Sciences de la vie et de la Terre · Terminale · Génétique et Évolution : La Diversité du Vivant · 1er Trimestre

Dérive Génétique et Spéciation

Les élèves explorent les mécanismes de la dérive génétique et de la spéciation, en comprenant comment ces processus contribuent à l'émergence de nouvelles espèces.

• Programmes Officiels
• EDNAT: TLE-SVT-1.6

À propos de ce thème

La dérive génétique désigne les fluctuations aléatoires de la fréquence des allèles d'une génération à l'autre, indépendamment de tout avantage sélectif. Son effet est d'autant plus marqué que la population est petite. Dans une petite population, le hasard de l'échantillonnage des gamètes peut conduire à la fixation (fréquence 100 %) ou à la perte (fréquence 0 %) d'un allèle en quelques générations, même s'il est neutre.

La spéciation est le processus par lequel une population donne naissance à deux espèces distinctes, incapables de se reproduire entre elles. La spéciation allopatrique résulte de l'isolement géographique de deux sous-populations qui divergent sous l'effet de la sélection et de la dérive. La spéciation sympatrique survient au sein d'une même zone géographique, souvent par des mécanismes génétiques (polyploïdie chez les plantes) ou écologiques (spécialisation sur des ressources différentes).

Les simulations de dérive génétique avec des tirages aléatoires sont un excellent outil pédagogique actif : les élèves constatent directement que le hasard peut avoir des conséquences évolutives majeures, ce qui contrebalance la tendance à tout expliquer par la sélection naturelle.

Questions clés

1. Expliquez comment la dérive génétique peut entraîner la fixation ou la perte d'allèles, surtout dans les petites populations.
2. Comparez les différents modes de spéciation (allopatrique, sympatrique) et leurs conditions d'apparition.
3. Analysez le rôle des barrières reproductives dans l'isolement génétique des populations.

Objectifs d'apprentissage

• Analyser l'impact de la taille de la population sur la vitesse de fixation ou de perte d'allèles due à la dérive génétique.
• Comparer les mécanismes et les conditions d'apparition de la spéciation allopatrique et sympatrique.
• Expliquer comment les différentes barrières reproductives maintiennent l'isolement génétique entre les populations.
• Synthétiser les rôles respectifs de la dérive génétique et de la sélection naturelle dans la divergence des populations.

Avant de commencer

Notions de base de la génétique des populations

Pourquoi : Les élèves doivent maîtriser les concepts de fréquence allélique, de pool génique et de panmixie pour comprendre les mécanismes de la dérive.

Principes de la sélection naturelle

Pourquoi : Il est essentiel de distinguer les effets du hasard (dérive) des effets adaptatifs (sélection) pour comprendre l'évolution des populations.

Vocabulaire clé

Dérive génétique	Fluctuations aléatoires des fréquences alléliques d'une génération à l'autre, particulièrement prononcées dans les petites populations.
Fixation d'un allèle	Situation où un allèle atteint une fréquence de 100 % dans une population, éliminant ainsi les autres versions de ce gène.
Spéciation allopatrique	Formation de nouvelles espèces résultant d'un isolement géographique qui empêche le flux génique entre des populations séparées.
Spéciation sympatrique	Formation de nouvelles espèces au sein d'une même aire géographique, souvent par des mécanismes comme la polyploïdie ou la spécialisation écologique.
Barrière reproductive	Obstacle biologique qui empêche des individus de différentes populations de se croiser et de produire une descendance viable et fertile.

Attention à ces idées reçues

Idée reçue courante

L'évolution est toujours dirigée par la sélection naturelle.

Ce qu'il faut enseigner à la place

La dérive génétique est une force évolutive majeure, surtout dans les petites populations. Des allèles neutres peuvent se fixer ou disparaître par le seul effet du hasard. La simulation avec les haricots montre concrètement que les fréquences alléliques fluctuent aléatoirement même sans aucune pression de sélection.

Idée reçue courante

La spéciation nécessite toujours une barrière géographique.

Ce qu'il faut enseigner à la place

La spéciation allopatrique (avec barrière géographique) est la plus fréquente mais pas la seule. La spéciation sympatrique existe, notamment chez les plantes par polyploïdie (doublement du nombre de chromosomes). La carte conceptuelle aide les élèves à visualiser les différentes voies de spéciation et leurs conditions.

Idée reçue courante

Deux espèces différentes ne peuvent jamais se croiser.

Ce qu'il faut enseigner à la place

Des espèces proches peuvent parfois se croiser (hybridation), mais les hybrides sont généralement stériles ou moins viables. Les barrières reproductives sont souvent incomplètes, surtout chez les espèces récemment séparées. Discuter d'exemples concrets (mulet, ligre) en binôme aide à comprendre la notion d'isolement reproductif graduel.

Idées d'apprentissage actif

Jeu de simulation: Dérive génétique avec des haricots

Chaque groupe dispose de 20 haricots de deux couleurs (allèles A et a) en proportions égales. À chaque génération, les élèves tirent au hasard 10 haricots pour constituer la génération suivante, complètent à 20 et notent les fréquences. Après 10 générations, les groupes comparent l'évolution des fréquences et observent la fixation ou la perte aléatoire d'allèles.

35 min·Petits groupes

Étude de cas: Spéciation des pinsons de Darwin

En binôme, les élèves analysent les données morphologiques (forme du bec) et génétiques des pinsons des Galapagos. Ils identifient les facteurs ayant conduit à la spéciation allopatrique (isolement insulaire, ressources différentes) et construisent un arbre simplifié des relations de parenté entre espèces.

40 min·Binômes

Penser-Partager-Présenter: Dérive vs sélection

Individuellement, les élèves répondent à la question : « Un allèle peut-il se fixer dans une population sans être avantageux ? ». En binôme, ils confrontent leurs réponses en s'appuyant sur les résultats de la simulation aux haricots. La mise en commun permet de distinguer les rôles respectifs du hasard et de la sélection.

20 min·Binômes

Carte conceptuelle: Mécanismes de spéciation

Par groupes, les élèves construisent une carte conceptuelle reliant les concepts : isolement géographique, isolement reproductif, dérive génétique, sélection divergente, barrières pré-zygotiques et post-zygotiques. Chaque lien doit être justifié par un exemple concret. Les cartes sont affichées et comparées.

35 min·Petits groupes

Liens avec le monde réel

• Les écologues étudiant les populations d'amphibiens isolées sur des îles volcaniques, comme celles des Galápagos, observent comment la dérive génétique et la sélection locale façonnent leur diversité génétique unique.
• En agriculture, la sélection artificielle de variétés de plantes résistantes à des maladies spécifiques peut, dans des populations initialement petites, mimer les effets de la dérive génétique sur la fixation de certains allèles.
• Les travaux de conservation sur des espèces menacées en fragments d'habitat, comme le lynx ibérique dans la péninsule ibérique, nécessitent de comprendre la dérive génétique pour évaluer les risques d'appauvrissement génétique et de perte de diversité.

Idées d'évaluation

Vérification rapide

Présentez aux élèves deux scénarios de populations : une grande (1000 individus) et une petite (20 individus). Demandez-leur d'expliquer, pour chaque scénario, comment la dérive génétique affecterait la probabilité de perte d'un allèle rare au cours de 10 générations.

Question de discussion

Posez la question : 'Dans quel contexte (allopatrique ou sympatrique) est-il le plus probable d'observer une spéciation rapide et pourquoi ?' Encouragez les élèves à justifier leur réponse en évoquant les barrières géographiques et reproductives.

Billet de sortie

Demandez aux élèves d'écrire le nom d'une barrière reproductive (prézygotique ou postzygotique) et de donner un exemple concret de son fonctionnement, expliquant comment elle contribue à l'isolement génétique.

Questions fréquentes

Qu'est-ce que la dérive génétique et pourquoi est-elle plus forte dans les petites populations ?

La dérive génétique est la variation aléatoire des fréquences alléliques d'une génération à l'autre, due à l'échantillonnage des gamètes. Dans une petite population, chaque individu représente une grande proportion du pool génétique. Le hasard de la reproduction peut donc modifier fortement les fréquences alléliques, jusqu'à la fixation ou la perte d'allèles.

Quelle est la différence entre spéciation allopatrique et sympatrique ?

La spéciation allopatrique se produit quand une barrière géographique (montagne, océan, glacier) sépare une population en deux. Chaque sous-population évolue indépendamment jusqu'à devenir incompatible. La spéciation sympatrique survient sans isolement géographique, souvent par polyploïdie chez les plantes ou spécialisation écologique chez les animaux.

Comment la dérive génétique et la sélection naturelle interagissent-elles ?

Dans les grandes populations, la sélection naturelle domine car les allèles avantageux sont systématiquement favorisés. Dans les petites populations, la dérive peut l'emporter sur la sélection : un allèle avantageux peut être perdu par hasard, ou un allèle légèrement délétère peut se fixer. Les deux forces agissent simultanément sur les populations réelles.

Comment simuler la dérive génétique avec des méthodes actives en classe ?

Le tirage aléatoire de haricots de deux couleurs (allèles) est très efficace. Les élèves constituent une « population » de 20 individus et simulent la reproduction aléatoire sur 10 générations. La comparaison des résultats entre groupes montre la variabilité du hasard et rend tangible un concept souvent perçu comme abstrait.