Evolution de la biodiversité des allèles : A, B, O (nouveau programme de Seconde)

Partie du programme :
Thème 1 : La Terre dans l’Univers, la vie et l’évolution du vivant : une planète habitée

La diversité des allèles est l’un des aspects de la biodiversité.
La dérive génétique est une modification aléatoire de la diversité des allèles. Elle se produit de façon plus marquée lorsque l’effectif de la population est faible.
La sélection naturelle et la dérive génétique peuvent conduire à l’apparition de nouvelles espèces.
Manipuler, utiliser un logiciel de modélisation pour comprendre la dérive génétique

Voir aussi cet autre article sur la modélisation de la dérive génétique.

Situation initiale

Pour chaque gène il existe en général plusieurs allèles.
Exemple  : les groupes sanguins avec les allèles : A, B , O

Chaque individu a hérité au hasard de deux allèles ( parmi ceux de ses parents)
Exemple  : L’individu (A/B) a hérité l’allèle A d’un parent (A/ O) , et l’allèle B de l’autre parent (B/O)

L’ensemble des allèles des individus représente la diversité des allèles d’une population (même espèce). Les proportions de chaque allèle caractérisent cette biodiversité génétique.

Problématique  : Même si l’environnement ne change pas, même si cette population est isolée des autres populations, et qu’il n’y pas de nouvel allèle issu d’une mutation, comment évolue la diversité des allèles d’un gène d’une population au cours du temps ?

Hypothèse  : Les élèves proposent diverses hypothèses (justifiées selon leur conception) qui sont inscrites au tableau.
 

Exemple  : L’environnement de la population est stable, il n’y a aucun facteur qui semble agir sur la rencontre des gamètes, donc la diversité des allèles ne devrait pas être modifiée.

Expérimentation  : si l’hypothèse est vraie alors on va tester l’une des conséquences : la diversité des allèles devrait être stable d’une génération à l’autre.

On va modéliser la situation pour une nouvelle génération issue d’une population où les trois allèles sont représentés initialement de façon équitable. La transmission aléatoire des allèles sera modélisée grâce à trois dés (marqués des allèles : soit 3 faces A et 3 faces B, soit 3 faces A et 3 faces O, soit 3 faces B et 3 faces O).

les dès

Remarques :
- aléatoire provient du latin « aléa » qui signifie jeu de dès !
(d’où : aléa jacta est )
- hasard provient de l’arabe « az-zahr » qui signifie jeu de dés !

Règles  :
Chaque binôme dispose de 6 papiers qui représentent les individus de chaque génotype possible : (A/B), (A/O), (B/O), (O/O), (A/A), (B/B).

Chaque binôme est donc responsable d’une petite population qui contient 12 allèles : 4A, 4B, 4O.
Il y a donc pour l’ensemble de la classe : 1/3 de A, 1/3 de B, 1/3 de O.

Chaque papier (chaque individu) est introduit dans une enveloppe.
Les enveloppes sont mélangées, puis trois enveloppes sont marquées comme femme (♀) et trois autres comme homme(♂). Avec ces enveloppes les élèves forment trois couples au hasard. Puis on révèle les combinaisons formées en sortant les papiers des enveloppes.

les couples

Pour chaque couple, avec un dé numéroté de 0 à 5, on tire au sort le nombre d’enfants du couple.

nombre d’enfants

Puis les génotypes des parents sont dévoilés, et avec les dés marqués d’allèles, on tire au sort pour chaque enfant les allèles qu’il a hérité des parents.

transmission des allèles

Résultats  :
- Chaque binôme inscrit ses résultats sous forme d’un arbre généalogique pour chaque croisement, puis
fait le bilan du nombre de chaque allèle pour sa petite population (de 6 individus).

- Les bilans de chaque binôme sont collectés dans un tableau pour être exploités. Ce tableau représente la population à grand effectif.

Tableau de résultats obtenus avec 4 classes

Interprétation  :

- Pour une population à petit effectif : sous l’effet du hasard et à cause du petit effectif, la diversité des allèles est instable et imprévisible d’une seule génération à l’autre : c’est la dérive génétique (dériver provient du latin : « de rivus » : détourner un cours d’eau de sont lit). Un allèle peut même être menacé de disparition ou disparaître au cours d’une seule génération.

- Pour une population à grand effectif : grâce à l’importance de l’effectif et malgré l’effet du hasard, la diversité des allèles reste relativement stable d’une génération à l’autre, chaque allèle est peu menacé de disparition à court terme.

Conclusion  :

la dérive génétique est une modification aléatoire de la diversité des allèles à chaque génération, car toutes les possibilités de fécondation ne sont pas réalisées et tous les couples de géniteurs ne font pas le même nombre de descendants.

La dérive génétique se produit de façon plus marquée lorsque l’effectif est faible.

Actualisation  :

Exemples de situations naturelles qui pourraient conduire une population vers la dérive génétique : espèce en voie de disparition, population d’un zoo ou d’un jardin botanique, pandémie majeure, chute de météorite du même type que celle de la crise Crétacé-Paléocène, population isolée sur une petite île, etc..

Aspects pratiques

a) Le TP est réalisable en une heure et demie.
Pour économiser le temps, deux photocopies peuvent être distribuées :

  • première : présentation de situation initiale et problématique
  • deuxième : un tableau bilan prêt à remplir
    Si certains élèves sont très autonomes et efficaces, on peut leur confier une autre petite population à tester, pour que le tableau bilan soit plus important.

b) Normalement on ne garde et on ne teste qu’une hypothèse, toutefois vu la diversité étonnante des perceptions de la transmission des allèles, il pourrait être opportun d’inscrire les diverses hypothèses, qui seront de toutes façon testées par la modélisation.

Au niveau de l’étape situtation initiale, grâce à un document d’appel, on peut susciter une curiosité, qui suggérera la problématique, puis qui incitera l’élaboration d’hypothèses de la part des élèves. En effet les élèves ne s’imaginent pas spontanément qu’il y a quelque chose qui fait varier les proportions des allèles.
exemple d’un document d’appel -> http://anthro.palomar.edu/vary/vary_3.htm

c) Pour que la modélisation soit créée en partie par les élèves : l’enseignant peut fournir la première étape des papiers et enveloppes, puis après chaque étape discuter avec les élèves de la procédure à adopter pour continuer. Par exemple : le nombre d’enfants de chaque couple est tiré au hasard, car selon le génotype des parents les élèves pourraient être tentés de favoriser certains allèles (dont celui de leur groupe sanguin).
Pour cela, chaque binôme a besoin d’un dé numéroté de zéro à cinq. On peut acheter des dès classiques et coller un auto-collant « zéro » » sur le « six ».

d) Pour la distribution aléatoire des allèles, chaque binôme a besoin de trois dès marqués par des allèles. Ce type de dé vierge de signe peut être acheté ou être fabriqué en découpant une baguette de bois de section carrée (poncer les angles et arêtes pour que les dès roulent bien afin d’avoir une pureté du hasard). Les allèles seront inscrits ensuite avec un feutre indélébile sur les dés. (un dé : 3 faces A et 3 faces B, un autre : 3 faces A et 3 faces O, et enfin un dernier : 3 faces B et 3 faces O).

e) Pour faciliter la collecte des résultats, l’enseignant peut remplir un tableau vidéo projeté, et inscrire les données en coloriant les lignes différemment pour faciliter le recopiage des données par les élèves.
Quelques pourcentages significatifs peuvent aussi y être inscrits (voir exemples).
Pour chaque classe (demi-groupe), en général, il y a une ou plusieurs populations à petits effectifs qui dérivent très nettement, tandis que la population à grand effectif (classe) garde une certaine stabilité par rapport aux proportions initiales.

Avantages du TP

L’exemple utilisé est basé sur des allèles déjà connus des élèves et qui les concernent.

La notion des aléas (du hasard) de la transmission des allèles est valorisée concrètement par le jeux de dés (et ses étymologies).

  • Certains a priori sont balayés par la même occasion :
    • Souvent, certains imaginent que le terme « dominance d’un allèle », favorise les allèles A et B lors de la reproduction.
    • D’autres élèves imaginent que des proportions ¾ et ¼ ou d’autres règles
      mathématiques doivent être respectées et prédéterminent la descendance.
    • Parfois, certains pensent que si l’on ressemble au père ou à la mère, c’est que l’un
      des parent n’a pas transmis d’allèle…
  • Le TP favorise le travail en binôme et le travail collectif.

Limites du TP

Pour envisager l’effet de dérive et de sélection naturelle sur plusieurs générations, le TP doit être complété par l’exploitation d’un logiciel de simulation lors d’une autre séance.
Voir cet autre article sur la modélisation de la dérive génétique.

Nicolas Martin, lycée Léopold Sédar Senghor de Magnanville

Partager

Imprimer cette page (impression du contenu de la page)