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

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POURQUOI Y A T-IL UNE TELLE BIODIVERSITÉ SUR LA PLANÈTE ?

Introduction : 

 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 

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

Réponse :  Ne pas écrire : pour gagner du temps passer au fluo sur l’image les trois biodiversités

Il existe trois niveaux d’expression :

• La biodiversité des écosystèmes est la diversité des milieux de vie incluant les espèces qui les habitent.
• La biodiversité spécifique est la diversité des espèces,
• La biodiversité génétique est la diversité des allèles d’un individu à un autre,

Activité 1 b : Les relations entre les êtres vivants

https://lamaisondalzaz.wordpress.com/la-foret-son-role-vu-par-les-citoyens/la-foret-de-la-chaine-alimentaire-au-transfert-de-matiere/

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

Réponse : 

Documents supplémentaires : 

Du gui sur un arbre :

Des mycorhizes : 

tree-2191204_1920, Image par Michael Gaida de Pixabay, https://pixabay.com/fr/photos/arbre-gui-tirer-le-maximum-de-2191204/

1200px-Gigaspora_margarita, par Mike Guether propre travail, via Wikimédia Commons, CC-BY-3.0, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gigaspora_margarita.JPG

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

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

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. Les éleveurs contrôlent les accouplements pour obtenir les phénotypes recherchés par les consommateurs.

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 ?
4. Ecris les génotypes (O//O) des parents du premier croisement « mâle noir » x « femelle rousse » sur le document 2.

Document 2 : Croisement 1 réalisé par l’éleveur 

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 ?

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

Document 3 : 2^ème croisement réalisé par l’éleveur

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 diversité génétique liée à la reproduction chez les végétaux 

Sujet : Un exemple de diversité génétique liée à la reproduction chez les végétaux

Document 1 : L’histoire de la pomme de terre

L'histoire des pommes de terre a commencé il y a environ 8000 ans sur les hauts plateaux de la Cordillère des Andes, où elles poussaient à l'état sauvage.  Les Incas, qui les appelaient "papas", les ont cultivées dès le XIIIe siècle.

Introduite d’abord en Espagne sous le nom de “patata”, elle se diffuse timidement vers l'Italie qui la prénomme “taratouffli” (petite truffe), puis vers le sud de la France et l'Allemagne. C'est à Saint-Alban d'Ay, en Ardèche, que la plante produisant les tubercules de pommes de terre, aujourd'hui encore appelés "Truffoles" (du patois "las Trifòlas") aurait été cultivée pour la première fois en Europe, vers 1540. Elle est longtemps boudée en France, et réservée à l'alimentation des animaux. Et ce n'est qu'au 18ème siècle, grâce à la ténacité et l'ingéniosité d'Antoine-Augustin Parmentier, pharmacien aux armées, que ses qualités sont enfin reconnues. 

Dès son arrivée en Europe, la pomme de terre surprend par la diversité de ses formes et de ses couleurs. Les variétés rouges sont les premières à entrer par l'Espagne, tandis que les jaunes arrivent par l'Angleterre. Les botanistes travaillent à leur amélioration et leur nombre se multiplie rapidement. Parmentier en cite une quarantaine en 1777 et en 1846, un premier catalogue en recense 177. Au 19ème siècle, d'un légume de jardin, la pomme de terre devient une grande culture. Sa production passe de 1,5 millions de tonnes en 1803 à 11,8 millions en 1865. Elle augmente progressivement jusqu'à atteindre plus de 16 millions de tonnes à la fin des années 30. Après la guerre, la production connaîtra son maximum en 1960, avec environ 14 millions de tonnes récoltées sur 840.000 hectares.

Extrait de : http://www.cnipt-pommesdeterre.com/histoire/

Document 2 : Des enseignements de l’histoire

Au XIX° siècle, les plantations de pomme de terre qui fournissaient une part importante de l’alimentation, étaient issues d’une variété unique. De plus les agriculteurs privilégiaient un mode de reproduction asexuée.

Les mauvaises conditions météorologiques entre 1846 et 1847 ont favorisé le développement du mildiou, une maladie due à un champignon. Les cultures furent dévastées et une famine terrible frappa l’Irlande avec pour conséquence un million de morts et 1.5 million de migrants vers les Etats Unis (30% de la population perdue). La sélection de souches résistantes au mildiou a permis de relancer la production.

Bordas, SVT seconde, 2010

Document 3 : Quelques variétés de pomme de terre

En botanique, une variété est un ensemble d’individus au sein d’une espèce qui présentent des caractères communs. Ainsi dans une espèce on peut trouver plusieurs variétés. Les variétés ont été créées par les paysans lors de la domestication des espèces.

Aujourd’hui l’Homme utilise ses connaissances en génétique pour réaliser des croisements d’intérêt. Il obtient ainsi des « cultivars », 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.

http://www.jardinier-amateur.fr/reportages-jardin/pomme-de-terre-choisir-variete.html

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.  

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.

http://www.fermedesaintemarthe.com/A-6604-les-plants-de-pomme-de-terre-de-la-ferme-de-sainte-marthe.aspx

Document 4 : Le mildiou

Le mildiou de la pomme de terre est une maladie due à un champignon appelé Phytophthora infestans et qui peut provoquer des dégâts très importants. Elle est plus rare chez les plantes ornementales. Les successions de périodes humides et assez chaudes, à caractère orageux, entraînant un taux d’humidité de l’air supérieur à 90 % et des températures comprises entre 10 et 25 °C sont des conditions climatiques favorables au champignon. Cette maladie peut se généraliser rapidement et aboutir à une destruction totale de la végétation en quelques jours. En revanche, le champignon est détruit par une sécheresse persistante et des températures avoisinant 30 °C. Le champignon se développe sur les feuilles tuant ainsi les cellules : la plante noircit et pourrit. Quelques variétés de pomme de terre sont résistantes au mildiou.

Pameseb.be                                                                                  

Schéma d’une coupe de feuille infectée par le mildiou :

FICHE ÉLÈVE

Aujourd’hui l’Homme utilise ses connaissances en génétique pour réaliser des croisements d’intérêt. Il obtient ainsi des « cultivars », 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 régulière, elle possède une chair ferme qui se prête aussi bien aux gratins qu'aux chips, aux pommes sautées, en salade ou 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.  

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.

Questions vertes :

1. Quelle mode de reproduction a été choisie par les agriculteurs ? 
   1. Reproduction sexuée car c’est la plus efficace
   2. Reproduction asexuée car c’est la plus lente
   3. Reproduction sexuée car elle apporte un brassage des caractères
   4. Reproduction asexuée car elle permet d’être sûre des caractères des patates.

2. Quelle est la particularité génétique des pommes de terre plantées et récoltées par les agriculteurs ?
   1. Elles sont génétiquement différentes
   2. Elles sont génétiquement identiques
3. Qu’est-ce que le mildiou ? ………………………………………………………………………………………………………
4. Comment expliques-tu le désastre causé par le mildiou en Irlande en 1846 ?

………………………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………………………

5. 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 ?
   1. Tu modifierais les gènes de la pomme de terre Agatha
   2. Tu croiserais la pomme de terre Charlotte avec la Rose de France
   3. Tu croiserais la Belle de Fontenay avec la Rose de France
   4. Tu croiserais la Belle de Fontenay avec la Mayflower.

Justifie ta réponse.

Questions bleues :

1. Quelle mode de reproduction a été choisie par les agriculteurs ? 
2. Quelle est la particularité génétique des pommes de terre plantées et récoltées par les agriculteurs ?
3. Qu’est-ce que le mildiou ? 
4. Comment expliques-tu le désastre causé par le mildiou en Irlande en 1846 ?
5. 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 ? Justifie ta réponse.

Questions rouges :

Comment expliques-tu le désastre causé par le mildiou en Irlande en 1846 sur les pommes de terre ? Que pourrait-on faire pour obtenir des pommes de terre résistantes ?

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

Rappel :

Espèce : ensemble des êtres vivants qui se ressemblent se reproduisent et dont la descendance peut elle aussi se reproduire.

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

Voici deux animaux d’espèces différentes : le cheval et l’âne

source perdue Hatier 6° ?

Tableau des caractères spécifiques de la jument et de l’âne :

Caryotypes de 3 animaux :

Caryotype de la jument              Caryotype de l’âne                                              Caryotype de la mule

Sources : cheval IFCE , ane Article (PDF Available) in Genetics Selection Evolution 10(2) · April 1978 with 83 Reads, DOI: 10.1186/1297-9686-10-2-161, 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

Traité soit en classe, soit en travail hors la classe sur vidéo

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. 

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.

3. Écoute 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 de ces 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 ci-après 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.

Fiche contrat : pourquoi il y a-t-il une telle biodiversité sur la planète ?

Connaissances évaluées :

• Savoir définir la biodiversité aux trois échelles
• Connaître les différentes relations qui existent entre les éléments d’un écosystème
• Savoir déterminer si un allèle est dominant, récessif ou codominant
• Savoir remplir un tableau de croisement pour l’étude de 2 gènes
• Savoir définir une espèce et étudier son caryotype
• Connaître un mécanisme de spéciation (formation d’une nouvelle espèce)

Capacités évaluées :

• C 1.4 Interpréter des résultats et en tirer des conclusions.
• C 4.1 S’informer à partir d’un schéma et d’un texte
• C 4.2a Communiquer par un tableau