THEME III : UNE HISTOIRE DU VIVANT Chapitre 9 : La biodiversité et son évolution

« THEME III : UNE HISTOIRE DU VIVANT Chapitre 9 : La biodiversité et son évolution Préambule : La biodiversité est étudiée depuis longtemps par les scientifiques, qui cherchent à connaître à la fois la diversité des espèces présentent sur Terre mais également leurs effectifs et les variations individuelles au sein des populations.

Les résultats de ces travaux indiquent que la biodiversité est en constante évolution sous l’action des forces évolutives mais peut parfois être mise à mal par l’espèce humaine. Introduction : Depuis quelques décennies, la proportion d’êtres vivants menacés augmente, surtout en raison de certaines activités humaines.

L’enjeu du recensement des espèces est double : découvrir de nouvelles espèces et quantifier les effets des actions de l’espèce humaine avec plus de précision. Problématique : Quelles sont les méthodes permettant d’inventorier la biodiversité ? Activité 1 : Exploiter les données d’échantillonnage d’une exploration scientifique afin d’estimer la biodiversité Définitions :  Abondance relative : nombre d’individus d’une population ou d’un groupe rapporté au nombre total d’individus  Groupe : ensemble d’espèces possédant des caractères communs du fait de leur parenté  Habitat : espace géographique caractérisé par ses conditions écologiques (climat, substrat…) et les espèces qui y vivent  Richesse spécifique : nombre d’espèces présentes dans un écosystème 1.Justifier, à l’aide des documents 1 & 2, parmi quels groupes d’animaux il serait pertinent de chercher de nouvelles espèces en priorité. On observe d’après les documents 1 et 2, qu’au sein de bactéries, seulement 0,1% des espèces ont été découvertes.

Il faudrait donc rechercher dans ce groupe en particulier (réflexion sur le pourcentage très faible des espèces de mammifères à découvrir). 2.Expliquer, à l’aide du document 3, comment la métagénomique a révolutionné la mesure de la biodiversité. * On observe d’après le document 3, qu’avant l’avènement de la métagénomique, l’étude de la biodiversité reposait sur des méthodes naturalistes et sur l’observation directe des spécimens ou des ossements.

Les naturalistes ont ainsi décrit de nombreuses espèces. * On en déduit qu’aujourd’hui, la métagénomique permet détudier la biodiversité d’un écosystème à partir, non pas d’échantillons macroscopiques, mais de molécules d’ADN. Ces molécules, une fois extraites, sont séquencées et comparées à des banques de données existantes, ce qui permet d’identifier les séquences (et donc les espèces retrouvées. Cette méthode permet également d’obtenir une quantification relative immédiate. 3.Identifier, à l’aide de l’ensemble de documents, les outils permettant et ayant permis aux êtres humaines d’inventorier la biodiversité. * On en conclut que la biodiversité a pu et peut être inventoriée par l’étude de spécimens (vivants ou morts) et/ou par l’étude de l’ADN des individus, soit en le prélevant directement sur ces derniers, soit en le prélevant dans le milieu (métagénomique). Exemple d’un cas d’étude traité par métagénomique avec BLAST : SEQUENCE NOMBRE DE SEQUENCES DANS L’ECHANTILLON ESPECE LIEN VERS LA SEQUENCE A B C D E 102 107 104 10 1 Emiliana huxleyi Autolykiviridae Synechococcus Ulva ulva Sardina pilchardus 1 2 3 4 5 Calcul de l’abondace relative des bactéries : Ici, Synechococcus sont les seules bactéries.

Abondance relative des bactéries Nombre de séquences de bactéries / nombre total de séquences = 104 / 1+10+104+107+102 = 10 000 / 10 010 111 = 9.98 x 10-4 Bilan : Echantillonner les espèces et les populations Seule une faible proportion des nombreuses espèces de la planète a été décrite à ce jour. L’échantillonnage directe de specimens ou de séquences d’ADN dans un milieu donné permet d’en estimer la richesse spécifique.

Celle-ci est un des marqueurs de la biodiversité. Activité 2 : Comprendre l’intérêt l’étude d’échantillonnage de populations par la méthode de capture-marquage-recapture ? J’observe dans le document 1 que le principe méthode de capture marquage recapture comporte 4 étapes.

En effet, la première consiste a capturer quelques individus, de les marquer pour ensuite les remettre dans la population, capturer à nouveau des individus parmi lesquels p sont marqués (recapture) et enfin, la dernière étape consiste a estimer la statistique de la taille de la population.

De plus, dans le document 2, j’observe que l’échantillon de grande taille est plus précise que l’échantillon de petite taille puisque la marge d’erreur pour un grand échantillon s’élève à hauteur de 8% contre 15% pour les petites tailles d’échantillons. Or, je sais d’après le document 2 que sur l’ensemble des 147 individus capturés en 2019, 72 étaient des femelles, soit environ 49%. J’en conclu donc que la valeur de 49% est précise à plus au moins 10% car l’échantillon sur une importante population aura une estimation bien plus précise. Le gouvernement australien vous demande d’estimer la taille de la population d’opossumus dans la forêt en 2019. Première session : n1 = 82 individus capturés Seconde session : n2 = 67 individus capturés, p = 2 individus recapturés Taille estimée de la population : n1 x n2 ÷ p = 82 x 67 ÷ 2 = 2 747 Pour savoir si la population contient assez de femelles pour continuer à croître, le gouvernement veut connaître leur proportion le plus précisément possible. Discuter si la valeur de 59% observée est précise à + 10% en détaillant la méthodologie utilisée. Les calculs (voir captures tableurs ci-après) permettent bien de conclure que la fréquence observée est précise à +10%.

Il faudrait cependant un échantillon de taille plus grande pour une estimation plus précise. Complément sur l’influence de la taille de l’échantillon sur la précision de l’estimation.

Considérons une population d’opossums de taille connue (par exemple, à la suite d’une estimation par CMR) de 1076 individus.

Certains individus sont malades mais on ne peut pas compter directement, dans toute la population, le nombre réel d’individus malade. On estime la proportion d’individus malades dans la population totale à l’aide d’un échantillon.  - Avec un échantillon de 30 individus dont 7 sont malades La fréquence observée est 7 / 30 = 0,23 On détermine l’intervalle de confiance pour un niveau de confiance de 95% grâce à la formule du Focus maths p.200, en commençant par calculer la marge d’erreur : Ɛ = 1,96 0,23 x 0,77 30 = 0,15 - L’intervalle de confiance est : [ 0,23 – 0,15 ; 0,23 + 0,15] = [0,08 ; 0,38]. Selon cet échantillon, la proportion d’opossums malades se situerait entre 8 et 38%.  - Aved un échantillon de 96 individus dont 22 sont malades La fréquence observée est 22 / 96 = 0,23 On détermine l’intervalle de confiance pour un niveau de confiance de 95% : Ɛ = 1,96 0,23 x 0,77 96 = 0,08 - L’intervalle de confiance est : [0,23 – 0,08 ; 0,23 + 0,08] = [0,15 ; 0,31] Selon cet échantillon, la proportion d’opossums malades se situerait entre 15% et 31%.

L’estimation obtenue avec ce second intervalle est plus précise (amplitude de l’intervalle = 16%) En conclusion : Plus la taille de l’échantillon est petite, plus l’amplitude de l’intervalle de confiance est grande et moins l’estimation est précise.

Inversement, plus la taille de l’échantillon est grande, plus l’amplitude de l’intervalle de confiance associé est petite et plus l’estimation est précise. Problématique : Comment estimer la proportion d’un caractère dans une population à partir d’un échantillon ? Activité 3 : Estimer la proportion d’un caractère à partir de l’étude de documents variés. Consignes : 1] - Proposer, à l’aide du document 1, une explication à la différence de proportion de poissons selon la profondeur. 2]- Estimer, à l’aide des documents 1 & 2, la valeur de la proposition de poissons sombres dans la population dans les eaux superficielles et dans les eaux profondes, avec un intervalle de confiance de 95 %. 3]- Déterminer et expliquer l’influence de la taille de l’échantillon sur l’intervalle de confiance de la proportion. L’intervalle de confiance est inversement proportionnel à la racine de la taille de l’échantillon.

Ainsi, plus la taille de l’échantillon sera grande plus la valeur de 1,96 x Vfx(1-f) / Vn sera petite et donc plus l’intervalle de confiance est réduit..... »