À propos de cette page
Ce cours de svt (2nde) en seconde sur « La biodiversité et son évolution » suit le programme officiel de svt (2nde) de seconde. Il présente les définitions, les propriétés et les méthodes essentielles, accompagnées d'exemples résolus pour bien comprendre. Au programme : Définition et niveaux de la biodiversité, Mesurer la biodiversité : richesse spécifique et indices, L'évolution de la biodiversité au fil du temps, Les mécanismes de l'évolution : mutations et sélection naturelle. Chaque notion est expliquée pas à pas, puis mise en pratique grâce à des exercices interactifs, un QCM et une évaluation corrigée. Idéal pour réviser à son rythme, combler ses lacunes et progresser, en autonomie ou avec un professeur. Cours rédigé par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de seconde à réussir en svt (2nde).
Au programme
1 · Définition et niveaux de la biodiversité
2 · Mesurer la biodiversité : richesse spécifique et indices
3 · L'évolution de la biodiversité au fil du temps
4 · Les mécanismes de l'évolution : mutations et sélection naturelle
5 · La dérive génétique
6 · La spéciation et l'origine des espèces
7 · Parentés et phylogénie
8 · L'érosion actuelle de la biodiversité
1Définition et niveaux de la biodiversité
La biodiversité (contraction de « biological diversity ») désigne l'ensemble de la diversité du vivant sur Terre. Elle s'organise en trois niveaux imbriqués :
Définition. La biodiversité s'exprime à trois échelles :
- Diversité des écosystèmes : variété des milieux (forêt, prairie, récif corallien, lac…) et des interactions entre organismes et environnement.
- Diversité des espèces (diversité spécifique) : nombre et variété des espèces dans un milieu donné. On distingue la richesse spécifique (nombre d'espèces) et l'abondance relative de chaque espèce.
- Diversité génétique (diversité intraspécifique) : variabilité des allèles au sein d'une même espèce. Elle est la matière première de l'évolution.
Ces trois niveaux sont interdépendants : une perte de diversité génétique fragilise les espèces, ce qui peut déstabiliser des écosystèmes entiers.
Astuce. Retiens l'acronyme E-S-G : Écosystèmes → Espèces → Gènes. Chaque niveau est contenu dans le précédent.
2Mesurer la biodiversité : richesse spécifique et indices
Quantifier la biodiversité permet de suivre son évolution et d'alerter sur son érosion. Plusieurs outils existent :
| Mesure | Définition | Exemple |
|---|
| Richesse spécifique (S) | Nombre total d'espèces dans un milieu | Une forêt tropicale peut abriter S > 10 000 espèces végétales |
| Abondance relative | Proportion de chaque espèce dans la communauté | Espèce dominante vs. espèce rare |
| Indice de Shannon (H') | Combine richesse et équitabilité | $H' = -\sum_{i=1}^{S} p_i \ln(p_i)$ où $p_i$ est la fréquence relative de l'espèce $i$ |
Exemple. Dans une prairie, on recense : 40 marguerites, 30 trèfles, 20 coquelicots et 10 bleuets. La richesse spécifique est S = 4. L'équitabilité est faible car les marguerites dominent largement.
L'inventaire de la biodiversité s'appuie sur des techniques modernes comme le barcoding ADN (identification d'espèces à partir d'une courte séquence d'ADN) et l'ADN environnemental (eDNA), qui permettent de détecter des espèces sans les capturer.
Attention ! Un milieu avec beaucoup d'espèces (richesse élevée) n'est pas forcément équilibré : si une seule espèce domine à 99 %, l'indice de Shannon reste bas, car la diversité réelle est faible.
3L'évolution de la biodiversité au fil du temps
La biodiversité n'est pas figée : elle a considérablement varié au cours des 4 milliards d'années d'histoire de la vie sur Terre. L'analyse des fossiles permet de retracer cette histoire.
On observe de grandes extinctions de masse (au moins 5 au cours du Phanérozoïque) suivies de radiations adaptatives (diversification rapide d'un groupe à partir d'un ancêtre commun).
Définition.- Radiation adaptative : diversification rapide d'un groupe dans de nombreuses niches écologiques à partir d'un ancêtre commun (ex : Darwin's finches aux Galápagos).
- Extinction de masse : disparition d'au moins 75 % des espèces en un temps géologiquement court.
La plus grande extinction est celle du Permien-Trias (−252 Ma) : environ 96 % des espèces marines et 70 % des espèces terrestres disparaissent. La plus connue est celle du Crétacé-Paléogène (−66 Ma) qui emporte les dinosaures non-aviens.
4Les mécanismes de l'évolution : mutations et sélection naturelle
L'évolution des espèces repose sur plusieurs mécanismes. Les deux principaux sont les mutations et la sélection naturelle.
Définition.- Mutation : modification aléatoire et aléatoire de la séquence d'ADN. Source principale de la diversité génétique. Elle peut être neutre, délétère ou avantageuse.
- Sélection naturelle (Darwin, 1859) : mécanisme par lequel les individus portant des variants avantageux dans un environnement donné survivent mieux et se reproduisent davantage. Leurs allèles augmentent en fréquence dans la population.
La sélection naturelle agit sur le phénotype (caractères observables), mais ce sont les génotypes (allèles) qui sont transmis aux descendants. Trois conditions sont nécessaires :
- Variation : les individus diffèrent par leurs caractères.
- Héritabilité : les différences sont héréditaires.
- Différences de succès reproducteur : certains phénotypes se reproduisent davantage.
Exemple. La mélanique industrielle chez le papillon Biston betularia : la forme sombre était rare avant la révolution industrielle. Avec la pollution (troncs noircis), les oiseaux prédateurs repèrent moins les formes sombres → leur fréquence augmente. Après les lois anti-pollution (troncs redevenus clairs), la forme claire redevient dominante.
Astuce. La sélection naturelle ne crée pas de nouveaux allèles : elle sélectionne parmi les variations déjà existantes (créées par mutation).
5La dérive génétique
La dérive génétique est un mécanisme évolutif aléatoire : les fréquences alléliques changent d'une génération à l'autre à cause du hasard des reproductions, indépendamment de toute valeur sélective.
Définition. La dérive génétique est l'évolution aléatoire des fréquences alléliques dans une population, due à l'échantillonnage au hasard lors de la reproduction. Elle est d'autant plus forte que la population est petite.
Deux situations particulières amplifient la dérive :
| Effet | Description | Conséquence |
|---|
| Effet fondateur | Une petite population colonise un nouveau milieu | Perte d'allèles rares ; diversité génétique réduite |
| Goulot d'étranglement | Réduction drastique de la taille d'une population | Seuls quelques allèles subsistent ; risque d'extinction |
Exemple. Le guépard (Acinonyx jubatus) présente une très faible diversité génétique, signe d'un ou plusieurs goulots d'étranglement passés. Cette homogénéité le rend très vulnérable aux maladies.
Attention ! Contrairement à la sélection naturelle qui favorise les allèles avantageux, la dérive peut fixer des allèles neutres ou même légèrement délétères, simplement par hasard.
6La spéciation et l'origine des espèces
La spéciation est le processus par lequel une nouvelle espèce se forme. Elle résulte généralement de l'accumulation de différences génétiques entre deux populations séparées, jusqu'à ce qu'elles ne puissent plus se reproduire entre elles.
Définition.- Espèce biologique (concept de Mayr) : ensemble d'individus capables de se reproduire entre eux et de donner une descendance fertile, mais isolés reproductivement des autres espèces.
- Spéciation allopatrique : formation d'espèces après isolement géographique de deux populations (montagne, mer, désert…). Les deux populations évoluent séparément jusqu'à l'isolement reproducteur.
- Spéciation sympatrique : formation d'espèces sans isolement géographique (ex : polyploïdie chez les plantes).
Exemple. Les pinsons de Darwin aux Galápagos : un ancêtre commun d'Amérique du Sud a colonisé l'archipel. Chaque île offrant des ressources différentes, les populations ont évolué séparément → 14 espèces actuelles avec des becs adaptés à leur régime alimentaire (graines dures, insectes, nectar…).
La spéciation allopatrique est le mécanisme le plus fréquent. Elle nécessite :
- Un isolement géographique (barrière physique).
- Une divergence génétique (mutation + sélection + dérive).
- Un isolement reproducteur (les deux populations ne peuvent plus se croiser, même si la barrière disparaît).
7Parentés et phylogénie
La phylogénie est l'étude des relations de parenté entre les êtres vivants et de leur histoire évolutive. Elle est représentée par des arbres phylogénétiques.
Définition.- Arbre phylogénétique : schéma en forme d'arbre représentant les relations d'ascendance et de parenté entre espèces ou groupes.
- Nœud : ancêtre commun hypothétique entre deux branches.
- Synapomorphie : caractère dérivé partagé par plusieurs espèces, hérité d'un ancêtre commun. C'est le critère de regroupement.
- Groupe monophylétique (ou clade) : groupe comprenant un ancêtre et TOUS ses descendants.
On construit un arbre phylogénétique en comparant des caractères homologues (même origine évolutive, éventuellement différente fonction). Les données moléculaires (séquences d'ADN ou de protéines) sont aujourd'hui au cœur de la phylogénie.
Exemple. La baleine et la chauve-souris sont plus proches parentalement que la baleine et le requin, car elles partagent un ancêtre commun mammifère (4 membres, amniotes, poils, allaitement).
Attention ! Une ressemblance n'indique pas toujours une parenté proche. La nageoire du requin (poisson) et celle du dauphin (mammifère) sont des analogies (convergence évolutive), non des homologies.
8L'érosion actuelle de la biodiversité
Depuis le XXe siècle, la biodiversité s'érode à un rythme sans précédent. Les scientifiques parlent d'une 6e extinction de masse, causée cette fois par les activités humaines.
| Cause principale | Mécanisme | Exemple |
|---|
| Destruction des habitats | Déforestation, urbanisation, agriculture intensive | Forêt amazonienne : −17 % depuis 1970 |
| Surexploitation | Pêche, chasse, braconnage | Effondrement des stocks de thon rouge |
| Pollution | Pesticides, plastiques, engrais → eutrophisation | Déclin des insectes pollinisateurs |
| Espèces invasives | Compétition ou prédation sur espèces locales | Frelon asiatique en Europe |
| Changement climatique | Modification des niches écologiques, acidification des océans | Blanchissement des coraux |
Le taux d'extinction actuel est estimé à 100 à 1 000 fois supérieur au taux naturel de fond (background extinction rate). La Liste rouge de l'UICN recense les espèces menacées et évalue leur risque d'extinction selon plusieurs catégories (LC, NT, VU, EN, CR, EW, EX).
Astuce. Les catégories UICN à retenir : VU = Vulnérable, EN = En danger, CR = En danger critique d'extinction, EX = Éteint.
★À retenir
En bref :
• La biodiversité s'exprime à 3 niveaux : écosystèmes → espèces → gènes.
• On la mesure par la richesse spécifique et l'indice de Shannon.
• L'évolution repose sur : mutations (source de variation), sélection naturelle (non aléatoire, favorise les variants avantageux), dérive génétique (aléatoire, plus forte dans les petites populations).
• La spéciation allopatrique = isolement géographique → divergence → isolement reproducteur.
• La phylogénie regroupe les espèces par synapomorphies (caractères dérivés partagés).
• L'érosion actuelle est causée par l'homme (destruction d'habitats, pollution, espèces invasives, changement climatique).