Sciences de la vie et de la Terre · 3ème · Évolution des Espèces et Histoire de la Terre · 2e Trimestre

La dérive génétique et la spéciation

Les élèves explorent d'autres mécanismes de l'évolution comme la dérive génétique et le processus de spéciation.

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• MEN: Cycle 4 - Le vivant et son évolution

À propos de ce thème

La sélection naturelle n'est pas le seul moteur de l'évolution. La dérive génétique modifie la fréquence des allèles de façon aléatoire, indépendamment de leur valeur adaptative. Ce phénomène est particulièrement marqué dans les petites populations, où le hasard de la reproduction peut éliminer un allèle ou le rendre dominant en quelques générations. Les élèves découvrent que le hasard joue un rôle fondamental dans l'histoire du vivant.

La spéciation est le processus par lequel une population ancestrale se scinde en deux espèces distinctes. L'isolement géographique (montagne, cours d'eau, île) ou reproductif empêche les échanges de gènes entre groupes. Avec le temps, la dérive génétique et la sélection naturelle agissant différemment dans chaque groupe produisent des divergences suffisantes pour que l'interfécondité disparaisse. Les simulations avec des populations de taille variable permettent aux élèves de saisir l'effet amplificateur du hasard dans les petits effectifs.

Questions clés

1. Distinguez la sélection naturelle de la dérive génétique.
2. Expliquez comment de nouvelles espèces peuvent apparaître au cours du temps.
3. Analysez les facteurs qui peuvent isoler des populations et conduire à la spéciation.

Objectifs d'apprentissage

• Comparer la dérive génétique et la sélection naturelle en identifiant leurs mécanismes et leurs conséquences sur la fréquence des allèles.
• Expliquer le processus de spéciation en décrivant les étapes menant à l'isolement reproductif.
• Analyser l'impact de la taille des populations sur la probabilité et la vitesse de la dérive génétique.
• Identifier les différents types d'isolement (géographique, reproductif) qui peuvent conduire à la formation de nouvelles espèces.

Avant de commencer

Les bases de l'hérédité et de la génétique

Pourquoi : Les élèves doivent comprendre ce qu'est un allèle et comment il se transmet pour saisir les changements de fréquence allèlique dus à la dérive génétique.

La sélection naturelle comme moteur de l'évolution

Pourquoi : Il est essentiel que les élèves aient déjà compris le concept de sélection naturelle pour pouvoir ensuite distinguer et comparer ce mécanisme avec la dérive génétique.

Vocabulaire clé

Dérive génétique	Variation aléatoire de la fréquence des allèles dans une population, indépendante de la sélection naturelle. Elle est plus prononcée dans les petites populations.
Spéciation	Processus évolutif par lequel une espèce donne naissance à une ou plusieurs nouvelles espèces distinctes, souvent par isolement reproductif.
Allèle	Version spécifique d'un gène qui détermine un caractère particulier. La fréquence des allèles dans une population peut changer au fil du temps.
Isolement reproductif	Barrière biologique qui empêche les membres de différentes populations de se reproduire et de produire une descendance fertile, menant à la spéciation.
Goulot d'étranglement génétique	Réduction drastique de la taille d'une population due à un événement aléatoire, entraînant une perte de diversité génétique et une dérive génétique accrue.

Attention à ces idées reçues

Idée reçue courante

L'évolution est toujours adaptative, elle produit toujours le meilleur résultat.

Ce qu'il faut enseigner à la place

La dérive génétique montre que le hasard peut fixer des allèles neutres ou même légèrement défavorables dans une population. L'évolution ne produit pas des organismes « parfaits ». La simulation comparative entre petite et grande population illustre bien ce rôle du hasard.

Idée reçue courante

Deux populations isolées forment immédiatement deux espèces différentes.

Ce qu'il faut enseigner à la place

La spéciation est un processus très long, s'étendant sur des milliers à des millions de générations. L'isolement seul ne suffit pas : il faut que les différences génétiques s'accumulent jusqu'à rendre l'interfécondité impossible. La simulation sur 20 générations aide à comprendre la progressivité du processus.

Idées d'apprentissage actif

Jeu de simulation: Dérive dans les petites populations

Deux groupes travaillent en parallèle : un avec 50 billes (grande population) et un avec 10 billes (petite population). À chaque génération, ils tirent au sort les allèles transmis. Après 10 tours, les élèves comparent les résultats et constatent que la petite population perd plus rapidement sa diversité.

40 min·Petits groupes

Étude de cas: Les pinsons des Galápagos

Les binômes étudient la diversification des pinsons de Darwin sur les différentes îles. Ils identifient les facteurs d'isolement géographique, les pressions de sélection locales et les adaptations résultantes (forme du bec). Ils construisent un schéma du processus de spéciation.

40 min·Binômes

Jeu de rôle: L'île coupée en deux

Un événement géologique sépare une population en deux groupes. Les élèves simulent l'évolution indépendante des deux sous-populations pendant 20 générations (tirage de billes et pressions différentes). Ils testent ensuite si les deux populations peuvent encore se « reproduire » (compatibilité des allèles).

55 min·Petits groupes

Carte mentale collaborative : Les mécanismes de la spéciation

En classe entière, les élèves construisent une carte mentale géante reliant isolement géographique, dérive génétique, sélection naturelle différentielle et spéciation. Chaque élève ajoute un élément et trace les liens de cause à effet.

25 min·Classe entière

Liens avec le monde réel

• Les biologistes de la conservation utilisent la compréhension de la dérive génétique pour protéger les espèces menacées, comme le panda géant, en gérant les populations fragmentées pour maintenir leur diversité génétique.
• L'étude de la spéciation aide à comprendre la diversité des pinsons des Galápagos observés par Charles Darwin, où des populations isolées sur différentes îles ont évolué en espèces distinctes adaptées à des régimes alimentaires variés.
• Les épidémiologistes analysent la dérive génétique dans les populations virales, comme le virus de la grippe, pour prédire les souches qui deviendront dominantes et développer de nouveaux vaccins.

Idées d'évaluation

Billet de sortie

Demandez aux élèves d'écrire sur un carton : 'Une phrase expliquant la principale différence entre la sélection naturelle et la dérive génétique' et 'Un exemple concret de situation où la dérive génétique est importante'.

Question de discussion

Posez la question suivante à la classe : 'Imaginez une petite population d'insectes sur une île. Un ouragan emporte la moitié des insectes au hasard. Comment cet événement peut-il affecter la fréquence des allèles dans la population survivante ?' Encouragez les élèves à utiliser les termes 'dérive génétique' et 'hasard'.

Vérification rapide

Présentez deux scénarios : l'un décrivant une population isolée par une montagne, l'autre une population subissant une forte prédation sélective. Demandez aux élèves d'identifier quel scénario est le plus susceptible de mener à la spéciation par dérive génétique et pourquoi.

Questions fréquentes

Quelle est la différence entre sélection naturelle et dérive génétique ?

La sélection naturelle trie les allèles en fonction de leur avantage adaptatif dans un environnement donné. La dérive génétique modifie leur fréquence de façon aléatoire, sans lien avec leur utilité. Les deux agissent ensemble, mais la dérive est dominante dans les petites populations.

Comment de nouvelles espèces apparaissent-elles ?

Lorsqu'une population est divisée en groupes isolés (par une barrière géographique, par exemple), chaque groupe évolue indépendamment sous l'effet de la sélection et de la dérive. Avec le temps, les différences génétiques s'accumulent jusqu'à ce que les individus ne puissent plus se reproduire entre eux.

Comment les simulations avec des billes aident-elles à comprendre la dérive génétique ?

La dérive est un phénomène statistique difficile à saisir intuitivement. En tirant au sort les allèles transmis dans des populations de taille différente, les élèves constatent que le hasard a un impact bien plus fort dans les petits effectifs. Cette manipulation rend le concept de fluctuation aléatoire visible.

Pourquoi les îles sont-elles des laboratoires de l'évolution ?

Les îles offrent des populations isolées de petite taille, soumises à des pressions de sélection différentes du continent. La dérive y est forte et les niches écologiques disponibles favorisent la diversification. Les pinsons des Galápagos et les lémuriens de Madagascar en sont des exemples classiques.