Sciences de la vie et de la Terre · Première · Écosystèmes et Services Environnementaux · 2e Trimestre

La Biodiversité et son Évolution

Mesure de la diversité spécifique et génétique dans le temps et les mécanismes de spéciation.

• Programmes Officiels
• EDNAT.SVT.305
• EDNAT.SVT.306

À propos de ce thème

Les agrosystèmes sont des écosystèmes gérés par l'homme pour produire de la biomasse (nourriture, fibres, énergie). Ce chapitre compare le fonctionnement d'un écosystème naturel (forêt) avec celui d'un agrosystème (champ de maïs). La différence majeure réside dans l'exportation de matière : là où la forêt recycle ses nutriments, l'agrosystème nécessite des intrants (engrais, eau) pour compenser ce qui est récolté.

En Première, les élèves étudient l'impact environnemental de ces pratiques : pollution des eaux par les nitrates, baisse de la biodiversité et érosion des sols. L'enjeu est de réfléchir à des modèles plus durables, comme l'agroforesterie ou l'agriculture biologique. Ce thème se prête parfaitement à l'analyse de bilans de matière et à des débats sur les choix agricoles de demain.

Questions clés

1. Comment quantifier la richesse spécifique et la diversité génétique d'un milieu ?
2. Quels sont les mécanismes de spéciation qui mènent à l'apparition de nouvelles espèces ?
3. Pourquoi parle-t-on de sixième extinction de masse et quelles en sont les causes ?

Objectifs d'apprentissage

• Analyser des données pour quantifier la richesse spécifique et la diversité génétique d'un écosystème donné.
• Comparer les mécanismes de spéciation allopatrique et sympatrique en utilisant des exemples d'espèces.
• Expliquer les causes et les conséquences de la sixième extinction de masse en s'appuyant sur des études de cas.
• Évaluer l'impact des activités humaines sur la biodiversité locale et globale.

Avant de commencer

Notions de base sur les écosystèmes et les interactions biotiques

Pourquoi : Les élèves doivent comprendre les concepts d'interactions entre organismes et leur environnement pour aborder la mesure de la biodiversité.

Les bases de la génétique (allèles, mutations)

Pourquoi : La compréhension de la diversité génétique et des mécanismes de spéciation repose sur des notions fondamentales de génétique.

Vocabulaire clé

Richesse spécifique	Le nombre total d'espèces différentes présentes dans une communauté ou un écosystème particulier.
Diversité génétique	La variation des gènes au sein d'une même espèce, mesurée par le nombre d'allèles ou la fréquence des différents allèles.
Spéciation	Le processus évolutif par lequel de nouvelles espèces biologiques apparaissent à partir d'ancêtres.
Extinction de masse	Une réduction significative et rapide du nombre d'espèces sur Terre, affectant de manière disproportionnée la biodiversité.
Allopatrie	La spéciation qui se produit lorsque des populations d'une même espèce sont géographiquement isolées les unes des autres.

Attention à ces idées reçues

Idée reçue courante

L'agriculture biologique n'utilise aucun produit de traitement.

Ce qu'il faut enseigner à la place

Elle utilise des produits d'origine naturelle (cuivre, soufre, extraits de plantes) mais pas de molécules de synthèse. La distinction entre 'naturel' et 'chimique de synthèse' est importante à clarifier.

Idée reçue courante

Une forêt exploitée pour le bois n'est plus un écosystème.

Ce qu'il faut enseigner à la place

C'est un écosystème géré. Il conserve de nombreuses fonctions écologiques, contrairement à une monoculture intensive. La notion de gradient d'anthropisation aide à comprendre cette nuance.

Idées d'apprentissage actif

Comparaison de bilans : Forêt vs Champ

Les élèves analysent des schémas de flux de matière (Azote, Phosphore) pour deux systèmes. Ils doivent identifier les entrées et sorties et expliquer pourquoi l'un nécessite des engrais et pas l'autre.

50 min·Binômes

Atelier collaboratif : Concevoir un agrosystème durable

En groupes, les élèves doivent dessiner une ferme qui maximise la production tout en minimisant les intrants chimiques. Ils présentent leurs solutions (rotation des cultures, haies, lutte biologique) à la classe.

60 min·Petits groupes

Penser-Partager-Présenter: L'impact des pesticides

À partir d'un document sur la bioaccumulation, les élèves expliquent pourquoi les prédateurs (oiseaux) sont plus touchés par les pesticides que les insectes ciblés au départ.

25 min·Binômes

Liens avec le monde réel

• Les écologues travaillant pour l'Office Français de la Biodiversité (OFB) réalisent des inventaires d'espèces dans des parcs nationaux comme celui des Cévennes pour suivre l'évolution de la biodiversité et proposer des mesures de conservation.
• Les sélectionneurs au sein des entreprises semencières analysent la diversité génétique des variétés de blé pour développer de nouvelles souches plus résistantes aux maladies et aux changements climatiques, assurant ainsi la sécurité alimentaire.
• Les conservateurs de musées d'histoire naturelle, comme le Muséum national d'Histoire naturelle à Paris, étudient des collections d'échantillons pour comprendre les processus de spéciation passés et documenter les espèces disparues.

Idées d'évaluation

Vérification rapide

Distribuez une courte description d'un milieu naturel (ex: une forêt tempérée, un récif corallien). Demandez aux élèves d'identifier deux indicateurs qu'ils utiliseraient pour mesurer sa richesse spécifique et deux pour sa diversité génétique, en justifiant brièvement leur choix.

Question de discussion

Posez la question : 'Si une nouvelle espèce de papillon apparaît dans une île isolée suite à une mutation génétique, est-ce un exemple de spéciation allopatrique ou sympatrique ?' Guidez la discussion pour faire émerger les critères de distinction.

Billet de sortie

Sur un post-it, demandez aux élèves d'écrire une cause majeure de la sixième extinction de masse et une conséquence directe sur un écosystème qu'ils connaissent. Ils doivent aussi proposer une action concrète, même petite, pour lutter contre ce phénomène.

Questions fréquentes

Qu'est-ce qu'un intrant ?

C'est tout ce qui est apporté à l'agrosystème pour améliorer le rendement : engrais, produits phytosanitaires (pesticides), eau d'irrigation et semences.

Pourquoi les nitrates polluent-ils les nappes phréatiques ?

Les nitrates sont très solubles dans l'eau. S'ils ne sont pas absorbés par les plantes, la pluie les entraîne dans le sol jusqu'aux réserves d'eau souterraines.

Qu'est-ce que l'agroforesterie ?

C'est une pratique qui associe des arbres et des cultures ou de l'élevage sur une même parcelle. Les arbres protègent les sols, abritent des auxiliaires de culture et recyclent les nutriments profonds.

Comment les études de cas locales favorisent-elles l'apprentissage ?

En étudiant des exploitations agricoles proches du lycée, les élèves se sentent concernés. Ils peuvent interviewer des agriculteurs ou observer des paysages familiers, ce qui rend les notions de rendement et d'impact environnemental beaucoup plus réelles et moins théoriques.