation du parasite, qui libère les mérozoïtes dans le courant sanguin.

Le cycle de reproduction comprend deux modes et a lieu chez deux hôtes différents :

1. Le cycle asexué chez l'être humain

o Le parasite de l'anophèle passe de sa salive au sang de l'être humain.

o Invasion de la circulation sanguine sous forme sporozoïtes.

o Atteint le foie et transformation en mérozoïte.

o Mérozoïtes envahissent les globules rouges et provoquent leur éclatement et la

libération de toxines.

o Différenciation de certains mérozoïtes en gamétocytes.

o Ingestion des gamétocytes par un moustique

2. Le cycle sexué chez le moustique

o Les gamètocytes mâles et femelles forment des oocystes (fécondation)

o Les oocystes contiennent des sporozoïtes.

o Sporozoïtes vont migrer vers les glandes salivaires.

DOC Fréquences alléliques des allèles A, B et O du gène groupe sanguin

Document

4-

Génotypes

Phénotypes

(A//A)

(A//S)

(S//S)

Macroscopique

Cellulaire

Moléculaire

Avantage conféré par le

génotype dans une

zone paludéenne

Protocole d’utilisation du logiciel « évolution »

La première page correspond à la modélisation de la sélection naturelle, en bas à droite cliquez sur « basculer vers l’écran

dérive génétique »

Simuler l’évolution de la fréquence d’un allèle soumis à la dérive génétique

Identifier le ou les paramètres opportuns à modifier

-fréquence initiale de l’allèle

-nombre de générations

-Effectif de la population

Réaliser des simulations (important : lancer plusieurs simulations pour le même paramètre testé)

Simuler l’évolution de la fréquence d’un allèle soumis à la sélection naturelle

En bas à droite cliquez sur « basculer vers l’écran sélection naturelle »

Faites varier la fréquence initiale et les valeurs sélectives (A//A est le génotype favorisé donc il doit avoir une valeur

sélective supérieure aux autres génotypes)

A chaque fois penser à « lancer la simulation » pour obtenir une courbe