ES TERMINALE | THÈME 3.1

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La biodiversité et son évolution

Mesurer, modéliser, protéger : comment la science suit le vivant dans le temps et l'espace.

FIL CONDUCTEUR

Échantillonnage → effectifs → Hardy-Weinberg → forces évolutives → Une seule santé → gestion.

THÈME 3.1 | POURQUOI

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Pourquoi cette séance ?

  • Programme : thème 3 « Une histoire du vivant » (3.1).
  • Enjeu : estimer la biodiversité et comprendre sa dynamique (naturelle et humaine).
  • Outils : proportions, fluctuation d'échantillonnage, probabilités, modèles.

THÈME 3.1 | MODE D'EMPLOI

À noter = dans le cahier

Comment suivre

À noter

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À faire

À vivre

Diaporama librement réutilisable (licence CC BY-NC-SA 4.0).

THÈME 3.1 | PLAN

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Plan de la séance

  1. Mesurer la biodiversité (richesse, abondance)
  2. Estimer un effectif (CMR, intervalle de confiance)
  3. Hardy-Weinberg : stabilité génétique théorique
  4. Écarts au modèle : forces évolutives
  5. Humains : Une seule santé, fragmentation, gestion

I | BIODIVERSITÉ

À noter

1Un grand nombre d'espèces…

IDÉE CLÉ

Il existe sur Terre un grand nombre d'espèces. Les scientifiques estiment qu'une part importante de la biodiversité reste à découvrir.

Échelles : locale (parc, lycée) → régionale → planétaire ; du présent aux archives fossiles / génétiques.

I | COMPOSANTES

À noter

Richesse et abondance

RICHESSE SPÉCIFIQUE

Nombre d'espèces (ou de taxons) dans un écosystème / un échantillon.

ABONDANCE

Nombre d'individus d'une population, d'une espèce ou d'un taxon plus vaste.

On estime ces grandeurs par échantillonnage (sortie de terrain, inventaires, métagénomique…).

I | SCHÉMA

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De l'écosystème à l'échantillon

Écosystème population totale Échantillon mesures partielles Estimation effectif, richesse… (+ incertitude)

I | MÉTAGÉNOMIQUE

À noter

Au-delà du filet et de la loupe

MÉTAGÉNOMIQUE

Analyse de l'ADN / ARN présent dans un échantillon (sol, eau, intestin…) pour inventorier des organismes souvent invisibles à l'œil nu (microbiote, microbes environnementaux).

Complète les inventaires naturalistes historiques.

II | CMR

À noter

2Capture-marquage-recapture

Hypothèse : la proportion d'individus marqués est la même dans la recapture et dans toute la population.

QUATRIÈME PROPORTIONNELLE

\( \dfrac{M}{N} = \dfrac{R}{C} \quad\Rightarrow\quad N = \dfrac{M \times C}{R} \)

\( M \) : marqués ; \( C \) : taille de la 2e capture ; \( R \) : marqués parmi \( C \) ; \( N \) : effectif estimé.

II | SCHÉMA CMR

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Trois temps

1. Capture marquer M individus puis relâcher 2. Mélange dans la population N 3. Recapture C individus, dont R marqués

II | ACTIVITÉ CMR

À faire

Calculer \( N \) (4 min)

DONNÉES

On marque \( M = 40 \) papillons. Plus tard : \( C = 50 \) capturés, dont \( R = 10 \) marqués. Estimez \( N \).

CORRECTION

\( N = (40 \times 50)/10 = 200 \) individus (ordre de grandeur).

II | FLUCTUATION

À noter

Pourquoi \( N \) varie d'une expérience à l'autre

  • Chaque recapture est un échantillon aléatoire.
  • Sur tableur : simuler plusieurs séries de recaptures, moyenner, visualiser la fluctuation.
  • Plus l'échantillon est grand, plus l'estimation tend à se stabiliser (loi des grands nombres, intuition).

II | INTERVALLE

À noter

Intervalle de confiance (idée)

PRINCIPE

À partir d'un seul échantillon, on estime un paramètre (ex. proportion) par un intervalle associé à un niveau de confiance (souvent 95 %). Ce niveau est strictement inférieur à 100 % à cause de la fluctuation.

Pour un niveau donné : échantillon plus grand → estimation plus précise (intervalle plus étroit).

II | ACTIVITÉ IC

À faire

Lire une formule d'IC (3 min)

FORMULE FOURNIE (95 %)

\( \left[ f - \dfrac{1}{\sqrt{n}}\,;\; f + \dfrac{1}{\sqrt{n}} \right] \) (exemple de forme vue en maths)

Sur \( n = 100 \) individus, \( f = 0{,}40 \) d'une espèce A. Calculez l'intervalle. Que change \( n = 400 \) ?

CORRECTION

\( 1/\sqrt{100}=0{,}1 \) → \( [0{,}30\,;\,0{,}50] \). Pour \( n=400 \) : \( 1/\sqrt{400}=0{,}05 \) → intervalle deux fois plus étroit.

III | GÉNÉTIQUE

À noter

3La composition génétique change

FAIT

La composition génétique des populations d'une espèce change de génération en génération (sauf dans un cas théorique idéal).

Le modèle de Hardy-Weinberg décrit ce cas idéal avec la théorie des probabilités.

III | MODÈLE HW

À noter

Équilibre de Hardy-Weinberg

DEUX ALLÈLES \( A \) ET \( a \)

\( p + q = 1 \qquad p^{2} + 2pq + q^{2} = 1 \)

  • \( p \) : fréquence de \( A \) ; \( q \) : fréquence de \( a \).
  • Génotypes : \( AA \) (\( p^{2} \)), \( Aa \) (\( 2pq \)), \( aa \) (\( q^{2} \)).
  • Sous conditions idéales : structure stable dès la 2e génération.

III | CONDITIONS

À noter

Conditions du modèle (idéal)

NÉCESSAIRES

  • Grand effectif
  • Pas de migration
  • Pas de mutation
  • Pas de sélection
  • Pas de dérive (liée à l'effectif)

EN NATURE

Ces conditions sont rarement toutes réunies : les écarts au modèle révèlent les forces évolutives réelles.

III | SCHÉMA

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Transmission (idée)

Sous Hardy-Weinberg, les allèles se combinent au hasard : les fréquences de génotypes se déduisent de \( p \) et \( q \), puis les fréquences d'allèles ne bougent plus.

Génération n allèles : p et q rencontres au hasard Génotypes p², 2pq, q² Génération n+1 mêmes p et q (équilibre)

1. FRÉQUENCES D'ALLÈLES

Dans la population : proportion \( p \) d'allèles \( A \), \( q \) d'allèles \( a \) (\( p+q=1 \)).

2. GÉNOTYPES

Probabilités : \( AA = p^{2} \), \( Aa = 2pq \), \( aa = q^{2} \). Somme = 1.

3. STABILITÉ

Si les conditions HW sont remplies, \( p \) et \( q \) sont identiques à la génération suivante : équilibre.

III | ACTIVITÉ

À faire

Calculer les génotypes (4 min)

DONNÉES

\( p = 0{,}7 \) (allèle \( A \)), \( q = 0{,}3 \) (allèle \( a \)). Sous HW, calculez \( p^{2} \), \( 2pq \), \( q^{2} \). Vérifiez la somme.

CORRECTION

\( p^{2}=0{,}49 \) ; \( 2pq=0{,}42 \) ; \( q^{2}=0{,}09 \) ; somme \( = 1 \). Fréquences alléliques inchangées à la génération suivante.

IV | ÉVOLUTION

À noter

4Écarts au modèle = évolution

Les écarts entre fréquences observées et prédictions HW s'expliquent notamment par :

MUTATION

Apparition de nouveaux allèles.

SÉLECTION

Avantage / désavantage reproductif.

DÉRIVE

Hasard, fort si effectif faible.

MIGRATION

Flux de gènes entre populations.

IV | ACTIVITÉ

À faire

Quel mécanisme ? (3 min)

  1. Une population isolée de 20 individus : un allèle disparaît en quelques générations.
  2. Un pesticide favorise les insectes résistants.
  3. Des oiseaux apportent des allèles d'une autre région.
  4. Une erreur de copie de l'ADN crée un nouvel allèle.

CORRECTION

1 dérive ; 2 sélection ; 3 migration ; 4 mutation.

IV | SIMULATION

À vivre

Piste numérique

  • Tableur ou programme Python : constater la stabilité HW à partir de la 2e génération.
  • Logiciel de simulation : faire varier l'effectif, observer la dérive.
  • Comparer fréquences observées (données fournies) et fréquences HW.

V | SOCIÉTÉ

À noter

5Activités humaines et biodiversité

ENJEU

Les activités humaines modifient la biodiversité et ses composantes, dont la variation d'abondance (déclin d'espèces, invasions, etc.).

V | UNE SEULE SANTÉ

À noter

« Une seule santé » (One Health)

Santé humaine Santé animale Santé des écosystèmes trois composantes indissociables

V | EXEMPLE

À faire

Relier santé et écosystème (3 min)

PISTE

Choisissez un exemple (déforestation et zoonoses, pollution et abeilles, antibiotiques en élevage…). En une phrase : lien humain / animal / environnement.

V | FRAGMENTATION

À noter

Fragmentation → diversité génétique

EFFET

Fragmenter une population en plusieurs sous-échantillons de plus faibles effectifs entraîne un appauvrissement de sa diversité génétique (dérive plus forte, isolement).

Modèle simple : quadrillage (surface disponible pour une espèce).

V | SCHÉMA

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Habitat continu vs fragmenté

Habitat continu grand effectif, flux de gènes Fragments : petits effectifs

V | GESTION

À noter

Connaître pour préserver

  • La connaissance et la gestion d'un écosystème permettent d'y préserver une biodiversité.
  • Exemples de leviers : corridors écologiques, aires protégées, listes d'espèces à protéger, gestion durable.
  • Critères : effectifs, connectivité, pressions humaines, suivi dans le temps.

V | ACTIVITÉ

À vivre

Autour du lycée (piste)

IDÉE DE PROJET

Proposer une action pour préserver ou augmenter la biodiversité dans l'enceinte du lycée (inventaire, nichoirs, réduction des pesticides, mare, haie…). Relier à un indicateur mesurable.

THÈME 3.1 | BILAN

À noter

À retenir

  1. Biodiversité : richesse + abondance ; beaucoup reste à découvrir
  2. Échantillonnage → estimation (CMR, IC) avec fluctuation
  3. Hardy-Weinberg : stabilité théorique si conditions idéales
  4. Écarts → mutation, sélection, dérive, migration
  5. Humains : Une seule santé, fragmentation, gestion durable

THÈME 3.1 | SUITE

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Prochaine séance (programme)

THÈME 3.2 | L'ÉVOLUTION COMME GRILLE DE LECTURE

Anatomie et histoire évolutive, sélection, pratiques médicales et agricoles, résistances… Diaporama : cours 10.

Séance précédente : cours 7 (thème 2.3).

Cours gratuit | Enseignement scientifique terminale | Lucas Tachen Migheli

Comment mesurer la biodiversité et comprendre l'évolution ?

Thème 3.1 | Publié le | Mis à jour le

Ce diaporama gratuit d'enseignement scientifique terminale (thème 3.1) montre comment estimer la biodiversité (richesse, abondance, échantillonnage, métagénomique), appliquer la capture-marquage-recapture et un intervalle de confiance, puis mobiliser Hardy-Weinberg et le concept Une seule santé face à la fragmentation des habitats.

Pensé pour la classe SVT / ES, avec schémas lisibles et activités. Auteur : Lucas Tachen Migheli (e-prof).

Retour au parcours d'enseignement scientifique terminale, séance précédente : cours 7, suite : cours 10, ou .

Questions fréquentes sur Biodiversité et évolution

À quoi sert la méthode de capture-marquage-recapture ?

À estimer l'effectif d'une population à partir d'échantillons, lorsque le recensement exhaustif est impossible.

Que dit le modèle de Hardy-Weinberg ?

Sous certaines hypothèses, les fréquences alléliques restent stables : c'est un modèle nul pour détecter des forces évolutives.

Que signifie Une seule santé ?

L'idée que santé humaine, animale et environnementale sont liées et doivent être pensées ensemble.