Annale corrigée Restitution des connaissances Ancien programme

Les mécanismes participant à l'évolution de la biodiversité

France métropolitaine • Septembre 2017

restitution des connaissances • 8 points

Les mécanismes participant à l'évolution de la biodiversité

Question de synthèse (5 points)

La biodiversité actuelle peut être considérée comme la diversité des espèces aujourd'hui existantes. Elle résulte de la transformation des populations au cours du temps.

Montrez, à partir d'exemples, comment la dérive génétique et la sélection naturelle participent à l'évolution de la biodiversité.

L'exposé doit être structuré avec une introduction et une conclusion.

Vous vous appuierez sur un exemple pour chaque mécanisme.

QCM (3 points)
Crossing-over, gènes de développement, polyploïdie

Indiquez la réponse exacte pour chaque série de propositions.

1. Les crossing-over inégaux sont :

a) une anomalie de la méiose qui permet parfois de générer de la diversité génétique.

b) une anomalie de la méiose qui n'a jamais aucune conséquence génétique.

c) un processus normal de la méiose qui ne produit aucune anomalie.

d) un processus normal de la méiose qui produit de la diversité.

2. De grands changements phénotypiques peuvent apparaître si l'expression des gènes de développement varie :

a) en intensité et en chronologie obligatoirement.

b) en intensité ou en chronologie.

c) en intensité uniquement, non en chronologie.

d) en chronologie uniquement, non en intensité.

3. La polyploïdie qui existe chez les plantes :

a) peut s'écrire 2n si elle fait suite à un doublement du stock de chromosomes.

b) peut s'écrire 2n et résulte d'une hybridation.

c) peut s'écrire 4n, si elle fait suite à un doublement du stock de chromosomes.

d) peut s'écrire 4n et résulte d'une hybridation.

Les clés du sujet

Le sujet, axé sur la biodiversité, est proposé en deux parties : une question de synthèse portant sur la diversification des êtres vivants au cours du temps et un QCM centré sur les processus génétiques en tant que tels.

Question de synthèse

Comprendre le sujet

Il s'agit ici d'expliquer comment les populations d'une espèce évoluent génétiquement et phénotypiquement au cours du temps. En conclusion, il sera intéressant d'évoquer la façon dont les mécanismes en jeu peuvent conduire à de nouvelles espèces.

Dérive génétique et sélection naturelle ne sont pas les mécanismes qui créent des innovations génétiques dans les populations. C'est l'œuvre des mutations à l'origine de nouveaux allèles. En revanche, sélection naturelle et dérive génétique agissent sur le devenir des innovations génétiques. Elles déterminent les changements de la fréquence des allèles des gènes dans les populations au cours du temps, changements qui peuvent aller jusqu'à la fixation d'un nouvel allèle dans la population (sa fréquence est alors de 100 %). Le sujet demande donc d'expliquer comment ces mécanismes réalisent cela.

Le sujet vous demande également de vous appuyer sur un exemple pour chaque mécanisme, ce qui est rarement le cas dans les questions de type 1. Aucun exemple n'étant imposé par le programme, vous êtes libre de choisir celui qui vous semble le plus facile à exposer. Il ne s'agit pas de faire une étude exhaustive de l'exemple. Ce dernier doit servir uniquement de support pour dégager les idées essentielles relatives à la sélection naturelle et à la dérive génétique. Dans le corrigé qui vous est proposé, les exemples choisis sont facilement compréhensibles même si vous ne les avez pas étudiés.

Mobiliser ses connaissances

Sous l'effet de la pression du milieu, de la concurrence entre êtres vivants et du hasard, la diversité des populations change au cours des générations. L'évolution est la transformation des populations qui résulte de ces différences de survie et du nombre de descendants.

QCM

Comprendre le sujet

Le QCM se rapporte aux mécanismes de diversification génétique autres que les mutations ponctuelles de la séquence codante des gènes.

Les séries 1 et 3 sont construites suivant un modèle de QCM fréquemment proposé au bac. Dans une telle série de propositions, on considère deux caractères qui se présentent chacun sous deux aspects. Il faut considérer d'abord un caractère, ce qui permet d'éliminer deux propositions, puis on utilise ensuite le deuxième caractère pour déterminer laquelle des deux propositions restantes est exacte.

Mobiliser ses connaissances

Des anomalies peuvent survenir au cours de la méiose. Un crossing-over inégal aboutit parfois à la duplication d'un gène.

Corrigé

Question de synthèse

Introduction

Le sujet précise que la biodiversité actuelle est issue de la transformation des populations au cours du temps.

Une population désigne un groupe d'individus qui se croisent entre eux et qui ont une moindre probabilité de se croiser avec des individus d'autres populations appartenant à la même espèce. Ce qui caractérise une population naturelle est sa diversité génétique, traduite par le polymorphisme de nombreux gènes. Mais cette diversité génétique évolue au cours du temps, d'une part à la suite de mutations qui engendrent de nouveaux allèles et, d'autre part, par des mécanismes tels que la sélection naturelle et la dérive génétique. Nous allons envisager cette évolution à partir d'un exemple pour chacun de ces deux mécanismes.

I. La sélection naturelle

À la fin des années 1960, dans la région de Montpellier, on a réalisé l'épandage d'insecticides dans un rayon de 20 km à partir du bord de mer afin de limiter la population de moustiques. On a constaté que les moustiques, et particulièrement leurs larves, étaient sensibles à l'action des insecticides.

Quelques années plus tard, on s'est rendu compte que les mêmes doses d'insecticide n'avaient plus d'effet sur les moustiques : ils étaient devenus résistants. En revanche, la population de moustiques régionaux de la zone non traitée était toujours sensible aux insecticides.

Il y a donc eu une évolution de la population de moustiques sous l'action d'un facteur, l'introduction d'un insecticide, qui a modifié l'environnement de ces insectes.

L'insecticide utilisé agissait en inhibant l'action d'une enzyme dont le rôle est crucial dans le fonctionnement des synapses neuromusculaires. Chez les moustiques résistants, il a été observé que le gène codant pour cette enzyme était muté, de sorte que l'action de l'insecticide était affaiblie. L'allèle mutant pouvait aussi bien exister dans la population avant l'épandage d'insecticides qu'être apparu après, à la suite d'une mutation.

Le fait important est qu'il s'est répandu au fil des années dans la population. Le mécanisme en jeu est la sélection naturelle.

En présence d'un environnement contenant des insecticides, la mortalité des moustiques sensibles à l'état larvaire était beaucoup plus importante que celle des moustiques résistants. Ces derniers, participant donc davantage à la reproduction, ont davantage transmis leurs allèles à la génération suivante, et en premier lieu celui à l'origine de la résistance. De génération en génération, la fréquence de l'allèle muté a alors augmenté dans la population.

La sélection naturelle qui, dans cet exemple, tend à diminuer la diversité phénotypique, résulte, dans un environnement donné, d'une reproduction différentielle des phénotypes de la population.

En généralisant, la sélection naturelle implique :

une variation phénotypique au sein de la population 

un déterminisme génétique de cette variation phénotypique 

une reproduction différentielle des phénotypes.

II. La dérive génétique

Le système des groupes sanguins A, B, O est dû à un gène dont on connaît trois allèles : A, B et O. La fréquence de ces trois allèles est variable dans les populations humaines et il existe certaines populations, comme celle des Amérindiens d'Amérique du Sud, qui ne possèdent que l'allèle O.

Cet allèle est dit « fixé » dans cette population.

info

Les Amérindiens sont issus des populations d'Asie qui, il y a une dizaine de milliers d'années, ont quitté l'Asie pour gagner l'Amérique par le détroit de Béring.

La sélection naturelle n'explique pas cette variabilité au sein des populations. Ainsi, aucune donnée épidémiologique ou expérimentale n'a établi que le groupe sanguin O est plus favorable en Amérique du Sud que dans les autres régions du monde.

La diversité des allèles A, B et O que l'on retrouve chez d'autres primates devait exister dans les premières populations humaines. Elle a été perdue chez les Amérindiens et a évolué différemment dans les autres populations.

Le mécanisme aboutissant à la fixation d'un allèle dans une population est la dérive génétique. Celle-ci repose, à chaque génération, sur un échantillonnage aléatoire des allèles des gènes de la population. Sur les multiples gamètes produits par les individus d'une génération, seul un petit nombre contribue à la génération suivante, ne serait-ce que par le caractère aléatoire de la méiose et de la fécondation. Il en résulte que la fréquence des allèles des gènes fluctue de génération en génération. On a montré que, par ce seul mécanisme d'échantillonnage aléatoire de la population de descendants, au bout d'un nombre de générations plus ou moins grand, un allèle peut se fixer dans une population : sa fréquence est alors de 100 %.

Ce mécanisme de dérive génétique est d'autant plus efficace que la population est isolée (il n'y a pas d'apports d'allèles nouveaux provenant d'autres populations) et surtout que son effectif est faible. Cela a été le cas des Amérindiens d'Amérique du Sud.

Puisque le hasard joue un rôle essentiel dans l'évolution de la fréquence des allèles par la dérive, il peut intervenir de façon différente suivant les populations. Cela explique la diversité des fréquences alléliques du gène du système A, B, O dans les populations humaines actuelles, bien qu'elle tende à disparaître par suite des migrations entre populations.

Bilan

Les mutations sont, dans tous les cas, à l'origine de la diversité génétique des populations. Ces mutations se font de manière aléatoire et non en fonction de l'avantage qu'elles peuvent procurer : le hasard joue un rôle important dans la création de la biodiversité.

Le hasard intervient aussi fortement dans l'évolution de cette biodiversité par la dérive génétique.

En revanche, l'évolution de la biodiversité par sélection naturelle est déterminée par les caractéristiques du milieu dans lequel se trouve la population. Mais ces caractéristiques de l'environnement peuvent varier tout à fait indépendamment des populations et entraîner un changement dans la sélection naturelle et, par là, dans la biodiversité de celles-ci.

Ainsi, de l'importance du hasard et des changements de l'environnement, l'évolution biologique n'est jamais prévisible.

QCM

1. a) Exact. Le crossing-over inégal est en effet une anomalie qui peut parfois entraîner une duplication de gènes (origine des familles multigéniques).

b) Faux, à cause de l'adverbe « jamais ».

c) et d) Faux. Le crossing-over inégal n'est pas un processus normal. C'est une anomalie, comme l'indique la réponse a).

2. b) Exact. Il suffit d'une variation de l'intensité de l'expression d'un gène ou du moment où il s'exprime au cours du développement pour que cela entraîne des modifications phénotypiques.

a) c) et d) Faux, à cause des adverbes « obligatoirement » et « uniquement ».

3. c) Exact. Le stock normal de chromosomes étant de 2n, un doublement du stock aboutit effectivement à 4n chromosomes.

a) et b) Faux. La diploïdie n'est pas une polyploïdie. Pour qu'il y ait polyploïdie, il faut plus de deux jeux de n chromosomes (3n, 4n…).

d) Faux. Une hybridation ne conduit généralement qu'à un organisme dont les cellules ne possèdent que 2n chromosomes. Toutefois, dans certains cas, une hybridation peut mettre en jeu des gamètes diploïdes résultant d'une méiose anormale et conduire directement à un organisme à 4n chromosomes.

Accéder à tous les contenus
dès 6,79€/mois

  • Les dernières annales corrigées et expliquées
  • Des fiches de cours et cours vidéo/audio
  • Des conseils et méthodes pour réussir ses examens
  • Pas de publicités
S'abonner