À propos de cette page
Ce cours de enseignement scientifique en terminale sur « La biodiversité et l'évolution » suit le programme officiel de enseignement scientifique de terminale. Il présente les définitions, les propriétés et les méthodes essentielles, accompagnées d'exemples résolus pour bien comprendre. Au programme : Définir et mesurer la biodiversité, La biodiversité, une grandeur qui varie dans le temps, Les forces évolutives : mutation, sélection, dérive, migration, La sélection naturelle, moteur de l'adaptation. 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 terminale à réussir en enseignement scientifique.
Au programme
1 · Définir et mesurer la biodiversité
2 · La biodiversité, une grandeur qui varie dans le temps
3 · Les forces évolutives : mutation, sélection, dérive, migration
4 · La sélection naturelle, moteur de l'adaptation
5 · La dérive génétique et l'effet de la taille de population
6 · Le modèle de Hardy-Weinberg : une référence pour détecter l'évolution
7 · L'érosion actuelle de la biodiversité et l'action humaine
8 · Préserver la biodiversité : un enjeu scientifique et sociétal
1Définir et mesurer la biodiversité
La biodiversité désigne l'ensemble de la diversité du vivant. C'est une notion qui s'apprécie à trois échelles emboîtées.
Définition. La biodiversité se mesure à trois niveaux :
- la diversité des écosystèmes (forêts, récifs coralliens, zones humides…) ;
- la diversité spécifique : le nombre et la répartition des espèces ;
- la diversité génétique : la variété des allèles au sein d'une même espèce.
Mesurer la biodiversité spécifique ne se résume pas à compter les espèces : on tient compte de leur abondance relative. Un milieu où une espèce domine très largement est moins « divers » qu'un milieu où plusieurs espèces sont équitablement représentées. On utilise des indices de diversité (richesse spécifique, indice de Shannon) pour quantifier cela.
Exemple. Deux prairies abritent chacune 4 espèces de papillons. Dans la première, les effectifs sont 25/25/25/25 ; dans la seconde 91/3/3/3. La première est plus diversifiée car les abondances sont équitables.
2La biodiversité, une grandeur qui varie dans le temps
La biodiversité n'est pas une donnée fixe : elle a varié tout au long de l'histoire de la Terre. L'état actuel n'est qu'une étape dans une longue évolution.
À l'échelle des temps géologiques, la diversité du vivant a globalement augmenté, mais elle a été ponctuée de cinq grandes crises d'extinction (dont la plus connue, à la limite Crétacé-Paléogène il y a 66 millions d'années, a vu disparaître les dinosaures non aviens). Chaque crise a été suivie d'une phase de diversification (radiation évolutive).
Attention ! Il ne faut pas confondre variation naturelle de la biodiversité (lente, sur des millions d'années) et l'érosion actuelle, beaucoup plus rapide et largement causée par l'activité humaine.
3Les forces évolutives : mutation, sélection, dérive, migration
L'évolution est la modification, au fil des générations, des fréquences des allèles dans une population. On parle d'évolution de la structure génétique des populations. Quatre forces évolutives peuvent modifier ces fréquences.
| Force évolutive | Mécanisme | Effet sur la diversité |
|---|
| Mutation | Modification aléatoire de l'ADN | Crée de nouveaux allèles (source première de diversité) |
| Sélection naturelle | Survie/reproduction différentielle selon le phénotype | Oriente l'évolution (non aléatoire), favorise l'adaptation |
| Dérive génétique | Variation aléatoire des fréquences alléliques | Aléatoire, peut faire disparaître des allèles (surtout en petite population) |
| Migration (flux de gènes) | Échange d'individus entre populations | Homogénéise les populations, apporte de nouveaux allèles |
Règle. Une population est un ensemble d'individus de la même espèce vivant au même endroit et pouvant se reproduire entre eux. La structure génétique d'une population est décrite par les fréquences de ses allèles.
4La sélection naturelle, moteur de l'adaptation
La sélection naturelle, décrite par Charles Darwin (1859), est la force évolutive non aléatoire. Elle repose sur trois conditions : une variabilité des individus, l'héritabilité de certains caractères, et un avantage reproductif conféré par certains phénotypes dans un milieu donné.
Définition. La sélection naturelle est le processus par lequel les individus dont le phénotype est le mieux adapté à leur environnement survivent et se reproduisent davantage. Les allèles favorisant ce phénotype deviennent donc plus fréquents au fil des générations.
Exemple — la phalène du bouleau. Au XIXᵉ siècle, en Angleterre industrielle, les troncs noircis par la suie ont favorisé la forme sombre du papillon (mieux camouflée des oiseaux). La fréquence de l'allèle « sombre » a augmenté. Après les lois antipollution, la tendance s'est inversée. C'est un exemple direct de sélection naturelle observée.
La sélection naturelle explique l'adaptation des populations à leur milieu. Mais attention : elle ne « cherche » pas la perfection, elle ne fait que trier des variations qui existent déjà, créées par le hasard des mutations.
Astuce. Pour reconnaître la sélection naturelle : il y a un avantage lié à l'environnement. Pour la dérive : tout est dû au hasard, sans lien avec l'adaptation.
5La dérive génétique et l'effet de la taille de population
La dérive génétique est la variation aléatoire des fréquences alléliques d'une génération à l'autre. Elle résulte du simple hasard de l'échantillonnage des gamètes qui formeront la génération suivante.
Règle fondamentale. L'effet de la dérive est d'autant plus fort que la population est petite. Dans une grande population, les fluctuations aléatoires se compensent ; dans une petite, un allèle peut être perdu ou fixé (fréquence 1) par pur hasard.
Exemple. Dans une population de 10 individus, si quelques porteurs d'un allèle rare ne se reproduisent pas (par malchance), cet allèle peut disparaître en une génération. Dans une population de 10 000 individus, c'est extrêmement improbable.
Attention ! La dérive génétique est aléatoire : elle ne favorise pas les allèles « utiles ». Elle peut même faire disparaître un allèle avantageux et appauvrir la diversité génétique d'une petite population (enjeu majeur pour les espèces menacées).
6Le modèle de Hardy-Weinberg : une référence pour détecter l'évolution
Pour savoir si une population évolue, on la compare à une population théorique « idéale » qui n'évolue pas : c'est le modèle de Hardy-Weinberg.
Conditions du modèle de Hardy-Weinberg. Population de très grande taille, panmixie (croisements au hasard), sans mutation, sans migration, sans sélection. Sous ces conditions, les fréquences alléliques restent constantes de génération en génération.
Pour un gène à deux allèles de fréquences $p$ et $q$ (avec $p + q = 1$), les fréquences génotypiques attendues à l'équilibre sont :
$$p^2 + 2pq + q^2 = 1$$
où $p^2$ est la fréquence des homozygotes pour le premier allèle, $q^2$ celle des homozygotes pour le second, et $2pq$ celle des hétérozygotes.
Exemple de calcul. Si l'allèle $a$ a une fréquence $q = 0{,}3$, alors $p = 0{,}7$. À l'équilibre : homozygotes $aa$ : $q^2 = 0{,}09$ (9 %) ; hétérozygotes : $2pq = 2 \times 0{,}7 \times 0{,}3 = 0{,}42$ (42 %) ; homozygotes dominants : $p^2 = 0{,}49$ (49 %).
Astuce — l'intérêt du modèle. Si les fréquences observées sur le terrain diffèrent des fréquences attendues par Hardy-Weinberg, c'est qu'au moins une force évolutive (sélection, dérive, migration…) agit sur la population. Le modèle sert donc de témoin pour détecter l'évolution.
7L'érosion actuelle de la biodiversité et l'action humaine
La biodiversité connaît aujourd'hui une érosion rapide. De nombreux scientifiques parlent d'une sixième crise d'extinction, qui se distingue des précédentes par sa vitesse et par sa cause principale : l'activité humaine.
Les principales pressions sont regroupées sous l'acronyme « HIPPO » :
| Pression | Description |
|---|
| Destruction des Habitats | Déforestation, urbanisation, agriculture intensive |
| Espèces Invasives | Introduction d'espèces qui déstabilisent les écosystèmes |
| Pollutions | Pesticides, plastiques, pollutions chimiques |
| Croissance de la Population humaine | Pression accrue sur les ressources |
| Surexploitation (Overharvesting) | Surpêche, chasse, prélèvements excessifs |
S'ajoute le changement climatique, qui déplace ou réduit les aires de répartition des espèces. Le taux d'extinction actuel est estimé de 100 à 1000 fois supérieur au taux naturel de fond.
8Préserver la biodiversité : un enjeu scientifique et sociétal
Préserver la biodiversité n'est pas seulement un enjeu écologique : c'est aussi un enjeu économique, sanitaire et social. Les écosystèmes rendent des services écosystémiques indispensables.
Services écosystémiques. Ce sont les bénéfices que les sociétés humaines tirent des écosystèmes : pollinisation des cultures, épuration de l'eau, régulation du climat, ressources alimentaires et médicinales, etc.
Exemple. La pollinisation par les insectes conditionne une grande partie de la production agricole mondiale (fruits, légumes, oléagineux). Le déclin des pollinisateurs menace directement la sécurité alimentaire.
La diversité génétique au sein des espèces est elle aussi cruciale : elle constitue un réservoir de capacités d'adaptation. Une population génétiquement diverse résiste mieux aux maladies et aux changements de l'environnement (lien direct avec la sélection naturelle).
Astuce. Les leviers d'action sont multiples : aires protégées, corridors écologiques (qui favorisent les flux de gènes et limitent la dérive), agriculture durable, réduction des pollutions, lutte contre le réchauffement. La démarche scientifique (suivi des populations, indices de biodiversité) éclaire les décisions politiques.
★À retenir
À retenir :
• La biodiversité se mesure à trois échelles : écosystèmes, espèces, gènes ; on tient compte de la richesse et de l'abondance relative.
• La biodiversité varie dans le temps (5 grandes crises passées) ; l'érosion actuelle est rapide et causée par l'Homme (6ᵉ crise).
• L'évolution = modification des fréquences alléliques d'une population sous l'effet de 4 forces : mutation, sélection naturelle, dérive génétique, migration.
• La sélection naturelle est non aléatoire (avantage adaptatif) ; la dérive est aléatoire et d'autant plus forte que la population est petite.
• Le modèle de Hardy-Weinberg ($p^2 + 2pq + q^2 = 1$) décrit une population qui n'évolue pas : un écart révèle qu'une force évolutive agit.
• Préserver la biodiversité, c'est préserver les services écosystémiques et le réservoir d'adaptation que constitue la diversité génétique.