LA BIODIVERSITE ET SON EVOLUTION
1. Des outils pour quantifier la biodiversité
2. Structure génétique d'une population
3. L'influence des activités humaines sur la biodiversité
C.GIBIER Camille Claudel (Troyes)
DES OUTILS POUR QUANTIFIER LA BIODIVERSITE
1. Pourquoi évaluer la biodiversité ?
2. Comment évaluer la biodiversité ?
Pourquoi évaluer la biodiversité ?
Des faits
Un but
Des actions
Des faits
On sait que les activités humaines ont un impact sur la diversité biologique. Il apparaît donc comme nécessaire d'identifier l'état de la biodiversité au fil du temps. Pour mieux comprendre son évolution, il faut la mesurer, l'évaluer. Grâce à une méthodologie scientifique et standardisée, les suivis de biodiversité permettent de donner des indicateurs qui pourront alors être mobilisés sur des questions scientifiques, sociétales ou politiques.
Des actions
o L'Union Internationale pour la Conservation de la Nature propose depuis plus de 50 ans un inventaire mondial des espèces animales et végétales et a ainsi créé une liste rouge des espèces menacées. Ces évaluations ont favorisé la mise en place de nombreuses mesures pour leur conservation. Depuis 2014, il est également possible de suivre l'état de santé des écosystèmes au niveau international. o Le Muséum National d'Histoire Naturelle a développé un suivi temporel des oiseaux communs qui a été retenu par l'Union européenne comme un des indicateurs de biodiversité. o L'Observatoire National de la Biodiversité développe divers indicateurs qui permettent de documenter dans son ensemble les orientations et objectifs de la Stratégie Nationale de la Biodiversité. Ces indicateurs permettent de “changer la perception des enjeux sur la crise de la biodiversité, en qualifier les causes et les conséquences à l'échelle nationale, suivre la prise en compte du problème par la société”.
Un but
Pour pouvoir orienter les décisions des politiques publiques, et pour mieux comprendre les interactions de l'homme avec l'environnement, ces indicateurs doivent être mis en relation avec les différentes pressions exercées sur cette biodiversité. Ils doivent répondre au modèle E- P- R développé par l'Organisation de Coopération et de Développement Économique (OCDE) :
- État : évalue les changements d'état de la diversité biologique
- Pression : évalue les pressions exercées par les activités humaines
- Réponse : évalue les effets des mesures prises pour la préservation de l'environnement
La complexité des écosystèmes implique d'utiliser plusieurs types d'indicateurs car ils sont souvent complémentaires.
Comment évaluer la biodiversité ?
Le nombre d'espèce est incroyablement élevé. Nous n'avons pas encore découvert ni décrit l'ensemble des espèces. Pourtant nous sommes en mesure de faire des suivis de cette biodiversité. Il ne s'agit pas de compter l'ensemble des individus de chaque espèce de la Terre chaque année, car nous en serions incapables, mais d'échantillonner cette biodiversité pour en déduire les tendances.
Ces échantillonnages prennent plusieurs formes. Il peut s'agir d'expéditions scientifiques, de relevés sur des stations biologiques ou de sciences participatives. Ces échantillonnages vont toujours être le résultat de compromis entre la précision de la mesure, le coût de celle-ci et l'ampleur de l'échantillonnage réalisé.
Analyser l'ADN
Observer directement
Capturer Marquer
Ecouter
Observer directement
Cette mesure est simple à réaliser mais elle ne permet pas de détecter les individus cachés.
5 chants d'oiseaux faciles à reconnaître
Ecouter
L'identification par le son est plus difficile que par la vue et l'échantillonnage sera donc de moins grande ampleur et seuls les êtres vivants qui émettront un son lors de l'échantillonnage seront détectés.
Analyser l'ADN
Les oiseaux, par exemple, sont très bien connus et très suivis. Mais il y a beaucoup d'autres espèces dont les populations doivent être évaluées. Le plancton par exemple est beaucoup plus difficile à observer. Il est dans un environnement peu accessible, sa diversité est très grande et pour son étude, il est de plus en plus nécessaire de faire appel au séquençage, c'est à dire à l'analyse de l'ADN. La fondation Tara Océan est connue pour ses expéditions dans ces milieux et a notamment étudié une diversité encore moins connue, celle des virus dans l'océan Arctique.
Ces méthodes moléculaires utilisées conjointement aux méthodes classiques permettent d'avoir des informations complémentaires et d'améliorer nos suivis de la biodiversité. Les données collectées sont ensuite traitées et des outils de modélisation recoupant les informations de plusieurs sources permettent de faire une estimation de l'état de diversité à une échelle globale et d'étudier les pressions qui pèsent sur la biodiversité. Ces méthodes permettent la production de différents indicateurs écologiques très variés.
La méthode CMR
La méthode capture-marquage-recapture a été décrite et utilisée pour la première fois pour des études écologiques en 1896 par C.G. Johannes Petersen pour estimer les populations de plie, (poisson). Il y a quatre principes fondamentaux :
- Les animaux marqués ne doivent pas être affectés (que ce soit dans leur comportement ou leur espérance de vie) en étant marqués et les marques ne doivent pas être perdues. Pour cela, il est conseillé de réaliser un double marquage, où chaque individu marqué porte deux marques différentes ;
- Les animaux marqués doivent pouvoir se remélanger totalement dans la population initiale
- La probabilité de capturer un animal marqué doit être la même que celle de capturer n’importe quel autre membre de la population c’est-à-dire que la population est échantillonnée au hasard quel que soit son âge, son sexe et son marquage (ou non). Il faut pour cela que tous les individus soient disponibles de façon égale pour la capture, quelle que soit leur position dans l’habitat et quel que soit le moment à l’intérieur de la période d’étude ;
- L’échantillonnage doit être effectué à des intervalles de temps courts et le temps réel impliqué pour le prélèvement des échantillons doit être très faible par rapport au temps total de la période d’étude.
(Capture - Marquage - Recapture)
Lors d’une première capture, des individus capturés (M) sont marqués puis replacés dans la population d’origine constituée de N individus. En faisant ensuite un échantillonnage, on recapture un nombre C d’individus dont certains possèdent le marquage : ce sont les individus R. Si on suppose que la proportion d’individus marqués dans la population totale et dans la population recapturée est conservée, N peut être estimé à partir de M, C et R en utilisant la quatrième proportionnel :
N = (C x M) / R
Jouons ! En cliquant sur l'image vous allez être redirigé vers un "site virtuel" de Capture - Marquage - Recapture. Choisir le nombre de poissons que vous souhaitez capturer ou recapturer. Noter vos résultats pour estimer N.
Demandez-vous pourquoi la taille N calculée est une estimation et non une valeur exacte. Utiliser un tableur dans lequel vous allez saisir le nombre de poissons marqués, à chaque recapture, ce qui vous permettra au passage de visualiser la fluctuation d’échantillonnage qui est le fait que la proportion observée puisse varier d’un échantillon à l’autre.
ESTIMATION DE LA TAILLE D’UNE POPULATION DE MOUSTIQUES ANOPHELES GAMBIAE DANS UN VILLAGE DU BURKINA FASO, PAR LA TECHNIQUE DE CAPTURE-MARQUAGE-RECAPTURE.
Le moustique A. gambiae est le principal vecteur de la malaria au Burkina Faso. La connaissance de la taille des populations de moustiques est indispensable pour mettre en place des programmes de luttes. Les moustiques sont ici marqués par des poudres colorées. Calculer la taille N selon les saisons puis expliquer la variations observée.
Le coin des pros
INTERVALLE DE CONFIANCE DANS LA METHODE CMR
À partir d’un seul échantillon, l’effectif d’une population peut également être estimé à l’aide d’un intervalle de confiance. Une telle estimation est toujours assortie d’un niveau de confiance strictement inférieur à 100 % en raison de la fluctuation des échantillons. Pour un niveau de confiance donné, l’estimation est d’autant plus précise que la taille de l’échantillon est grande.
STRUCTURE GENETIQUE D'UNE POPULATION
- Fréquence allélique et fréquence génotypique
- Modèle de Hardy - Weinberg
- Forces évolutives
Fréquences alléliques et fréquences génotypiques
Prenons l'exemple d'une population de 10 individus dont on souhaite étudier la structure génétique. En prenant comme marqueur un gène A existant sous deux formes alléliques A1 et A2 alors trois génotypes sont possibles : A1//A1 A2//A2 A1//A2 (égal à A2//A1) On peut également déduire la fréquence des allèles de celles des génotypes : fA1 = fA1//A1 + 1/2fA1//A2
D'un point de vue de l'évolution, une population d'individus peut être considérée comme un "pool" de gènes et d'allèles, transmis de générations en générations, les individus n'étant alors que des porteurs transitoires de ces allèles. Dans le cas d'organismes diploïdes (dont les cellules contiennent des paires de chromosomes) la situation est plus complexe car chaque individu porte, pour chaque gène, deux allèles qui peuvent être identiques ou non. Pour décrire la structure génétique d'une population, il convient de distinguer :- les fréquences génotypiques, soit les fréquences de chaque génotype au sein de la population,
- les fréquences alléliques, c'est à dire les fréquences de chaque allèle au sein de la population.
A vous de jouer !
Dans cette population théorique, chaque individu est représenté par un rectangle vert. La paire de chromosomes portant les deux allèles du gène A est également représentée. Déterminer par l'observation la structure génétqiue de cette population
Le modèle mathématique de Hardy - Weinberg
Prenons les allèles A1 et A2 de l'étude précédente et nommons respectivement p et q leur fréqence. Pour connaître la fréquence des génotypes à la génération suivante on construit un échiquier de croisement où les fréquences génotypiques théoriques sont notées entre parenthèses.
Ce modèle permet d’étudier l’évolution des fréquences alléliques dans certaines conditions :
- Une population de très grande taille où chaque individu à la même probabilité de se reproduire avec un autre
- Une absence de mutation.
- Une absence de migration entre populations différentes et de sélection naturelle.
Dans ces conditions, le modèle de Hardy – Weinberg prédit que les fréquences alléliques et génotypiques ne changent pas au cours du temps.
Ainsi, lorsqu'une population se trouve dans des conditions proche de ce modèle, il est possible de prédire que la fréquence des allèles ne variera pas au cours du temps : c'est l'équilibre de Hardy - Weinberg
A vous de jouer !
Ainsi pour un gène existant sous deux allèles A et a, les fréquences de chaque allèle peuvent être déduites de celles des génotypes par le calcul suivant :f(A) = fA//A + ½ fA//a = pf(a) = fa//a + ½ fA//a = qSelon le modèle théorique de Hardy – Weinberg la structure génétique reste constante au cours des générations. Ainsi, la fréquence des individus : De génotype (A//A) est égale à : f(A//A) = f(A) x f(A)= f(A)2 = p2 De génotype (a//a) est égale à : f(a//a) = f(a) x f(a)= f(a)2 = q2 De génotype (A//a) est égale à : f(A//a) = 2 f(A) x f(a) = 2pq. Et à chaque génération p2 + q2 + 2pq = 1
Une étude a été réalisée sur une population de daphnies dont l'effectif, considérable, n'a pas pu être estimé. L'objectif de cette étude était de déterminer si cette population était l'objet de forces évolutives. L'évolution de sa structure génétique a été suivie sur plusieurs mois, en prenant comme objet d'étude le gène d'une enzyme qui se décline en deux allèles S et F. Des échantillonnages ont été réalisés à différents moments et le génotype de chaque daphnie a été déterminé. Les fréquences génotypiques obtenues pour deux échantillonnage sont rassemblées dans le tableau. Calculer les fréquences de allèles S et F pour chaque échantillon de daphnies, puis vérifier si les fréquences des génotypes des daphnies sont conformes aux prédictions du modèle de Hardy-Weinberg.
En travaillant sur de véritables populations, il est possible de quantifier la fréquence réelle des différents génotypes présentes et de calculer la fréquence des allèles dans la population, on peut alors comparer avec ce que prédit le modèle de Hardy-Weinberg. Si le test de conformité permet de révéler que ces fréquences se modifient, alors il faut rechercher laquelle des conditions n’est pas respectée et quelle force évolutive est impliquée (mutation, sélection, dérive, migration)
Des forces évolutives à l'oeuvre
A l’aide du logiciel Géné’pop représenter graphiquement l’évolution de la fréquence de l’allèle A sur 100 générations en fonction des différents paramètres présentés ci-dessous. Vos résultats légendés et titrés sont à mettre en forme sur une feuille Word qui sera à rendre.
Le modèle de Hardy - Weinberg
La taille de la population
Les mutations
La sélection
Le modèle Hardy - Weinberg
Pour rappel dans ce modèle, la population est infinie, chaque individu se reproduit avec n’importe quel autre individu, il n’y a ni mutation ni sélection (la valeur sélective de chaque allèle est la même). Paramétrer le logiciel pour obtenir le résultat avec un couple d’allèle A et a où la fréquence initiale est de 0.5 pour l’allèle A.
Les mutations
Les mutations sont des modifications aléatoires de la séquence des nucléotides de l’ADN, qui peuvent être à l’origine de nouveaux allèles transmis à la génération suivante si ces mutations touchent les cellules sexuelles. Considérons une mutation qui transforme l’allèle A en allèle a et qui survient avec une probabilité de 1 %. Si initialement la fréquence de l’allèle A (fA) est de 1 à la génération suivante elle sera de 0,99 et celle de l’allèle a (fa) sera de 0,01. A la seconde génération Fa sera de 0,0199 (fa de la génération G1 + 1 % de fA de la génération G1) et celle de l’allèle A sera de 0,9801 % (1 – fa de la génération G2) ……… A la génération 100 fA sera de 0,366. Dans la réalité, les mutations sont bien plus rares, leur probabilité allant généralement de 0.01 à 0.001. Pour population infinie sans sélection, paramétrer le logiciel pour obtenir le résultat attendu avec un taux de mutation de 0.01 puis sur le même graphique réaliser la simulation avec un taux de mutation de 0.001.
La sélection
Dans la nature, la reproduction ne répond que rarement à des accouplements aléatoires. Il y a souvent sélection des partenaires par mi les différents caractères ayant une base génétique, liés à la capacité des individus à survivre et/ou se reproduire selon l’environnement. On parle de sélection sexuelle et de sélection naturelle. Un cas de sélection naturelle chez l’Homme : La drépanocytose est une anémie grave chronique déterminée par un allèle récessif HbS. L’allèle normal se nomme HbA. Ainsi, les individus HbS//HbS ont un faible potentiel de survie alors que les individus HbA//HbA et HbA// HbS ont un fort potentiel de survie. On dit que la valeur sélective de l’allèle HbS est faible (0,4) et celle de HbA est maximale (1). Néanmoins dans les régions où le paludisme est présent (maladie mortelle liée à un parasite transmis par des piqûres de moustiques) posséder l’allèle HbS confère un avantage. En effet les individus HbS//HbA résistent mieux au paludisme. Ainsi dans une telle région la valeur sélective de l’allèle HbS est plus forte. Les individus HbA//HbA sont défavorisés par le paludisme même s’ils disposent de moyens de protection, les individus HbS//HbS sont défavorisés par l’anémie et les individus HbA//HbS ont un fort potentiel de survie. Pour population infinie sans mutation, paramétrer le logiciel pour obtenir une comparaison de l’évolution de l’allèle HbA dans une région sans et avec paludisme. (On partira avec une fréquence de 0,5 de l’allèle)
La taille de la population
Lorsque la taille de la population est trop petite pour être considérée comme infinie alors la dérive génétique écarte la structure génétique de la population du modèle de Hardy – Weinberg. En effet, la reproduction sexuée opère « un tirage au sort » des allèles de chaque gène qui se retrouvent chez les enfants puisque chaque parent ne transmet qu’un seul de ses deux allèles. Si la population est réduite, il n’y a pas suffisamment de tirages au sort pour que les allèles aient la même fréquence de génération e génération. Un cas de dérive génétique chez l’Homme : La population de Saguenay-Lac-St-Jean (Québec) s’est formée vers 1838 à partir d’un faible nombre d’individu, à la recherche de terres nouvelles, venant de Charlevoix. Au début du XXe siècle les trois quarts des habitants de la région étaient leurs descendants. Aujourd’hui dans cette population la fréquence des porteurs sains (A//a) de l’allèle de l’ataxie spastique (à l’origine de de troubles de la motricité) est de 1/22 contre 1/5000 dans le monde. Pour une population sans mutation ni sélection, paramétrer le logiciel pour obtenir une comparaison de l’évolution de l’allèle a en fonction de la taille de la population colonisatrice de Saguenay-Lac-St-Jean. Pour chaque taille de population choisie, faire plusieurs simulations à la suite.
L'INFLUENCE DES ACTIVITES HUMAINES SUR LA BIODIVERSITE
- La fragmentation de l'habitat
- La préservation de la biodiversité
La fragmentation de l'habitat
Actuellement, 70% de la forêt mondiale se trouve à moins de 1Km de la lisière à cause de fragmentation. De nombreuses espèces d’animaux et de végétaux ne peuvent pas vivre à proximité de la lisière car les conditions de vie y sont différentes (insolation, vent, écarts thermiques …) c’est l’effet lisière.
Fragmentation et effectif de la population
Fragmentation et diversité génétique
Fragmentation et effectif de la population
il est possible de simuler l’effet de la fragmentation d’une forêt, suite à la construction d’une route, sur une espèce de crapaud incapable de vivre à moins de 50 m de la lisière.
1. Sachant que la densité de population ne peut pas excéder 400 individus adultes par Km², calculer l’effectif maximal initial.
2. Evaluer la surface habitable perdue pour le crapaud par la construction de la route.
3. Calculer l’effectif maximal de chaque population ainsi isolée.
4. Calculer l’impact de la construction d’une deuxième route au milieu de la forêt, perpendiculaire à la première, sur la surface habitable et l’effectif dans chaque fragment de forêt.
1. Sachant que la densité de population ne peut pas excéder 400 individus adultes par Km², calculer l’effectif maximal initial. 2. Evaluer la surface habitable perdue pour le crapaud par la construction de la route. 3. Calculer l’effectif maximal de chaque population ainsi isolée. 4. Calculer l’impact de la construction d’une deuxième route au milieu de la forêt, perpendiculaire à la première, sur la surface habitable et l’effectif dans chaque fragment de forêt.
Fragmentation et diversité génétique
En Tunisie, la roquette de mer subit les effets de la fragmentation liée à l’exploitation des dunes (urbanisation due à l’industrie du tourisme. Des chercheurs ont étudié l’évolution de la structure génétique de l’espèce entre 2000 et 2005 sur différents sites.
Sachant que la diversité génétique est étroitement liée à la possibilité pour les populations et donc les espèces de résister aux changement d’environnement (abiotique et/ou biotique). Utiliser l’ensemble des données et vos connaissances pour expliquer l’impact de la fragmentation sur l’évolution de la biodiversité.
La préservation de la biodiversité
Évolutions des politiques de conservation de la nature vers une vision plus intégrée et dynamique
Dans la lignée des premières réserves naturelles et parcs nationaux de la fin du XIXe siècle, les stratégies de conservation ont longtemps reposé sur le même principe : la protection d'espèces et d'habitats particuliers (ou « remarquables ») sur un site circonscrit dans l’espace. L’amélioration des connaissances scientifiques sur la dynamique des écosystèmes, couplée au constat de l’incapacité des aires protégées à enrayer le déclin de la biodiversité, a conduit à un changement majeur de paradigme dans les années 1990, au profit d’une approche intégrative et dynamique de la conservation, tenant compte à la fois des habitats et des flux entre ces habitats.
La biodiversité et son évolution
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LA BIODIVERSITE ET SON EVOLUTION
1. Des outils pour quantifier la biodiversité
2. Structure génétique d'une population
3. L'influence des activités humaines sur la biodiversité
C.GIBIER Camille Claudel (Troyes)
DES OUTILS POUR QUANTIFIER LA BIODIVERSITE
1. Pourquoi évaluer la biodiversité ?
2. Comment évaluer la biodiversité ?
Pourquoi évaluer la biodiversité ?
Des faits
Un but
Des actions
Des faits
On sait que les activités humaines ont un impact sur la diversité biologique. Il apparaît donc comme nécessaire d'identifier l'état de la biodiversité au fil du temps. Pour mieux comprendre son évolution, il faut la mesurer, l'évaluer. Grâce à une méthodologie scientifique et standardisée, les suivis de biodiversité permettent de donner des indicateurs qui pourront alors être mobilisés sur des questions scientifiques, sociétales ou politiques.
Des actions
o L'Union Internationale pour la Conservation de la Nature propose depuis plus de 50 ans un inventaire mondial des espèces animales et végétales et a ainsi créé une liste rouge des espèces menacées. Ces évaluations ont favorisé la mise en place de nombreuses mesures pour leur conservation. Depuis 2014, il est également possible de suivre l'état de santé des écosystèmes au niveau international. o Le Muséum National d'Histoire Naturelle a développé un suivi temporel des oiseaux communs qui a été retenu par l'Union européenne comme un des indicateurs de biodiversité. o L'Observatoire National de la Biodiversité développe divers indicateurs qui permettent de documenter dans son ensemble les orientations et objectifs de la Stratégie Nationale de la Biodiversité. Ces indicateurs permettent de “changer la perception des enjeux sur la crise de la biodiversité, en qualifier les causes et les conséquences à l'échelle nationale, suivre la prise en compte du problème par la société”.
Un but
Pour pouvoir orienter les décisions des politiques publiques, et pour mieux comprendre les interactions de l'homme avec l'environnement, ces indicateurs doivent être mis en relation avec les différentes pressions exercées sur cette biodiversité. Ils doivent répondre au modèle E- P- R développé par l'Organisation de Coopération et de Développement Économique (OCDE) :
- État : évalue les changements d'état de la diversité biologique
- Pression : évalue les pressions exercées par les activités humaines
- Réponse : évalue les effets des mesures prises pour la préservation de l'environnement
La complexité des écosystèmes implique d'utiliser plusieurs types d'indicateurs car ils sont souvent complémentaires.Comment évaluer la biodiversité ?
Le nombre d'espèce est incroyablement élevé. Nous n'avons pas encore découvert ni décrit l'ensemble des espèces. Pourtant nous sommes en mesure de faire des suivis de cette biodiversité. Il ne s'agit pas de compter l'ensemble des individus de chaque espèce de la Terre chaque année, car nous en serions incapables, mais d'échantillonner cette biodiversité pour en déduire les tendances. Ces échantillonnages prennent plusieurs formes. Il peut s'agir d'expéditions scientifiques, de relevés sur des stations biologiques ou de sciences participatives. Ces échantillonnages vont toujours être le résultat de compromis entre la précision de la mesure, le coût de celle-ci et l'ampleur de l'échantillonnage réalisé.
Analyser l'ADN
Observer directement
Capturer Marquer
Ecouter
Observer directement
Cette mesure est simple à réaliser mais elle ne permet pas de détecter les individus cachés.
5 chants d'oiseaux faciles à reconnaître
Ecouter
L'identification par le son est plus difficile que par la vue et l'échantillonnage sera donc de moins grande ampleur et seuls les êtres vivants qui émettront un son lors de l'échantillonnage seront détectés.
Analyser l'ADN
Les oiseaux, par exemple, sont très bien connus et très suivis. Mais il y a beaucoup d'autres espèces dont les populations doivent être évaluées. Le plancton par exemple est beaucoup plus difficile à observer. Il est dans un environnement peu accessible, sa diversité est très grande et pour son étude, il est de plus en plus nécessaire de faire appel au séquençage, c'est à dire à l'analyse de l'ADN. La fondation Tara Océan est connue pour ses expéditions dans ces milieux et a notamment étudié une diversité encore moins connue, celle des virus dans l'océan Arctique. Ces méthodes moléculaires utilisées conjointement aux méthodes classiques permettent d'avoir des informations complémentaires et d'améliorer nos suivis de la biodiversité. Les données collectées sont ensuite traitées et des outils de modélisation recoupant les informations de plusieurs sources permettent de faire une estimation de l'état de diversité à une échelle globale et d'étudier les pressions qui pèsent sur la biodiversité. Ces méthodes permettent la production de différents indicateurs écologiques très variés.
La méthode CMR
La méthode capture-marquage-recapture a été décrite et utilisée pour la première fois pour des études écologiques en 1896 par C.G. Johannes Petersen pour estimer les populations de plie, (poisson). Il y a quatre principes fondamentaux :
(Capture - Marquage - Recapture)
Lors d’une première capture, des individus capturés (M) sont marqués puis replacés dans la population d’origine constituée de N individus. En faisant ensuite un échantillonnage, on recapture un nombre C d’individus dont certains possèdent le marquage : ce sont les individus R. Si on suppose que la proportion d’individus marqués dans la population totale et dans la population recapturée est conservée, N peut être estimé à partir de M, C et R en utilisant la quatrième proportionnel :
N = (C x M) / R
Jouons ! En cliquant sur l'image vous allez être redirigé vers un "site virtuel" de Capture - Marquage - Recapture. Choisir le nombre de poissons que vous souhaitez capturer ou recapturer. Noter vos résultats pour estimer N.
Demandez-vous pourquoi la taille N calculée est une estimation et non une valeur exacte. Utiliser un tableur dans lequel vous allez saisir le nombre de poissons marqués, à chaque recapture, ce qui vous permettra au passage de visualiser la fluctuation d’échantillonnage qui est le fait que la proportion observée puisse varier d’un échantillon à l’autre.
ESTIMATION DE LA TAILLE D’UNE POPULATION DE MOUSTIQUES ANOPHELES GAMBIAE DANS UN VILLAGE DU BURKINA FASO, PAR LA TECHNIQUE DE CAPTURE-MARQUAGE-RECAPTURE.
Le moustique A. gambiae est le principal vecteur de la malaria au Burkina Faso. La connaissance de la taille des populations de moustiques est indispensable pour mettre en place des programmes de luttes. Les moustiques sont ici marqués par des poudres colorées. Calculer la taille N selon les saisons puis expliquer la variations observée.
Le coin des pros
INTERVALLE DE CONFIANCE DANS LA METHODE CMR
À partir d’un seul échantillon, l’effectif d’une population peut également être estimé à l’aide d’un intervalle de confiance. Une telle estimation est toujours assortie d’un niveau de confiance strictement inférieur à 100 % en raison de la fluctuation des échantillons. Pour un niveau de confiance donné, l’estimation est d’autant plus précise que la taille de l’échantillon est grande.
STRUCTURE GENETIQUE D'UNE POPULATION
- Fréquence allélique et fréquence génotypique
- Modèle de Hardy - Weinberg
- Forces évolutives
Fréquences alléliques et fréquences génotypiques
Prenons l'exemple d'une population de 10 individus dont on souhaite étudier la structure génétique. En prenant comme marqueur un gène A existant sous deux formes alléliques A1 et A2 alors trois génotypes sont possibles : A1//A1 A2//A2 A1//A2 (égal à A2//A1) On peut également déduire la fréquence des allèles de celles des génotypes : fA1 = fA1//A1 + 1/2fA1//A2
D'un point de vue de l'évolution, une population d'individus peut être considérée comme un "pool" de gènes et d'allèles, transmis de générations en générations, les individus n'étant alors que des porteurs transitoires de ces allèles. Dans le cas d'organismes diploïdes (dont les cellules contiennent des paires de chromosomes) la situation est plus complexe car chaque individu porte, pour chaque gène, deux allèles qui peuvent être identiques ou non. Pour décrire la structure génétique d'une population, il convient de distinguer :- les fréquences génotypiques, soit les fréquences de chaque génotype au sein de la population,
- les fréquences alléliques, c'est à dire les fréquences de chaque allèle au sein de la population.
A vous de jouer !
Dans cette population théorique, chaque individu est représenté par un rectangle vert. La paire de chromosomes portant les deux allèles du gène A est également représentée. Déterminer par l'observation la structure génétqiue de cette population
Le modèle mathématique de Hardy - Weinberg
Prenons les allèles A1 et A2 de l'étude précédente et nommons respectivement p et q leur fréqence. Pour connaître la fréquence des génotypes à la génération suivante on construit un échiquier de croisement où les fréquences génotypiques théoriques sont notées entre parenthèses.
Ce modèle permet d’étudier l’évolution des fréquences alléliques dans certaines conditions :
- Une population de très grande taille où chaque individu à la même probabilité de se reproduire avec un autre
- Une absence de mutation.
- Une absence de migration entre populations différentes et de sélection naturelle.
Dans ces conditions, le modèle de Hardy – Weinberg prédit que les fréquences alléliques et génotypiques ne changent pas au cours du temps.Ainsi, lorsqu'une population se trouve dans des conditions proche de ce modèle, il est possible de prédire que la fréquence des allèles ne variera pas au cours du temps : c'est l'équilibre de Hardy - Weinberg
A vous de jouer !
Ainsi pour un gène existant sous deux allèles A et a, les fréquences de chaque allèle peuvent être déduites de celles des génotypes par le calcul suivant :f(A) = fA//A + ½ fA//a = pf(a) = fa//a + ½ fA//a = qSelon le modèle théorique de Hardy – Weinberg la structure génétique reste constante au cours des générations. Ainsi, la fréquence des individus : De génotype (A//A) est égale à : f(A//A) = f(A) x f(A)= f(A)2 = p2 De génotype (a//a) est égale à : f(a//a) = f(a) x f(a)= f(a)2 = q2 De génotype (A//a) est égale à : f(A//a) = 2 f(A) x f(a) = 2pq. Et à chaque génération p2 + q2 + 2pq = 1
Une étude a été réalisée sur une population de daphnies dont l'effectif, considérable, n'a pas pu être estimé. L'objectif de cette étude était de déterminer si cette population était l'objet de forces évolutives. L'évolution de sa structure génétique a été suivie sur plusieurs mois, en prenant comme objet d'étude le gène d'une enzyme qui se décline en deux allèles S et F. Des échantillonnages ont été réalisés à différents moments et le génotype de chaque daphnie a été déterminé. Les fréquences génotypiques obtenues pour deux échantillonnage sont rassemblées dans le tableau. Calculer les fréquences de allèles S et F pour chaque échantillon de daphnies, puis vérifier si les fréquences des génotypes des daphnies sont conformes aux prédictions du modèle de Hardy-Weinberg.
En travaillant sur de véritables populations, il est possible de quantifier la fréquence réelle des différents génotypes présentes et de calculer la fréquence des allèles dans la population, on peut alors comparer avec ce que prédit le modèle de Hardy-Weinberg. Si le test de conformité permet de révéler que ces fréquences se modifient, alors il faut rechercher laquelle des conditions n’est pas respectée et quelle force évolutive est impliquée (mutation, sélection, dérive, migration)
Des forces évolutives à l'oeuvre
A l’aide du logiciel Géné’pop représenter graphiquement l’évolution de la fréquence de l’allèle A sur 100 générations en fonction des différents paramètres présentés ci-dessous. Vos résultats légendés et titrés sont à mettre en forme sur une feuille Word qui sera à rendre.
Le modèle de Hardy - Weinberg
La taille de la population
Les mutations
La sélection
Le modèle Hardy - Weinberg
Pour rappel dans ce modèle, la population est infinie, chaque individu se reproduit avec n’importe quel autre individu, il n’y a ni mutation ni sélection (la valeur sélective de chaque allèle est la même). Paramétrer le logiciel pour obtenir le résultat avec un couple d’allèle A et a où la fréquence initiale est de 0.5 pour l’allèle A.
Les mutations
Les mutations sont des modifications aléatoires de la séquence des nucléotides de l’ADN, qui peuvent être à l’origine de nouveaux allèles transmis à la génération suivante si ces mutations touchent les cellules sexuelles. Considérons une mutation qui transforme l’allèle A en allèle a et qui survient avec une probabilité de 1 %. Si initialement la fréquence de l’allèle A (fA) est de 1 à la génération suivante elle sera de 0,99 et celle de l’allèle a (fa) sera de 0,01. A la seconde génération Fa sera de 0,0199 (fa de la génération G1 + 1 % de fA de la génération G1) et celle de l’allèle A sera de 0,9801 % (1 – fa de la génération G2) ……… A la génération 100 fA sera de 0,366. Dans la réalité, les mutations sont bien plus rares, leur probabilité allant généralement de 0.01 à 0.001. Pour population infinie sans sélection, paramétrer le logiciel pour obtenir le résultat attendu avec un taux de mutation de 0.01 puis sur le même graphique réaliser la simulation avec un taux de mutation de 0.001.
La sélection
Dans la nature, la reproduction ne répond que rarement à des accouplements aléatoires. Il y a souvent sélection des partenaires par mi les différents caractères ayant une base génétique, liés à la capacité des individus à survivre et/ou se reproduire selon l’environnement. On parle de sélection sexuelle et de sélection naturelle. Un cas de sélection naturelle chez l’Homme : La drépanocytose est une anémie grave chronique déterminée par un allèle récessif HbS. L’allèle normal se nomme HbA. Ainsi, les individus HbS//HbS ont un faible potentiel de survie alors que les individus HbA//HbA et HbA// HbS ont un fort potentiel de survie. On dit que la valeur sélective de l’allèle HbS est faible (0,4) et celle de HbA est maximale (1). Néanmoins dans les régions où le paludisme est présent (maladie mortelle liée à un parasite transmis par des piqûres de moustiques) posséder l’allèle HbS confère un avantage. En effet les individus HbS//HbA résistent mieux au paludisme. Ainsi dans une telle région la valeur sélective de l’allèle HbS est plus forte. Les individus HbA//HbA sont défavorisés par le paludisme même s’ils disposent de moyens de protection, les individus HbS//HbS sont défavorisés par l’anémie et les individus HbA//HbS ont un fort potentiel de survie. Pour population infinie sans mutation, paramétrer le logiciel pour obtenir une comparaison de l’évolution de l’allèle HbA dans une région sans et avec paludisme. (On partira avec une fréquence de 0,5 de l’allèle)
La taille de la population
Lorsque la taille de la population est trop petite pour être considérée comme infinie alors la dérive génétique écarte la structure génétique de la population du modèle de Hardy – Weinberg. En effet, la reproduction sexuée opère « un tirage au sort » des allèles de chaque gène qui se retrouvent chez les enfants puisque chaque parent ne transmet qu’un seul de ses deux allèles. Si la population est réduite, il n’y a pas suffisamment de tirages au sort pour que les allèles aient la même fréquence de génération e génération. Un cas de dérive génétique chez l’Homme : La population de Saguenay-Lac-St-Jean (Québec) s’est formée vers 1838 à partir d’un faible nombre d’individu, à la recherche de terres nouvelles, venant de Charlevoix. Au début du XXe siècle les trois quarts des habitants de la région étaient leurs descendants. Aujourd’hui dans cette population la fréquence des porteurs sains (A//a) de l’allèle de l’ataxie spastique (à l’origine de de troubles de la motricité) est de 1/22 contre 1/5000 dans le monde. Pour une population sans mutation ni sélection, paramétrer le logiciel pour obtenir une comparaison de l’évolution de l’allèle a en fonction de la taille de la population colonisatrice de Saguenay-Lac-St-Jean. Pour chaque taille de population choisie, faire plusieurs simulations à la suite.
L'INFLUENCE DES ACTIVITES HUMAINES SUR LA BIODIVERSITE
- La fragmentation de l'habitat
- La préservation de la biodiversité
La fragmentation de l'habitat
Actuellement, 70% de la forêt mondiale se trouve à moins de 1Km de la lisière à cause de fragmentation. De nombreuses espèces d’animaux et de végétaux ne peuvent pas vivre à proximité de la lisière car les conditions de vie y sont différentes (insolation, vent, écarts thermiques …) c’est l’effet lisière.
Fragmentation et effectif de la population
Fragmentation et diversité génétique
Fragmentation et effectif de la population
il est possible de simuler l’effet de la fragmentation d’une forêt, suite à la construction d’une route, sur une espèce de crapaud incapable de vivre à moins de 50 m de la lisière. 1. Sachant que la densité de population ne peut pas excéder 400 individus adultes par Km², calculer l’effectif maximal initial. 2. Evaluer la surface habitable perdue pour le crapaud par la construction de la route. 3. Calculer l’effectif maximal de chaque population ainsi isolée. 4. Calculer l’impact de la construction d’une deuxième route au milieu de la forêt, perpendiculaire à la première, sur la surface habitable et l’effectif dans chaque fragment de forêt.
1. Sachant que la densité de population ne peut pas excéder 400 individus adultes par Km², calculer l’effectif maximal initial. 2. Evaluer la surface habitable perdue pour le crapaud par la construction de la route. 3. Calculer l’effectif maximal de chaque population ainsi isolée. 4. Calculer l’impact de la construction d’une deuxième route au milieu de la forêt, perpendiculaire à la première, sur la surface habitable et l’effectif dans chaque fragment de forêt.
Fragmentation et diversité génétique
En Tunisie, la roquette de mer subit les effets de la fragmentation liée à l’exploitation des dunes (urbanisation due à l’industrie du tourisme. Des chercheurs ont étudié l’évolution de la structure génétique de l’espèce entre 2000 et 2005 sur différents sites.
Sachant que la diversité génétique est étroitement liée à la possibilité pour les populations et donc les espèces de résister aux changement d’environnement (abiotique et/ou biotique). Utiliser l’ensemble des données et vos connaissances pour expliquer l’impact de la fragmentation sur l’évolution de la biodiversité.
La préservation de la biodiversité
Évolutions des politiques de conservation de la nature vers une vision plus intégrée et dynamique
Dans la lignée des premières réserves naturelles et parcs nationaux de la fin du XIXe siècle, les stratégies de conservation ont longtemps reposé sur le même principe : la protection d'espèces et d'habitats particuliers (ou « remarquables ») sur un site circonscrit dans l’espace. L’amélioration des connaissances scientifiques sur la dynamique des écosystèmes, couplée au constat de l’incapacité des aires protégées à enrayer le déclin de la biodiversité, a conduit à un changement majeur de paradigme dans les années 1990, au profit d’une approche intégrative et dynamique de la conservation, tenant compte à la fois des habitats et des flux entre ces habitats.