Évolution : les forces évolutives d’une population

Une population de 350 mufliers (plantes diploïdes) compte 126 RR, 161 Rr et 63 rr pour un gène de la couleur des fleurs. Calcule (fréquences au centième).

1. Nombre total d’allèles de ce gène dans la population :
   Chaque plante porte deux allèles : 2 × 350 = 700 allèles.
2. Nombre d’allèles R :
   Deux par homozygote RR, un par hétérozygote : 2 × 126 + 161 = 252 + 161 = 413.
3. f(R) =
   413 ÷ 700 = 0,59.
4. f(r), calculée en comptant les allèles r :
   2 × 63 + 161 = 287 ; 287 ÷ 700 = 0,41. Vérification : 0,59 + 0,41 = 1.

Chez 500 individus, un test génétique donne 230 AA, 220 Aa et 50 aa ; A est dominant. Calcule et compare.

1. Part des individus au phénotype dominant : %
   AA et Aa ont le même phénotype : (230 + 220) ÷ 500 = 0,90, soit 90 %.
2. Fréquence de l’allèle A :
   (2 × 230 + 220) ÷ 1 000 = 680 ÷ 1 000 = 0,68 : bien moins que 90 %, car un hétérozygote n’apporte qu’un allèle A.
3. Part des individus qui portent au moins un allèle a : %
   Porteurs de a : Aa et aa, (220 + 50) ÷ 500 = 0,54, soit 54 %.
4. Fréquence de l’allèle a :
   (2 × 50 + 220) ÷ 1 000 = 320 ÷ 1 000 = 0,32, et 0,68 + 0,32 = 1. Fréquence d’un allèle, d’un phénotype et des porteurs : trois nombres différents.

Un gène a trois allèles S1, S2, S3. Chez 80 trèfles : 6 S1S1, 16 S1S2, 12 S1S3, 14 S2S2, 20 S2S3, 12 S3S3.

1. f(S1) = ; f(S2) = ; f(S3) =
   Total : 160 allèles. S1 : 2 × 6 + 16 + 12 = 40, soit 0,25 ; S2 : 16 + 2 × 14 + 20 = 64, soit 0,40 ; S3 : 12 + 20 + 2 × 12 = 56, soit 0,35. Somme : 40 + 64 + 56 = 160 ✓.
2. Dix générations plus tard, on compte 48 allèles S1 sur 160 : f(S1) vaut alors
   48 ÷ 160 = 0,30 : la fréquence d’un allèle a changé, la population a évolué.
3. À la même génération, f(S3) = 0,38. Alors f(S2) vaut
   La somme des trois fréquences vaut 1 : f(S2) = 1 − 0,30 − 0,38 = 0,32 (elle a baissé de 0,08).

Complète avec le mot exact.

1. Une mutation n’est transmise à la descendance que si elle touche une cellule à l’origine des .
   Une mutation d’une cellule de la peau disparaît avec l’individu ; seule une mutation des cellules à l’origine des gamètes passe aux descendants.
2. Les mutations sont rares et : elles ne visent aucun besoin de l’organisme.
   Elles sont aléatoires : elles apparaissent au hasard, avant toute pression du milieu.
3. Un même allèle peut être favorable dans un milieu et dans un autre.
   L’effet d’un allèle dépend du milieu : résistance utile en zone traitée, défavorable ailleurs si elle a un coût.

Un nouvel allèle apparaît chez un seul individu. Calcule (écriture décimale).

1. Dans une population de 40 lézards, sa fréquence de départ est
   1 ÷ (2 × 40) = 1 ÷ 80 = 0,0125.
2. S’il est neutre, sa probabilité de finir par se répandre à toute la population est de %.
   Pour un allèle neutre, elle est égale à sa fréquence : 0,0125, soit 1,25 %.
3. Dans une population de 2 000 individus, sa fréquence de départ est
   1 ÷ 4 000 = 0,00025 : plus la population est grande, plus un nouvel allèle part de bas.
4. Un nouvel allèle a une fréquence de départ de 0,001 : la population compte individus.
   1 ÷ 2N = 0,001 donne 2N = 1 000 allèles, donc N = 500 individus, et non 1 000 : chaque individu porte deux allèles.

Une infection compte 3 × 10⁹ bactéries ; avant tout traitement, une sur 10⁷ porte une mutation de résistance à un antibiotique.

1. Nombre de bactéries résistantes avant le traitement :
   3 × 10⁹ ÷ 10⁷ = 3 × 10² = 300.
2. Le traitement tue toutes les sensibles ; les résistantes se divisent toutes les 30 min. Cinq heures plus tard, elles sont
   5 h = 10 périodes de 30 min : 300 × 2¹⁰ = 300 × 1 024 = 307 200 bactéries, toutes résistantes.
3. Dans une infection de 2 × 10⁶ bactéries seulement, le nombre moyen de résistantes avant le traitement est
   2 × 10⁶ ÷ 10⁷ = 0,2 : le plus souvent, aucune résistante n’est présente avant le traitement, qui guérit alors l’infection. Plus une population est grande, plus elle a de chances de contenir un mutant apparu avant la pression du milieu.

Un allèle neutre a une fréquence de 0,5 dans deux populations de 20 et de 2 000 individus. Complète.

1. Nombre d’allèles de ce gène dans la population de 20 individus :
   2 × 20 = 40 allèles, dont 20 de cet allèle.
2. À la génération suivante, le tirage des gamètes donne 27 allèles de ce type sur 40 : la fréquence devient
   27 ÷ 40 = 0,675 : un écart de 0,175 en une génération, par le seul hasard.
3. Dans la population de 2 000 individus, atteindre en une génération la fréquence trouvée ci-dessus demanderait de tirer allèles de ce type.
   2 × 2 000 = 4 000 allèles ; 4 000 × 0,675 = 2 700, soit 700 de plus que les 2 000 attendus : dans une grande population, le hasard ne produit presque jamais un tel écart.

Pour chaque résultat, écris : fixé, perdu ou maintenu (fréquence entre 0 et 1).

1. Après 30 générations, l’allèle n’est plus porté par aucun individu. →
   Fréquence 0 : l’allèle est perdu.
2. Après 50 générations, tous les individus sont homozygotes pour cet allèle. →
   Tous les allèles du gène sont cet allèle : fréquence 1, il est fixé.
3. Après 50 générations, 7 individus sur 25 sont hétérozygotes pour ce gène. →
   Des hétérozygotes portent cet allèle et un autre : sa fréquence est entre 0 et 1, il est maintenu.
4. Chaque allèle fixé ou perdu par la dérive diminue la génétique de la population.
   Un allèle perdu disparaît de la population ; quand un allèle est fixé, ce sont les autres allèles du gène qui disparaissent : la diversité génétique diminue.

Un logiciel simule 10 fois 40 générations pour un allèle neutre de fréquence 0,5 : 12 individus → f = 1 dans 4 simulations, f = 0 dans 3, entre 0,1 et 0,9 dans 3 ; 900 individus → entre 0,44 et 0,56 les 10 fois.

1. Avec 12 individus, la fréquence a atteint 0 ou 1 dans % des simulations.
   4 + 3 = 7 simulations sur 10, soit 70 %.
2. Avec 900 individus, dans la simulation qui finit à f = 0,56, la population porte allèles de ce type.
   2 × 900 = 1 800 allèles ; 1 800 × 0,56 = 1 008, soit 108 de plus que les 900 du départ en 40 générations : un écart faible.
3. Dix simulations aux mêmes réglages donnent des résultats différents, car le tirage des gamètes se fait au .
   Chaque simulation tire les gamètes au hasard : c’est le principe de la dérive génétique.

Dans une population d’oiseaux, 640 jeunes naissent ; faute de nourriture, 160 seulement deviennent adultes. Parmi ces adultes, 40 portent un caractère héréditaire favorable : ils élèvent 3 jeunes chacun, les autres 1 seul.

1. Part des jeunes qui meurent avant de se reproduire : %
   640 − 160 = 480 ; 480 ÷ 640 = 0,75, soit 75 % : les ressources sont limitées, tous ne survivent pas.
2. Part des porteurs du caractère parmi les adultes : %
   40 ÷ 160 = 0,25, soit 25 %.
3. Nombre de jeunes élevés par l’ensemble des adultes :
   Porteurs : 40 × 3 = 120 ; autres : 120 × 1 = 120 ; total 240.
4. Part des jeunes nés de porteurs (qui héritent du caractère) : %
   120 ÷ 240 = 0,5, soit 50 %, contre 25 % chez les parents : la descendance plus nombreuse des porteurs fait monter la fréquence du caractère.

Chez un papillon, 300 individus sur 1 000 ont des ailes sombres (caractère héréditaire), qui se réchauffent plus vite au soleil. Quand un papillon clair laisse 1 descendant, un sombre en laisse en moyenne 1,25 en montagne, où il fait froid, et 0,8 en plaine, où il fait chaud (données fictives).

1. En montagne, à la génération suivante, on compte papillons sombres pour 700 clairs.
   300 × 1,25 = 375 sombres ; 700 × 1 = 700 clairs.
2. Part des sombres en montagne à cette génération : % (arrondi à l’unité)
   375 ÷ (375 + 700) = 375 ÷ 1 075 ≈ 0,349, soit environ 35 %, contre 30 % au départ.
3. Part des sombres en plaine à cette génération : % (arrondi à l’unité)
   300 × 0,8 = 240 ; 240 ÷ (240 + 700) = 240 ÷ 940 ≈ 0,255, soit environ 26 % : le même caractère est favorisé en montagne et désavantagé en plaine.
4. Si le climat de la montagne se réchauffait durablement, la part des sombres devrait y .
   L’avantage des ailes sombres vient du froid : la pression de sélection change avec le milieu, la part des sombres devrait baisser.

Dans une pêcherie, les filets prennent surtout les grands poissons ; la taille à la première reproduction est en partie héréditaire. Longueur moyenne à la première reproduction (données fictives) : 71 cm en 1960, 49 cm en 2005.

1. Baisse de cette longueur entre 1960 et 2005 : % (arrondi à l’unité)
   71 − 49 = 22 cm ; 22 ÷ 71 ≈ 0,310, soit environ 31 %.
2. Un poisson qui ne se reproduit qu’à grande taille risque d’être pêché sans avoir laissé de .
   Pêché sans descendants, il ne transmet pas ses allèles ; ceux qui se reproduisent tôt les transmettent : la pêche est une pression de sélection.
3. Si cette baisse n’était due qu’à une nourriture moins abondante, aucune fréquence ne changerait.
   Une variation due au seul milieu ne modifie aucune fréquence allélique : ce n’est pas une évolution. D’où l’importance du caractère héréditaire.
4. Pour limiter ce phénomène, on peut imposer une taille de capture et relâcher les grands individus.
   Une taille maximale de capture protège les poissons qui se reproduisent grands : la pression de sélection en faveur d’une reproduction précoce diminue.

Écris la force évolutive en jeu : mutation, dérive, sélection ou migration.

1. Des grains de pollen apportés par le vent d’un champ voisin fécondent les fleurs d’une prairie. →
   Des gamètes venus d’une autre population s’y reproduisent : flux de gènes, donc migration.
2. Dans une petite colonie, cette année-là, la moitié des adultes ne trouvent pas de partenaire, par le hasard des rencontres et sans lien avec leurs allèles. →
   Qui se reproduit dépend du hasard, pas des allèles : les fréquences changent sans orientation, c’est la dérive.
3. Une erreur de copie de l’ADN dans une cellule à l’origine des gamètes crée un allèle inconnu dans l’espèce. →
   Un allèle nouveau naît d’une mutation.
4. Dans un lac très clair, les poissons argentés échappent mieux aux hérons et laissent plus de descendants. →
   Le prédateur favorise un phénotype héréditaire : sélection naturelle.

Une île compte 300 lézards, dont la fréquence de l’allèle b est 0,10. Arrivent 20 lézards du continent, où f(b) = 0,60.

1. Nombre d’allèles b sur l’île avant l’arrivée :
   2 × 300 = 600 allèles ; 600 × 0,10 = 60 allèles b.
2. Nombre d’allèles b apportés par les migrants :
   2 × 20 = 40 allèles ; 40 × 0,60 = 24 allèles b.
3. Fréquence de b sur l’île après l’arrivée : (au centième)
   (60 + 24) ÷ 640 = 84 ÷ 640 = 0,13125, soit environ 0,13 : la migration rapproche la fréquence de l’île (0,10) de celle du continent (0,60).

Raisonne sur l’isolement et l’espèce.

1. Deux populations d’un même criquet, séparées par un fleuve depuis 50 ans, se croisent en élevage et donnent des descendants fertiles : elles forment espèce(s).
   Descendance viable et fertile : une seule espèce. La séparation ne suffit pas, il faut une divergence jusqu’à l’isolement reproductif.
2. Chez une plante, un nouvel allèle décale la floraison de six semaines ; les plantes mutantes ne peuvent plus féconder les autres. Cet isolement est d’origine (et non géographique).
   L’isolement vient d’un allèle nouveau, donc d’une mutation, qui crée une incompatibilité : origine génétique.
3. Deux populations échangent chaque année quelques individus qui s’y reproduisent : leurs fréquences alléliques ont tendance à se .
   Le flux de gènes mélange les allèles des deux populations : leurs fréquences se rapprochent.

Calcule avec la frise et les dates du cours.

1. Entre la publication de Malthus et la lecture qu’en fait Darwin, il s’écoule ans.
   1838 − 1798 = 40 ans.
2. Mendel publie ses lois en 1866 ; elles sont redécouvertes en 1900, soit ans plus tard.
   1900 − 1866 = 34 ans pendant lesquels les lois de Mendel restent ignorées.
3. De la lecture des textes de Darwin et de Wallace (1858) à la théorie neutraliste de Kimura, ans.
   1968 − 1858 = 110 ans.

Nomme l’étape de la démarche : observation, hypothèse, prédiction, test ou conclusion.

1. « Si la vie en ville a sélectionné des papillons de nuit peu attirés par la lumière, alors des papillons issus de parents urbains, élevés comme les autres, doivent voler moins souvent vers une lampe. » →
   La forme « si…, alors on doit observer… » est celle d’une prédiction.
2. « Les papillons de parents urbains volent moins souvent vers la lampe que ceux de parents ruraux : l’explication par la sélection en ville est retenue. » →
   On confronte le résultat à la prédiction et on se prononce : c’est la conclusion.
3. « En ville, les papillons de nuit attirés par les lampadaires meurent davantage, ce qui favorise ceux qui y sont peu sensibles. » →
   C’est une explication proposée, encore à tester : une hypothèse.
4. « On élève au laboratoire des papillons de parents urbains et ruraux, puis on compte ceux qui volent vers une lampe. » →
   On réalise l’expérience qui confronte la prédiction au réel : le test.

Théorie neutraliste (Kimura, 1968). Dans une population de 1 000 individus, 40 mutations neutres nouvelles apparaissent à chaque génération, chacune chez un seul individu.

1. Fréquence de départ de chacune de ces mutations :
   1 ÷ (2 × 1 000) = 1 ÷ 2 000 = 0,0005.
2. Nombre moyen de ces 40 mutations qui finiront fixées par la dérive :
   Chacune a une probabilité de fixation égale à sa fréquence : 40 × 0,0005 = 0,02 mutation fixée par génération, soit une toutes les 50 générations.
3. Dans une population de 10 000 individus, il apparaît 400 mutations neutres par génération. Nombre moyen qui finiront fixées :
   400 × 1 ÷ 20 000 = 0,02 : dix fois plus de mutations, mais chacune dix fois moins de chances de se fixer. Le rythme de fixation des mutations neutres ne dépend pas de l’effectif : c’est l’une des prédictions de la théorie neutraliste.
4. Un résultat d’expérience contredit ce qu’annonçait une théorie : on doit cette théorie.
   Une théorie scientifique est révisable : un test qui la contredit oblige à la modifier.