SVT - Lycée Jaufré Rudel - Blaye - RR

SVT - Seconde
Chapitre 1.4

La biodiversité,
résultat et étape de l’évolution

TP 1. La microfaune du sol

I. La biodiversité : une réalité changeante
• I.A. La biodiversité est présente à toutes les échelles d'observation

• I.B. La biodiversité varie en fonction du temps
• L'essentiel

TP 2. Plan d’organisation des vertébrés
II. La biodiversité révèle des parentés

III. Les mutations sont une source permanente de biodiversité
TP 3. La dérive génétique

BILAN

Le terme biodiversité est un néologisme (Walter G. Rosen en 1985) composé à partir des mots biologie et diversité.
L'ONU a déclaré l'année 2010 : année internationale de la biodiversité
Portail français www.biodiversite2010.fr

OBJECTIF

● On cherche à mieux comprendre en quoi consiste la biodiversité et comment elle peut changer au cours du temps.

TP 1. La microfaune du sol

I. La biodiversité : une réalité changeante

I.A. La biodiversité est présente à toutes les échelles d'observation

Répartition par groupe de la biodiversité actuelle
On appelle biodiversité l’ensemble des formes de la vie présentes sur la planète.
1 749 577 espèces sont recensées en 2006 mais leur nombre est estimé entre 5 et 30 millions, peut-être 100 millions.

1 Embouchure du Moron 2 Forêt 3 Vigne 4 Prairie alpine 5 Océan
La diversité des écosystèmes, traduit la diversité des êtres vivants qui les peuplent.

Les niveaux d'organisation du vivant
La biodiversité s'observe de l'échelle de la biosphère à celle de l'espèce.

Diversité humaine
Sur le plan génétique, une espèce se caractérise par un ensemble de gènes et un individu se définit par la nature des allèles qu’il porte pour chacun des gènes de l’espèce (= son génotype). L’existence d’allèles différents au sein d’une espèce entraîne sa diversité génétique.
Image : http://cognition.ups-tlse.fr

L'escargot des bois (Cepaea nemoralis), ou escargot des haies
Au sein de cette espèce, la variété d'ornementation de la coquille est déterminée par quatre gènes présentant chacun différents allèles.
Image : SVT 2e Belin 2010, p. 66

I.B. La biodiversité varie en fonction du temps

1 La forêt au carbonifère (reconstitution). Il y a 300 Ma le milieu terrestre était dominé par des groupes aujourd'hui réduits ou disparus. - 2 Diplodocus 25m de long. Les dinosaures ont disparu il y a 65 Ma environ. À la même époque les mammifères se sont diversifiés. - 3 Variation de la biodiversité végétale depuis 250 Ma
Images : 1 http://www.cnrs.fr - 2 sitedino.e-monsite.com - 3 SVT 2e, Hatier 2010 p. 18.

Cinq crises biologiques majeures ont été repérées depuis 600 Ma : à - 440 Ma (limite Ordovicien Silurien) ; à - 365 Ma (au Dévonien supérieur (limite Frasnien Framennien) ; à - 250 Ma (limite Permien Trias) où 95% des espèces disparaissent, c’est la plus grande crise connue ; - 205 Ma (limite Trias Jurassique) ; à - 65 Ma (limite Crétacé Paléocène). On estime que les crises biologiques ont entraîné la disparition de plus de 99% des espèces.

Indicateurs de biodiversité : oiseaux communs
Les communautés d'oiseaux s'uniformisent vers des compositions d'espèces banales, présentes partout.
Image : http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Allele-frequency-fr.png

Selon de nombreux scientifiques, nous serions en train de vivre une nouvelle extinction de masse provoquée cette fois par l'activité humaine.

Destruction ou dégradation des écosystèmes (déforestation, pollution des sols et des eaux, fragmentation des habitats, prélèvement non durable de l’eau issue des nappes souterraines…).
Exploitation non durable de la biodiversité (chasse, pêche, exploitation forestière intensive, tourisme, cueillette…).
Invasions ou proliférations d’espèces suite à une action humaine (telles que certaines algues ou espèces cultivées envahissantes, espèces importées ou introduites accidentellement (comme le ragondin ou le frelon asiatique) …).
Réchauffement climatique lié à un rejet massif de gaz à effet de serre.

Le taux actuel de disparition des espèces est le plus élevé jamais enregistré (entre 17 000 et 100 000 espèces disparaissent chaque année). Une espèce de plante sur huit est menacée d’extinction, un cinquième de toutes les espèces vivantes pourrait disparaître dans les 30 ans à venir. Source : http://www.cnrs.fr

Les espèces les plus menacées en France
Dans le monde sont le grand requin blanc, le tigre du Bengale, le poisson Napoléon, l'éléphant d'Asie, le cacatoès à huppe jaune, le gorille des montagnes, le panda géant, la tortue à nez de cochon, le dauphin de l'Irrawaddy et le gecko à queue feuillue.
Les données concernant les espèces végétales sont beaucoup moins importantes et concernent sur tout les arbres. Il y en aurait près de 500 en France, dont plus de 100 endémiques, et près de 6 000 dans le monde.

I. La biodiversité : une réalité changeante

● La biodiversité s'observe à trois niveaux d'organisation du vivant.
- Diversité des espèces : on en recense actuellement plus de 1,7 millions (mais il y en a certainement bien davantage).
- Diversité des écosystèmes : chaque espèce peuple un milieu (biotope) auquel elle est adaptée et les milieux de vie sont très différents (océan, lac, forêt, prairie…).
- Diversité au sein de l’espèce car chaque individu est génétiquement unique du fait de la diversité des allèles.

● À toutes les époques, des espèces apparaissent et d’autres disparaissent. Cependant, au cours des temps géologiques, on observe des extinctions en masse, ou crises biologiques, qui sont suivies d’une diversification des espèces survivantes. La biodiversité actuelle représente donc une infime partie du total des espèces ayant existé depuis les débuts de la vie.

● Les crises biologiques correspondent à des changements des conditions de milieu suite à des événements géologiques majeurs. Cependant, depuis au moins deux siècles, l’activité humaine entraîne des changements de milieux susceptibles d’entraîner une sixième crise biologique majeure.

TP 2. Plan d’organisation des vertébrés

II. La biodiversité révèle des parentés

1 Organisation d'une grenouille - 2 Organisation d'une souris
L'organisation générale de deux vertébrés est identique.
Images : SVT nathan 2000, p. 152 et SVT Belin 2004 p. 246

Axes de polarité d'un vertébré
On appelle plan d'organisation d'un organisme, la disposition des différents organes les uns par rapport aux autres et par rapport aux axes de polarité (un axe de polarité indique deux côtés qui ne sont pas (ou pas complètement) symétriques).

1 Organisation d'un vertébré (CL) - 2 Organisation d'un crustacé (CL)
Les vertébrés et les crustacés possèdent les mêmes axes de polarité mais leurs organes ne sont pas disposés de la même manière le long de ces axes. Vertébrés et crustacés n'ont pas le même plan d'organisation.
Images : 1 SVT, Hatier 2010, 2e p. 45 - 2 SVT 2e, Nathan 2010, p. 97 et caridina.japonica.online.fr

Parentés chez le êtres vivants
L'ancêtre commun à tous les vertébrés est plus récent que l'ancêtre commun des vertébrés et des crustacés.

II. La biodiversité révèle des parentés

● Les vertébrés ont un squelette osseux interne, possèdent des vertèbres (et un crâne) et présentent 3 axes de polarité. L’axe antéro-postérieur est défini par la tête suivie du tronc et souvent d’une queue (post anale), l’axe dorso-ventral présente un système nerveux en position dorsale et un tube digestif en position ventrale (les arthropodes ont le système nerveux ventral et le tube digestif dorsal). Ces deux axes déterminent une symétrie bilatérale, c'est-à-dire un axe droite-gauche. L'ensemble de ces caractères définit le plan d’organisation commun à tous les vertébrés.

● Les espèces (actuelles ou fossiles) qui présentent un même caractère (dérivé, par ex. la vertèbre) exclusif l’ont hérité d’un ancêtre commun chez qui il est apparu. Les parentés d’organisation révèlent une parenté d’origine.

TP 3. La dérive génétique

III. Les mutations sont une source permanente de biodiversité

Les caractères héréditaires d’un individu sont déterminés par les allèles qu’il porte. Les mutations sont en permanence à l’origine de nouveaux allèles (voir chapitre 1.3).

La dérive génétique
Si n est le nombre d’exemplaires d’un nouvel allèle dans une population, le temps qu’il met pour se fixer (ou disparaître) est en moyenne de 2n générations. Plus l'effectif d'une population est faible, plus un allèle peut se fixer (ou disparaître) rapidement.
Source : http://www.snv.jussieu.fr/
Image : fr.wikipedia.org et Modèle mathématique de Kent Holsinger

De la population à l'espèce
On appelle population un groupe d'individus de la même espèce, vivant dans une même zone géographique.
On appelle spéciation le processus évolutif par lequel de nouvelles espèces vivantes apparaissent.

La spéciation allopatrique est la plus courante. Elle résulte d'un isolement géographique. Soit l’aire de répartition est coupée en deux par l’apparition d’un obstacle ; soit une partie de la population s’isole par migration (ex. colonisation d’une île).

La spéciation sympatrique se fait par apparition d’une nouvelle espèce sur une aire de répartition chevauchant celle de l’espèce d’origine. Elle résulte dun isolement reproductif lié à la génétique (nombre de chromosomes par ex.) ou au comportement (période de reproduction, comportement reproducteur, préférences sexuelles…).

III. Les mutations sont une source permanente de biodiversité

● Une espèce est un ensemble d’individus qui se ressemblent et qui, dans des conditions naturelles, peuvent se reproduire entre eux en donnant une descendance fertile (Ernst Mayr - 1942). Elle se caractérise par un ensemble de gènes alors que chaque individu se définit par la nature des allèles qu’il porte pour chacun des gènes de l'espèce (= son génotype).

● Dans une population la fréquence d'un allèle peut varier de deux manières.
- Par sélection naturelle certains allèles confèrent un avantage reproductif aux individus qui en sont porteurs. Leur fréquence augmente à chaque génération.
- La dérive génétique concerne les allèles neutres (ni avantageux, ni désavantageux). D’une génération à l’autre leur fréquence est liée au hasard des rencontres des gamètes. Plus l’effectif d’une population est réduit, plus un allèle peut se fixer (100 %) ou disparaître (0%) rapidement.

● Quand deux populations sont séparées elles ne peuvent plus échanger d’allèles. Elles subissent les mécanismes de mutation, de sélection naturelle et de dérive génétique de manière indépendante. Cela peut entraîner une incompatibilité génétique, physiologique ou comportementale qui empêche les individus des deux groupes de se reproduire, même s’ils sont remis en contact. Il y a alors apparition d’une nouvelle espèce ou spéciation.

● Une espèce disparaît (= extinction) lorsqu’elle ne peut plus survivre ou se reproduire dans son milieu et qu’elle est incapable d'en gagner un nouveau qui lui conviendrait.

BILAN

● La biodiversité s’observe à l’échelle des individus, des espèces et des écosystèmes, ce qui n’exclue pas des parentés d’organisation et donc d’origine.

● La biodiversité se modifie au cours du temps sous l'effet de nombreux facteurs, dont l'activité humaine.

● L'état actuel de la biodiversité correspond à une étape de l'évolution du monde vivant.

Pour en savoir plus

Dossier CNRS sagascience : Biodiversité www.cnrs.fr

SVT - Seconde Chapitre 1.4 La biodiversité, résultat et étape de l’évolution

	OBJECTIF TP 1. La microfaune du sol I. La biodiversité : une réalité changeante • I.A. La biodiversité est présente à toutes les échelles d'observation • I.B. La biodiversité varie en fonction du temps • L'essentiel TP 2. Plan d’organisation des vertébrés II. La biodiversité révèle des parentés III. Les mutations sont une source permanente de biodiversité TP 3. La dérive génétique BILAN

		Le terme biodiversité est un néologisme (Walter G. Rosen en 1985) composé à partir des mots biologie et diversité. L'ONU a déclaré l'année 2010 : année internationale de la biodiversité Portail français www.biodiversite2010.fr

OBJECTIF ● On cherche à mieux comprendre en quoi consiste la biodiversité et comment elle peut changer au cours du temps.

		TP 1. La microfaune du sol
I. La biodiversité : une réalité changeante
I.A. La biodiversité est présente à toutes les échelles d'observation
		Répartition par groupe de la biodiversité actuelle On appelle biodiversité l’ensemble des formes de la vie présentes sur la planète. 1 749 577 espèces sont recensées en 2006 mais leur nombre est estimé entre 5 et 30 millions, peut-être 100 millions.
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	1 Embouchure du Moron 2 Forêt 3 Vigne 4 Prairie alpine 5 Océan La diversité des écosystèmes, traduit la diversité des êtres vivants qui les peuplent.
		Les niveaux d'organisation du vivant La biodiversité s'observe de l'échelle de la biosphère à celle de l'espèce.
		Diversité humaine Sur le plan génétique, une espèce se caractérise par un ensemble de gènes et un individu se définit par la nature des allèles qu’il porte pour chacun des gènes de l’espèce (= son génotype). L’existence d’allèles différents au sein d’une espèce entraîne sa diversité génétique. Image : http://cognition.ups-tlse.fr
		L'escargot des bois (Cepaea nemoralis), ou escargot des haies Au sein de cette espèce, la variété d'ornementation de la coquille est déterminée par quatre gènes présentant chacun différents allèles. Image : SVT 2e Belin 2010, p. 66
I.B. La biodiversité varie en fonction du temps
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	1 La forêt au carbonifère (reconstitution). Il y a 300 Ma le milieu terrestre était dominé par des groupes aujourd'hui réduits ou disparus. - 2 Diplodocus 25m de long. Les dinosaures ont disparu il y a 65 Ma environ. À la même époque les mammifères se sont diversifiés. - 3 Variation de la biodiversité végétale depuis 250 Ma Images : 1 http://www.cnrs.fr - 2 sitedino.e-monsite.com - 3 SVT 2e, Hatier 2010 p. 18.
		Cinq crises biologiques majeures ont été repérées depuis 600 Ma : à - 440 Ma (limite Ordovicien Silurien) ; à - 365 Ma (au Dévonien supérieur (limite Frasnien Framennien) ; à - 250 Ma (limite Permien Trias) où 95% des espèces disparaissent, c’est la plus grande crise connue ; - 205 Ma (limite Trias Jurassique) ; à - 65 Ma (limite Crétacé Paléocène). On estime que les crises biologiques ont entraîné la disparition de plus de 99% des espèces.
		Indicateurs de biodiversité : oiseaux communs Les communautés d'oiseaux s'uniformisent vers des compositions d'espèces banales, présentes partout. Image : http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Allele-frequency-fr.png
	Selon de nombreux scientifiques, nous serions en train de vivre une nouvelle extinction de masse provoquée cette fois par l'activité humaine. Destruction ou dégradation des écosystèmes (déforestation, pollution des sols et des eaux, fragmentation des habitats, prélèvement non durable de l’eau issue des nappes souterraines…). Exploitation non durable de la biodiversité (chasse, pêche, exploitation forestière intensive, tourisme, cueillette…). Invasions ou proliférations d’espèces suite à une action humaine (telles que certaines algues ou espèces cultivées envahissantes, espèces importées ou introduites accidentellement (comme le ragondin ou le frelon asiatique) …). Réchauffement climatique lié à un rejet massif de gaz à effet de serre. Le taux actuel de disparition des espèces est le plus élevé jamais enregistré (entre 17 000 et 100 000 espèces disparaissent chaque année). Une espèce de plante sur huit est menacée d’extinction, un cinquième de toutes les espèces vivantes pourrait disparaître dans les 30 ans à venir. Source : http://www.cnrs.fr
		Les espèces les plus menacées en France Dans le monde sont le grand requin blanc, le tigre du Bengale, le poisson Napoléon, l'éléphant d'Asie, le cacatoès à huppe jaune, le gorille des montagnes, le panda géant, la tortue à nez de cochon, le dauphin de l'Irrawaddy et le gecko à queue feuillue. Les données concernant les espèces végétales sont beaucoup moins importantes et concernent sur tout les arbres. Il y en aurait près de 500 en France, dont plus de 100 endémiques, et près de 6 000 dans le monde.

I. La biodiversité : une réalité changeante ● La biodiversité s'observe à trois niveaux d'organisation du vivant. - Diversité des espèces : on en recense actuellement plus de 1,7 millions (mais il y en a certainement bien davantage). - Diversité des écosystèmes : chaque espèce peuple un milieu (biotope) auquel elle est adaptée et les milieux de vie sont très différents (océan, lac, forêt, prairie…). - Diversité au sein de l’espèce car chaque individu est génétiquement unique du fait de la diversité des allèles. ● À toutes les époques, des espèces apparaissent et d’autres disparaissent. Cependant, au cours des temps géologiques, on observe des extinctions en masse, ou crises biologiques, qui sont suivies d’une diversification des espèces survivantes. La biodiversité actuelle représente donc une infime partie du total des espèces ayant existé depuis les débuts de la vie. ● Les crises biologiques correspondent à des changements des conditions de milieu suite à des événements géologiques majeurs. Cependant, depuis au moins deux siècles, l’activité humaine entraîne des changements de milieux susceptibles d’entraîner une sixième crise biologique majeure.

		TP 2. Plan d’organisation des vertébrés
II. La biodiversité révèle des parentés
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	1 Organisation d'une grenouille - 2 Organisation d'une souris L'organisation générale de deux vertébrés est identique. Images : SVT nathan 2000, p. 152 et SVT Belin 2004 p. 246
		Axes de polarité d'un vertébré On appelle plan d'organisation d'un organisme, la disposition des différents organes les uns par rapport aux autres et par rapport aux axes de polarité (un axe de polarité indique deux côtés qui ne sont pas (ou pas complètement) symétriques).
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	1 Organisation d'un vertébré (CL) - 2 Organisation d'un crustacé (CL) Les vertébrés et les crustacés possèdent les mêmes axes de polarité mais leurs organes ne sont pas disposés de la même manière le long de ces axes. Vertébrés et crustacés n'ont pas le même plan d'organisation. Images : 1 SVT, Hatier 2010, 2e p. 45 - 2 SVT 2e, Nathan 2010, p. 97 et caridina.japonica.online.fr
		Parentés chez le êtres vivants L'ancêtre commun à tous les vertébrés est plus récent que l'ancêtre commun des vertébrés et des crustacés.

II. La biodiversité révèle des parentés ● Les vertébrés ont un squelette osseux interne, possèdent des vertèbres (et un crâne) et présentent 3 axes de polarité. L’axe antéro-postérieur est défini par la tête suivie du tronc et souvent d’une queue (post anale), l’axe dorso-ventral présente un système nerveux en position dorsale et un tube digestif en position ventrale (les arthropodes ont le système nerveux ventral et le tube digestif dorsal). Ces deux axes déterminent une symétrie bilatérale, c'est-à-dire un axe droite-gauche. L'ensemble de ces caractères définit le plan d’organisation commun à tous les vertébrés. ● Les espèces (actuelles ou fossiles) qui présentent un même caractère (dérivé, par ex. la vertèbre) exclusif l’ont hérité d’un ancêtre commun chez qui il est apparu. Les parentés d’organisation révèlent une parenté d’origine.

		TP 3. La dérive génétique
III. Les mutations sont une source permanente de biodiversité
	Les caractères héréditaires d’un individu sont déterminés par les allèles qu’il porte. Les mutations sont en permanence à l’origine de nouveaux allèles (voir chapitre 1.3).
		La dérive génétique Si n est le nombre d’exemplaires d’un nouvel allèle dans une population, le temps qu’il met pour se fixer (ou disparaître) est en moyenne de 2n générations. Plus l'effectif d'une population est faible, plus un allèle peut se fixer (ou disparaître) rapidement. Source : http://www.snv.jussieu.fr/ Image : fr.wikipedia.org et Modèle mathématique de Kent Holsinger
	De la population à l'espèce On appelle population un groupe d'individus de la même espèce, vivant dans une même zone géographique. On appelle spéciation le processus évolutif par lequel de nouvelles espèces vivantes apparaissent.
		La spéciation allopatrique est la plus courante. Elle résulte d'un isolement géographique. Soit l’aire de répartition est coupée en deux par l’apparition d’un obstacle ; soit une partie de la population s’isole par migration (ex. colonisation d’une île). La spéciation sympatrique se fait par apparition d’une nouvelle espèce sur une aire de répartition chevauchant celle de l’espèce d’origine. Elle résulte dun isolement reproductif lié à la génétique (nombre de chromosomes par ex.) ou au comportement (période de reproduction, comportement reproducteur, préférences sexuelles…).

III. Les mutations sont une source permanente de biodiversité ● Une espèce est un ensemble d’individus qui se ressemblent et qui, dans des conditions naturelles, peuvent se reproduire entre eux en donnant une descendance fertile (Ernst Mayr - 1942). Elle se caractérise par un ensemble de gènes alors que chaque individu se définit par la nature des allèles qu’il porte pour chacun des gènes de l'espèce (= son génotype). ● Dans une population la fréquence d'un allèle peut varier de deux manières. - Par sélection naturelle certains allèles confèrent un avantage reproductif aux individus qui en sont porteurs. Leur fréquence augmente à chaque génération. - La dérive génétique concerne les allèles neutres (ni avantageux, ni désavantageux). D’une génération à l’autre leur fréquence est liée au hasard des rencontres des gamètes. Plus l’effectif d’une population est réduit, plus un allèle peut se fixer (100 %) ou disparaître (0%) rapidement. ● Quand deux populations sont séparées elles ne peuvent plus échanger d’allèles. Elles subissent les mécanismes de mutation, de sélection naturelle et de dérive génétique de manière indépendante. Cela peut entraîner une incompatibilité génétique, physiologique ou comportementale qui empêche les individus des deux groupes de se reproduire, même s’ils sont remis en contact. Il y a alors apparition d’une nouvelle espèce ou spéciation. ● Une espèce disparaît (= extinction) lorsqu’elle ne peut plus survivre ou se reproduire dans son milieu et qu’elle est incapable d'en gagner un nouveau qui lui conviendrait.


BILAN ● La biodiversité s’observe à l’échelle des individus, des espèces et des écosystèmes, ce qui n’exclue pas des parentés d’organisation et donc d’origine. ● La biodiversité se modifie au cours du temps sous l'effet de nombreux facteurs, dont l'activité humaine. ● L'état actuel de la biodiversité correspond à une étape de l'évolution du monde vivant.

	Pour en savoir plus Dossier CNRS sagascience : Biodiversité www.cnrs.fr