Mesurer la biodiversité (ES terminale)

Thème 3 : Une histoire du vivant

Introduction: un état actuel de la biodiversité

Séquence 1: La biodiversité et son évolution

I-Des outils pour quantifier la biodiversité

Activité 1: introduction

Temps 1: Evaluer la richesse spécifique

Temps 2 : Estimer l'abondance d'une population

Temps 3 : Calculer l'effectif d'une population avec un intervalle de confiance

II- L'évolution génétique des populations (activité 2)

III- Activités humaines et conséquences sur la biodiversité (activité 3)

Activité 1: DES OUTILS POUR QUANTIFIER LA BIODIVERSITE

C'est parti !

Mission

Depuis le XVIIIème siècle, de nombreuses expéditions scientifiques ont eu pour objectif d’évaluer la biodiversité grâce à la réalisation d’inventaires des espèces présentes dans différents écosystèmes. Pourtant, on ne connaît encore qu’une faible proportion des espèces vivant sur Terre...

La préservation de la biodiversité est une préoccupation actuelle majeure. Pour comprendre la dynamique de la biodiversité et les conséquences des actions humaines, il est nécessaire de la quantifier.

Darwin et l'expédition scientifique à bord du Beagle (1831-1836)

Partons à la découverte de quelques outils permettant de mesurer la biodiversité.

C'est parti !

Sommaire

Temps 1 : évaluer la richesse spécifique d'un milieu

Temps 2 : estimer l'abondance d'une population

Temps 3 : calculer l'effectif d'une population avec un intervalle de confiance

Temps 1 EVALUER LA RICHESSE SPECIFIQUE D'UN MILIEU

Dans un milieu, la biodiversité peut être décrite par la richesse spécifique, qui correspond au nombre d’espèces vivant dans ce milieu. => Comment évaluer la richesse spécifique d’un milieu ? Pour estimer la richesse spécifique d’un milieu, les scientifiques n’étudient pas ce milieu de façon exhaustive, mais ils ont recours à des techniques d'échantillonnage : ils ne s’intéressent qu’à un échantillon du milieu, dans lequel ils dénombrent les espèces présentes.

Consigne : Indiquez sous forme d'un tableau le groupe d'espèces étudié , les objectifs de ces études et le principe de la technique d'échantillonnage indiqués dans les ressources proposées.

A vous de jouer !

Le barcoding moléculaire consiste à identifier une espèce en comparant une courte séquence de son ADN à toutes les séquences connues d’ADN rassemblées dans une banque de données, comme si l’on « scannait » son code-barres génétique. En comparant toutes les séquences d’ADN retrouvées dans un échantillon d’eau ou de sol à cette banque de données, les chercheurs peuvent identifier les espèces qui se trouvent dans cet échantillon : c’est le metabarcoding. Ces méthodes sont cependant coûteuses et ne peuvent pas remplacer complètement les reconnaissances sur le terrain.

De 2009 à 2013, les équipes de recherche à bord du Tara ont réalisé une étude approfondie par metabarcoding de la diversité des microorganismes marins. Vous allez identifier trois de ces espèces.

C'est parti !

PROTOCOLE

Définition : un taxon est un groupe de la classification du vivant. Matériel : - 3 séquences appartenant à trois taxons différents (ci-contre). - Logiciel de BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) qui permet d’aligner (comparer) des séquences à analyser avec une banque de séquences déjà identifiées. Protocole : ❯ Dans le logiciel de BLAST, sélectionner « Nucleotide BLAST » (Blast de fragment d’ADN). ❯ Dans le cadre « Enter accession number(s), gi(s), or FASTA sequence(s) », coller la séquence d’ADN à identifier. ❯ Cliquer sur « BLAST ». ❯ Noter le nom du taxon identifié à 100 % (la liste s'affiche en bas de page) puis rechercher brièvement sur internet ce qui caractérise les espèces appartenant à ce taxon.

Temps 2 : ESTIMER L'ABONDANCE DUNE POPULATION

Dans un milieu, la biodiversité peut être décrite par la richesse spécifique (temps 1), mais aussi par l’abondance, c’est-à-dire le nombre d’individus d’une population, d’une espèce ou d’un plus grand taxon. Cela permet de déterminer si une espèce est en danger d’extinction ou au contraire si elle prolifère. Cela permet également d’adapter les programmes de prévention contre les espèces vectrices de maladie pour l’être humain. => Comment estimer l’abondance d’une population ?

C'est parti !

La méthode capture-marquage-recapture pour estimer l'abondance d'une population

Il existe plusieurs méthodes pour estimer un effectif à partir d’échantillons. Parmi celles-ci, la méthode de capture-marquage-recapture repose sur des calculs effectués sur un échantillon.

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A vous de jouer ! Entraînez-vous avec l'animation "Capture-marquage-recapture". Calculez l'effectif total des poissons dans le lac après avoir réalisé une seule recapture.

Méthode capture-marquage-recapture : s'entraîner sur un exemple réel

Manuel Belin, Enseignement Scientifique Terminale (2020), p.196

Consigne : estimez l'abondance de la population de moustiques A. gambiae en saison sèche et en saison humide dans le village du Burkina Faso.

La méthode capture-marquage-recapture : allons un peu plus loin

Consigne : en effectuant des recaptures successives dans le même lac, vérifiez avec l'animation "capture-marquage-recapture" que vous pouvez mettre en évidence le phénomène de fluctuation d'échantillonnage décrit dans le document joint. Application à un cas réel : Estimez l’abondance des otaries nées entre 1997 et 1998 (les jeunes otaries) à l’aide des données issues de chaque recapture. Puis calculez la moyenne des quatre abondances obtenues et concluez sur la nécessité de procéder à plusieurs captures.

Temps 3 : CALCULER L'EFFECTIF D'UNE POPULATION AVEC UN INTERVALLE DE CONFIANCE

Lorsque l’on étudie plusieurs échantillons de même taille d’une même population, on observe que les résultats ne sont pas identiques selon les échantillons : ce phénomène est la fluctuation d’échantillonnage. Puisque les échantillons ne sont pas parfaitement représentatifs de la population étudiée, l’effectif d’une population est calculé avec un niveau de confiance strictement inférieur à 100%. On s’intéresse ici à la fréquence d’un caractère au sein d’une population. Pour connaître cette fréquence, il faut connaître l’effectif des individus porteurs de ce caractère au sein de la population.

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Aborder la notion d'intervalle de confiance

Tortues

Consigne : montrez que les valeurs obtenues pour l'intervalle de confiance dans l'exemple ci-dessus des tortues d'Hermann sont correctes.

Calculer un intervalle de confiance : l'exemple de l'épervier strié

L’épervier strié est un poisson qui vit dans les récifs coralliens. Il existe sous deux phénotypes : sombre et clair. Un recensement des formes claires et sombres a été effectué le long de cinquante-quatre transects, de la surface jusqu’au fond du lagon.

La fréquence f d’un caractère dans un échantillon n peut être calculée à partir de cet échantillon de la population. La valeur de f permet ensuite d’estimer la proportion p de ce caractère dans la population avec une incertitude. On précise cette incertitude avec un intervalle de confiance (IC).

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Prêt pour le calcul ? C'est parti !

► Épervier strié sombre a et clair b dans les récifs coralliens.

Source : https://www.lelivrescolaire.fr/page/11095239

Consignes : 1) Estimez la valeur de la proportion de poissons sombres dans la population superficielle et dans celle de profondeur, avec un intervalle de confiance de 95 %. 2) Déterminez et expliquez l’influence de la taille de l’échantillon sur l’intervalle de confiance de la proportion.

Conclusion

La mesure de la biodiversité

Visionnez cette vidéo jusque 1'30 seulement.

Genially modifié à partir de celui de Frédérique Théry

II- L'évolution génétique des populations

Comment évaluer si une population évolue ? Activité 2 : L’équilibre de Hardy-Weinberg

Précisions ici:

questions 2 et 3 p 217 : exemple de la drépanocytose + exercice résolu p 226

Activité 3: Activités humaines et conséquences sur la biodiversité

Bilan