Chez la souris à Abajoues

Du réel à la modélisation de l’évolution de la fréquence allélique au cours des générations successives Sélection naturelle et dérive génétique à partir de l’étude de deux populations de souris à Abajoues

Sélection naturelle et dérive génétique à partir de l’étude de deux populations de souris à Abajoues.

NiveauPartie du programmeObjectifs de connaissancesObjectifs de méthodesMatériel
seconde la Terre dans l’Univers, la vie et l’évolution du vivant sélection naturelle, dérive génétique participer à la construction d’un modèle, en comprendre les limites boite de pétri, grains de café, graines de haricot, dé à jouer, logiciel tableur

Souvent pour des raisons de temps, les hypothèses proposées par les élèves, bien que répondant au problème, sont écartées au profit de l’hypothèse qui sera validée.
De plus la manipulation de modèles n’est pas aisée. Bien souvent, le phénomène étudié par ce biais perd de son sens au fil de l’activité. Les substituts du réel ne redeviennent aux yeux des élèves que des objets manipulés.

L’objectif de cette séquence est double :

- Permettre aux élèves d’invalider ou non leurs hypothèses dès lors qu’elles proposent une explication au problème à résoudre.
- Comprendre qu’un modèle à plusieurs niveaux de lecture possible, de l’objet manipulé en classe jusqu’au paramètre étudié pour comprendre le phénomène.

Cette séquence s’appuie sur l’exemple des souris à abajoues dont la couleur du pelage est gouvernée par deux allèles D et d. Il existe deux populations dans le sud-ouest des états unis aux fréquences alléliques différentes.

Place de l’activité dans la progression :

Après avoir schématisé la fréquence allélique des allèles D et d dans les deux populations, les élèves formulent le problème à résoudre. Toutes les hypothèses qui proposent une solution envisageable sont recevables, l’étude du document 2 permet à l’élève de déterminer si son hypothèse est invalidée ou non.

Ainsi les hypothèses telles que : « c’est le sol qui modifie le pelage » ou « les souris vont sur le sol de la couleur du pelage » seront invalidées par les expérimentations des 4 professeurs.

Bien entendu les 4 professeurs et leurs expérimentations sont factices, l’objectif étant ici que les élèves éprouvent leurs hypothèses. L’enseignant n’a pas ici à valider la bonne hypothèse mais à juger si celle-ci est recevable ou non.

Les activités données aux élèves :

Première activité
Deuxième activité
Le diaporama du prof

Comprendre les étapes de la modélisation :

La seule hypothèse non invalidée sera modélisée : « Tout se passe comme si les animaux de la même couleur que le sol étaient moins mangés. Ainsi, ils se reproduisent plus et transmettent leurs allèles aux générations suivantes... »
Dans le modèle, les allèles D et d sont représentés par des grains de café ou des graines de haricots blancs. La modélisation consiste à étudier la fréquence des allèles au cours des générations successives. Le professeur associe les élèves à la construction du modèle : Les élèves différencient les étapes de la manipulation des étapes qu’elles représentent dans le réel. Les élèves ordonnent chronologiquement les étapes.


Du réel à la modélisation de l’évolution de la fréquence allélique au cours des générations successives chez la souris à Abajoues.

Tout en manipulant, les élèves renseignent une feuille de tableur qui réalise automatiquement leur représentation graphique. Le professeur peut alors facilement compiler les résultats de tous les groupes pour une mise en commun des observations. Les élèves peuvent comparer leurs observations à celles des autres groupes.

Fichier excel utilisé


Résultats élèves avec la règle prédation. L’allèle D devient majoritaire sur sol sombre.

Les élèves sont envoyés au tableau afin d’écrire une phrase d’observation ainsi qu’une phrase d’explication. Les phrases explicatives peuvent concerner la manipulation ou le réel. Le professeur peut ensuite utiliser un code couleur pour différencier ces deux niveaux d’abstraction.

Les limites du modèle :

La distinction des deux niveaux explicatifs permet de présenter les limites de la modélisation : on a manipulé des grains de café et de haricots mais ce sont aussi des souris, ou encore des couleurs de pelage, ou encore des allèles. Ces deux niveaux explicatifs (modèle/réel) sont acceptables à partir du moment où l’élève les a identifiés.
Le modèle est une simplification du réel car un grain de café n’est ni un allèle ni une souris. Pourtant, les grains représentent ces deux entités dans notre modèle.
Le modèle est une simplification du réel. Des phénomènes ne sont pas représentés ou sont faussement modélisés. En effet, la reproduction fait intervenir un seul individu dans le modèle, la prédation n’agit que sur un type d’individu dans le modèle, les mutations ne sont pas modélisées, les autres paramètres pouvant modifier les fréquences alléliques ne sont pas mentionnés (aléas climatiques, épidémies…).

Comment être sûr que c’est la prédation qui est à l’origine de la prédominance d’un seul allèle ?

Après une phase de discussion commune, il semble que ce soit la règle prédation qui soit à l’origine de la prédominance d’un des deux allèles. Le professeur demande alors quelle modélisation témoin aurait dû être faite pour le prouver. Les résultats de la modélisation sans la règle prédation sont alors présentés. L’observation conduit à des variations aléatoires des fréquences des allèles et permet d’expliquer la notion de dérive génétique.
Enfin, un document d’appel sur les éléphants de mer et leur faible variabilité génétique permet d’utiliser le logiciel modélisation de l’évolution de la fréquence allélique (dérive génétique) de P. Cosentino et de montrer l’importance de l’effectif de la population sur la dérive génétique.

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