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mercredi 2 janvier 2013

TS 2013 - Prépa07 - T1A2 - Enseignement spécifique - Thème 1A2 : Diversification génétique et diversification des êtres vivants.


SVT - TS
2012 - 2013
ATTENTION... EN COURS DE MODIFICATION !


  • 1A2 - Diversification génétique et diversification des êtres vivants


Préambule

Remarque : les mécanismes de diversification abordés sont étroitement liés aux notions d’espèce et de spéciation, abordées dans le thème 1-A-3. Il est donc tout à fait possible d’aborder cette partie de programme après l’étude du thème 1-A-3, ou encore de profiter de l’étude menée à l’occasion de la découverte de la diversité des mécanismes de diversification des êtres vivants pour aborder la notion d’espèce et la notion de spéciation.

Il est préférable de ne pas se limiter à l’étude d’un exemple qui permettrait de tout aborder, mais de permettre aux élèves d’appréhender la diversité des mécanismes et des phénomènes impliqués, l’objectif prioritaire étant de développer chez les élèves des compétences en matière de pratique du raisonnement scientifique et de l’argumentation.
Acquis à mobiliser

• Notion de biodiversité à différentes échelles, et relations de cause à effet entre la biodiversité à l’échelle des organismes et la biodiversité génétique.
◦ Le phénotype macroscopique dépend du phénotype cellulaire, lui-même induit par le phénotype moléculaire.
◦ Le phénotype moléculaire dépend du patrimoine génétique de la cellule et de la nature des gènes qui s’expriment sous l’effet de l’influence de facteurs internes et externes variés.
◦ L’expression d’un phénotype dépend donc du génotype et de l’environnement).
◦ Les mutations sont la source aléatoire de la diversité des allèles, fondement de la biodiversité.
• Notion de caractères héréditaires, transmis lors de la reproduction sexuée, et modalités de cette transmission (cf thème 1-A-1 de terminale S).
• Possibilité de survenues d’anomalies lors du déroulement de la méiose, et perception des conséquences de ces anomalies, pour l’individu, mais aussi dans un contexte d’évolution du vivant.
• Notion de plan d’organisation (des vertébrés).
• Notion d’homologie moléculaire (utilisées pour établir des relations de parentés).

Représentations initiales et nouvelles notions à bâtir.

D’une façon générale, à ce stade des connaissances, les élèves pensent que ce sont les mutations qui sont essentiellement à l’origine de la diversification des formes de vie, donc des génomes. Ils ont découvert lors de l’étude du thème 1-A-1 que de nouveaux gènes pouvaient apparaître par duplication puis modification (mutations) d’un gène préexistant.
Il s’agit maintenant de leur faire prendre conscience :
• De la diversité des mécanismes de diversification des génomes.
• De l’existence et de l’importance des gènes impliqués dans le développement et des conséquences possibles de leurs variations.
• De la possibilité de diversification du vivant sans modifications génomes par mutations.
• De la possibilité de transmission de caractères comportementaux d’une génération à l’autre par voie non génétique.

Il est important de ne pas perdre de vue que les mécanismes étudiés ne le sont pas pour eux-mêmes, mais sont à étudier en relation avec leurs conséquences sur la diversification des êtres vivants.

Il ne s’agit pas ici d’aboutir à une liste de processus de diversification du vivant ni de viser l’exhaustivité, mais simplement de proposer aux élèves des situations de travail qui leur permettent d’appréhender la diversité et la complexité des mécanismes. L’accent sera mis sur la pratique de la démarche d’investigation, sur l’argumentation scientifique, sur le développement de l’autonomie des élèves, dans une optique de formation scientifique et de compréhension de ce qu’est la science, en perpétuelle évolution en fonction des nouvelles données disponibles.

Quelques pistes pédagogiques

Les pistes données ci-dessous s’adressent aux enseignants qui ont choisi d’aborder séparément les thèmes 1-A-2 et 1-A-3. Pour ceux qui ont choisi d’aborder de façon liée les thèmes 1-A-2 et 1-A-3, des pistes pédagogiques sont proposées dans le chapitre suivant.

Aborder les mécanismes de diversification des génomes / diversification des êtres vivants.

Si l’on souhaite aborder de manière distincte les mécanismes de diversification des génomes, un travail par ateliers,  tournants ou non, semble être la stratégie pédagogique la plus adaptée. Dans chaque atelier, les élèves disposent de documents, de données et d’outils de traitement de ces données, qui leur permettent d’identifier le mécanisme mis en jeu et d’en préciser les caractéristiques. Une communication synthétique à l’ensemble de la classe en fin de séance si les élèves n’ont travaillé chacun que sur un exemple, ou encore la réalisation d’une affiche ou d’un document donnant une idée de la diversité des mécanismes en jeu, seront l’occasion de développer des compétences dans le domaine de la communication scientifique.

Dans le cadre de la préparation des élèves aux études supérieures, il peut être intéressant ici de confronter les élèves à des documents scientifiques parfois un peu complexes, le travail consistant alors à en dégager les principes essentiels.

Quelques exemples :

(Certains sont utilisables dans le cadre d’une étude regroupée des notions des thèmes 1-A-2 et 1-A-3, car ils sont aussi l’occasion d’aborder les mécanismes à l’origine de la spéciation ou encore d’évoquer le cas d’hybrides fertiles)

• Nombreux exemples de polyploïdisation chez les végétaux
• Salamandres hybrides – polyploïdisation – hybrides fertiles ( site de l’académie de Nantes :
www.pedagogie.ac-nantes.fr/05661359/0/fiche___pagelibre/&RH=1158678510343&RF=SVT)
• Souris de Madère – remaniements chromosomiques
• Tournesols américains – polyploïdisation
• Chou/navet (Raphanus) – polyploïdisation
• Mollusques gastéropodes (Bulinus truncatus)–polyploïdisation (on connait des populations à 2n sous les tropiques, à 4n en milieu tempéré, à 6n et même 8n en altitude)

Aborder l’importance des changements dans l’expression des gènes de développement/diversification des êtres vivants :

Les élèves découvrent à cette occasion l’existence de gènes impliqués dans le développement.

Ils doivent arriver à percevoir le fait que ces gènes vont entrer en jeu à des moments et en des lieux précis lors du développement. La chronologie et le timing de l’expression de ces gènes sont donc essentiels, ce qui interroge sur leur « contrôle ». Aucune étude détaillée des modalités de l’expression de ces gènes et de leur contrôle n’est attendue.

Il est également important que les élèves découvrent l’homologie importante des gènes de développement au sein des groupes (vertébrés, mais aussi d’une façon plus générale au sein du vivant), dans l’optique de prendre conscience du fait que des changements dans ces gènes peuvent avoir des conséquences très importantes et être à l’origine de nouveaux plans d’organisation.

• L’étude de mutants, par exemple chez les membracidés ou chez la drosophile, peut être l’occasion de découvrir les gènes de développement et les conséquences des changements dans leur expression. Les élèves doivent percevoir le fait que des organismes viables et fertiles, peuvent résulter de modifications de l’expression de gènes de développement et être à l’origine de nouvelles formes du vivant ( c’est l’idée de « monstre prometteur »).

• Une activité portant sur des comparaisons de séquences de gènes de développement homologues chez différents organismes sera l’occasion de découvrir les similitudes et de replacer ces constats dans une optique évolutive : on aura ici besoin de manipuler la notion d’homologie moléculaire, établie en classe de première à l’occasion de l’étude des parentés entre les primates à partir des pigments visuels.
• La mise en relation des conclusions obtenues à partir de l’étude des mutants pour les gènes de développement et de l’étude mettant en évidence les homologies des gènes de développement sera l’occasion d’amener les élèves à formuler des hypothèses concernant l’apparition de nouveaux plans d’organisation chez les êtres vivants.

Remarque : une approche à partir de documents (textes et/ou illustrations) présentant des « monstres » peut s’avérer motivante pour les élèves, et peut également constituer un lien avec l’histoire des arts. A cette occasion, on peut mobiliser leurs représentations initiales sur les mécanismes pouvant expliquer l’apparition de ces monstres en termes scientifiques (mécanismes génétiques qui pourraient être impliqués), et les amener ensuite à découvrir l’existence de « monstres » vivants actuellement pour aborder les notions au programme et découvrir l’importance des gènes de développement et les conséquences des modifications de leur expression, notamment en terme évolutif).

Quelques exemples :
Aborder la diversification du vivant qui n’a pas pour cause initiale une modification du génome.

Il s’agit ici d’aborder un domaine qui est relativement nouveau pour les élèves (et peut être aussi pour les enseignants) : la transmission de génération en génération de caractères qui ne résultent pas, du moins à l’origine, de l’expression du génome.

Deux domaines sont envisagés ici : le cas des associations (symbioses notamment) et le cas de certains comportements (notamment chez les vertébrés).

Il est possible de mettre les élèves en activité autour d’études de cas. Des données variées sont fournies de façon à permettre aux élèves d’argumenter sur le fait que certains caractères soient réellement transmis de génération en génération, bien que leur apparition ne semble pas résulter pas d’un mécanisme de diversification du génome.
  • A propos des symbioses : il s’agit d’aborder essentiellement des exemples d’endosymbioses, dans l’optique d’étudier l’origine probable et la transmission de cette association de génération en génération. D’autre part, on pourra être amené à évoquer les transferts horizontaux de gènes à partir d’exemples simples ; on rapprochera alors cette étude de celle des mécanismes de diversification des génomes abordée précédemment.

  • A propos de la transmission de comportements nouveaux : il sera utile de préciser ce qu’est un comportement, les interactions qu’il comporte, et son importance dans des phases clés de la vie des êtres vivants (recherche de nourriture, rapprochement des partenaires pour la reproduction).
On peut être amené à évoquer ici la notion « d’empreinte », processus d’apprentissage mis en jeu pendant le développement des jeunes et qui produit une modification durable d’un comportement.

Cette empreinte pourrait être héritable, bien qu’elle ne soit pas génétique. Si cette notion est abordée, elle doit l’être dans un contexte où la sélection naturelle est abordée, car cette héritabilité ne se fera que si l’empreinte affecte la valeur sélective.

Certains exemples (concernant notamment la diversification de populations d’oiseaux (pouillot véloce / pouillot ibérique) en fonction du chant) sont des supports intéressants pour travailler la démarche expérimentale, démarche suivie par les chercheurs dans ce domaine (on parle de « démarche éthologique »). En effet, les chercheurs enregistrent les différents chants ou cris, les comparent pour repérer des séquences qui diffèrent selon les populations, font des hypothèses sur l’implication de ces modifications dans la « séparation des populations », puis testent leurs hypothèses en créant des séquences modifiées et en observant leur effet sur les populations naturelles.

Quelques exemples :

- Pour l’endosymbiose :
- La salamandre « chlorophyllienne » - exemple d’endosymbiose.
(www.pedagogie.acnantes.fr/05661359/0/fiche___pagelibre/&RH=1158678510343&RF=SVT
- Le ver géant Riftia et des bactéries autotrophiques – exemple d’endosymbiose.
- Les mycorhizes.
- Les planaires (Convoluta roscoffensis) qui hébergent des chrlorelles dans leur mésoderme).
- L’origine symbiotique des chloroplastes et des mitochondries.

- Pour les transferts horizontaux de gènes :
- Les ascidies dont la paroi contient de la cellulose.
- L’origine symbiotique des chloroplastes et des mitochondries.

- Pour la transmission de comportement à l’origine de la diversification des populations :
- Chants d’oiseaux, notamment chez les oiseaux-chanteurs ou oiseaux oscines (des études ont été réalisées chez la Paruline à sourcils blancs ou encore chez le Diamant mandarin).
- Pouillot véloce et pouillot ibérique.
- Utilisation d’outils chez certains primates (notion de « culture » chez les chimpanzés par exemple).


Quelques ressources pour enseigner le thème 1-A-2
  • Bibliographie
    P. Luchetta, M.C. Maurel, D. Higuet et al. Évolution moléculaire. Collection Sciences Sup – ed. Dunod, 2005
    Ouvrage pour la mise à jour des connaissances, pour trouver des exemples supports d’activités, …
    Ouvrage qui rassemble les connaissances actuelles dans ce domaine, et notamment les mécanismes moléculaires à l’origine de la création de nouveautés génétiques (duplication, insertion d’éléments transposables, brassage d’exons, épissage alternatif, rôle des pseudogènes et des introns dans l’évolution, …). Une partie entière est également consacrée à l’étude de la structure et à l’évolution des génomes ainsi qu’à la reconstitution et à la compréhension de l’histoire évolutive des êtres vivants.
    G. Lecointre. Guide critique de l’évolution. Ed. Belin, 2009.

    Dans cet ouvrage très riche, on trouvera en relation avec les mécanismes de diversification du génome une présentation du cas des tournesols américains, ainsi que des souris de Madère.

    D. Lestel. Les origines animales de la culture. Ed.Champs Flammarion, 2003.
    F. de Waal. De la réconciliation chez les Primates. Ed.Champs Flammarion, 2002.
    Danchin, Giraldeau, Cezilly. Ecologie comportementale. Ed. Armand Colin, 2005.
    P.H. Gouyon. Les avatars du gène. Ed. Belin, 1997.
    Article « la culture des chimpanzés ». Pour la Science - Octobre 2007 n° 57.
    Dossier « endosymbioses ». BIOFUTUR – n° 299 , MAI 2009.

    Logithèque

    Logiciel ANAGENE – comparaison de séquences nucléotidiques ou protéiques de gènes homéotiques ou des produits de leur expression
    Logiciel PHYLOGENE – arbres de parenté entre des gènes homéotiques

  • Sitographie

    A propos de la polyploïdisation

    • Diaporama « polyploïdisation et évolution des génomes » - ENS/univ Evry
    www.ens.univ-evry.fr/.../Polyploidisation_et_evolution_des_genome...

    • Diaporama « les origines de l’amélioration des plantes » - Univ Montpellier 2 ; quelques diapos sur la polyploïdisation, les étapes historiques, l’intérêt,
    www.ens.univevry.fr/dokeos/courses/COURS_455/document/Cours/Polyploidisation_et_evolution_des_genomes_polyploidessept09.ppt?cidReq=COURS_455

    A propos de l’endosymbiose

    • Communiqué de presse CNRS : « échange de gènes entre une micro-algue et un virus géant » - Août 2009
    www2.cnrs.fr/presse/communique/1648.htm

    • Dossier de la station biologique de Roscoff – « relations de couple au soleil : l’endosymbiose cnidaires/Dinoflagellés »
    www.sb-roscoff.fr/ETSymbioses2008/pdf/Biofutur/40-44-Furla299.pdf

    A propos des gènes de développement

    Site SNV Jussieu – Gènes homéotiques
    www.snv.jussieu.fr/vie/dossiers/GeneHomeo/genhomeo.html

    Site université de tous les savoirs – conférence vidéo sur le thème « les gènes homéotiques et l’évolution des animaux »
    www.canalu.tv/video/universite_de_tous_les_savoirs/les_genes_homeotiques_et_l_evolution_des_animaux.1291

    Site de l’Université Pierre et Marie Curie - « développement embryonnaire et gènes sélecteurs »
    www.snv.jussieu.fr/bmedia/homeotique/index.html

    Site de l’INRP Acces (IFE/ENS)
    www.inrp.fr/Acces/biotic/develop/controle/accueil.htm




Publié par Patrick Vallée à 03:48  

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