Sciences de la vie et de la Terre · Terminale

Idées d’apprentissage actif

Dérive Génétique et Spéciation

La dérive génétique et la spéciation sont des concepts qui gagnent à être expérimentés plutôt que simplement expliqués. Les méthodes actives permettent aux élèves de manipuler des variables, d'observer des tendances et de tirer leurs propres conclusions, rendant ces processus évolutifs abstraits plus concrets et mémorables.

• Programmes Officiels
• EDNAT: TLE-SVT-1.6

• 20–40 min
• Binômes → Classe entière
• 4 activités

Activité 01

• Jeu de simulation
• 35 min · Petits groupes

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.

Expliquez comment la dérive génétique peut entraîner la fixation ou la perte d'allèles, surtout dans les petites populations.

Conseil de facilitation

Pendant la simulation avec les haricots, assurez-vous que les élèves mélangent bien les haricots à chaque génération pour simuler un échantillonnage aléatoire correct des gamètes.

À observer

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.

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

Activité 02

• Étude de cas
• 40 min · Binômes

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.

Comparez les différents modes de spéciation (allopatrique, sympatrique) et leurs conditions d'apparition.

Conseil de facilitation

Lors de l'étude de cas sur les pinsons de Darwin, guidez les binômes pour qu'ils relient explicitement les changements environnementaux aux adaptations morphologiques et génétiques observées.

À observer

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.

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

Activité 03

• Penser-Partager-Présenter
• 20 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.

Analysez le rôle des barrières reproductives dans l'isolement génétique des populations.

Conseil de facilitation

Dans l'activité Penser-Partager-Présenter, demandez aux élèves de s'appuyer sur leurs observations de la simulation de dérive génétique pour justifier leur réponse sur la fixation des allèles.

À observer

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.

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

Activité 04

• Carte conceptuelle
• 35 min · Petits groupes

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.

Expliquez comment la dérive génétique peut entraîner la fixation ou la perte d'allèles, surtout dans les petites populations.

Conseil de facilitation

Pour la carte conceptuelle, encouragez les groupes à utiliser des flèches directionnelles claires et des définitions concises pour montrer les relations entre les différents mécanismes de spéciation.

À observer

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.

• Comprendre
• Analyser
• Créer
• Conscience de soi
• Autogestion

Quelques notes pour enseigner cette unité

Pour enseigner la dérive génétique et la spéciation, privilégiez les approches qui font passer les élèves de l'observation à l'explication. Évitez de présenter la sélection naturelle comme la seule force évolutive; mettez l'accent sur le rôle du hasard, surtout dans les petites populations. Les simulations et les études de cas sont particulièrement efficaces pour illustrer ces mécanismes.

Les élèves démontreront une compréhension claire que le hasard joue un rôle significatif dans l'évolution, particulièrement dans les petites populations. Ils seront capables d'expliquer comment les fluctuations aléatoires des fréquences alléliques peuvent mener à la spéciation, en distinguant les rôles de la dérive et de la sélection.

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Attention à ces idées reçues

• Pendant la simulation avec les haricots, attention aux élèves qui pourraient penser que les changements de couleur sont dus à une 'volonté' des haricots ou à une sélection dirigée, plutôt qu'au pur hasard de l'échantillonnage.

  Redirigez les élèves vers le protocole de la simulation : demandez-leur de vérifier comment les haricots sont sélectionnés à chaque génération et de reformuler l'explication en termes de probabilité aléatoire de choisir des allèles spécifiques pour la prochaine génération.

• Lors de l'étude de cas sur les pinsons de Darwin, certains élèves pourraient conclure que la spéciation est un processus lent et inévitable une fois qu'une barrière géographique est établie.

  Posez des questions ciblées aux binômes sur la rapidité des changements observés chez les pinsons et sur les facteurs environnementaux qui ont pu accélérer ou ralentir le processus, en les invitant à considérer la plasticité phénotypique et les pressions sélectives variables.

• Dans l'activité Penser-Partager-Présenter, des élèves pourraient affirmer que seul un allèle avantageux peut se fixer dans une population, ignorant le rôle de la dérive génétique.

  Invitez les élèves à revoir les résultats de leur simulation avec les haricots, en particulier les allèles qui ont pu disparaître ou se fixer malgré leur neutralité apparente, et à relier ces observations à leur réponse concernant la fixation des allèles par le seul hasard.

• Avec la carte conceptuelle sur les mécanismes de spéciation, des élèves pourraient ne pas distinguer clairement les barrières géographiques des barrières reproductives.

  Demandez aux groupes de classer explicitement les différents types d'isolement (géographique, prézygotique, postzygotique) sur leur carte et de fournir un exemple concret pour chaque catégorie, en s'assurant qu'ils comprennent la différence entre l'empêchement physique et l'incompatibilité biologique.

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Méthodes utilisées dans ce dossier

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