Communication intra-spécifique et sélection sexuelle

a) L'émetteur est le grillon mâle. Le signal est sonore : c'est le chant, produit par le frottement des élytres l'une contre l'autre. Le récepteur est une femelle (ou un autre mâle) de la même espèce ; l'organe sensoriel est le tympan situé sur les pattes antérieures.

b) L'émetteur et le récepteur appartiennent tous deux à l'espèce grillon champêtre : l'échange d'informations a lieu au sein d'une même espèce, c'est donc une communication intra-spécifique.

c) Première fonction : attirer une partenaire, puisque la femelle se dirige vers le mâle ; le chant intervient dans la reproduction. Seconde fonction : signaler sa présence aux autres mâles, qui répondent par leur chant ; le chant intervient dans la compétition entre mâles et l'occupation de l'espace.

d) Le rythme du chant est propre à l'espèce. Une femelle d'une espèce voisine ne répond qu'au rythme caractéristique de sa propre espèce : le chant du grillon champêtre ne déclenche pas chez elle de comportement d'approche. Ce signal spécifique limite les accouplements entre espèces différentes : il contribue à l'isolement reproducteur.

a) La sélection intrasexuelle repose sur la compétition entre individus d'un même sexe pour l'accès aux partenaires. La sélection intersexuelle repose sur le choix du partenaire par les individus de l'autre sexe.

b) (1) Combat entre deux mâles : sélection intrasexuelle.
(2) La femelle compare plusieurs mâles et en choisit un : sélection intersexuelle.
(3) Préférence des femelles pour un caractère des mâles : sélection intersexuelle.
(4) Combat entre deux mâles : sélection intrasexuelle.
(5) La chauve-souris et la grenouille sont deux espèces différentes et il n'est pas question d'accès à un partenaire : c'est une relation de prédation, aucune des deux. Elle peut en revanche s'opposer à la sélection sexuelle en éliminant les mâles chanteurs.

c) (1) La taille des cornes et la force ; (2) la qualité de la tonnelle et de sa décoration ; (3) la longueur des plumes de la queue ; (4) la taille des mandibules.

a) Le signal est chimique : c'est une substance libérée dans le milieu par une ouvrière et perçue par les antennes d'autres ouvrières de la même espèce, qui modifie leur comportement. C'est une phéromone (ici, une phéromone de piste).

b) La seconde feuille est un témoin : elle ne diffère de la première que par l'absence de l'extrait de glande. Elle permet de vérifier que ce n'est ni le solvant ni le tracé lui-même qui attire les fourmis.

c) Les ouvrières suivent uniquement la courbe contenant l'extrait : la substance produite par la glande suffit à orienter le déplacement des ouvrières. Elle permet de recruter des congénères vers la nourriture : c'est une communication intra-spécifique qui coordonne l'activité du groupe.

d) La substance est volatile : elle s'évapore en peu de temps. Tant que la nourriture est abondante, les ouvrières qui en reviennent redéposent de la phéromone et la piste est entretenue. Quand la source est épuisée, plus aucune ouvrière ne renforce la trace : la piste s'estompe et le recrutement cesse.

a) Durée totale : 15 min.
Près du mâle à gorge vive : 9,4 ÷ 15 ≈ 0,627, soit 62,7 %.
Près du mâle à gorge pâle : 3,8 ÷ 15 ≈ 0,253, soit 25,3 %.
Zone centrale : 1,8 ÷ 15 = 0,12, soit 12 %. (Vérification : 62,7 + 25,3 + 12 = 100.)

b) La femelle pourrait préférer un côté de l'aquarium (lumière, reflets, position) indépendamment des mâles. En échangeant les mâles, on s'assure que la préférence observée suit le mâle et non le côté : la seule variable testée reste la couleur de la gorge.

c) Les femelles passent 9,4 ÷ 3,8 ≈ 2,5 fois plus de temps près du mâle à gorge vive. Les deux mâles ayant la même taille, ce qui les distingue est l'intensité de la couleur : les femelles préfèrent les mâles à gorge rouge vif. C'est une sélection intersexuelle fondée sur un signal visuel. Limite : le temps passé près d'un mâle n'est qu'un indicateur du choix, pas une mesure des accouplements réels.

d) L'expérience mesure seulement une préférence des femelles ; elle ne dit rien de la transmission de la couleur aux descendants. Pour savoir si ce caractère est héréditaire, il faudrait comparer la couleur des pères et celle de leurs fils élevés dans les mêmes conditions (la couleur peut aussi dépendre en partie de l'alimentation). Une préférence ne prouve pas l'hérédité du caractère préféré.

e) Les mâles à gorge vive, préférés, s'accouplent plus souvent et laissent plus de descendants. Si la couleur est héréditaire, leurs fils héritent des allèles responsables d'une gorge vive. À chaque génération, la fréquence de ces allèles augmente : la proportion de mâles à gorge vive s'accroît dans la population, tant qu'aucune autre pression de sélection (prédation, par exemple) ne s'y oppose.

a) Mâles sans accouplement : 25 ÷ 40 = 0,625, soit 62,5 % des mâles.
Un mâle dominant : 58 ÷ 4 = 14,5 % des accouplements en moyenne.
Un autre mâle reproducteur : 42 ÷ 11 ≈ 3,8 %.
Un dominant réalise donc environ 14,5 ÷ 3,8 ≈ 3,8 fois plus d'accouplements qu'un mâle non dominant qui se reproduit : le succès reproducteur des mâles est très inégal.

b) 1 900 ÷ 540 ≈ 3,5 : un mâle est en moyenne 3,5 fois plus lourd qu'une femelle. C'est un dimorphisme sexuel de taille.

c) Les mâles combattent entre eux pour contrôler les femelles : c'est une sélection intrasexuelle. Les mâles les plus massifs gagnent plus souvent, deviennent dominants et réalisent la majorité des accouplements. Si la masse dépend en partie d'allèles héréditaires, ces allèles sont transmis à de nombreux descendants et leur fréquence augmente au fil des générations : la masse moyenne des mâles est poussée vers le haut. Chez les femelles, qui se reproduisent presque toutes et dont le succès est limité à un petit par an, cette compétition n'existe pas : leur masse n'est pas favorisée de la même façon.

d) L'élève suppose que les caractères acquis au cours de la vie se transmettent. Or la musculature développée par les combats n'est pas inscrite dans les gamètes : seuls les allèles sont transmis. Formulation correcte : dans la population, les mâles diffèrent par leur masse, en partie pour des raisons génétiques ; les plus massifs, qui gagnent les combats, laissent plus de descendants, qui héritent de leurs allèles.

a) Absents en 2001, les mâles silencieux représentent 9 % des mâles en 2003, 48 % en 2005 et 91 % en 2007 : en six ans, ils sont devenus très majoritaires. L'augmentation est rapide et régulière.

b) Le chant est avantageux pour la reproduction : il attire les femelles, qui choisissent les mâles chanteurs. Il est désavantageux pour la survie : la mouche parasite localise les mâles grâce à lui, et les larves les tuent en une dizaine de jours.

c) La sélection sexuelle (choix des femelles) favorise les mâles chanteurs ; la sélection naturelle exercée par le parasite les élimine. Les deux pressions s'opposent. Sur l'île, le parasitisme est si fort que la plupart des chanteurs meurent vite ; les mâles silencieux échappent à la mouche, survivent plus longtemps et obtiennent malgré tout des accouplements en interceptant des femelles près des derniers chanteurs. Ils laissent donc plus de descendants, qui héritent de la mutation : la fréquence de l'allèle « ailes lisses » augmente à chaque génération.

d) Sans la mouche, le chant ne coûte plus la vie aux mâles, tandis que les femelles continuent de préférer les chanteurs. Les mâles silencieux, qui ne se reproduisent qu'avec une partie des femelles attirées par d'autres, auraient alors un succès reproducteur plus faible : leur proportion devrait diminuer au fil des générations. L'équilibre du compromis dépend du milieu.

a) La femelle produit un nombre limité de gamètes (environ 1 800 ovocytes par saison), chacun coûteux car riche en réserves ; elle ne se reproduit qu'une fois par saison. Le mâle produit des centaines de millions de spermatozoïdes, peu coûteux individuellement, et peut féconder plusieurs pontes. L'investissement par descendant est bien plus élevé chez la femelle.

b) Le nombre de descendants d'une femelle est limité par ses réserves, pas par le nombre de ses partenaires : un mauvais choix lui coûte une saison entière. Elle a donc intérêt à être sélective. Le nombre de descendants d'un mâle dépend surtout du nombre de femelles fécondées : les mâles rivalisent pour l'accès aux femelles. Les caractères qui augmentent cet accès (ornements, armes) sont donc favorisés chez les mâles.

c) Chez les phalaropes, c'est le mâle qui assure l'essentiel de l'investissement parental (couvaison, élevage) : c'est lui qui devient le sexe « limitant ». Une femelle peut pondre pour plusieurs mâles : son succès dépend du nombre de mâles obtenus. Comme prévu, ce sont alors les femelles qui rivalisent, paradent et portent les couleurs vives, et les mâles qui choisissent. Le sexe qui choisit n'est donc pas fixé par le fait d'être mâle ou femelle, mais par l'investissement dans chaque descendant : l'hypothèse est confirmée.

a) Les mâles du cours d'eau A, sans prédateur, portent en moyenne 11,6 taches ; ceux du cours d'eau B, avec prédateur, 7,2. Les mâles de A ont environ 11,6 ÷ 7,2 ≈ 1,6 fois plus de taches : ils sont plus colorés là où le prédateur est absent.

b) Dans les deux populations, une nette majorité des femelles (78 % et 74 %, bien au-dessus de 50 %) s'approche du mâle le plus tacheté : elles préfèrent les mâles colorés. Cette préférence est la même en A et en B. Elle constitue une sélection intersexuelle qui favorise les mâles très tachetés dans les deux cours d'eau ; elle ne peut donc pas expliquer à elle seule la différence entre A et B.

c) Les guppys introduits proviennent de B (7,2 taches). Après 14 générations sans prédateur, les mâles portent 10,9 taches, soit 3,7 taches de plus (+51 % environ) ; le nombre de taches étant largement héréditaire, il s'agit d'une évolution de la population sur plusieurs générations. Le bassin témoin est peuplé de la même manière et ne diffère que par la présence du prédateur ; la moyenne y reste voisine de 7. La seule variable qui change est le prédateur : l'expérience teste donc son rôle.

d) La dérive génétique modifie les fréquences des allèles au hasard, dans un sens imprévisible, et agit surtout dans les petites populations. Ici, la population de départ n'est pas très petite (200 individus) ; surtout, l'évolution se fait dans le sens prévu par la préférence des femelles, et elle rapproche les mâles de la valeur observée dans la nature en l'absence de prédateur (10,9 contre 11,6). Le témoin, lui, ne change pas. La dérive ne peut pas être exclue sur un seul bassin, mais elle est une explication peu probable : une sélection orientée rend mieux compte des résultats.

e) Dans les deux cours d'eau, les femelles préfèrent les mâles très tachetés : la sélection sexuelle favorise les allèles responsables d'une forte coloration. Mais les taches rendent les mâles plus visibles. En B, le prédateur qui chasse à vue élimine plus souvent les mâles colorés avant qu'ils se reproduisent : la sélection naturelle par la survie s'oppose à la sélection sexuelle, et le compromis s'établit sur des mâles moins colorés (7,2 taches). En A, sans prédateur, ce coût disparaît : la sélection sexuelle l'emporte et les mâles sont plus colorés (11,6 taches). L'expérience du document 3 confirme que la levée de la prédation suffit à augmenter la coloration en quelques générations. La coloration des mâles est un compromis entre sélection sexuelle et survie, dont l'équilibre dépend de la présence de prédateurs.

a) Les groupes R et A subissent une coupe et, pour A, un collage : la manipulation elle-même (capture, stress, colle) pourrait modifier le comportement du mâle ou l'attitude des femelles. Le groupe T2 subit la même manipulation sans changement de longueur : c'est le témoin adapté. Comparer R et A à T2 permet d'attribuer les différences à la seule longueur de la queue.

b) T1 (1,2) et T2 (1,0) donnent des valeurs proches : la manipulation a peu d'effet. Par rapport à T2 :
• groupe A : 2,3 ÷ 1,0 = 2,3 fois plus de nids ;
• groupe R : 1,0 ÷ 0,3 ≈ 3,3, soit environ 3 fois moins de nids.
Plus la queue est longue, plus les femelles installent de nids dans le territoire du mâle. Limite : 9 mâles par groupe, c'est un effectif modeste, mais l'écart entre R et A est très net.

c) Les femelles choisissent de s'installer chez les mâles à longue queue : la longueur de la queue est un critère de choix. Le fait que des mâles à queue artificiellement allongée, plus longue que toute queue naturelle, attirent encore davantage de femelles montre que la préférence porte sur la longueur elle-même. C'est une sélection intersexuelle.

d) Une très longue queue a un coût : dépense énergétique en vol multipliée par environ 1,4, envol gêné par la pluie, risque accru d'être capturé par les rapaces. Au-delà d'une certaine longueur, les accouplements supplémentaires ne compensent plus la baisse de survie : les mâles à queue démesurée laissent moins de descendants sur l'ensemble de leur vie. La longueur observée (environ 50 cm) est un compromis entre sélection sexuelle et survie.

e) Chez cette espèce, ce sont les femelles qui choisissent : aucune préférence ne s'exerce sur la longueur de leur queue. Une longue queue n'apporterait à une femelle que des coûts (énergie, prédation) sans avantage reproducteur ; la sélection naturelle maintient donc une queue courte. Le caractère n'est favorisé que chez le sexe soumis au choix, d'où le dimorphisme sexuel.

a) Les mâles P1 sont capturés à 71 % par le mélange 97 : 3, celui de leurs femelles, contre 3 % par le mélange 1 : 99. Les mâles P2 sont capturés à 66 % par le mélange 1 : 99, celui de leurs femelles, contre 2 % par le mélange 97 : 3. Le mélange 50 : 50 attire peu les deux populations (8 % et 5 %). Chaque type de mâle ne répond qu'au mélange émis par les femelles de sa population : ce n'est pas la présence des molécules Z et E qui compte, mais leurs proportions.

b) Pour s'accoupler, un mâle doit d'abord localiser une femelle grâce à sa phéromone. Un mâle P1 est attiré par les femelles P1 et presque pas par les femelles P2, et inversement. Dans la nature, les rencontres entre individus de P1 et de P2 sont donc rares : la spécificité du signal chimique crée un isolement reproducteur comportemental, alors même que les croisements sont possibles au laboratoire.

c) Les femelles hybrides émettent un mélange proche de 50 : 50, qui n'attire que 8 % des mâles P1 et 5 % des mâles P2 dans les tests. Elles attirent donc peu de partenaires : leur succès reproducteur est faible. Les rares hybrides transmettent peu d'allèles à la génération suivante : les échanges d'allèles entre P1 et P2 restent très limités.

d) P1 et P2 appartiennent encore à la même espèce puisqu'elles peuvent donner des descendants fertiles. Mais, les échanges d'allèles étant très réduits, chaque population évolue désormais de façon largement indépendante : mutations, sélection naturelle et dérive génétique y modifient différemment les fréquences des allèles. Au fil des générations, des différences peuvent s'accumuler jusqu'à rendre les croisements impossibles ou stériles. P1 et P2 seraient alors deux espèces distinctes : la communication intra-spécifique participe ainsi à la formation de nouvelles espèces.