Biodiversité : les échelles, de l’écosystème au gène

Les trois échelles emboîtées de la biodiversité (écosystèmes, espèces, gènes) ; l’espèce, critère d’interfécondité et concept ; échantillonner un milieu (richesse spécifique, abondance relative, densité, courbe d’accumulation) ; estimer et encadrer un effectif par capture-marquage-recapture ; variabilité intraspécifique, allèles et environnement ; comparer des séquences d’ADN.

À propos de cette page

Cinq problèmes à partir de documents : les hybrides d’ours polaire et de grizzli, les haies et les oiseaux nicheurs d’une commune bocagère, les courbes d’accumulation de deux bois, des crabes verts qui perdent leur marque à la mue, la diversité génétique de grenouilles face à un champignon.

5 problèmes, du plus simple au plus difficile. Écris tes réponses, puis « Vérifier ».

Résoudre un problème : la méthode

Je lis chaque document et je note son idée principale (une donnée, un résultat, une condition).
Je fais les calculs demandés avec la bonne formule : abondance relative, densité, N = n₁ × n₂ ÷ m, pourcentage d’identité.
Je vérifie les conditions de validité : même effort d’échantillonnage, hypothèses de la capture-marquage-recapture, conditions de l’intervalle de confiance.
Je mets les documents en relation (une cause possible, une expérience qui sépare allèles et environnement) et je distingue corrélation et cause.
Je conclus avec le vocabulaire du cours (échelle, espèce, allèle, biais) et, si besoin, je propose une amélioration du protocole.

Problème 1 · Ours polaire et grizzli : une ou deux espèces ?★★★Facile

Document 1 — Deux ours. L’ours polaire (Ursus maritimus) vit sur la banquise de l’Arctique, où il chasse les phoques. Le grizzli, ou ours brun (Ursus arctos), vit sur la terre ferme. Les biologistes les rangent dans deux espèces différentes.

Document 2 — Des ours inattendus. Le 16 avril 2006, un chasseur abat près de Sachs Harbour, sur l’île Banks (Canada), un ours au pelage crème taché de brun. L’analyse de son ADN montre que c’est un hybride : sa mère était une ourse polaire, son père un grizzli. Le 8 avril 2010, un ours tué près d’Ulukhaktok, sur l’île Victoria, se révèle être le petit d’une femelle hybride ours polaire × grizzli et d’un grizzli.

Document 3 — Un bilan. Une étude publiée en 2017 recense 8 hybrides sauvages confirmés : 4 de première génération et 4 nés d’un hybride et d’un grizzli. Tous descendent de la même femelle ours polaire.

1. L’ours de 2010 a pour mère une hybride : un hybride ours polaire × grizzli peut donc être
Une hybride a eu un petit : elle était fertile. Les hybrides sont viables et peuvent se reproduire.
2. Part des hybrides de deuxième génération parmi les 8 recensés : %
4 ÷ 8 = 0,5, soit 50 %.
3. Part des ancêtres grizzlis de l’ours de 2010 : %
Son père est un grizzli (100 % grizzli), sa mère une hybride (50 %) : (100 + 50) ÷ 2 = 75 %, l’ours est aux trois quarts grizzli.
4. Appliqué à la lettre, le critère d’interfécondité ferait de l’ours polaire et du grizzli
Descendance viable et fertile : le critère seul conduirait à une seule espèce.
5. Les biologistes gardent pourtant deux espèces : dans la nature, ces croisements sont
Huit hybrides, tous issus d’une seule femelle : les croisements sont rares ; les deux ours vivent dans des milieux différents et ne se mélangent presque jamais. Le critère d’interfécondité ne tranche pas toujours : l’espèce est un concept créé par l’être humain, avec ses cas limites.

Problème 2 · Haies et oiseaux nicheurs★★★Moyen

Document 1 — Évolution dans une commune bocagère (données fictives inspirées de suivis réels).

Année	1960	1985	2000	2020
Longueur de haies (km)	84	52	31	19
Espèces d’oiseaux nicheurs	27	22	17	14

Document 2 — Ce qui a aussi changé. Pendant la même période, les parcelles agricoles de la commune ont été agrandies et l’usage des insecticides a fortement augmenté.

1. Baisse de la longueur de haies entre 1960 et 2020 (au dixième) : %
84 − 19 = 65 km ; 65 ÷ 84 ≈ 0,774, soit 77,4 %.
2. Baisse du nombre d’espèces nicheuses entre 1960 et 2020 (au dixième) : %
27 − 14 = 13 espèces ; 13 ÷ 27 ≈ 0,481, soit 48,1 %.
3. Les deux grandeurs baissent ensemble : le tableau montre une , pas une relation de cause à effet.
Une corrélation : d’autres facteurs ont changé en même temps.
4. D’après le document 2, une autre cause possible du déclin des oiseaux : l’usage des
Les insecticides réduisent les insectes, nourriture de nombreux oiseaux. L’agrandissement des parcelles modifie aussi tout le paysage.
5. Pour tester le rôle des haies, on compare la même année des secteurs aux pratiques agricoles semblables : on ne fait varier qu’un seul
Un seul facteur varie, la longueur de haies, avec le même effort d’échantillonnage (points d’écoute de même durée, même saison, même heure).
6. Les oiseaux restants vivent en petites populations isolées dans des fragments de haies : elles perdent des allèles, la baisse touche aussi l’échelle des
Écosystème perdu (la haie), espèces en moins, et populations plus petites qui portent moins d’allèles : la baisse touche les trois échelles, jusqu’à celle des gènes.

Problème 3 · Deux bois, combien d’espèces ?★★★Moyen

Document 1 — Le protocole. Dans une chênaie ancienne et dans une plantation de pins voisine, on enterre 8 pots-pièges par bois, placés au hasard, et l’on identifie les coléoptères piégés en une semaine. Le graphique donne le nombre cumulé d’espèces quand on analyse les pièges un par un (données fictives).

Document 2 — Une conclusion hâtive. Un élève qui n’a analysé que 2 pièges dans la plantation compare ses 7 espèces aux 26 espèces des 8 pièges de la chênaie.

1. Richesse spécifique trouvée dans la chênaie avec les 8 pièges : ; dans la plantation :
On lit le dernier point de chaque courbe : 26 espèces dans la chênaie, 9 dans la plantation.
2. À effort égal, la chênaie compte environ fois plus d’espèces (au dixième).
26 ÷ 9 ≈ 2,9.
3. La courbe de la plantation atteint son plateau à partir du ^e piège.
Elle passe à 9 au 5^e piège et n’en bouge plus.
4. Celle de la chênaie atteint son plateau à partir du ^e piège.
26 au 7^e et au 8^e piège : plateau à partir du 7^e, de justesse ; quelques pièges de plus confirmeraient que l’inventaire est complet.
5. Rapport trouvé par l’élève du document 2 (au dixième) :
26 ÷ 7 ≈ 3,7, au lieu de 2,9 : sa comparaison exagère l’écart.
6. Son erreur : il compare 2 pièges à 8 pièges, soit un effort fois plus petit dans la plantation.
8 ÷ 2 = 4 : l’effort d’échantillonnage diffère, et la plantation n’a pas atteint son plateau à 2 pièges (7 espèces sur 9).

Problème 4 · Des crabes mal marqués ?★★★Difficile

Document 1 — Une capture-marquage-recapture (données fictives). Dans une lagune, on capture 150 crabes verts au début de l’été ; on les marque d’une tache de peinture sur la carapace, puis on les relâche. Six semaines plus tard, on capture 120 crabes, dont 9 portent la marque.

Document 2 — Un test de la marque. 160 crabes marqués de la même façon sont gardés six semaines en bassin : 24 ont perdu leur marque, la peinture partant avec l’ancienne carapace lors de la mue.

1. Effectif estimé à partir du document 1 : crabes
N = 150 × 120 ÷ 9 = 18 000 ÷ 9 = 2 000 crabes.
2. Pourcentage de crabes qui perdent leur marque en six semaines : %
24 ÷ 160 = 0,15, soit 15 %.
3. À cause de ces marques perdues, l’estimation du document 1 est
Un crabe marqué devenu méconnaissable est compté comme non marqué : m est trop petit et, au dénominateur, il donne un N trop grand. L’estimation est surestimée.
4. Nombre moyen de crabes encore reconnaissables parmi les 150 marqués :
85 % restent marqués : 150 × 0,85 = 127,5 (une valeur moyenne, acceptable pour une estimation).
5. Effectif corrigé : crabes
N = 127,5 × 120 ÷ 9 = 15 300 ÷ 9 = 1 700 crabes.
6. L’estimation brute dépassait l’effectif corrigé de % (au dixième).
2 000 − 1 700 = 300 ; 300 ÷ 1 700 ≈ 0,176, soit 17,6 %.
7. Proportion de marqués à la recapture : f = ; l’intervalle de confiance ne peut donc pas être utilisé.
f = 9 ÷ 120 = 0,075, inférieure à 0,2 : la condition n’est pas remplie. Il faudrait marquer beaucoup plus de crabes.
8. Six semaines, c’est long : des crabes ont pu arriver, partir ou mourir. Pour limiter ce risque, on raccourcit le entre les deux captures.
On raccourcit le délai : l’hypothèse menacée est celle d’une population fermée. Améliorations : un délai plus court (quelques jours, le temps du mélange) et une marque qui résiste à la mue (étiquette fixée sous la carapace, par exemple), testée en bassin.

Problème 5 · Diversité génétique et résistance à une maladie★★★Difficile

On étudie deux populations d’une grenouille : la population A vit sur le continent (environ 12 000 individus), la population B sur une petite île (environ 180 individus). Données fictives.

Document 1 — Gènes polymorphes. Sur 52 gènes étudiés, 19 sont polymorphes dans la population A et 4 dans la population B.

Document 2 — Une épidémie. Lors de l’arrivée d’un champignon pathogène qui s’attaque à la peau des amphibiens, la mortalité a atteint 11 % dans la population A et 63 % dans la population B.

Document 3 — Des croisements. En élevage, des croisements entre individus de A et de B donnent des têtards qui deviennent des adultes capables de se reproduire.

Document 4 — Un gène de défense de la peau. Un fragment de 600 nucléotides de ce gène est séquencé chez 10 grenouilles de chaque population : on obtient 5 séquences différentes dans A, une seule dans B.

1. Pourcentage de gènes polymorphes dans A : % ; dans B : % (au dixième)
A : 19 ÷ 52 ≈ 0,365, soit 36,5 % ; B : 4 ÷ 52 ≈ 0,077, soit 7,7 %.
2. La proportion de gènes polymorphes est fois plus forte dans A (au centième).
19 ÷ 4 = 4,75 (même nombre de gènes étudiés au dénominateur).
3. Nombre d’allèles du gène de défense trouvés dans l’échantillon de B :
Une seule séquence : 1 allèle dans l’échantillon, contre au moins 5 dans A.
4. D’après le document 3, A et B forment
Descendance viable et fertile : une même espèce ; leurs différences relèvent de la variabilité intraspécifique.
5. Nombre approximatif de grenouilles mortes dans B (à l’unité) :
180 × 0,63 = 113,4, soit environ 113 grenouilles sur 180.
6. Introduire sur l’île quelques grenouilles de A, interfécondes avec celles de B, y apporterait de nouveaux
Des allèles absents de l’île, dont peut-être des allèles qui aident à résister au champignon. Précaution indispensable : vérifier que les grenouilles introduites ne portent pas le champignon (dépistage, quarantaine), puis suivre la population. Les documents rendent l’explication plausible sans la démontrer : le climat de l’île ou la densité peuvent aussi jouer.

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