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Scienceinfuse • Antenne de formation et de promotion du secteur sciences & technologies

rue des Wallons 72 L6.02.01 • 1348 Louvain-la-Neuve

Jeu des papillons

Activité développée par Pascale Papleux en collaboration

avec le Professeur Renate Wesselingh

Scienceinfuse

JEU DES PAPILLONS - 2

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Vous pouvez prendre contact au 010/47 39 75 ou par mail à l’adresse [email protected]

Suivez les actualités scienti.ques ainsi que nos événements sur facebook www.facebook.com/scienceinfuse

Introduction Ce jeu tente d’illustrer (de modéliser), de manière simple, quelques mécanismes qui interviennent dans

la théorie néodarwinnienne ou théorie de l’évolution. Il va permettre aux élèves de vivre une simulation

d’expérience concernant l’évolution d’une espèce.

Vous trouverez dans ce dossier :

• le livret élève complété ;

• des pistes pour une exploitation didactique du jeu ;

• la .che reproduction (reprenant les règles à appliquer lors du lancer de dé) ;

• la liste de ressources disponibles à Scienceinfuse a.n de développer le thème de l ‘évolution.

Un kit reprenant l’ensemble du matériel permettant de réaliser le jeu en classe est disponible à

Scienceinfuse. Ce kit comprend :

• 4 morceaux de tissu identiques représentant un milieu naturel (milieu >euri très chamarré)

• 4 boites contenant des populations de papillons de di?érentes couleurs (au moins 3 couleurs sem-

blables à celles du milieu et 2 couleurs totalement di?érentes à celles du milieu)

• 4 dés

• Des pinces à insectes

• Un dossier enseignant et un livret élève

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Livret élève complété Introduction

Une population de papillons appartenant à l’espèce « papillons blancs » a quitté son milieu habituel et a mi-

gré vers un nouvel environnement. Peut-on prévoir comment cette population va évoluer ?

Formulez une ou des hypothèse(s):

· L’évolution d’une population sous l’e"et du hasard et des contraintes environnementales peut aboutir à la

disparition de la population et éventuellement de l’espèce à laquelle elle appartient.

· Inversement deux populations peuvent s’individualiser au sein d’une même espèce jusqu’à former deux es-

pèces distinctes par un processus nommé spéciation.

Comment dé.nit-on une espèce?

Une espèce est une population ou un ensemble de populations dont les individus peuvent e"ectivement ou

potentiellement se reproduire entre eux et engendrer une descendance viable et féconde, dans des conditions

naturelles.

Comment dé.nit-on une population?

Ensemble d’individus appartenant à une même espèce, mais qui ont subi un isolement reproductif (se repro-

duisent entre eux au sein d’un territoire donné, par exemple)

Mise en place et déroulement

Chaque équipe reçoit un morceau de tissu, une population de papillons de di?érentes tailles et di?é-

rentes couleurs (boîte) ainsi qu’une pince à insecte, un dé et une règle du jeu.

Un des joueurs joue le rôle de prédateur ; il s’éloigne de la table de jeu. Les autres joueurs répartissent

les papillons blancs (5 grands, 8 moyens et 5 petits) sur le morceau de tissu déployé sur la table.

A tour de rôle, les joueurs choisissent, parmi les papillons restants sur le tissu, un individu avec lequel il

désire se reproduire. Le joueur lance alors le dé et, en fonction du chi?re, il obtiendra un ou des descen-

dants (voir .che « reproduction, .n du dossier»). Il les place sur le tissu de façon stratégique. Lorsque

tous les joueurs ont placé leurs papillons, le meneur renvoie les prédateurs pour chasser des papillons.

Pour ce faire, les prédateurs s’approchent des tables le dos tourné et quand le meneur donne le signal ils

prennent un à un, sur le tissu, les papillons qu’ils repèrent. La prédation dure 10 secondes.

A la .n de la partie, l’équipe fait le compte des papillons restant sur le jeu et en prend note, puis range le

matériel en triant correctement les papillons dans la boite.

Activité réalisée par Pascale Papleux

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Questions avant le commencement du jeu

Que modélise le morceau de tissu ?

Il représente le milieu naturel ou l’écosystème. Les espèces sont profondément in.uencées par leur milieu na-

turel.

Quel rôle tient « le lancer du dé » ?

Celui du hasard et du caractère aléatoire de la transmission des caractères lors de la reproduction sexuée.

On constate une diversité au sein de la population de départ (taille). Cette diversité est-elle un avantage

ou un inconvénient pour la survie de la population dans un milieu donné ?

Un avantage, car cela évite la disparition complète de l’espèce (par exemple, les papillons les plus grands sont

plus vite repérés que les papillons de taille plus modeste).

Résultats

Remplissez le tableau ci-dessous en comptant le nombre de papillons restants sur le morceau de tissu.

En ce qui concerne la taille, il reste, en général, plus de petits papillons.

En ce qui concerne la couleur, il reste, en général, plus de papillons de couleur favorable (blanc, vert, rose) que

de papillons de couleur défavorable (jaune, orange, mauve).


Petits Moyens Grands

Orange

Jaune

Blanc

Rose/rouge

Vert

Mauve

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Analyse des résultats

Pour un même milieu, au départ d’une population identique, obtient-on les mêmes résultats dans

chaque équipe?

Non. Cela est du à l’in.uence du hasard (apparition au niveau génétique de nouveaux caractères) et à des

causes fortuites (dues aux contraintes environnementales et à la sélection naturelle)

Quelles pourraient être les causes des di?érents phénotypes (couleur et taille) présents à la .n du jeu?

L’apparition de nouveaux caractères se produit par mutation ou remaniement chromosomique recombinai-

son génétique) au niveau des cellules germinales. Ces changements se font de manière aléatoire.

Exemples :

• mutations ponctuelles (substitution, insertion, délétion de nucléotides), mais beaucoup de ces muta-

tions sont neutres.

• éléments mobiles (morceaux d’ADN qui changent de place dans le génome par excision/insertion, ou

séquence d’ADN transcrite en ARN qui est ensuite retranscrite en ADN et insérée en un autre endroit).

• duplication de gènes préexistants suivis des mutations ponctuelles des duplicata.

• petites mutations au niveau des gènes homéotiques (ou gènes du développement ou gènes archi-

tectes).

Ces modi5cations ne se déroulent que pour un individu et pas pour l’espèce entière. Il faut l’action de la sélec-

tion naturelle pour que ce nouveau caractère se répande dans la population au cours des générations suc-

cessives.

Pourquoi certains phénotypes sont-ils, en .n de partie, plus présents que d’autres ?

Certaines mutations entrainent l’apparition d’un phénotype favorable. C’est-à-dire un phénotype qui va per-

mettre à l’individu d’être sélectionné positivement par l’environnement. Dans le cas de notre exemple, les

papillons de petite taille ou ayant une couleur leur permettant de se camou.er dans l’environnement subi-

ront moins de pression de prédation. Dès lors, leur reproduction sera plus importante.

Quelle action le prédateur exerce-t-il sur la population de papillons ?

Il pratique une sélection qui détermine les individus les plus adaptés (individus qui possèdent les caractères

qui favorisent la survie et donc la reproduction).

Quelles sont les diQcultés et les facilités rencontrées par le prédateur pour assurer ce rôle ?

Si le papillon est de couleur totalement di"érente de celle de son environnement, il est facilement repérable et

est très vite éliminé.

Si le papillon possède une couleur plus en harmonie avec le milieu, sa survie dépend de la perspicacité du pré-

dateur et du hasard sur la manière dont il va poser son regard sur le milieu (évènements imprévisibles – cir-

constances fortuites).


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Le comportement du prédateur a-t-il modi.é vos stratégies lors de la reproduction ? Si oui, comment ?

Dans le cas où le prédateur prend les papillons dans une partie du milieu naturel, les autres joueurs auront

tendance à ne plus mettre de descendant dans cette partie là.

Suivant les couleurs choisies par le prédateur, les autres joueurs vont orienter leur choix.

Identi.ez quelques facteurs qui, dans un milieu naturel, exercent une pression sur une population.

• Des facteurs physico-chimiques (biotope) : climat, type de milieu (forêts, prairies, ..), etc.

• D’autres êtres vivants (biocénose) : prédateurs, compétiteurs, parasites, proies, etc.

Si le scénario de l’histoire de l’évolution des êtres vivants devait se dérouler à nouveau à la surface de la

Terre, sur une même durée (3,8 milliards d’années), obtiendrait-on une biodiversité identique à celle

que nous connaissons aujourd’hui ? Pourquoi ?

Sans doute pas… L’histoire des organismes est un processus historique dont le déroulement dépend de la

présence d’une population, avec une composition génétique donnée et des conditions environnementales

initiales données. Si n’importe laquelle de ses conditions initiales est di"érente, l’issue sera aussi di"érente et

in.uera sur les populations et les circonstances suivantes, de sorte que toute l’histoire sera modi5ée.


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Pistes didactiques Voici quelques points qui peuvent être abordés avec les élèves durant l’animation.

Au niveau cellulaire, les individus appartenant à une même espèce sont caractérisés par leur caryotype.

En e?et, tous les individus d’une espèce possèdent le même nombre de chromosomes, et cela de géné-

ration en génération (papillons : 190 paires de chromosomes). Cette stabilité au sein de l’espèce est as-

surée par la réplication semi-conservative de l’ADN d’une part et par la méiose et la fécondation (si re-

production sexuée) d’autre part.

Au départ, la population de papillons blancs est représentée par des petits, des moyens et de grands

individus. Cela représente la diversité au sein de cette population. Divers mécanismes cellulaires et mo-

léculaires permettent d’assurer cette diversité.

• Les individus ne possèdent pas la même information génétique :

- Les erreurs lors de la réplication de l’ADN qui précède la mitose et la méiose lors de la formation

des cellules germinales

- Les recombinaisons génétiques lors de la méiose (Brassage intra-chromosomique ou crossing-

over lors de la prophase 1 de la méiose)

- La séparation aléatoire des paires de chromosomes lors de la méiose (brassage inter-

chromosomique lors de la métaphase 1 de la méiose)

- La reproduction sexuée : lors de la fécondation, une partie du génome de chaque parent est

sélectionnée aléatoirement pour former un nouvel individu dont le génome est par conséquent

unique.

• Les individus ont subi des in>uences dues à leur environnement

L'épigénétique est le domaine qui étudie comment l'environnement et l'histoire individuelle in

>uent sur l'expression des gènes, et plus précisément l'ensemble des modi.cations transmissibles

d'une génération à l'autre et réversibles de l'expression génique sans altération des séquences

nucléotidiques.

Cette diversité au niveau des gènes se manifeste par la diversité des phénotypes pour un caractère don-

né : couleur des ailes, grandeur de l’individu, couleur du plumage, couleur de la peau, couleur des yeux,

etc.

Le prédateur représente un facteur de l’environnement qui entraine une sélection naturelle. La sélec-

tion naturelle est l’ensemble de mécanismes qui vont sélectionner l’apparition de certains traits

héréditaires dans une population a.n d’augmenter les chances de survie et de reproduction des

individus.

Au cours du jeu, les papillons se reproduisent de manière sexuée (femelle est hétérogamétique WZ et

mâle ZZ). A son tour, le joueur choisit un papillon parmi tous ceux présents. Ce choix représente la sé-

lection sexuelle, une composante de la sélection naturelle.


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Lors de la reproduction, les organismes laissent plus ou moins de descendants (ce nombre est dû à des

causes fortuites, causes qui surviennent de manière imprévues) et ils transmettent leurs caractéris-

tiques à ces descendants. Ces caractéristiques sont parfois aussi altérées et les évènements à l’origine

de ces variations sont appelées les mutations. L’apparition des mutations est un phénomène aléatoire.

Ces variations sont elles aussi transmises à la descendance.

Certaines mutations sont favorables, on parle alors d’adaptation, c’est-à-dire un changement qui o?re

un avantage pour la survie et la reproduction d’un individu. Sa dispersion dans la population est partiel-

lement déterminée (mais pas complètement) par sa valeur adaptative, par rapport à la forme d’origine.


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Reproduction

1 : reproduction conforme (un descendant semblable au papillon sélectionné)

2 : reproduction conforme (deux descendants semblables au papillon sélectionné)

3 : reproduction conforme (trois descendants semblables au papillon sélectionné)

4 : mutation conduisant à un changement de forme du papillon sélectionné (deux descen-

dants de même couleur mais de forme di?érente par rapport au papillon sélectionné)

5 : mutation de couleur défavorable par rapport au milieu (deux descendants de forme

identique qui présentent une mutation de couleur défavorable par rapport au papillon sélec-

tionné)

6 : mutation de couleur favorable par rapport au milieu (deux descendants de forme iden-

tique qui présentent une mutation de couleur favorable par rapport au papillon sélectionné).

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Ressources disponibles A.n d’aborder le thème de la phylogénie et de la sélection naturelle, les ressources suivantes

sont disponibles à Scienceinfuse (Place Galilée) :

• • • • VIDEOS :

− Espèce d’espèce du CNRS (53 min)

− Evolution du CNRS (10 .lms courts d’environ 10 min)

− Le grand voyage de Charles Darwin. ARTE (90 min))

− L’évolution dévoilée des FUNDP (90min)

− Surprenantes petites bêtes : formes étonnantes et couleurs in.nies (50 min).

− C'est pas sorcier (25 min):

• Dent pour dent : Fred, Jamy et Sabine nous expliquent tout sur les incisives, les canines,

les molaires, les dents de lait ou de sagesse. Bref, sur tous ces petits instruments minéralisés

qui, avec le temps, se sont adaptés à notre régime d’omnivores !

• Du ri�� dans les gènes : Depuis les années 80, on voit se développer un peu partout dans

le monde des cultures de plantes très particulières. Ce sont les fameux OGM, les organismes

génétiquement modi.és. Les OGM sont-ils utiles ? Sont-ils complètement ino?ensifs pour

l’homme ? C’est pas sorcier répond à quelques unes des questions que soulèvent ces

plantes d’un nouvel âge.

• Les antibiotiques : les bactéries font de la résistance: Fred et Jamy sont partis explorer

cette guerre de l’in.niment petit que se livrent bactéries et antibiotiques. Nous découvrons

avec eux pourquoi de plus en plus de bactéries évoluent au point de rendre totalement ino-

pérantes les attaques des antibiotiques et comment, par des gestes simples, on peut lutter

au quotidien contre l’apparition de ces résistances.

• Théorie de l'évolution : de Darwin à la génétique: les sorciers s’interrogent sur les ori-

gines de l’homme et des espèces qui l’entourent. Depuis le 19e siècle, les avancées scienti-

.ques et technologiques ont permis la reconstitution de la grande histoire de la Vie sur

terre mais également de démontrer l’in>uence de l’activité humaine sur son évolution ! Dar-

win ou Lamarck, quelle théorie s’avère la plus juste pour expliquer l’évolution des espèces ?

Qu’est-ce qu’une mutation génétique ? Qu’est-ce que la phylogénie moléculaire, nouvelle

technique permettant de dater l’apparition des ancêtres communs à plusieurs espèces ?

L’homme d’aujourd’hui poursuit-il son évolution, sous quelles in>uences ?

Ressources disponibles sur le net : si vous cherchez des idées de séquences de cours, vidéos, animations,

expériences concernant le thème de la nutrition, vous pouvez consulter le site e-mediascience (http://

www.uclouvain.be/77718.html).

Suivez les actualités scienti.ques ainsi que nos événements sur facebook: http://www.facebook.com/

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