La biodiversité et son évolution

« Enseignement Scientifique/Cours-S.HA.H/Terminale/Petit-centre-extension[TITRE DU DOCUMENT] 2020-2021 Chapitre : 9 La biodiversité et son évolution La Terre est peuplée par un très grand nombre et une très grande variété d’êtres vivants, c’est la biodiversité.

Il existe sur Terre un grand nombre d’espèces dont seule une faible proportion est effectivement connue. Évaluer la biodiversité à différentes échelles spatiales et temporelles représente un enjeu majeur pour comprendre sa dynamique et les conséquences des actions humaines. Des modèles mathématiques probabilistes et des outils statistiques permettent d’étudier les mécanismes évolutifs impliqués. La biodiversité se mesure par des techniques d’échantillonnage (spécimens ou ADN) qui permettent d’estimer le nombre d’espèces (richesse spécifique) dans différents milieux.

Les composantes de la biodiversité peuvent aussi être décrites par l’abondance (nombre d’individus) d’une population, d’une espèce ou d’un plus grand taxon.

Il existe plusieurs méthodes permettant d’estimer un effectif à partir d’échantillons.

La méthode de « capture-marquage-recapture » repose sur des calculs effectués sur un échantillon. L’évolution génétique d’une espèce au cours du temps est due aux effets de forces évolutives augmentant ou diminuant la diversité au sein des espèces .Les impacts des activités humaines sur la biodiversité sont essentiellement néfastes. Quelles méthodes et modèles permettent de décrire la biodiversité, son évolution dans le temps et sa vulnérabilité face aux activités humaines ? 1-Des outils pour estimer la biodiversité Il est difficile de recenser toutes les espèces d'un milieu de vie.

En effet, les animaux se déplacent, certains êtres vivants sont très petits et les surfaces à étudier sont parfois immenses, comme les océans.

L'échantillonnage ainsi que la méthode de capture-marquage-recapture permettent d'estimer la richesse spécifique (nombre d'espèces) et l'abondance (nombre d'individus) dans les milieux étudiés.

À partir des échantillons, des calculs permettent d'estimer la biodiversité du milieu étudié.

Les estimations obtenues sont assorties d'un intervalle de confiance. 1-1-L'échantillonnage 1 Enseignement Scientifique/Cours-S.HA.H/Terminale/Petit-centre-extension[TITRE DU DOCUMENT] 2020-2021 L'échantillonnage étudie une surface aussi restreinte que possible.

Le but est d'estimer la richesse spécifique et/ou l'abondance relative de chaque taxon (espèce, groupe, famille) peuplant un milieu étudié. La biodiversité que l'on observe aujourd'hui n'est pas la même que celle qui existait il y a des millions d'années.

Elle évolue au cours du temps.

Environ 1,8 million d'espèces ont été identifiées, mais les scientifiques estiment que 8 millions d'espèces peupleraient la Terre.  L'échantillonnage est une méthode statistique qui consiste à prélever une partie (un échantillon) d'un ensemble.  Abondance L'abondance est le nombre d'individus composant une espèce.

L'abondance relative est le pourcentage d'une espèce par rapport à l'ensemble des espèces du milieu étudié. L'étude peut porter sur un taxon plus grand que l'espèce, tel un groupe ou une famille. L'identification des espèces d'un échantillon se fait par une étude des caractéristiques morphologiques du spécimen (être vivant étudié) et/ou par une analyse de son ADN.

Les scientifiques analysent également les fragments d'ADN trouvés dans l'eau ou encore dans les excréments afin de compléter leurs observations. L'identification des spécimens ou de l'ADN permet d'évaluer la richesse spécifique de la biodiversité. 2 Enseignement Scientifique/Cours-S.HA.H/Terminale/Petit-centre-extension[TITRE DU DOCUMENT] 2020-2021  Richesse spécifique La richesse spécifique est le nombre d'espèces qui peuplent un milieu.

Elle est d'autant plus importante que le nombre d'espèces est grand. 1-2 La méthode de capture-marquage-recapture La méthode de capture-marquage-recapture permet d'estimer l'effectif d'une population, d'une espèce ou d'un taxon plus grand (genre, famille) à partir d'échantillons.  Population Une population est un groupe d'êtres vivants appartenant à la même espèce, qui vivent dans le même espace, dans un même temps. La méthode capture-marquage-recapture consiste à prélever un échantillon de la population étudiée, de marquer ses individus, puis de les relâcher dans le milieu étudié afin qu'ils se mélangent aux autres individus.

Quelque temps après, on prélève un nouvel échantillon, à partir duquel on compte le nombre d'individus marqués ainsi que le total d'individus prélevés.

Ce rapport permet d'estimer l'abondance de la population dans le milieu étudié. 3 Enseignement Scientifique/Cours-S.HA.H/Terminale/Petit-centre-extension[TITRE DU DOCUMENT] 2020-2021 On souhaite estimer l’abondance de la population de mouettes rieuse de Camargue.    Population étudiée : mouettes rieuses Marquage : baguage Milieu étudié : Camargue Capture Recapture Nombre de mouettes marquées 1000 239 Nombre total de mouettes N 1200 N= 1200x 1000/239= 5021 4 Enseignement Scientifique/Cours-S.HA.H/Terminale/Petit-centre-extension[TITRE DU DOCUMENT] 2020-2021 En Camargue, l’abondance de mouettes rieuses est estimée à environ 5000 individus. Afin d'éviter des erreurs, la méthode de capture-marquage-recapture s'applique sous certaines conditions :   La population étudiée doit être fermée, pour que son nombre n'évolue pas entre les deux captures (marquage et recapture).

Ainsi, il ne faut pas que des individus puissent quitter ou entrer dans la population étudiée, par exemple à l'occasion de flux migratoires. La durée entre la capture et la recapture doit être suffisamment restreinte pour éviter les naissances et les décès.

Mais elle doit être suffisamment importante pour assurer un brassage des individus marqués avec l'ensemble de la population. 1-3 L'intervalle de confiance L'intervalle de confiance quantifie la précision de l'estimation.

Il dépend de la taille de l'échantillon. L'intervalle de confiance encadre une valeur estimée sur un échantillon en donnant une marge d'erreur La proportion réelle dans la population totale a une probabilité de 95 % de se situer dans l'intervalle de confiance encadrant la proportion estimée à partir de l'échantillon. 2- L’évolution génétique d’une espèce au cours du temps Au cours de l'évolution biologique, la composition génétique d'une espèce change de génération en génération.

Cependant, le modèle de Hardy-Weinberg prévoit que la structure génétique d'une population reste stable d'une génération à une autre dans certaines conditions.

Tout écart par rapport aux résultats de l'équilibre de HardyWeinberg est dû aux effets de forces évolutives. 2-1Le modèle de Hardy-Weinberg Le modèle de Hardy-Weinberg prédit le maintien des fréquences des allèles au cours des générations.

Cette stabilité est appelée l'équilibre de Hardy-Weinberg. La fréquence génotypique donne les proportions des différentes combinaisons alléliques possibles (= génotypes). La fréquence allélique donne la proportion de chaque allèle. Pour un individu possédant deux allèles A et a.

La fréquence allélique est la proportion de l’allèle A et la proportion de l’allèle a dans la population étudiée.

La 5 Enseignement Scientifique/Cours-S.HA.H/Terminale/Petit-centre-extension[TITRE DU DOCUMENT] 2020-2021 fréquence génotypique donne les proportions de l’allèle a de chacun de génotypes possibles (A//A), (A//a)et (a//a). Considérons la transmission de deux allèles (A et a) dans le cadre du modèle de Hardy-Weinberg. Génotype du père : A//a) Génotype de la mère : A//a) Fréquence de l’allèle : A= pA=p Fréquence de l’allèle : a=qa=q Tableau de croisement des gamètes du père et de la mère Gamètes de la mère fréquence Gamètes du père- Fréquence A/ p a/ q A/p AA/pp Aa /pq a/q Aa/pq Aa/qq Fréquences des génotypes attendues en 2ème génération : A//A= p² A//a= 2 pq a//a= q² Donc: f(A) = f(A//A) + 1/2 f(A//a)f(A)=f(A//A)+1/2f(A//a) 6 Enseignement Scientifique/Cours-S.HA.H/Terminale/Petit-centre-extension[TITRE DU DOCUMENT] 2020-2021 f(a) = f(a//a) + 1/2 f(A//a)f(a)=f(a//a)+1/2f(A//a) La fréquence des allèles est la même dans les deux générations.

La fréquence correspond à la probabilité d’obtenir des génotypes à la génération suivante. Tableau théorique des fréquences génotypiques attendues à chaque génération selon le modèle de Hardy-Weinberg Fréquence de l'allèle A dans la population : p² Fréquence de l'allèle a dans la population : q² Génotype (A//A)(A//A) (A//a)(A//a) (a//a)(a//a) Fréquence p² 2pq q² L'équilibre de Hardy-Weinberg est applicable dans les conditions suivantes :     population de taille infinie ; reproduction sexuée ; panmixie ; absence de forces évolutives. Panmixie La panmixie est la reproduction au hasard des individus, sans sélection sexuelle. 2-2 Les effets de forces évolutives Dans la réalité, les fréquences des allèles varient au cours des générations. Ces variations.... »