3° Pourquoi il y a-t-il une si grande diversité d'êtres vivants ?

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Introduction : Nous sommes entourés d’êtres vivants. Les scientifiques recensent aujourd’hui 1.76 millions d’espèces à la surface de la Terre. Elles constituent la biodiversité. 

Qu’est-ce que la biodiversité ?

Quel est le rôle de la reproduction dans la biodiversité ?

I La biodiversité, qu’est-ce que c’est ?

Remarque : diversité = le fait d’avoir plusieurs éléments différents

Activité 1a : Observons les êtres vivants de notre planète 

Montage image : Sandra Rivière

Question : À combien de niveaux la biodiversité s’exprime-telle ?

Activité 1 b : Les relations entre les êtres vivants

Question : Complète le tableau suivant en indiquant le type de relation entretenue entre les éléments  indiqués : relation de compétition, de symbiose, de favorisation (support), de nourriture, prédation, de parasitisme.

Complète le bilan avec les mots découverts dans les activités :  biodiversité, relations, spécifique, génétique,monde vivant.

Bilan 1 : La …………………………………………est la contraction de « diversité biologique ». Elle correspond à la diversité du ……………………………………………………..sur Terre. Elle comprend donc toutes les variantes existant dans le monde vivant. La biodiversité s’étudie à plusieurs échelles :

• La biodiversité des écosystèmes
• La biodiversité……………………………….. qui concerne les espèces
• La biodiversité …………………………………..qui concerne les différents individus au sein d’une même espèce.

La biodiversité prend aussi en compte les différentes …………………………………..qui s’établissent entre les nombreux êtres vivants d’un écosystème (alimentaire, compétition, prédation, parasitisme, symbiose…).

Définition : Ecosystème : ensemble dynamique d'organismes vivants (plantes, animaux et micro-organismes) qui interagissent entre eux et avec le milieu (sol, climat, eau, lumière) dans lequel ils vivent.

II le rôle de la reproduction dans la biodiversité génétique

Activité 2a : Un exemple de diversité génétique liée à la reproduction chez les animaux : exemple du chat Calico

Au Japon, les chats calicos sont considérés comme de véritables porte-bonheurs, on les appelle « mi-ke » qui a pour signification « triple fourrure ». Il est donc fréquent d’en garder un sous son toit, car il apporterait la bonne fortune. L’expression chat calico désigne tout simplement un chat tricolore. La couleur de la robe calico est l’équivalent de tâches distinctes noires, rousses et blanches. (Dans cet exercice nous n’étudierons pas la couleur blanche). Chez le chat il existe un gène contrôlant plusieurs couleurs de pelage. Le gène O est situé sur le chromosome sexuel X. Il existe deux versions de ce gène : soit avec l’allèle O+ = pelage roux, soit O- = pelage noir.

Document 1 : Relation entre les allèles (O+ et O–) portés par les chromosomes sexuels et la couleur du pelage chez le chat

1. Sur quel chromosome est présent le gène « O » responsable de la couleur du pelage ?

2. Indique le caractère dominant, récessif ou codominant des allèles. Justifie ta réponse.

 
3. Concernant le caractère Calico. Que remarques-tu ?

Document 2 : 1er croisement :

4. Ecris les génotypes (O//O) des parents du premier croisement directement sur le document 2 ci-dessus :

5. Complète le tableau théorique de croisement des gamètes permettant d’obtenir la descendance du premier croisement. Cela correspond-il à ce que l’éleveur a obtenu ?

Document 3 : 2ème croisement :

6. Ecris les génotypes (O//O) des parents du deuxième croisement « mâle roux » x « femelle calico » sur le document 3 puis réalise le tableau théorique de croisement.

7. Quel croisement l’éleveur doit-il privilégier si on lui commande :
   1. des femelles Calico : croisement 1 / croisement 2
   2. des chats noirs : croisement 1 / croisement 2
8. Pourquoi peut-on dire que la reproduction sexuée est responsable de l’obtention du pelage « calico »?
    

Activité 2b : Un exemple de biodiversité génétique liée à la reproduction chez les végétaux

En agriculture, des croisements entre variétés sont faits et donnent d’autres variétés ou « cultivars » (appelées ainsi parce que ce sont des formes uniquement cultivées qui n’existent pas dans la nature) et portant des noms de toutes sortes. Voici quelques cultivars :

La Belle de Fontenay, est de très bonne qualité culinaire mais présente une faible productivité et une sensibilité à certaines maladies. Cependant elle se récolte tôt dans l’année.

Pomme de terre Charlotte 
Présente toute l'année, de forme bien régulière, elle possède une chair ferme qui se prête aussi bien aux gratins qu'aux chips, aux pommes sautées, en salade ou simplement à l'eau. Savoureuse en robe des champs !  

Pomme de terre Rose de France 
La Pomme de Terre Rose de France est une variété récente qui offre un très bon rendement. Belle récolte de tubercules allongés à peau rose, chair jaune de consistance ferme et de bonne qualité gustative. Une des variétés de pomme de terre les plus résistantes au mildiou, un champignon dévastateur.  

Pomme de terre Mayflower. Cette variété est reconnue de bonne résistance à la sécheresse. Elle a aussi le mérite de bien se comporter face au mildiou.

Les modes de reproduction de la pomme de terre

1. Si tu étais agriculteur et que tu souhaitais cultiver une pomme de terre résistante au mildiou et dont la récolte serait précoce dans l’année, comment ferais-tu pour obtenir une telle variété de pomme de terre ?
2. Comment ferais-tu ensuite pour conserver les caractères obtenus ?

Bilan 2 : 

Les différents modes de reproduction permettent la transmission du patrimoine génétique. Un individu issu de la reproduction reçoit la moitié du patrimoine génétique de chacun de ses parents : il présente une nouvelle association d’allèles. La reproduction sexuée est donc source de diversité génétique. Lors d’une reproduction asexuée, le nouvel individu reçoit le patrimoine génétique d’un seul parent : il présente les mêmes caractéristiques que lui.

III Le rôle de la reproduction dans la biodiversité spécifique

Activité 3a : Rappels : Qu’est-ce qu’une espèce ?

Deux animaux d’espèces différentes : le cheval et l’âne

Jument et âne partagent les mêmes caractères spécifiques (propres à l’espèce) :

Caryotypes :

Caryotype jument source IFCE                                                                                                 Caryotype âne :

Le Caryotype du cheval domestique (Equus caballus) de l'âne (Equus asinus) et du mulet par la méthode des bandes C. Article (PDF Available) in Genetics Selection Evolution 10(2) · April 1978 with 83 Reads

Caryotype de mule :

http://svtcharlie.free.fr/qcm/qcmts/evol/index.html

Consigne : La mule provient du croisement entre un âne et une jument. Ces derniers partagent les mêmes caractères spécifiques cependant elle est stérile. Pourquoi ?
 

Activité 3b : la naissance d’une nouvelle espèce chez les pinsons des Galápagos

La population de Geospiza fortis de l’île Daphné major aux Galápagos, est hétérogène au niveau de la taille du bec : les individus à petits becs se nourrissant de petites graines sont majoritaires par rapport aux pinsons à gros bec se nourrissant de petites et de grosses graines. Cette différence de taille est due à une mauvaise expression d’un gène de développement du bec. En 1977, une sécheresse touche l’île et les arbustes produisant les petites graines n’ont pas survécu. Il ne reste donc que des grosses graines. 

Pinson Geospiza fortis à petit bec                                                                                   Pinson Geospiza fortis à gros bec

1. 1. Quelle relation entretiennent les deux catégories d’oiseaux ?
   2. À ton avis, quelle forme de bec était majoritaire dans la population de pinsons l’année suivant la sécheresse ? Pourquoi ?

Le bec joue le rôle de caisse de résonnance, il influe donc sur les notes produites par les pinsons et donc sur le chant nuptial.

Un sonagramme, ou sonogramme, est une représentation, utilisée pour l'analyse spectrale des sons. Il représente les fréquences des sons.

Pinson gresigne bec plus epais (70.64 Ko)

Pinson des arbres (391.51 Ko)

3. coute les chants des deux pinsons : gros bec et petit bec. Compare les sonagrammes des chants d’un pinson à petit bec et d’un pinson à gros bec. Que constates-tu ?

4. À ton avis, quelle influence cela peut-il avoir sur la reproduction des oiseaux ?

5. Les scientifiques disent que cette espèce de pinsons va finir par donner deux espèces différentes. Explique pourquoi. Illustre ton argumentation à l’aide du schéma suivant que tu auras complété à l’aide des mots suivants : espèce A, espèce B, isolement reproducteur, espèce de départ.

Bilan 3 : La reproduction permet de maintenir le caryotype de l’espèce. Cependant en raison de la variabilité individuelle, progressivement au sein d’une population des individus possédant des caractères particuliers peuvent ne plus se reproduire avec les autres individus. On parle d’isolement reproducteur qui aboutira à terme à la séparation d’un nouveau groupe : les individus possédant les nouveaux caractères formeront un groupe à part, ne se reproduisant qu’entre eux et donnant ainsi naissance à une nouvelle espèce.