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.

• Seconde
• SVT Seconde : Comprendre le Vivant et son Environnement
• 4 activités
• 25 min–45 min

Objectifs d’apprentissage

1. Expliquer le mécanisme de la dérive génétique en décrivant les fluctuations aléatoires des fréquences alléliques dans une population.
2. Comparer la dérive génétique et la sélection naturelle en identifiant leurs rôles distincts et leurs effets sur la diversité génétique.
3. Analyser les effets spécifiques de la dérive génétique sur les petites populations, tels que l'effet fondateur et le goulot d'étranglement.
4. Calculer les fréquences alléliques avant et après un événement de dérive génétique simulé.

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.

Préparation et détails

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.

Setup: Espace modulable avec différents îlots de travail

Materials: Fiches de rôle avec objectifs et ressources, Monnaie fictive ou jetons de jeu, Tableau de suivi des tours

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

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.

Préparation et détails

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.

Setup: Disposition de classe standard ; les élèves se tournent vers leur voisin

Materials: Consigne de discussion (projetée ou distribuée), Optionnel : fiche de prise de notes pour les binômes

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

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.

Préparation et détails

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.

Setup: Groupes de travail en îlots avec dossiers documentaires

Materials: Dossier d'étude de cas (3 à 5 pages), Grille d'analyse méthodologique, Support de présentation des conclusions

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

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.

Préparation et détails

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.

Setup: Espace modulable avec différents îlots de travail

Materials: Fiches de rôle avec objectifs et ressources, Monnaie fictive ou jetons de jeu, Tableau de suivi des tours

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

Enseigner ce sujet

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.

À quoi s’attendre

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.

Attention à ces idées reçues

Idée reçue courante

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.

Ce qu'il faut enseigner à la place

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.

Idée reçue courante

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.

Ce qu'il faut enseigner à la place

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.

Idée reçue courante

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.

Ce qu'il faut enseigner à la place

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.

Idée reçue courante

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

Ce qu'il faut enseigner à la place

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.

Idées d'évaluation

Vérification rapide

Après la simulation 'L'urne de la dérive', demandez à chaque groupe de présenter les fréquences alléliques de leur population après quelques générations simulées et de comparer la variabilité des résultats entre les groupes.

Question de discussion

Au cours de l'activité 'Penser-Partager-Présenter', posez la question : 'Dans quel scénario un allèle conférant un léger désavantage pourrait-il persister ou même devenir dominant dans une petite population ?' et guidez la discussion vers les effets du hasard dans la dérive génétique.

Billet de sortie

Sur un carton, après l'étude de cas 'Le guépard et le goulot d'étranglement', demandez aux élèves de définir en une phrase la différence clé entre la sélection naturelle et la dérive génétique et de donner un exemple concret d'une situation où la dérive génétique a eu un impact significatif.

Extensions et étayage

• Challenge : Demander aux élèves de concevoir une expérience de simulation similaire pour illustrer l'effet fondateur.
• Scaffolding : Fournir aux élèves des tableaux pré-remplis avec les fréquences initiales pour la simulation 'L'urne de la dérive'.
• Deeper exploration : Explorer des exemples réels de dérive génétique, comme la colonisation de nouvelles terres par des espèces.

Vocabulaire clé

Dérive génétique	Fluctuation aléatoire de la fréquence des allèles dans une population, particulièrement marquée dans les petites populations, indépendamment de la sélection.
Fréquence allélique	Proportion d'une version spécifique d'un gène (un allèle) au sein d'une population.
Effet fondateur	Réduction de la diversité génétique lorsqu'une nouvelle population est établie par un petit nombre d'individus issus d'une population plus grande.
Goulot d'étranglement	Réduction drastique de la taille d'une population, entraînant une perte de diversité génétique due à une mortalité massive.
Allèle	Une des formes possibles d'un même gène, située à un endroit donné sur un chromosome.