Mesurer la biodiversité
La Biodiversité
La biodiversité comprend la variété des formes de vie sur Terre, y compris les écosystèmes, les espèces et les gènes. Pour évaluer la biodiversité d'un lieu, les scientifiques prennent en compte la diversité spatiale et temporelle, ainsi que les interactions entre ces niveaux d'organisation. Ils pondèrent les éléments en fonction de leur rareté pour guider les efforts de conservation.
de perte des populations d'animaux sauvages de la planète
60%
L'exemple de l'expédition Tara
Cette expédition a eu pour objectif de caractériser la biodiversité planctonique (zoo et phyto). Durant cette expédition, les scientifiques ont utilisé plusieurs méthodes de capture des organismes. Ils ont utilisé : des filets immergés de la surface à 1000 mètres de profondeur pendant que le bateau avance, pour couvrir un grand volume d’eauDes pompes péristaltiques qui pompent l’eau en position statique entre 10 et 120 mètres de profondeurs ; eau qui sera par la suite filtrée avec des tamis de plus en plus petits pour séparer les organismes par tailleLa rosette CTD qui est un ensemble de 10 bouteilles s'ouvrant à différentes profondeurs pour collecter l’eau jusqu'à 2000 mètres Après avoir fait les prélèvements, les différents échantillons seront observés par des machines afin de déterminer les espèces présentes dans cet écosystème. Si l’observation s’avère difficile, une analyse ADN sera effectuée. Cela permettra de définir l’abondance relative (= nombre d'individus) de chaque espèce à des endroits précis. Pour illustrer, nous avons ci-dessous un graphique représentant l’abondance relative de chaque espèce de diatomées dans les différentes stations dans l’océan.
Diagramme _ Abondance relative de chaque espèce de diatomées
Expédition Tara Pacifique en vidéo
Modèle de Hardy-Weinberg
Godfrey HARDY (gauche) et Wilhem WEINBERG (droite), sont tous deux connus pour avoir formulé un principe fondamental en génétique des populations : le principe de Hardy-Weinberg.
+ infos
1908 : date de création de ce principe
La méthode de Capture-Marquage-Recapture (CMR)
Exemple d'application :
Soit f la fréquence des individus marqué pendant le prélèvement et n la taille de l’échantillon calculé précédemment Étape 1 : calculer f = nombre d’individus recapturés / pop totale
f =116/400 = 0,29 Étape 2 : calculer l’IC95% = (0;24 ; 0,34) Étape 3 : déduire l’encadrement de l’abondance : (800/100) x 0,24 = 192
(800/100) x 0,34 = 272 >>> [800 - 192 ; 800 + 272] = [608 ; 1072] Nous pouvons donc en conclure que le nombre total de manchots présents dans cette région se situe entre 608 et 1072.
Je capture une première fois 232 manchots que je marque.J’en recapture à présent 400, j’en retrouve 116 déjà marqués J’en déduis la taille de la population de manchots: (CxM) /R = (400 x 232 ) / 116 = 800
L’effectif total calculé n’est bien sûr qu’une estimation. Il faut quantifier l'incertitude en trouvant
ce qu’on appelle l’intervalle de confiance.
Démonstration mathématique du modèle d'Hardy-Weinberg
Le modèle de Hardy-Weinberg repose sur des équations mathématiques simples qui décrivent les fréquences alléliques et géniques dans une population en équilibre. Voici la démonstration mathématique des équations de Hardy-Weinberg : Supposons qu'un gène ait deux allèles, A et a, avec des fréquences alléliques p et q respectivement, où p + q = 1 (puisqu'ils représentent toutes les possibilités). Les fréquences géniques peuvent être exprimées comme suit :
- Fréquence de l'allèle A (p) : nb d'allèles A dans la pop / nb total d'allèles dans la pop
- Fréquence de l'allèle a (q) : nb d'allèles a dans la pop / nb total d'allèles dans la pop
Selon les lois de la génétique, les génotypes possibles dans une population sont AA, Aa et aa. Le carré de binôme peut être utilisé pour développer l'expression pour les fréquences génotypiques dans la génération suivante :
- Fréquence du génotype AA = p^2
- Fréquence du génotype Aa = 2pq
- Fréquence du génotype aa = q^2
Ces fréquences doivent également sommer à 1 puisqu'elles représentent toutes les possibilités génétiques.
- Donc, on a : p^2 + 2pq + q^2 = 1
Concrétisation par un exemple
Un équilibre pas toujours respecté dans la nature
Comme nous avons pu le voir précédemment, afin que le modèle d'Hardy-Weinberg soit vérifié, il faut que certaines conditions soient respectées. Or, dans la nature il existe différentes forces évolutives qui viennent bouleverser la composition génétique d'une population au fil du temps.
Mutations génétiques
Dérive génétique
Sélection naturelle
Migrations
La dérive génétique
Dérives génétiques : changements dans la composition génétique d'une population dus au hasard.
Exemple : Dans une petite population de fleurs sur une île, au départ, il y a 10 fleurs rouges et 10 fleurs blanches. Suite à une tempête qui emporte certaines fleurs, seules 5 fleurs rouges et 3 fleurs blanches survivent. La dérive génétique a entraîné une diminution aléatoire de la fréquence de l'allèle blanc dans la population.
Migrations
ou flux génétique
Migration : Se réfère au mouvement des individus ou des allèles d'une population à une autre. Elle peut augmenter la diversité génétique d'une population en introduisant de nouveaux allèles, ou la réduire en éliminant certains allèles.
Exemple : Quelques loups parviennent à migrer vers une autre chaîne de montagnes voisine. Ces loups rencontrent une autre population de loups avec des caractéristiques génétiques différentes. Lorsqu'ils se reproduisent avec ces loups, ils introduisent de nouveaux allèles augmentant ainsi la diversité génétique de la population globale de loups dans la région.
Conditions à respecter
Pour que le modèle d'Hardy-Weinberg soit vérifié, il faut que certaines conditions soient remplies: - Taille de population infinie => dérives génétiques négligeables - Absence de mutation - Absence de migration - Accouplement aléatoire - Absence de sélection naturelle. Lorsque ces conditions sont respectées alors on dit qu'une population est en "équilibre de Hardy-Weinberg".
Exemple concret
Population de papillons
Gène A pour ailes noires et gène a pour ailes blanches Dans une population donnée, supposons que la fréquence de l'allèle A (p) = 0,6 et la fréquence de l'allèle a (q)= 0,4. Cela signifie que dans cette population, 60% des allèles sont A et 40% sont a.Appliquons maintenant les équations de Hardy-Weinberg pour estimer les fréquences des génotypes dans cette population : Fréquence du génotype AA : p^2 = (0,6)^2 = 0,36 (soit 36%) Fréquence du génotype Aa : 2pq = 2 * 0,6 * 0,4 = 0,48 (soit 48%) Fréquence du génotype aa : q^2 = (0,4)^2 = 0,16 (soit 16%) Cela signifie que dans cette population, environ 36% des papillons auront les ailes noires (génotype AA), 48% auront des ailes noires, mais porteront le gène pour les ailes blanches (génotype Aa), et 16% auront des ailes blanches (génotype aa). Si les conditions de l'équilibre de Hardy-Weinberg sont respectées, ces fréquences resteront constantes d'une génération à l'autre, ce qui permet de prédire la distribution des génotypes dans la population.
La somme est égale à 1.
La richesse spécifique et l'exemple de l'expédition Tara
La richesse spécifique est une mesure de la biodiversité d’un écosystème. Elle désigne le nombre d’espèces dans un milieu donné. Pour la définir, les scientifiques ont recours à plusieurs méthodes d'échantillonnage basées sur l’observation, la capture ou l’analyse de l’ADN. Afin d'illustrer cette mesure de la biodiversité, nous allons prendre pour exemple l'expédition TARA OCÉANS qui a eu lieu dans le pacifique.
TARA
TARA Oceans
Identifier des individus
Pour identifier des individus, il existe deux méthodes : - l'échantillonnage - la fragmentation d'ADN. Lorque cette première méthode n'est pas assez précise la deuxième intervient ; on réalise un séquençage de l'ADN (=couper des séquences de nucléotides, ATGC). Enfin, on compare les séquençages relevés avec des bases de données internationales grâce à des logiciels spécialisés (ex: BLAST). Ce dernier, en repérant les ressemblances, est capable de définir de quel groupe/espèce le spécimen est issu.
Sélection naturelle
Sélection naturelle : Sélection des individus les mieux adaptés à leur environnement. Les variations génétiques qui confèrent un avantage sélectif augmentent leurs chances de survie et de reproduction, et sont donc transmises à la génération suivante à des fréquences plus élevées.
Exemple : Dans une population de lapins, ceux avec des poils épais survivent mieux dans un environnement froid et enneigé, car ils conservent mieux la chaleur corporelle. Au fil du temps, grâce à la sélection naturelle, la proportion de lapins avec des poils épais augmente dans la population.
Le modèle d'Hardy-Weinberg permet de prédire l’évolution des fréquences génétiques (= fréquences alléliques) dans une population stable sur plusieurs générations. Il part du principe que dans une population où certaines conditions sont remplies les fréquences des allèles et des génotypes resteront constantes d'une génération à l'autre.
Mutations génétiques
Mutations génétiques : changements aléatoires dans l'ADN qui peuvent créer de nouveaux allèles. Cela peut se produire spontanément ou être provoqué par des facteurs environnementaux tels que la radiation ou les produits chimiques.
Exemple : Une mutation rare du gène TYR peut provoquer l'albinisme chez les humains, où le corps ne fabrique aucun pigment de la peau, des cheveux et des yeux.
Évaluer la biodiversité
Différentes méthodes d'échantillonnage
Le terme échantillonner signifie collecter des données sur un petit groupe d'individus, d'espèces ou d'éléments pour en tirer des conclusions sur l'ensemble de la population ou de l'écosystème. Ainsi, l'étude de la biodiversité repose sur différentes méthodes d'échantillonnage basées sur l'observation, la capture ou l'analyse de l'ADN.
L'expédition TARA OCEANS (2009-2013) a mis en oeuvre ces différentes méthodes d'échantillonnage.
Migrations
ou flux génétique
Migrations : Se réfère au mouvement des individus ou des allèles d'une population à une autre. Elle peut augmenter la diversité génétique d'une population en introduisant de nouveaux allèles, ou la réduire en éliminant certains allèles.
Exemple : Quelques loups parviennent à migrer vers une autre chaîne de montagnes voisine. Ces loups rencontrent une autre population de loups avec des caractéristiques génétiques différentes. Lorsqu'ils se reproduisent ensemble, ils introduisent de nouveaux allèles, augmentant ainsi la diversité génétique de la population globale de loups dans la région.
L'abondance
L'abondance fait référence à la quantité d'un élément, d'une substance, ou d'une entité dans un contexte donné. Dans le domaine de la biologie et de l'écologie, l'abondance peut se référer à la quantité d'organismes d'une espèce particulière dans un habitat donné, ou à la quantité de biomasse présente dans un écosystème. Par exemple, l'abondance d'une espèce d'oiseau dans une forêt peut être mesurée par le nombre d'individus de cette espèce observés dans un certain laps de temps.
L'abondance peut être influencée par divers facteurs : - disponibilité des ressources - interactions entre les espèces - conditions environnementales - perturbations anthropiques. Une des stratégies permettant d'estimer l'effectif d'une population est la méthode CMR.
La méthode Capture-Marquage-Recapture (CMR)
>>>
Mutations génétiques
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Mesurer la biodiversité
La Biodiversité
La biodiversité comprend la variété des formes de vie sur Terre, y compris les écosystèmes, les espèces et les gènes. Pour évaluer la biodiversité d'un lieu, les scientifiques prennent en compte la diversité spatiale et temporelle, ainsi que les interactions entre ces niveaux d'organisation. Ils pondèrent les éléments en fonction de leur rareté pour guider les efforts de conservation.
de perte des populations d'animaux sauvages de la planète
60%
L'exemple de l'expédition Tara
Cette expédition a eu pour objectif de caractériser la biodiversité planctonique (zoo et phyto). Durant cette expédition, les scientifiques ont utilisé plusieurs méthodes de capture des organismes. Ils ont utilisé : des filets immergés de la surface à 1000 mètres de profondeur pendant que le bateau avance, pour couvrir un grand volume d’eauDes pompes péristaltiques qui pompent l’eau en position statique entre 10 et 120 mètres de profondeurs ; eau qui sera par la suite filtrée avec des tamis de plus en plus petits pour séparer les organismes par tailleLa rosette CTD qui est un ensemble de 10 bouteilles s'ouvrant à différentes profondeurs pour collecter l’eau jusqu'à 2000 mètres Après avoir fait les prélèvements, les différents échantillons seront observés par des machines afin de déterminer les espèces présentes dans cet écosystème. Si l’observation s’avère difficile, une analyse ADN sera effectuée. Cela permettra de définir l’abondance relative (= nombre d'individus) de chaque espèce à des endroits précis. Pour illustrer, nous avons ci-dessous un graphique représentant l’abondance relative de chaque espèce de diatomées dans les différentes stations dans l’océan.
Diagramme _ Abondance relative de chaque espèce de diatomées
Expédition Tara Pacifique en vidéo
Modèle de Hardy-Weinberg
Godfrey HARDY (gauche) et Wilhem WEINBERG (droite), sont tous deux connus pour avoir formulé un principe fondamental en génétique des populations : le principe de Hardy-Weinberg.
+ infos
1908 : date de création de ce principe
La méthode de Capture-Marquage-Recapture (CMR)
Exemple d'application :
Soit f la fréquence des individus marqué pendant le prélèvement et n la taille de l’échantillon calculé précédemment Étape 1 : calculer f = nombre d’individus recapturés / pop totale f =116/400 = 0,29 Étape 2 : calculer l’IC95% = (0;24 ; 0,34) Étape 3 : déduire l’encadrement de l’abondance : (800/100) x 0,24 = 192 (800/100) x 0,34 = 272 >>> [800 - 192 ; 800 + 272] = [608 ; 1072] Nous pouvons donc en conclure que le nombre total de manchots présents dans cette région se situe entre 608 et 1072.
Je capture une première fois 232 manchots que je marque.J’en recapture à présent 400, j’en retrouve 116 déjà marqués J’en déduis la taille de la population de manchots: (CxM) /R = (400 x 232 ) / 116 = 800
L’effectif total calculé n’est bien sûr qu’une estimation. Il faut quantifier l'incertitude en trouvant ce qu’on appelle l’intervalle de confiance.
Démonstration mathématique du modèle d'Hardy-Weinberg
Le modèle de Hardy-Weinberg repose sur des équations mathématiques simples qui décrivent les fréquences alléliques et géniques dans une population en équilibre. Voici la démonstration mathématique des équations de Hardy-Weinberg : Supposons qu'un gène ait deux allèles, A et a, avec des fréquences alléliques p et q respectivement, où p + q = 1 (puisqu'ils représentent toutes les possibilités). Les fréquences géniques peuvent être exprimées comme suit :
- Fréquence de l'allèle A (p) : nb d'allèles A dans la pop / nb total d'allèles dans la pop
- Fréquence de l'allèle a (q) : nb d'allèles a dans la pop / nb total d'allèles dans la pop
Selon les lois de la génétique, les génotypes possibles dans une population sont AA, Aa et aa. Le carré de binôme peut être utilisé pour développer l'expression pour les fréquences génotypiques dans la génération suivante :- Fréquence du génotype AA = p^2
- Fréquence du génotype Aa = 2pq
- Fréquence du génotype aa = q^2
Ces fréquences doivent également sommer à 1 puisqu'elles représentent toutes les possibilités génétiques.Concrétisation par un exemple
Un équilibre pas toujours respecté dans la nature
Comme nous avons pu le voir précédemment, afin que le modèle d'Hardy-Weinberg soit vérifié, il faut que certaines conditions soient respectées. Or, dans la nature il existe différentes forces évolutives qui viennent bouleverser la composition génétique d'une population au fil du temps.
Mutations génétiques
Dérive génétique
Sélection naturelle
Migrations
La dérive génétique
Dérives génétiques : changements dans la composition génétique d'une population dus au hasard.
Exemple : Dans une petite population de fleurs sur une île, au départ, il y a 10 fleurs rouges et 10 fleurs blanches. Suite à une tempête qui emporte certaines fleurs, seules 5 fleurs rouges et 3 fleurs blanches survivent. La dérive génétique a entraîné une diminution aléatoire de la fréquence de l'allèle blanc dans la population.
Migrations
ou flux génétique
Migration : Se réfère au mouvement des individus ou des allèles d'une population à une autre. Elle peut augmenter la diversité génétique d'une population en introduisant de nouveaux allèles, ou la réduire en éliminant certains allèles.
Exemple : Quelques loups parviennent à migrer vers une autre chaîne de montagnes voisine. Ces loups rencontrent une autre population de loups avec des caractéristiques génétiques différentes. Lorsqu'ils se reproduisent avec ces loups, ils introduisent de nouveaux allèles augmentant ainsi la diversité génétique de la population globale de loups dans la région.
Conditions à respecter
Pour que le modèle d'Hardy-Weinberg soit vérifié, il faut que certaines conditions soient remplies: - Taille de population infinie => dérives génétiques négligeables - Absence de mutation - Absence de migration - Accouplement aléatoire - Absence de sélection naturelle. Lorsque ces conditions sont respectées alors on dit qu'une population est en "équilibre de Hardy-Weinberg".
Exemple concret
Population de papillons
Gène A pour ailes noires et gène a pour ailes blanches Dans une population donnée, supposons que la fréquence de l'allèle A (p) = 0,6 et la fréquence de l'allèle a (q)= 0,4. Cela signifie que dans cette population, 60% des allèles sont A et 40% sont a.Appliquons maintenant les équations de Hardy-Weinberg pour estimer les fréquences des génotypes dans cette population : Fréquence du génotype AA : p^2 = (0,6)^2 = 0,36 (soit 36%) Fréquence du génotype Aa : 2pq = 2 * 0,6 * 0,4 = 0,48 (soit 48%) Fréquence du génotype aa : q^2 = (0,4)^2 = 0,16 (soit 16%) Cela signifie que dans cette population, environ 36% des papillons auront les ailes noires (génotype AA), 48% auront des ailes noires, mais porteront le gène pour les ailes blanches (génotype Aa), et 16% auront des ailes blanches (génotype aa). Si les conditions de l'équilibre de Hardy-Weinberg sont respectées, ces fréquences resteront constantes d'une génération à l'autre, ce qui permet de prédire la distribution des génotypes dans la population.
La somme est égale à 1.
La richesse spécifique et l'exemple de l'expédition Tara
La richesse spécifique est une mesure de la biodiversité d’un écosystème. Elle désigne le nombre d’espèces dans un milieu donné. Pour la définir, les scientifiques ont recours à plusieurs méthodes d'échantillonnage basées sur l’observation, la capture ou l’analyse de l’ADN. Afin d'illustrer cette mesure de la biodiversité, nous allons prendre pour exemple l'expédition TARA OCÉANS qui a eu lieu dans le pacifique.
TARA
TARA Oceans
Identifier des individus
Pour identifier des individus, il existe deux méthodes : - l'échantillonnage - la fragmentation d'ADN. Lorque cette première méthode n'est pas assez précise la deuxième intervient ; on réalise un séquençage de l'ADN (=couper des séquences de nucléotides, ATGC). Enfin, on compare les séquençages relevés avec des bases de données internationales grâce à des logiciels spécialisés (ex: BLAST). Ce dernier, en repérant les ressemblances, est capable de définir de quel groupe/espèce le spécimen est issu.
Sélection naturelle
Sélection naturelle : Sélection des individus les mieux adaptés à leur environnement. Les variations génétiques qui confèrent un avantage sélectif augmentent leurs chances de survie et de reproduction, et sont donc transmises à la génération suivante à des fréquences plus élevées.
Exemple : Dans une population de lapins, ceux avec des poils épais survivent mieux dans un environnement froid et enneigé, car ils conservent mieux la chaleur corporelle. Au fil du temps, grâce à la sélection naturelle, la proportion de lapins avec des poils épais augmente dans la population.
Le modèle d'Hardy-Weinberg permet de prédire l’évolution des fréquences génétiques (= fréquences alléliques) dans une population stable sur plusieurs générations. Il part du principe que dans une population où certaines conditions sont remplies les fréquences des allèles et des génotypes resteront constantes d'une génération à l'autre.
Mutations génétiques
Mutations génétiques : changements aléatoires dans l'ADN qui peuvent créer de nouveaux allèles. Cela peut se produire spontanément ou être provoqué par des facteurs environnementaux tels que la radiation ou les produits chimiques.
Exemple : Une mutation rare du gène TYR peut provoquer l'albinisme chez les humains, où le corps ne fabrique aucun pigment de la peau, des cheveux et des yeux.
Évaluer la biodiversité
Différentes méthodes d'échantillonnage
Le terme échantillonner signifie collecter des données sur un petit groupe d'individus, d'espèces ou d'éléments pour en tirer des conclusions sur l'ensemble de la population ou de l'écosystème. Ainsi, l'étude de la biodiversité repose sur différentes méthodes d'échantillonnage basées sur l'observation, la capture ou l'analyse de l'ADN.
L'expédition TARA OCEANS (2009-2013) a mis en oeuvre ces différentes méthodes d'échantillonnage.
Migrations
ou flux génétique
Migrations : Se réfère au mouvement des individus ou des allèles d'une population à une autre. Elle peut augmenter la diversité génétique d'une population en introduisant de nouveaux allèles, ou la réduire en éliminant certains allèles.
Exemple : Quelques loups parviennent à migrer vers une autre chaîne de montagnes voisine. Ces loups rencontrent une autre population de loups avec des caractéristiques génétiques différentes. Lorsqu'ils se reproduisent ensemble, ils introduisent de nouveaux allèles, augmentant ainsi la diversité génétique de la population globale de loups dans la région.
L'abondance
L'abondance fait référence à la quantité d'un élément, d'une substance, ou d'une entité dans un contexte donné. Dans le domaine de la biologie et de l'écologie, l'abondance peut se référer à la quantité d'organismes d'une espèce particulière dans un habitat donné, ou à la quantité de biomasse présente dans un écosystème. Par exemple, l'abondance d'une espèce d'oiseau dans une forêt peut être mesurée par le nombre d'individus de cette espèce observés dans un certain laps de temps.
L'abondance peut être influencée par divers facteurs : - disponibilité des ressources - interactions entre les espèces - conditions environnementales - perturbations anthropiques. Une des stratégies permettant d'estimer l'effectif d'une population est la méthode CMR.
La méthode Capture-Marquage-Recapture (CMR)
>>>
Mutations génétiques
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