Biodiversité : les échelles, de l’écosystème au gène

Écris l’échelle de la biodiversité concernée : « écosystèmes », « espèces » ou « gènes ».

1. Un parc national abrite une tourbière, une hêtraie et un lac d’altitude. →
   Trois milieux différents, chacun avec son biotope et sa biocénose : diversité des écosystèmes.
2. Dans une rivière, on recense la truite fario, le chabot, la loche franche et le vairon. →
   Quatre espèces distinctes dans un même milieu : diversité des espèces (richesse spécifique de 4 pour ces poissons).
3. Dans une population de primevères, certaines plantes n’ont que des fleurs à style long, d’autres que des fleurs à style court ; ce caractère est héréditaire. →
   Une seule espèce, des individus qui diffèrent par un caractère héréditaire : diversité génétique, échelle des gènes.
4. Le littoral de Camargue juxtapose des lagunes, des dunes et des prés salés. →
   Lagune, dune et pré salé sont trois milieux : échelle des écosystèmes.
5. On compare un même gène chez 20 cerfs élaphes d’une forêt : les séquences ne sont pas toutes identiques. →
   Des versions différentes d’un même gène au sein d’une espèce : des allèles, échelle des gènes.
6. Autour d’un étang, des naturalistes identifient 14 sortes de libellules qui ne se reproduisent pas entre elles. →
   Quatorze groupes non interféconds : quatorze espèces, échelle des espèces.

Un étang héberge des roseaux, des carpes, des hérons cendrés et des libellules ; son eau est peu profonde et son fond vaseux. Écris « biotope », « biocénose », « population » ou « écosystème ».

1. L’eau peu profonde, la vase du fond, la lumière et la température. →
   La partie non vivante, physique et chimique : le biotope.
2. L’ensemble des êtres vivants de l’étang. →
   Tous les êtres vivants du milieu : la biocénose.
3. Toutes les carpes de l’étang cette année. →
   Les individus d’une même espèce, au même endroit, au même moment : une population.
4. L’étang, ses êtres vivants et leurs interactions. →
   Biotope + biocénose en interaction : un écosystème.
5. Les roseaux, les carpes, les hérons et les libellules, sans les micro-organismes. Il manque une partie de la
   La biocénose comprend tous les êtres vivants, y compris les bactéries et les champignons microscopiques du fond.

Une région comptait 12 mares en 1990 ; il en reste 5 en 2020. Le sonneur à ventre jaune, un petit crapaud, vivait dans 9 de ces mares et n’en occupe plus que 2. Chacune des 9 populations portait un allèle rare d’un gène, présent dans cette seule mare (données fictives).

1. Pourcentage de mares disparues (au dixième) : %
   12 − 5 = 7 mares disparues ; 7 ÷ 12 ≈ 0,583, soit 58,3 %.
2. Pourcentage de populations de sonneurs disparues (au dixième) : %
   9 − 2 = 7 populations perdues ; 7 ÷ 9 ≈ 0,778, soit 77,8 %.
3. Nombre d’allèles rares perdus :
   Chaque population disparue emporte l’allèle qu’elle était seule à porter : 7 allèles perdus, il en reste 2.
4. La perte d’un écosystème fait aussi baisser la diversité des espèces et la diversité
   Les échelles sont emboîtées : moins de mares, moins de populations, donc moins d’allèles : la diversité génétique baisse aussi.

Écris « même espèce » ou « deux espèces », d’après le critère d’interfécondité.

1. Une variété de maïs à grains jaunes et une variété à grains violets donnent des grains qui germent en plants fertiles. →
   Descendance viable et fertile : même espèce, malgré des phénotypes très différents.
2. Les croisements de deux populations de truites donnent en élevage des alevins qui grandissent mais ne se reproduisent jamais. →
   Le descendant est viable mais pas fertile : deux espèces.
3. Deux populations de grenouilles séparées par une autoroute ont, en élevage, des têtards qui deviennent des adultes féconds. →
   Séparées n’est pas « différentes » : elles restent interfécondes, même espèce.
4. Deux moustiques identiques à l’œil nu ne donnent jamais aucune larve quand on les croise en élevage. →
   Aucune descendance : deux espèces, jumelles puisqu’elles se ressemblent.
5. Le critère d’interfécondité exige une descendance viable et
   Viable et fertile : un descendant stérile ne suffit pas.

Complète ces phrases sur les limites du critère d’interfécondité.

1. Chez un fossile, on ne peut pas observer la : on classe d’après les ressemblances.
   Un organisme mort depuis des millions d’années ne se reproduit plus : on utilise la forme et les structures anatomiques.
2. Une bactérie se divise en deux sans fécondation : sa reproduction est
   Reproduction asexuée : le critère d’interfécondité ne s’applique pas ; on compare la forme, le métabolisme et l’ADN.
3. Les espèces de bactéries sont alors délimitées par leurs ressemblances et surtout par la comparaison de leur
   On compare leur ADN (ainsi que leur forme et leur métabolisme) : l’espèce est un outil de description, qui s’adapte aux êtres vivants étudiés.

Des criquets de deux populations, A et B, sont croisés en élevage. Croisements A × A : 240 œufs, 204 éclosent ; 57 des 60 adultes testés ont des descendants. Croisements A × B : 240 œufs, 180 éclosent ; 3 des 60 adultes hybrides testés ont des descendants.

1. Pourcentage d’œufs éclos, A × A : %
   204 ÷ 240 = 0,85, soit 85 %.
2. Pourcentage d’œufs éclos, A × B : %
   180 ÷ 240 = 0,75, soit 75 % : la descendance hybride est viable, presque autant que la descendance A × A.
3. Pourcentage d’adultes fertiles, A × A : %
   57 ÷ 60 = 0,95, soit 95 %.
4. Pourcentage d’adultes hybrides fertiles : %
   3 ÷ 60 = 0,05, soit 5 %, contre 95 % pour A × A.
5. Descendance viable mais presque toujours stérile : A et B forment
   Le critère exige une descendance viable et fertile : avec 5 % d’hybrides fertiles, A et B sont considérées comme deux espèces, très proches. Les 5 % rappellent que la frontière n’est pas absolue : l’espèce est un concept.

Calcule (1 ha = 10 000 m²).

1. 5 quadrats de 0,25 m² : surface échantillonnée = m²
   5 × 0,25 = 1,25 m².
2. On y compte en tout 40 pieds d’oyat : densité = pieds par m²
   40 ÷ 1,25 = 32 pieds par m².
3. Pour une dune de 1 500 m², effectif estimé = pieds
   32 × 1 500 = 48 000 pieds environ (une estimation, pas un comptage).
4. 12 quadrats de 1 m² contiennent en tout 54 pieds de gentiane jaune : densité = pieds par m²
   12 × 1 = 12 m² ; 54 ÷ 12 = 4,5 pieds par m².
5. Avec cette densité, effectif d’un alpage de 3 200 m² : pieds
   4,5 × 3 200 = 14 400 pieds environ.
6. On compte 15 terriers de lapin sur une parcelle de 2,5 ha : densité = terriers par hectare
   15 ÷ 2,5 = 6 terriers par hectare.
7. Une dune de 7,2 ha mesure m²
   7,2 × 10 000 = 72 000 m².
8. À 6 terriers par hectare, un domaine de 40 ha en compterait environ
   6 × 40 = 240 terriers.

Des élèves ont compté les oiseaux pendant une heure, le même matin, le long d’une haie bocagère et sur une pelouse tondue de même surface.

1. Richesse spécifique de la haie : ; de la pelouse :
   On compte les espèces d’effectif non nul : haie 6 (merle, mésange, rouge-gorge, pinson, fauvette, troglodyte) ; pelouse 3 (merle, pie, étourneau).
2. Effectif total de la haie : ; de la pelouse :
   Haie : 14 + 9 + 7 + 11 + 5 + 4 = 50 ; pelouse : 8 + 13 + 29 = 50.
3. Abondance relative de l’espèce la plus abondante de la haie : %
   Le merle : 14 ÷ 50 = 0,28, soit 28 %.
4. Abondance relative de l’espèce la plus abondante de la pelouse : %
   L’étourneau : 29 ÷ 50 = 0,58, soit 58 % : plus d’un oiseau sur deux.
5. « Même nombre d’oiseaux, donc même biodiversité » : faux. À effectif égal, la haie compte fois plus d’espèces que la pelouse.
   6 ÷ 3 = 2. De plus, ses individus sont mieux répartis (aucune espèce ne dépasse 28 %), alors que la pelouse est dominée par une seule espèce.

Dans une prairie de 2 400 m², on place au hasard 8 quadrats de 0,5 m² et l’on compte les orchidées : 3 ; 0 ; 5 ; 2 ; 1 ; 4 ; 0 ; 3. On apprend ensuite que les orchidées poussent surtout près d’une source, dans une zone humide de 400 m².

1. Nombre total d’orchidées comptées :
   3 + 0 + 5 + 2 + 1 + 4 + 0 + 3 = 18.
2. Densité moyenne : orchidées par m²
   Surface échantillonnée : 8 × 0,5 = 4 m² ; 18 ÷ 4 = 4,5 orchidées par m².
3. Estimation pour toute la prairie : orchidées
   4,5 × 2 400 = 10 800 orchidées, si la densité est la même partout, ce qui est faux ici.
4. On refait l’échantillonnage par zones : 10 orchidées par m² dans la zone humide, 1,5 par m² dans le reste. Nouvelle estimation : orchidées
   Zone humide : 400 × 10 = 4 000 ; reste : (2 400 − 400) × 1,5 = 2 000 × 1,5 = 3 000 ; total 7 000.
5. La première méthode surestimait l’effectif de orchidées.
   10 800 − 7 000 = 3 800. Avec des orchidées groupées en taches, quelques quadrats tombés dans la zone humide gonflent la moyenne : on découpe le milieu en zones homogènes et l’on échantillonne chaque zone.

Calcule l’effectif estimé N = n₁ × n₂ ÷ m, ou la valeur demandée.

1. 48 crapauds marqués ; 55 capturés plus tard, dont 12 marqués. N =
   48 × 55 ÷ 12 = 2 640 ÷ 12 = 220 crapauds.
2. 36 hérissons marqués ; 45 capturés, dont 9 marqués. N =
   36 × 45 ÷ 9 = 1 620 ÷ 9 = 180 hérissons.
3. 125 gardons marqués ; 80 pêchés, dont 16 marqués. N =
   125 × 80 ÷ 16 = 10 000 ÷ 16 = 625 gardons.
4. 64 lézards verts marqués ; 70 capturés, dont 14 marqués. N =
   64 × 70 ÷ 14 = 4 480 ÷ 14 = 320 lézards.
5. Proportion de marqués chez les crapauds recapturés (au centième) : f =
   12 ÷ 55 ≈ 0,22 : environ 22 % des crapauds recapturés sont marqués.
6. Une population compte en réalité 400 mulots ; on en marque 50 puis on en capture 72. Nombre de marqués attendus parmi les 72 :
   Proportion de marqués dans la population : 50 ÷ 400 = 0,125 ; 72 × 0,125 = 9.
7. Si l’on ne retrouve que 6 marqués parmi les 72, l’estimation devient N =
   50 × 72 ÷ 6 = 3 600 ÷ 6 = 600 : moins de marqués retrouvés, effectif estimé plus grand.

Dans un vignoble, on capture et on marque 90 lézards des murailles. Dix jours plus tard, on capture 64 lézards, dont 16 sont marqués.

1. Effectif estimé : lézards
   90 × 64 ÷ 16 = 5 760 ÷ 16 = 360 lézards.
2. f = et 1 ÷ √n₂ =
   f = 16 ÷ 64 = 0,25 ; √64 = 8, donc 1 ÷ 8 = 0,125. Conditions : 64 ≥ 25 et 0,25 entre 0,2 et 0,8, elles sont remplies.
3. Intervalle de confiance de la proportion : [ ; ]
   [0,25 − 0,125 ; 0,25 + 0,125] = [0,125 ; 0,375].
4. Encadrement de l’effectif : entre et lézards
   Borne basse : 90 ÷ 0,375 = 240 ; borne haute : 90 ÷ 0,125 = 720 (confiance 95 %).
5. Pour obtenir un intervalle de la proportion deux fois plus étroit, il faudrait recapturer n₂ = lézards.
   Largeur = 2 ÷ √n₂ = 2 ÷ 8 = 0,25 ; pour une largeur de 0,125, il faut √n₂ = 16, soit n₂ = 256 : quatre fois plus de recaptures pour un intervalle deux fois plus étroit.

Pour chaque défaut du protocole, écris si l’effectif est « surestimé » ou « sous-estimé » par rapport à l’effectif réel.

1. Les marqués sont tous relâchés au bord de l’étang ; dès le lendemain, on recapture au centre, où ils ne sont pas encore arrivés. →
   Les marqués ne se sont pas encore mélangés aux autres : on en recapture trop peu, m trop petit, N surestimé. Il faut attendre leur mélange.
2. Effrayés par la première capture, les animaux marqués évitent ensuite les pièges. →
   On recapture trop peu de marqués : m trop petit, N surestimé.
3. Les animaux marqués reviennent volontiers aux pièges appâtés, où ils ont trouvé de la nourriture. →
   On recapture trop de marqués : m trop grand, N sous-estimé.
4. La seconde capture a lieu le lendemain, à l’endroit même où les marqués ont été relâchés, sans qu’ils aient pu se disperser. →
   Les marqués sont concentrés là où l’on pêche : m trop grand, N sous-estimé. Il faut attendre leur mélange.
5. La marque rend les individus plus visibles pour leurs prédateurs. →
   Les marqués meurent davantage : m trop petit, N surestimé.
6. Certains individus portent naturellement une tache claire qui ressemble à la marque : à la recapture, on les compte comme marqués. →
   Des non-marqués sont comptés comme marqués : m trop grand, N sous-estimé. Il faut une marque impossible à confondre.

D’où vient la différence de phénotype ? Écris « allèles », « environnement » ou « les deux ».

1. Deux plants issus du même tubercule de pomme de terre, l’un arrosé, l’autre non, n’atteignent pas la même taille. →
   Même tubercule, donc mêmes allèles ; seul l’arrosage diffère : environnement.
2. Dans une ruche, une jeune larve femelle nourrie en abondance de gelée royale devient une reine, bien plus grande que ses sœurs ouvrières, nourries autrement. →
   Les apiculteurs obtiennent une reine à partir de n’importe quelle très jeune larve femelle en la plaçant dans une cellule royale : c’est la nourriture qui décide, environnement.
3. Des escargots élevés depuis l’éclosion dans le même terrarium gardent des coquilles jaunes, roses ou brunes. →
   Même milieu, différence qui persiste : elle vient des allèles.
4. Sur un même chêne, les feuilles du haut, au soleil, sont plus petites et plus épaisses que celles de l’ombre. →
   Un seul arbre, donc les mêmes allèles dans toutes ses feuilles : la lumière fait la différence, environnement.
5. Deux variétés de tomate cultivées côte à côte dans la même serre donnent des fruits de tailles très différentes. →
   Même milieu, deux variétés aux allèles différents : allèles.
6. Deux variétés de blé, l’une en sol riche, l’autre en sol pauvre, n’ont pas le même rendement. →
   Les allèles et le sol diffèrent à la fois : les deux causes sont possibles, on ne peut pas les séparer.

Chez l’escargot des bois (Cepaea nemoralis), la couleur de fond de la coquille dépend d’un gène qui existe sous plusieurs allèles (brun, rose, jaune). On a compté les escargots de deux populations. Calcule au dixième.

1. Sous-bois : jaune % ; rose % ; brun %
   23 ÷ 120 ≈ 19,2 % ; 38 ÷ 120 ≈ 31,7 % ; 59 ÷ 120 ≈ 49,2 % (100 % aux arrondis près).
2. Dune : jaune % ; rose % ; brun %
   97 ÷ 140 ≈ 69,3 % ; 31 ÷ 140 ≈ 22,1 % ; 12 ÷ 140 ≈ 8,6 %.
3. La couleur la plus fréquente en sous-bois : ; sur la dune :
   En sous-bois, le brun (49,2 %) ; sur la dune, le jaune (69,3 %).
4. Escargots jaunes et bruns vivent ensemble et ont des descendants fertiles : ils forment
   Interféconds : une même espèce. La couleur est un caractère qui varie entre individus.
5. Mêmes allèles, proportions différentes : ces différences entre populations relèvent de l’échelle des
   Des fréquences d’allèles différentes entre populations d’une espèce : diversité génétique, échelle des gènes.

Des achillées de plaine mesurent 62 cm en moyenne, celles de montagne 24 cm. Des graines de montagne semées dans un jardin de plaine donnent des plantes de 31 cm ; des boutures de plantes de plaine plantées en montagne mesurent 24 cm (données fictives).

1. Dans le même jardin de plaine, les plantes issues de graines de montagne mesurent cm de moins que celles de plaine.
   62 − 31 = 31 cm : la différence persiste dans le même milieu.
2. Elles sont fois plus petites que les plantes de plaine.
   62 ÷ 31 = 2.
3. La différence qui persiste dans le même jardin vient des
   Même milieu, plantes encore différentes : une part de la différence vient des allèles.
4. Les boutures de plaine, plantées en montagne, perdent cm.
   62 − 24 = 38 cm.
5. Une bouture a les mêmes allèles que la plante d’origine : cette perte est due à l’
   Mêmes allèles, milieu différent : effet de l’environnement (froid, saison courte).
6. La petite taille des achillées de montagne a donc pour origine
   Les deux : des allèles différents (31 cm de moins dans le même jardin) et le milieu de montagne (24 cm au lieu de 31).

Compare les séquences, puis calcule (au dixième).
séquence 1 : GAT TAC AGC CTA
séquence 2 : GAT CAC AGC ATA

1. Nombre de différences entre les séquences 1 et 2 :
   Positions 4 (T/C) et 10 (C/A) : 2 différences.
2. Pourcentage d’identité des séquences 1 et 2 : %
   10 nucléotides identiques sur 12 : 10 ÷ 12 × 100 ≈ 83,3 %.
3. Deux séquences de 30 nucléotides diffèrent en 3 positions : identité = %
   30 − 3 = 27 identiques ; 27 ÷ 30 × 100 = 90 %.
4. Deux séquences de 40 nucléotides diffèrent en 1 position : identité = %
   39 ÷ 40 × 100 = 97,5 %.
5. Deux séquences de 200 nucléotides sont identiques à 98 % : elles diffèrent en positions.
   98 % de 200 = 196 identiques ; 200 − 196 = 4 différences.

On a lu, chez six loutres d’une même rivière, la séquence d’un même fragment de gène (un exemplaire par loutre).

1. Nombre d’allèles différents dans cet échantillon :
   Les loutres 1, 2, 4 et 6 ont la même séquence ; 3 et 5 en ont chacun une autre : 3 allèles.
2. Nombre de positions où les séquences varient :
   Seules la 5^e position (G ou A) et la 14^e (A ou T) varient : 2 positions.
3. Nombre de différences entre les loutres 1 et 5 :
   Positions 5 et 14 : 2 différences.
4. Part des loutres qui portent l’allèle le plus fréquent (au dixième) : %
   4 loutres sur 6 : 4 ÷ 6 × 100 ≈ 66,7 %.
5. Part des positions variables dans ce fragment de 15 nucléotides (au dixième) : %
   2 positions sur 15 : 2 ÷ 15 × 100 ≈ 13,3 %. Le reste du fragment est identique chez toutes les loutres ; les allèles sont issus de mutations ponctuelles.

Un gène de 1 200 nucléotides est comparé chez deux individus d’une espèce de taupe, puis chez une espèce apparentée. Dans la population, on étudie aussi 60 gènes.

1. Deux allèles de l’espèce diffèrent en 3 positions : identité = % (au centième)
   1 197 ÷ 1 200 × 100 = 99,75 %.
2. Avec l’espèce apparentée, on trouve 54 différences : identité = % (au dixième)
   1 146 ÷ 1 200 × 100 = 95,5 %.
3. Il y a fois plus de différences entre les deux espèces qu’entre les deux allèles.
   54 ÷ 3 = 18 : les différences sont bien plus nombreuses entre espèces apparentées qu’au sein d’une espèce.
4. Une autre équipe n’a comparé que 800 nucléotides de ce gène avec l’espèce apparentée et trouve 40 différences : identité = %
   760 ÷ 800 × 100 = 95 % : moins de différences (40 contre 54), mais une identité plus faible (95 % contre 95,5 %). Quand les longueurs comparées diffèrent, on compare des pourcentages d’identité, pas des nombres de différences.
5. 21 des 60 gènes étudiés sont polymorphes : % de gènes polymorphes
   21 ÷ 60 = 0,35, soit 35 %.