Diversification du vivant : symbioses, comportements et culture

Diversifier le vivant sans modifier le génome : symbiotes, pathogènes et microbiote, co-évolution, phénotype étendu, comportements transmis et évolution culturelle.

À propos de cette page

Six problèmes sur documents : des termites qui vivent de bois, des néotomes qui mangent un buisson toxique, le fourreau des phryganes face à une truite, la myxomatose en Australie, le figuier et son insecte pollinisateur, les mésanges de Wytham et leur boîte à deux portes.

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

Résoudre un problème : la méthode

Je lis chaque document : l’espèce, le lieu, la nature des données (mesures réelles, simplifiées ou fictives), les lots comparés et le facteur qui change de l’un à l’autre.
Je calcule dans l’ordre des questions : pourcentage, rapport, différence, part d’un sous-groupe, en vérifiant le total et la valeur de référence.
Je cherche l’origine du caractère : génome (il persiste sans partenaire ni modèle), partenaire vivant (il disparaît sans lui, revient avec lui), matériaux du milieu (il change avec eux), apprentissage (il suit le modèle, se diffuse plus vite qu’une génération).
Je relie au cours : symbiose ou parasitisme, association héréditaire ou non, holobionte, co-évolution, phénotype étendu, transmission et évolution culturelles.
Je conclus en citant les valeurs des documents et en disant si la diversité observée passe ou non par une modification du génome.

Problème 1 · Des termites qui vivent de bois★★★Facile

Document 1 — Un régime de bois. Les termites dits « inférieurs » se nourrissent de bois, riche en cellulose. Ils produisent peu d’enzymes capables de dégrader cette molécule : l’essentiel de la dégradation est réalisé par des protozoaires et des bactéries qui vivent dans leur intestin et en libèrent des molécules absorbables.

Document 2 — Sans micro-organismes. Un termite débarrassé de ces micro-organismes continue de manger du bois, mais meurt en quelques semaines.

Document 3 — L’acquisition. Les jeunes termites acquièrent leurs micro-organismes en absorbant des sécrétions intestinales d’autres membres de la colonie.

1. D’après le document 1, l’essentiel des enzymes qui dégradent la cellulose sont codées par les gènes .
Par les gènes des micro-organismes, pas par ceux du termite.
2. D’après le document 2, le termite privé de ses micro-organismes meurt le ventre plein : le bois ingéré ne lui fournit presque plus de molécules .
Le bois traverse l’intestin sans être dégradé : presque aucune molécule absorbable, d’où une carence énergétique.
3. Les micro-organismes reçoivent un abri stable et un apport continu de bois broyé ; le termite reçoit les produits de la cellulose. Le bilan de l’association, noté par deux signes, est .
Bilan +/+ ; l’association est durable et intime (dans l’intestin) : c’est une symbiose, obligatoire pour le termite.
4. D’après le document 3, la capacité à vivre de bois ne passe pas par les gamètes : elle se transmet par contact entre membres de la colonie.
Par contact social : c’est une association non héréditaire au sens génétique, renouvelée à chaque génération.
5. Le régime de bois des termites est donc une capacité nouvelle obtenue sans modification du du termite.
Sans modification du génome : la symbiose est une source de diversité (un régime alimentaire nouveau).

Problème 2 · Des néotomes qui mangent un buisson toxique★★★Moyen

Document 1 — Deux régimes dans une même espèce. Le néotome du désert (Neotoma lepida) est un rongeur de l’ouest de l’Amérique du Nord. Dans le désert du Mojave, il mange le créosotier, un buisson dont les feuilles sont couvertes d’une résine toxique ; dans le Grand Bassin, les néotomes de la même espèce mangent surtout du genévrier. Nourris de créosotier, des néotomes du Mojave ont dans l’intestin des microbes capables de dégrader cette résine ; nourris sans créosotier, ils en ont quatre fois moins.

Document 2 — Un antibiotique. Un antibiotique ajouté à l’eau de boisson détruit environ 90 % des microbes intestinaux. Les néotomes traités, nourris d’aliments ordinaires, ne maigrissent pas ; nourris de résine de créosotier, ils perdent 10 % de leur masse en 13 jours.

Document 3 — Une transplantation. Des néotomes mangeurs de genévrier reçoivent des excréments soit de mangeurs de créosotier (lot T), soit d’autres mangeurs de genévrier (lot G), puis sont nourris de créosotier. Les deux lots en mangent des quantités semblables. Le lot T tient 11 jours sans perdre beaucoup de masse ; dans le lot G, 65 % des néotomes ont perdu 10 % de leur masse au 11^e jour (d’après Kohl et coll., Ecology Letters, 2014).

1. Un néotome de 160 g qui perd 10 % de sa masse ne pèse plus que g.
160 × 0,10 = 16 g perdus ; 160 − 16 = 144 g.
2. Dans le document 2, les néotomes traités ne maigrissent pas avec des aliments ordinaires : l’antibiotique seul n’explique donc pas leur perte de masse sous créosotier. Celle-ci vient de la perte des qui dégradaient la résine.
Des microbes intestinaux : sans eux, la résine n’est plus dégradée et l’animal ne la supporte plus.
3. Si le lot G comptait 20 néotomes, combien auraient perdu 10 % de leur masse au 11^e jour ?
20 × 0,65 = 13 néotomes.
4. Les deux lots du document 3 mangent autant de créosotier : leur différence ne vient pas de la quantité mangée, mais des reçus.
Des microbes apportés par les excréments des mangeurs de créosotier.
5. Une capacité transmise en quelques jours par des excréments ne peut pas venir d’un changement des du receveur : c’est le microbiote acquis qui la porte.
Les allèles du néotome ne changent pas en 11 jours : l’holobionte a changé de phénotype en changeant de microbiote. Des populations d’une même espèce peuvent ainsi différer par leur régime possible.

Problème 3 · Le fourreau des phryganes★★★Moyen

Document 1 — Un fourreau construit. La larve de phrygane, un insecte aquatique, s’abrite dans un fourreau qu’elle construit avec des éléments du fond de l’eau, liés par de la soie qu’elle sécrète.

Document 2 — Reconstruire (données fictives). On retire leur fourreau à des larves d’une même espèce, puis on les répartit dans trois aquariums dont le fond porte du sable (A), des brindilles (B) ou des billes de verre colorées (C). En 24 heures, 90 % des larves ont reconstruit un fourreau, chacune avec le matériau de son aquarium.

Document 3 — Une nuit avec une truite (données fictives). 40 larves avec fourreau et 40 larves sans fourreau passent une nuit dans un bassin avec une truite : 6 larves avec fourreau et 26 larves sans fourreau sont mangées.

1. Part des larves sans fourreau mangées : %
26 ÷ 40 = 0,65, soit 65 %.
2. Part des larves avec fourreau mangées : %
6 ÷ 40 = 0,15, soit 15 %.
3. Le fourreau divise le risque d’être mangé par environ (arrondi au dixième).
65 ÷ 15 ≈ 4,3 : le fourreau protège efficacement de la prédation.
4. Dans l’aquarium C, les larves bâtissent des fourreaux de verre coloré : l’aspect du fourreau dépend du disponible, pas des allèles.
Du matériau disponible : même espèce, mêmes allèles, fourreaux différents.
5. Si le comportement de construction est héréditaire, les larves qui construisent le plus vite laissent plus de descendants : ce comportement peut être favorisé par la naturelle.
Par la sélection naturelle : le phénotype étendu a un effet sur la survie, donc sur la valeur sélective.

Problème 4 · La myxomatose en Australie : un virus et des lapins★★★Moyen

Document 1 — Dix ans d’épidémies (valeurs simplifiées). Le virus de la myxomatose, transmis par des moustiques piqueurs, a été introduit volontairement en Australie en 1950 pour réduire les populations de lapins européens. Chaque année, on infecte des lapins sauvages capturés avec la souche virale d’origine, conservée au laboratoire, et on classe les souches prélevées dans la nature selon leur virulence.

Année	1951	1954	1957	1960
Mortalité des lapins sauvages infectés par la souche d’origine	88 %	61 %	37 %	26 %
Part des souches de la nature très virulentes	100 %	23 %	7 %	2 %

Document 2 — Virulence et transmission. Un lapin infecté par une souche très virulente meurt en quelques jours ; infecté par une souche moins virulente, il survit plusieurs semaines avec des lésions de la peau riches en virus, où les moustiques se contaminent.

1. Baisse relative de la mortalité des lapins entre 1951 et 1960, arrondie à l’unité : %
(88 − 26) ÷ 88 = 62 ÷ 88 ≈ 0,705, soit une baisse de 70 % (et non de 62 %, qui est un écart en points).
2. En 1960, sur 50 lapins sauvages infectés par la souche d’origine, combien meurent ?
50 × 0,26 = 13 lapins, contre 50 × 0,88 = 44 en 1951.
3. Le virus testé est le même chaque année : la baisse de mortalité montre que les lapins sauvages sont devenus plus .
Plus résistants : la population de lapins a changé, pas le virus de référence. Avec les souches de chaque année, une baisse de mortalité aurait pu venir du virus lui-même : la souche d’origine sert de référence fixe.
4. Les lapins qui ont survécu aux épidémies ont transmis à leurs descendants les qui les protégeaient du virus.
Les allèles qui les protégeaient, présents avant l’épidémie : la sélection naturelle a augmenté leur fréquence.
5. D’après le document 2, une souche qui tue son hôte en quelques jours est moins souvent par les moustiques.
Moins souvent transmise : les souches modérément virulentes, transmises plus longtemps, se répandent. Hôte et virus ont évolué chacun en réponse à l’autre : co-évolution antagoniste.
6. Sur 300 souches prélevées dans la nature en 1957, combien sont très virulentes ?
300 × 0,07 = 21 souches, contre la totalité en 1951 : les souches modérées l’emportent.

Problème 5 · Le figuier et son insecte pollinisateur★★★Difficile

Document 1 — Une fleur enfermée. Les fleurs du figuier (Ficus) sont minuscules et enfermées dans une inflorescence creuse, la figue, ouverte seulement par un pore étroit, l’ostiole. Une femelle d’un petit insecte pollinisateur (famille des Agaonidés), chargée de pollen, entre par l’ostiole en y perdant ses ailes. Elle pollinise les fleurs femelles et pond dans certaines d’entre elles en introduisant sa tarière par le style. Une fleur qui reçoit un œuf forme une galle où se développe une larve, et ne donne pas de graine. Les mâles, sans ailes, fécondent les femelles dans la figue et y meurent ; les femelles sortent chargées de pollen vers une autre figue.

Document 2 — Figues d’une même espèce (données simplifiées).

	Figues ensachées avant l’arrivée des insectes	Figues laissées libres
Figues tombées avant maturité	97 %	8 %
Graines par figue mûre (moyenne)	0	143
Insectes adultes sortis par figue (moyenne)	0	87

Document 3 — Styles et tarière. Chez une espèce de figuier, les fleurs femelles ont soit un style court (≈ 0,6 mm), soit un style long (≈ 1,9 mm) ; la tarière de son pollinisateur mesure ≈ 1,1 mm. On connaît plus de 700 espèces de figuiers ; chacune est en général pollinisée par une ou quelques espèces d’insectes, qui ne se reproduisent dans aucune autre plante.

1. Sur 500 figues ensachées, combien tombent avant maturité ?
500 × 0,97 = 485 figues : sans insecte, presque aucune figue n’arrive à maturité.
2. Sur 200 figues laissées libres, combien arrivent à maturité ?
8 % tombent : 200 × 0,92 = 184 figues mûres.
3. Combien de graines ces figues mûres produisent-elles en tout, en moyenne ?
184 × 143 = 26 312 graines : l’insecte assure la reproduction sexuée du figuier.
4. La tarière (≈ 1,1 mm) atteint l’ovule d’une fleur à style court (≈ 0,6 mm) mais pas celui d’une fleur à style long (≈ 1,9 mm) : ce sont les fleurs à style qui donnent des graines.
Les fleurs à style long échappent à la ponte : seulement pollinisées, elles donnent des graines. Le figuier garde ainsi une production de graines malgré les larves.
5. Le figuier n’est pollinisé que par son insecte, qui ne se reproduit que dans ses figues : l’association est pour les deux partenaires.
Elle est obligatoire : aucun des deux ne se reproduit sans l’autre.
6. Plus de 700 espèces de figuiers, chacune avec son ou ses pollinisateurs propres : figuiers et pollinisateurs se sont conjointement.
Ils se sont diversifiés conjointement. Avec les caractères qui se correspondent (ostiole étroit et insecte minuscule, styles et tarière), ces données sont en faveur d’une co-évolution mutualiste.

Problème 6 · Les mésanges de Wytham et la boîte à deux portes★★★Difficile

Document 1 — Le protocole. En 2012-2014, dans la forêt de Wytham, près d’Oxford, des chercheurs installent dans huit sous-populations de mésanges charbonnières des boîtes contenant des vers de farine. On les ouvre en poussant une porte coulissante, soit le côté bleu vers la droite (technique A), soit le côté rouge vers la gauche (technique B) ; les deux rapportent autant. Dans cinq sous-populations (T1 à T5), deux mâles capturés ont appris en captivité une seule technique avant d’être relâchés : A pour T1 et T2, B pour T3, T4 et T5. Dans les trois autres (C1 à C3), les mâles capturés n’ont rien appris.

Document 2 — Après 20 jours d’ouverture des boîtes.

Sous-population	T1	T2	T3	T4	T5	C1	C2	C3
Mésanges présentes	91	130	132	90	50	56	87	61
Mésanges qui ont ouvert la boîte	76	89	96	69	37	5	46	19

Dans chaque sous-population T, la grande majorité des ouvertures utilise la technique apprise aux deux mâles.

Document 3 — L’hiver suivant. Les boîtes sont réinstallées 9 mois plus tard dans T1 et T3, sans nouveau démonstrateur. En moyenne, 40 % seulement des mésanges présentes étaient déjà là l’année précédente. Dans T3, 35 mésanges ouvrent la boîte 2 329 fois. T1 et T3 gardent chacune leur technique d’origine (d’après Aplin et coll., Nature, 2015).

1. Part des mésanges de T3 qui ont ouvert la boîte, arrondie à l’unité : %
96 ÷ 132 ≈ 0,727, soit 73 %.
2. Part des mésanges de C1 qui ont ouvert la boîte, arrondie à l’unité : %
5 ÷ 56 ≈ 0,089, soit 9 %. Dans les sous-populations T, entre 68 % et 84 % des mésanges ouvrent la boîte ; dans les C, de 9 % à 53 %.
3. La boîte s’ouvre bien plus souvent là où deux démonstrateurs la pratiquaient, et avec leur technique : les mésanges l’ont acquise par apprentissage .
Par apprentissage social : les autres ont observé et imité les démonstrateurs.
4. D’après le document 3, part des mésanges de l’hiver suivant qui n’étaient pas là l’année précédente : %
100 − 40 = 60 % de nouveaux venus, qui n’avaient jamais vu la boîte.
5. Dans T3, l’hiver suivant, nombre moyen d’ouvertures par mésange, arrondi à l’unité :
2 329 ÷ 35 ≈ 66,5, soit environ 67 ouvertures par mésange.
6. Malgré ce renouvellement, chaque sous-population garde la technique d’origine, pourtant arbitraire : on parle de locales, transmises culturellement.
Des traditions locales : les nouveaux venus adoptent la technique majoritaire. Une même espèce, deux techniques différentes selon le lieu : une diversité culturelle qui ne doit rien aux allèles.

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