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Proposition d’activités sur la dérive génétique pour le nouveau programme de 2nde

La dérive génétique dans le cadre du nouveau programme de Seconde

jeudi 1er juillet 2010, par Bruno Boucher

Pour d’autres ressources, voir Les travaux du groupe académique « 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

-  La diversité des allèles est l’un des aspects de la biodiversité

Pour le montrer, deux exemples de supports :

  • les allèles du gène impliqué dans la coloration de la coquille chez l’escargot des haies
Gènes et allèles impliqués Caractère : couleur de la coquille
Gène C Allèle CB Brun (Brown)
Allèle CP Rose (Pink)
Allèle CY Jaune (Yellow)

On peut à partir d’une base de données telle que celle de l’Evolution megalab montrer des différences dans la répartition des allèles d’une population à une autre.

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  • les allèles du gène déterminant les groupes sanguins du système ABO dans l’espèce humaine
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(Images du site de l’IFE)

Voir une proposition d’activité sur l’évolution de la répartition des allèles ABO

On peut là aussi montrer des différences dans la répartition des allèles d’une population à une autre. On recherchera ensuite les mécanismes influençant la répartition des allèles postérieurement aux mutations qui leur ont donné naissance.

-  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.

On fera ici deux propositions d’activités pour parvenir à la notion de dérive génétique

Manipuler, puis utiliser un petit logiciel de simulation (évolution allélique) Utiliser en mode simulation un logiciel de modélisation (netBioDyn) en impliquant l’élève dans la compréhension du modèle
  • Première proposition : Manipuler, puis utiliser un petit logiciel de simulation (évolution allélique)
Activités Objectifs BO
Jeu de tirage de billes. L’étape 1 est commune à toute la classe et les étapes suivantes peuvent être réalisées en groupes. Les différents groupes notent leurs résultats au fur et à mesure pour pouvoir les comparer entre eux. Mettre en évidence que la sélection (propagation) d’un caractère dans une population peut être liée au hasard. La dérive génétique est une modification aléatoire de la diversité des allèles
Logiciel "Evolution allélique". La partie "Dérive génétique" est utilisée. L’élève doit faire le lien entre l’activité 1 et les allèles utilisés dans ce logiciel. L’élève fait varier l’effectif de la population et observe la conséquence sur la dérive génétique. Mettre en évidence le lien entre taille de la population et dérive génétique. Elle se produit de façon plus marquée lorsque l’effectif de la population est faible
    • Manipuler : jeu de tirage de billes (extrait du "Guide critique de l’évolution", Guillaume Lecointre, Edition BELIN)
Modèle Objectifs/Explications
Chaque groupe d’élève possède 6 sacs de billes de couleurs différentes et un dé. Chaque sac contient 6 billes au minimum (10-15 sera mieux pour la suite).
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Chaque bille de couleur différente représente un caractère particulier dans la population.
Etape 1 : Pour chaque sac un élève lance le dé et obtient un chiffre entre 1 et 6. Il puise alors dans ce sac le nombre de billes correspondant au lancé et le(s) place dans une urne commune. Dans cette urne commune il y aura, à la fin des lancés, entre 6 et 36 billes correspondant aux 6 lancés de dé.
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Créer une population de départ L’urne commune représente une population "modèle" avec différentes fréquences pour chaque caractère.

Remarque : cette étape doit être commune à toute la classe si l’on souhaite comparer les différentes évolutions possibles de cette même population "initiale".

Etape 2 : L’élève effectue un tirage au sort de 6 billes de l’urne commune (cela doit impérativement se faire au hasard)
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Sélectionner des géniteurs Ces billes représenteront les individus de la population qui auront une descendance (considéré lié ici au hasard)
Etape 3 : Pour chaque bille tirée, l’élève lance le dé. Il placera alors dans une nouvelle urne autant de billes de cette couleur que le chiffre obtenu au dé.
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Déterminer le nombre de descendants Chaque lancé correspond au nombre de descendant pour chaque individu et donc caractère dans la future population. Au cours des aléas de la vie chaque lignée laisse plus ou moins de descendant. Ces descendants sont les représentants du caractère dans la population à la génération suivante.
Etape 4 : Les étapes 2 et 3 sont reproduites : on tire au hasard à nouveau 6 billes dans la nouvelle urne,… L’activité s’arrête lorsqu’il ne reste que des billes d’une seule couleur. Simuler la fixation d’un des caractères Au bout de quelques générations une seule couleur sera représentée. Ceci montre qu’un lignage, par le jeu du hasard, est susceptible d’ "envahir" la population en peu de générations.

Remarque : Pour cette activité, une couleur est fixée en moyenne au bout de 6 générations.

Exemple de résultat :

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    • Logiciel Evolution allèlique L’élève doit faire le lien entre l’activité « tirage de billes » et les allèles utilisés dans le logiciel.
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L’élève fait varier l’effectif de la population et observe la conséquence sur la dérive génétique.

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Un autre logiciel du même auteur : Modélisation de la dérive génétique par tirage au sort avec remise

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  • Deuxième proposition : Utiliser en mode simulation un logiciel de modélisation (netBioDyn) en impliquant l’élève dans la compréhension du modèle)
    • Le logiciel netBioDyn : du côté du professeur, un outil de modélisation :
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On modélise ici le devenir au cours du temps d’une population contenant six génotypes différents (= suivi d’un gène représenté par 3 allèles).

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On dispose d’un modèle opérationnel qui peut permettre de suivre le devenir de la diversité allélique Exemple : simulation à t=0

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Simulation à t=500 tics

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Fiche technique simulation Netbiodyn
    • Du côté des élèves
Word - 39 ko
Proposition d’activité

Consigne globale :

Exploitez le modèle proposé pour déterminer le devenir de la diversité allélique observée dans une population.

Aide à la résolution :

      • Travail préliminaire : à partir des informations fournies dans la fiche d’aide à la compréhension de la modélisation, réfléchir aux différentes possibilités de reproduction (= les comportements) entre les individus (= les entités) et aux résultats de ces reproductions.
Word - 37 ko
Aide à la modélisation
      • Utiliser le modèle « derive3allèles.nbd » et réaliser avec le logiciel netBioDyn les simulations appropriées pour :
        -  suivre l’évolution au cours du temps de la diversité allélique (répéter plusieurs fois les simulations, pour une durée de 500 tics)
        -  tester l’influence de l’effectif de la population sur l’évolution de la diversité allélique (répéter plusieurs fois les simulations, pour une durée de 500 tics)
Zip - 2.4 ko
Modèles pour Netbiodyn
      • À l’aide du fichier « diversité_allélique_quantitative », proposer pour chaque simulation une estimation quantitative de la diversité allélique de la population.
Excel - 25 ko
Saisie des résultats
Excel - 28.5 ko
Saisie des résultats avec formules

Production possible : sauvegarde de trois modèles netBioDyn différents correspondant à trois populations d’effectifs différents ; pour chaque essai, sauvegarde de l’estimation quantitative (feuille de calcul complétée) de la diversité allélique.

Exemples de résultats : Des essais répétés pour des effectifs initiaux identiques : 10 individus de chaque sorte à t=0 Essai 1 :

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Essai 2 :

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Essais pour deux populations d’effectif plus ou moins important : 50 (ESSAI 3) ou 3 (ESSAI 4) individus de chaque sorte à t=0

Essai 3

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Essai 4

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Les résultats peuvent ensuite être saisis dans le tableur. (sont proposés ici deux fichiers de saisie : l’un où les élèves doivent saisir les formules, l’autre où les formules sont déjà saisies).

avec 5 individus de chaque sorte au départ
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avec 10 individus de chaque sorte au départ
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avec 50 individus de chaque sorte au départ
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On assiste à une modification aléatoire de la diversité des allèles au cours du temps (phénomène de dérive génétique). 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.

  • avec le logiciel évolution allélique : le module « sélection naturelle » donne possibilité de paramétrer les valeurs sélectives des différents génotypes.
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  • avec le logiciel netBioDyn : possibilité de modifier les demi-vies des entités et/ou les probabilités de réalisation des comportements
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Propositions d’activités : Stephan CAMILLO, Anne FLORIMOND


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