Mécanismes évolutifs

Les mécanismes évolutifs

Les mécanismes évolutifs

Chez les Éléphants des savanes (Loxodonta africana), les défenses servent d’outil, d’arme de défense et d’attribut sexuel. Cette caractéristique est clairement un avantage sélectif pour cette espèce. Ainsi, seuls 2 à 6 % des femelles et encore moins des mâles – n’en ont jamais. Paradoxalement, dans le parc national d'Addo, en Afrique du Sud, 90 % de la population femelle n'en a pas !

Problème : comment expliquer que tant d’Éléphants des savanes naissent sans défense ?

Objectifs

Objectifs :

• Expliquer les mécanismes évolutifs à l'origine de ce paradoxe.
• Utilisation d'une modélisation

Consignes générales

Matériel disponible/nécessaire :

Ordinateur (logiciel Edu’modèles) Support de cours Réponses à faire sur feuilles

Consignes générales

10 min.

Les informations - démarche

1 - Lire les parties sur la sélection naturelle et la dérive et celle sur les éléphants sans défense.

Compétences, capacités travaillées et critères de réussite

Recenser, extraire, organiser des informations : avoir trouvé les informations pour comprendre les définitions et les caractéristiques des Éléphants des savanes et des individus sans défense et pour cela, extraire les informations des différents documents (carte, schéma, graphique, texte…)

Consignes générales

40 min.

Le modèle - démarche

2 - Utiliser les informations du diaporama et du modèle pour compléter le document distribué.

Compétences, capacités travaillées et critères de réussite

Pratiquer des démarches scientifiques : problème présenté, hypothèse formulée, mise en œuvre des protocoles, résultats donnés et interprétés et conclusion Communiquer dans un langage scientifiquement approprié : présentation correcte (propreté), avec un contenu précis (les définitions, les caractéristiques des Éléphants, les étapes de la démarche et notamment le raisonnement autour de l’utilisation du modèle...)

Sommaire

Modéliser la sélection naturelle et la dérive génétique

Les individus sans défense

La sélection naturelle et la dérive génétique

La sélection naturelle

Au XIXe siècle, Jean-Baptiste Lamarck propose la théorie du transformisme. Dans cette théorie, c'est l'environnement qui modifie les organismes, avant qu'ils ne soient transformés par les nouveaux besoins qui leur sont demandés, produisant ainsi de nouvelles espèces.

Dans cet exemple de la Girafe (Giraffa camelopardalis), il explique que le cou de cet animal s'est allongé petit à petit pour atteindre les hautes branches.

La sélection naturelle

Charles Darwin (1809 - 1882) reprit les idées de Lamarck mais les ajusta à ses propres observations et ses nouvelles hypothèses. Cela l'amena à émettre la théorie de la sélection naturelle selon laquelle des paramètres de l'environnement vont sélectionner les individus les plus aptes à survivre et à se reproduire, transmettant ainsi leurs caractéristiques à leur descendance.

Dans l'exemple de la Girafe, une population de départ présente des individus de tailles différentes. Ceux avec un cou légèrement plus grand sont sélectionnés : ils peuvent plus facilement se nourrir et se reproduire. Les autres individus meurent. Au fil des générations, le cou s'agrandit progressivement.

La dérive génétique

La dérive génétique est une modification aléatoire de la fréquence des allèles et des caractéristiques physiques dans une population. Elle est tout simplement l'effet du hasard. Le hasard fait que certains individus ont plus de descendants que d'autres, non pas en raison d'un avantage conféré par un caractère génétique, mais simplement parce que le mâle qui a le plus de descendants se trouvait au bon endroit au bon moment (quand la femelle réceptive est passée) ou parce que le mâle qui a le moins de descendants se trouvait au mauvais endroit au mauvais moment (mangé par un prédateur).

La dérive génétique

Plus la taille d'une population est faible, plus la dérive génétique est importante.

Les individus sans défense

Le phénotype sauvage de l’éléphant des savanes comporte des défenses. Chez les individus porteurs d’une mutation, la croissance des incisives est inhibée ce qui conduit à l’absence de défenses.

Eléphants sans défense

Les individus sans défense

Pendant de nombreuses années, sur une période allant de 1900 à 1989, la savane africaine a été victime de chasseurs et de braconniers qui tuaient les éléphants pour vendre l’ivoire de leurs défenses. Face au déclin des populations, des mesures ont été prises. Le parc Addo, situé en Afrique du Sud, illustre une mesure de protection très particulière. Il a été créé en 1931 afin de reconstituer une populations d’éléphants réduite à 11 individus (8 femelles et 3 mâles) à la suite d’une chasse intensive. Aujourd’hui, l’effectif du parc Addo atteint 400 individus et la fréquence des éléphants femelles sans défenses est de 90%.

Les individus sans défense

Modélisation avec Edu'modèles

Nous cherchons à répondre au problème suivant : comment expliquer cette augmentation du nombre d’éléphants sans défenses ? Les deux hypothèses pourraient être : Hypothèse n°1 : l’augmentation du nombre d’éléphants sans défenses est la conséquence du braconnage (sélection naturelle) Hypothèse n°2 : l’augmentation du nombre d’éléphants sans défenses est la conséquence du faible effectif des populations (dérive génétique) Pour tester les hypothèses, nous allons utiliser le modèle de type “multi-agents".

Description du modèle

Ce modèle comporte deux agents différents :

• des éléphants avec défenses (D)
• des éléphants sans défenses (S)

A droite la fenêtre de paramétrage pour les Elephants avec défenses : les éléphants ont 50% de probabilité de se déplacer à chaque tour, leur demie-vie est de 300 tours (tous les 300 tours, la moitié des éléphants meurt), leur mode de déplacement est aléatoire et au début de la modélisation, il y a 10 individus de ce type.

Description du modèle

Les agents vont être soumis à 3 règles énumérées ci-dessous. Les règles donnent des produits à la manière des réactions chimiques.

• D + D -> D + D + D + D
• S + S -> S + S + S + S
• S + D -> S + S + D + D

A droite, la fenêtre de la règle DxD La rencontre de deux individus entraînent systématiquement une reproduction dans laquelle deux petits sont produits (les allèles présents sont aussi fixés par les règles).

Description du modèle

L'environnement peut aussi être paramétré. Il est représenté sous la forme d’un damier de 20 x 20 cases. Un effectif maximal a été fixé à 22, afin d’éviter la surpopulation.

Modélisation avec Edu'modèles

Utilisation du modèle pour tester l’hypothèse de la sélection naturelle

Introduire un nouvel agent : le braconnier ET une nouvelle règle

Modélisation avec Edu'modèles

Utilisation du modèle pour tester l’hypothèse de la sélection naturelle

Appliquer les paramètres suivants et lancer la modélisation. Noter tous vos résultats de manière la plus judicieuse possible (graphique ?) en étant le plus précis possible. Il serait peut être pertinent de faire au moins deux tests différents pour tester l'hypothèse.

Modélisation avec Edu'modèles

Utilisation du modèle pour tester l’hypothèse de la dérive génétique

Retirer le braconnier. Changer la population de départ des deux agents. Changer aussi le nombre maximal d'agents à l'écran en cliquant sur l'engrenage en haut à droite. Faire plusieurs tests (au 5) à chaque changement de paramètres.

Modélisation avec Edu'modèles

Utilisation du modèle pour tester l’hypothèse de la dérive génétique

N'hésitez pas à donner des valeurs très variables aux différents paramètres pour voir les conséquences. Vous pouvez aussi augmenter la taille du damier pour augmenter le nombre maximal d'agents. Noter tous vos résultats de manière la plus judicieuse possible (graphique ?) en étant le plus précis possible.

Le graphique à droite permet de suivre la quantité d'Eléphants sans défense en haut au cours du temps et la taille de la population en bas.