Sciences de la vie et de la Terre · Seconde

Idées d’apprentissage actif

La dérive génétique et ses effets

La dérive génétique, bien que basée sur le hasard, peut être difficile à saisir sans une expérience concrète. Les méthodes actives permettent aux élèves de manipuler directement les concepts, transformant des idées abstraites en phénomènes observables et mesurables.

• Programmes Officiels
• MEN: Lycee - Mécanismes de l'évolution
• MEN: Lycee - Sélection naturelle et dérive

• 25–45 min
• Binômes → Classe entière
• 4 activités

Activité 01

• Jeu de simulation
• 40 min · Petits groupes

Jeu de simulation: L'urne de la dérive

Chaque groupe tire des billes de deux couleurs dans un sac pour simuler la transmission aléatoire des allèles d'une génération à l'autre. Ils réalisent l'expérience avec 10 billes (petite population) puis 100 billes (grande population) et comparent la variabilité des résultats entre les deux tailles d'échantillon.

Expliquez le mécanisme de la dérive génétique et son impact sur la fréquence des allèles.

Conseil de facilitation

Lors de la simulation 'L'urne de la dérive', assurez-vous que chaque groupe pioche un échantillon de taille fixe pour bien visualiser l'impact du hasard sur les fréquences alléliques.

À observer

Distribuer des urnes avec différentes proportions de billes colorées (représentant les allèles). Demander aux élèves de piocher un petit échantillon (ex: 10 billes) pour simuler une petite population et noter les nouvelles fréquences. Comparer les résultats entre groupes pour illustrer la variabilité due au hasard.

• Appliquer
• Analyser
• Évaluer
• Créer
• Conscience sociale
• Prise de décision

Activité 02

• Penser-Partager-Présenter
• 25 min · Binômes

Penser-Partager-Présenter: Dérive vs sélection

Les élèves reçoivent trois scénarios de changement de fréquence allélique. Individuellement, ils déterminent si la cause est la sélection ou la dérive, puis confrontent leur raisonnement avec un voisin. La mise en commun met en évidence que les deux forces agissent simultanément.

Comparez la dérive génétique et la sélection naturelle comme moteurs de l'évolution.

Conseil de facilitation

Pendant l'activité 'Penser-Partager-Présenter', encouragez les élèves à justifier leur classification des scénarios en s'appuyant sur les mécanismes spécifiques de la dérive et de la sélection.

À observer

Poser la question : 'Dans quel scénario (sélection naturelle ou dérive génétique) un allèle conférant un léger désavantage pourrait-il persister ou même devenir dominant dans une petite population ?' Guider la discussion vers les effets du hasard dans la dérive génétique.

• Comprendre
• Appliquer
• Analyser
• Conscience de soi
• Compétences relationnelles

Activité 03

• Étude de cas
• 45 min · Petits groupes

Étude de cas: Le guépard et le goulot d'étranglement

Les élèves analysent des données génétiques montrant la très faible diversité du guépard actuel. Ils reconstruisent l'histoire démographique de l'espèce et expliquent les risques pour sa survie, puis proposent des mesures de conservation fondées sur le maintien de la diversité génétique.

Analysez les effets de la dérive génétique sur les petites populations, comme l'effet fondateur et le goulot d'étranglement.

Conseil de facilitation

Dans l'étude de cas 'Le guépard et le goulot d'étranglement', guidez les élèves pour qu'ils relient la faible diversité génétique observée aux effets potentiels d'une forte dérive lors d'un événement de réduction de population.

À observer

Sur un carton, demander aux élèves de définir en une phrase la différence clé entre la sélection naturelle et la dérive génétique, puis de donner un exemple concret d'une situation où la dérive génétique a eu un impact significatif.

• Analyser
• Évaluer
• Créer
• Prise de décision
• Autogestion

Activité 04

• Jeu de simulation
• 35 min · Binômes

Modélisation numérique : Dérive aléatoire

À l'aide d'un tableur ou d'un logiciel de simulation, les élèves lancent 20 simulations de dérive pour une population de 20 individus et 20 simulations pour une population de 1 000 individus. Ils comparent le nombre de fixations et de pertes d'allèles pour quantifier l'effet de la taille.

Expliquez le mécanisme de la dérive génétique et son impact sur la fréquence des allèles.

Conseil de facilitation

Au cours de la modélisation numérique 'Dérive aléatoire', demandez aux élèves de comparer les trajectoires des différentes simulations pour identifier les tendances communes et la variabilité inhérente au processus.

À observer

Distribuer des urnes avec différentes proportions de billes colorées (représentant les allèles). Demander aux élèves de piocher un petit échantillon (ex: 10 billes) pour simuler une petite population et noter les nouvelles fréquences. Comparer les résultats entre groupes pour illustrer la variabilité due au hasard.

• Appliquer
• Analyser
• Évaluer
• Créer
• Conscience sociale
• Prise de décision

Quelques notes pour enseigner cette unité

Pour enseigner la dérive génétique, privilégiez les approches qui rendent le hasard tangible. Les simulations et modélisations sont particulièrement efficaces car elles permettent aux élèves de 'voir' le hasard agir. Évitez de présenter la dérive comme un phénomène uniquement négatif ou secondaire par rapport à la sélection; soulignez plutôt sa coexistence et son importance dans certains contextes, notamment les petites populations.

Les élèves démontrent une compréhension claire que la dérive génétique est un processus aléatoire qui affecte la fréquence des allèles, indépendamment de la sélection. Ils sont capables de distinguer ses effets de ceux de la sélection naturelle, en particulier en fonction de la taille de la population.

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Attention à ces idées reçues

• Lors de la simulation 'L'urne de la dérive', les élèves pourraient penser que la dérive n'agit que parce que le sac est petit.

  Ramenez les élèves à la loi des grands nombres: proposez-leur de comparer les résultats d'un tirage de 10 billes avec ceux d'un tirage de 100 billes du même sac pour montrer que le hasard agit toujours, mais ses effets sont plus visibles avec de petits échantillons.

• Pendant l'activité 'Penser-Partager-Présenter', les élèves pourraient sous-estimer l'impact de la dérive par rapport à la sélection dans les scénarios proposés.

  Lors de la phase de partage, demandez aux élèves de débattre des scénarios où un allèle légèrement désavantageux pourrait persister ou se fixer, en insistant sur le rôle du hasard dans les petites populations, comme illustré par la comparaison des scénarios.

• Dans l'étude de cas 'Le guépard et le goulot d'étranglement', les élèves pourraient conclure que la faible diversité est uniquement due à une sélection négative passée.

  Lors de l'analyse des données génétiques, guidez les élèves pour qu'ils discutent de la probabilité que la dérive génétique, suite à un goulot d'étranglement, ait pu entraîner la perte d'allèles bénéfiques ou la fixation d'allèles neutres ou légèrement délétères, menant à la faible diversité actuelle.

• Lors de la modélisation numérique 'Dérive aléatoire', les élèves pourraient croire qu'il existe une 'bonne' trajectoire de dérive à suivre.

  Après avoir lancé les 20 simulations, demandez aux élèves de comparer les différentes trajectoires obtenues. Soulignez que chaque simulation représente une histoire évolutive possible due au pur hasard, et qu'il n'y a pas une seule trajectoire correcte.

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Méthodes utilisées dans ce dossier

• Jeu de simulation
• Penser-Partager-Présenter
• Étude de cas