THÈME 2 – LE VIVANT ET SON ÉVOLUTION

Comment expliquer l’évolution des espèces ? Comment de nouvelles espèces peuvent apparaître en ville?

L’article parle de changement de phénotypes c’est à dire des changements de caractères observables. On parle aussi de variation.

A/ Exemple de variation chez une espèce

La punaise du Savonnier ( Jadera haematoloma) est un insecte qui se nourrit des graines en transperçant l'enveloppe des fruits à l'aide de leur rostre (photo à droite en vue ventrale). Au sein d'une population, les individus présentent des petites différences appelées VARIATION.

Activité évolution 1 (voir pronote)

Chez la punaise la longueur du rostre est le caractère qui VARIE entre deux populations. La population à "rostre long" est plus récente car apparue à la suite de l'arrivée du Pois de coeur provenant d'une autre région (espèce allochtone). Il y a donc eu une évolution mais comment le rostre d'une population a-t-il pu s'allonger en quelques générations ? 

Petit détour par l'Histoire des Sciences...Au XIXe siècle, LAMARCK, grand scientifique français, proposait une théorie appelée "transformisme" qui expliquait que les organes se modifiaient selon leur environnement et que ces modifications étaient  transmises à la descendance par voie héréditaire. L'exemple de la transformation du cou de la Girafe est souvent cité comme exemple pour illustrer sa théorie.

Un peu plus tard, Charles DARWIN,  proposa sa théorie de l'évolution :

"Si de pareilles variations sont possibles (...) devons-nous mettre en doute que ceux qui présentent quelque avantage, quelque faible qu'il soit, sur d'autres, n'aient plus de chances de vivre et de propager leur type . " (Extrait : l'Origine des espèces, 1859)

Pour lui, l'évolution des espèces repose sur la variation des individus au sein d'une population.

B/ L'évolution au niveau d'une population

Activite 2 e volution d une population 1 (8.53 Mo) 

Des mutations de l’ADN (au hasard) sont responsables de nouveaux allèles au sein d’une population. Ces mutations sont à l’origine des variations entre individus (la longueur du rostre). Les punaises du savonnier ayant un rostre plus long que les autres ont pu « s’adapter » à la nouvelle plante (pois de cœur) et se nourrir plus facilement que les autres. Au cours des générations suivantes, la plupart des punaises sont à rostre long car elles proviennent de punaises qui ont mieux survécu. Le caractère « rostre long » a été sélectionné et transmis aux générations suivantes de punaises. 

Remarque : cet exemple montre aussi qu’une plante introduite peut très bien être « adoptée » par des espèces d’insectes locales ce qui limite son invasion. Par contre, une espèce introduite peut aussi modifier une population d’espèces locales et donc son évolution.

Autre exemple pour comprendre la sélection naturelle : l'escargot des haies

BILAN : Les mutations de l'ADN sont responsables de la diversité génétique des individus d'une espèce. Les individus porteurs de caractères avantageux dans un milieu survivent mieux et ont plus de descendants, si bien que leurs caractères se répandent dans la population : c'est la sélection naturelle.

L’évolution est aussi une science testable expérimentalement.

C/ Les preuves expérimentales de l’évolution

Les chercheurs sont capables de faire évoluer en laboratoire des populations qui ont un temps de génération court (bactéries, champignons, mouches etc.). 
Les mécanismes de l’évolution sont visibles dans la nature et reproductibles en laboratoire : ils sont prévisibles, même si le hasard joue un grand rôle.

L’exemple des phalènes du bouleau est un cas très bien documenté par des faits et des expériences en laboratoire.

Activite phale ne (282.22 Ko) 

Ce modèle numérique permer de vérifier l’évolution d’une population par sélection naturelle. On y voit les fréquences des allèles varier au cours du temps (générations) selon les conditions du milieu (graphique ci-dessous).

Ainsi, avant la révolution industrielle et la pollution qui en découla, les populations de phalènes blanc étant les plus nombreuses car, étant moins visible sur une écorce de bouleau blanc, ils étaient plus souvent ignorés par les prédateurs que les phalènes noirs. Lorsque l'environnement changea à cause de la pollution, la situation inverse se produisit, cette fois c'était les phalènes noirs qui se fondaient mieux dans leur environnement et donc étaient épargnés par les prédateurs.

BILAN : l'évolution biologique n'est ni une opinion ni une croyance. Elle est fondée sur un raisonnement logique qui permet d'expliquer des observations et expériences. Elle est aujourd'hui confortée par de nombreuses preuves, à la fois expérimentales et historiques.

Lien vers une animation : http://www.cite-sciences.fr/juniors/darwin-galapagos/evolution-et-selection-naturelle.html

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Actu : inspirés par le calmar et son secret d’invisibilité, des chercheurs ont conçu des cellules humaines transparentes !

De toutes les superpuissances du règne animal, la capacité du calmar à devenir transparent est l’une des plus fantastiques. Et à présent, des chercheurs de l’Université de Californie à Irvine s’en sont inspirés et ont réussi à reproduire cela dans des cellules humaines pour la toute première fois, en leur accordant une transparence ajustable.

De nombreuses espèces disposent d'adaptations que les scientifiques cherchent à imiter pour l'appliquer dans différents domaines ( technologies, santé...). Cette démarche est qualifiée de biomimétique (ou biomimétisme).

NOUVEAU CHAPITRE 

- La démarche biomimétique, s'inspirer du vivant - 

Dans un premier temps il faut observer et comprendre le "super-pouvoir"  d'un être vivant, c'est à dire un caractère ou une fonction que l'on pourrait ensuite reproduire.

A/ Découverte du super-pouvoir d'une Limace de mer

Activité (voir cours) :  d'après les informations ( lien ) réalise un schéma permettant de comprendre les relations entre l'algue et les cellules de la Limace. Expliquer comment la Limace n'a plus besoin de s'alimenter pour produire son énergie.

Les déchets de la Limaces, localement concentrés, fournissent aux chloroplastes les éléments minéraux dont elles ont besoin. Le soleil leur procure l’énergie permettant la photosynthèse.
Ainsi, les chloroplastes approvisionnent les cellules de la Limace en matière organique (sucres), pouvant couvrir la totalité de leurs besoins.
Cette relation à bénéfices réciproques est une symbiose car il existe un lien étroit entre deux individus d’espèces différentes qui réalisent des échanges.
C’est cette relation qui au Limace de s’alimenter grâce à la lumière.

Pour s'entraîner :  Dipl me national du brevet 2022 sciences s rie g n rale 115765 (sujet sur la symbiose du corail et les services rendus par l'écosystème des récifs coralliens)

Imaginez si, comme les plantes, nous pouvions vivre de lumière et d'eau fraîche. Un petit creux, rien à manger sous la main ? Pas de problème ! Il nous suffirait d'offrir notre corps aux rayons du soleil pour nous alimenter et faire bombance. Par quel miracle ?

Comment modifier un organisme pour acquérir de nouveaux caractères ?

B/ Acquérir de nouveaux caractères

Chaque chromosome est constitué de gènes, support de l'information génétique. Un gène est responsable d'un ou plusieurs caractères (exemple : l'activité de la luciférase responsable de la bioluminescence chez la méduse).

Activité OGM (voir cours)

La transgenèse est une technique qui permet de transférer un fragment d'ADN d'un organisme à un autre, qu'ils soient ou non de la même espèce. On obtient ainsi un OGM ou Organisme Génétiquement Modifié. L'organisme qui reçoit l'ADN acquiert un nouveau caractère : l'ADN est donc bien le support de l'information génétique.

Photo : extraction d'ADN de cellules animales (Eponge)

La transgenèse est-elle possible entre une espèce animale et une espèce végétale ?  

Les végétaux ont-ils de l’ADN ?

C/ Recherche sur l’universalité de l’ADN

Tp extraction d adn ( 3G2 et 3G4)

Après extraction, l'ADN se présente sous forme d'une « méduse », ensemble de filaments microscopiques enchevêtrés.

CONCLUSION : l’ADN (acide désoxyribonucléique) est une molécule universelle partagée par tous les êtres vivants (animaux, plantes, bactéries...) et qui témoigne de leur origine commune.

Des transferts naturels de gènes ont d’ailleurs été possibles au cours de l’évolution entre les organismes vivants notamment grâce à des virus ou des bactéries.

Pour en savoir plus : https://www.sciencesetavenir.fr/sante/une-centaine-de-nos-genes-proviendrait-d-autres-organismes-vivants_28726

L'idée d'acquérir des "pouvoirs" d'autres organismes vivants a nourri la science -fiction, qui a produit de nombreux "mutants" ou créatures hybrides. Par exemple l'un de ces pouvoirs est la capacité à se régénérer (Wolferine, Claire Bennet ...).

 Plantman un super-vilain au pouvoir de régénération ! (Marvel comics) 

D/ Super-pouvoirs, fiction ou réalité ?

Régénération membre (86.48 Ko)

Activité régénération (voir cours)

Correction régénération (voir pronote)

La conservation de l'information génétique  (par copie de l'ADN) au cours des divisions cellulaires (mitoses) permet la régénération, d'un organe par exemple dans le cas de l'Axolotl.

Définition : la mitose est un mécanisme permettant d’obtenir deux cellules génétiquement identiques à partir d’une cellule de départ.

Remarque : le super-pouvoir de régénération n'existe que chez certains animaux (Axolotl, Hydre d'eau douce..), pour autant d’autres super-pouvoirs relèvent évidemment de la fiction (rayons lasers, téléportation…).

Chez les végétaux, le bouturage repose sur cette capacité de régénération. Il s'agit d'un mode de reproduction asexuée à partir du développement d'un fragment détaché de la plante-mère. 

Mitoses (flèches) à la pointe d'une racine d'Oignon (Microscope optique, x 100)

à voir : la régénération d'une Limace de mer qui s'auto-décapite 

à voir : LE BLOB, un autre organisme vivant aux super-pouvoirs !!!