Exercice 1 — Définitions et connaissances
1. Définition de l'évolution biologique (1 pt)
Réponse attendue : L'évolution biologique est la modification progressive des caractères héréditaires d'une population au fil des générations.
Justification : Cette définition est celle du programme SVT 4e. Elle insiste sur (1) les caractères héréditaires (transmis par les gènes), (2) la notion de population (et non d'individu) et (3) le changement dans le temps.
2. Le fossile et le type de roche (1 pt)
Réponse attendue : Un fossile est un reste ou une empreinte d'organisme ancien (animal, végétal, microbe) conservé dans une roche. On les trouve généralement dans les roches sédimentaires.
Justification : Les roches sédimentaires se forment par accumulation de sédiments (argile, calcaire, sable) qui emprisonnent progressivement les restes d'organismes. Les roches magmatiques et métamorphiques détruisent les fossiles par la chaleur ou la pression.
3. Organes homologues vs organes analogues (2 pts)
Organes homologues : organes de même origine embryologique et de même plan d'organisation, mais remplissant des fonctions différentes.
- Exemple : le bras humain, la nageoire de dauphin et l'aile de chauve-souris → même schéma osseux (humérus, radius-cubitus, carpe, métacarpe, phalanges), mais fonctions différentes (saisir, nager, voler).
Organes analogues : organes remplissant la
même fonction mais n'ayant
pas la même origine embryologique (convergence évolutive).
- Exemple : l'aile de l'oiseau et l'aile de l'insecte → même fonction (voler), mais structures totalement différentes, héritées d'ancêtres distincts.
Justification : Les organes homologues prouvent l'existence d'un ancêtre commun (preuve de l'évolution) ; les organes analogues illustrent la convergence évolutive, où des lignées indépendantes trouvent des solutions similaires à un même problème adaptatif.
Exercice 2 — La sélection naturelle
1. Les trois conditions nécessaires à la sélection naturelle (3 pts)
Pour que la sélection naturelle puisse agir sur une population, trois conditions doivent être réunies :
- Condition 1 — La variation : Les individus d'une population doivent présenter des différences pour certains caractères (morphologie, comportement, physiologie…). (1 pt)
- Condition 2 — L'hérédité : Ces variations doivent être héréditaires, c'est-à-dire transmissibles des parents aux descendants par les gènes. Les variations non génétiques (muscles développés par le sport, par ex.) ne sont pas concernées. (1 pt)
- Condition 3 — La différence de succès reproducteur : Les individus portant certaines variations doivent survivre mieux et/ou se reproduire davantage que les autres dans leur environnement. Leurs allèles avantageux deviennent alors plus fréquents dans la population au fil des générations (survie du plus adapté). (1 pt)
2. Darwin vs Lamarck : l'exemple du cou de la girafe (2 pts)Explication de Lamarck (incorrecte) :Pour Lamarck, les girafes qui s'étiraient le cou pour atteindre les feuilles hautes développaient un cou plus long au cours de leur vie. Ce caractère acquis était ensuite transmis à leurs descendants. Génération après génération, le cou s'allongerait ainsi.
→ Cette théorie est réfutée : les modifications somatiques acquises durant la vie ne modifient pas l'ADN des gamètes et ne se transmettent donc pas.Explication de Darwin (correcte) :Au sein d'une population de girafes ancestrales, il existait une
variation héréditaire naturelle du cou. Les individus avec un cou plus long accédaient à plus de feuilles, survivaient mieux et se reproduisaient davantage, transmettant l'allèle « long cou » à leurs descendants. Au fil des générations, le cou long est devenu la norme.
(1 pt pour chaque explication ; préciser laquelle est correcte)
Exercice 3 — Analyse d'un document
a) Espèce la plus proche de l'Homme (1 pt)
Réponse : Le chimpanzé est l'espèce la plus proche de l'Homme selon ces données : son cytochrome c est identique à 100 % à celui de l'Homme (0 % de différence).
b) Classement de la plus proche à la plus éloignée (1 pt)
Réponse :
- Chimpanzé (0 %)
- Singe rhésus (1 %)
- Cheval (12 %)
- Thon (21 %)
- Blé (43 %)
c) Pourquoi le blé est-il plus différent de l'Homme que le thon ? (2 pts)Réponse attendue : Le blé est une plante (Végétal), tandis que le thon est un animal (Vertébré, Poisson). L'ancêtre commun entre l'Homme et le blé est
beaucoup plus ancien que l'ancêtre commun entre l'Homme et le thon. Depuis cette divergence très ancienne, les deux lignées (animale et végétale) ont eu plus de temps pour accumuler des différences dans leurs séquences de cytochrome c. Plus l'ancêtre commun est ancien, plus les différences de séquences sont importantes.
Justification : Ce raisonnement est celui de l'
horloge moléculaire : les mutations s'accumulent à un rythme approximativement constant, donc plus deux lignées ont divergé il y a longtemps, plus leurs séquences diffèrent.
d) Ces données sont-elles compatibles avec la théorie de l'évolution ? (2 pts)Réponse attendue : Oui, ces données sont
pleinement compatibles avec la théorie de l'évolution.
- Si tous les êtres vivants descendent d'un ancêtre commun universel, on s'attend à ce que les espèces proches aient des séquences protéiques très similaires et que les espèces éloignées soient plus différentes.
- C'est exactement ce qu'on observe : le chimpanzé (primate, parent proche) a 0 % de différence, alors que le blé (plante, divergence très ancienne) présente 43 % de différences.
- Ces données de biologie moléculaire constituent donc une preuve de l'évolution et de la parenté entre les espèces.
Exercice 4 — Spéciation
Mécanisme de la spéciation allopatrique (texte structuré) :
Étape 1 — Population initiale unique : Une population d'une même espèce vit dans un territoire et ses individus peuvent se reproduire librement entre eux.
Étape 2 — Isolement géographique : Une barrière géographique (chaîne de montagnes, bras de mer, fleuve, désert…) se forme ou la population colonise un nouveau territoire isolé. La population est alors divisée en deux sous-populations qui ne peuvent plus échanger de gènes (flux de gènes interrompu).
Étape 3 — Divergence génétique : Pendant des millénaires, chaque sous-population évolue indépendamment sous l'effet :
- De mutations différentes dans chaque groupe.
- De la sélection naturelle (les environnements peuvent différer).
- De la dérive génétique (fluctuations aléatoires).
Les génomes des deux populations divergent progressivement.
Étape 4 — Isolement reproducteur : Après un temps suffisamment long, les deux populations ont accumulé assez de différences génétiques pour ne plus pouvoir se reproduire entre elles et donner une descendance fertile. Ce sont désormais
deux espèces distinctes.
Exemple concret — Les pinsons de Darwin :Des pinsons ancestraux sont arrivés du continent sud-américain aux îles Galápagos. Isolées géographiquement sur différentes îles, les sous-populations ont évolué indépendamment, s'adaptant à différentes sources de nourriture (graines, cactus, insectes…). Aujourd'hui, 14 espèces de pinsons coexistent aux Galápagos, toutes issues de cet ancêtre commun.
Barème indicatif : 1 pt pour les étapes de la spéciation (isolement + divergence + isolement reproducteur) ; 1 pt pour la clarté et la logique ; 1 pt pour l'exemple concret et pertinent.
Exercice 5 — Dérive génétique et diversité
Situation : 10 000 lapins → 20 survivants après catastrophe.
a) Phénomène évolutif particulier (0,5 pt)
Réponse : Il s'agit d'un goulot d'étranglement (ou « bottleneck »), qui entraîne un fort effet de dérive génétique.
Justification : Quand une grande population est brutalement réduite à un très petit nombre de survivants, seule une infime fraction des allèles initiaux est conservée. Les fluctuations aléatoires ont alors un effet considérable sur les fréquences alléliques.
b) Pourquoi la diversité génétique sera-t-elle réduite ? (1 pt)
Réponse attendue : Les 20 survivants ne représentent qu'un échantillon très limité et aléatoire de la diversité génétique initiale de la population des 10 000 individus. Certains allèles rares peuvent avoir totalement disparu (aucun des 20 survivants ne les portait par hasard). La nouvelle population ne peut reposer que sur les allèles présents chez ces 20 fondateurs, ce qui appauvrit considérablement le pool génique.
Justification : En génétique des populations, la diversité génétique est proportionnelle à la taille de la population : une petite population conserve moins d'allèles différents, et la dérive génétique est plus forte.
c) Conséquences à long terme pour la population (0,5 pt)
Réponse attendue : À long terme, la réduction de diversité génétique peut avoir plusieurs conséquences négatives :
- Homozygotie accrue : les allèles délétères récessifs s'expriment plus facilement, car les individus sont plus souvent homozygotes.
- Capacité d'adaptation réduite : avec moins de variabilité génétique, la population dispose de moins de « matériel » sur lequel la sélection naturelle peut agir face à de nouveaux défis environnementaux (nouvelles maladies, changements climatiques…).
- Risque accru d'extinction si l'environnement change de manière importante.