PARTIE 2 : L’INFORMATION GÉNÉTIQUE DES POPULATIONS … · 2018. 2. 27. · dans les muséums...

PARTIE 2 : L’INFORMATION GÉNÉTIQUE DES POPULATIONS D’ORGANISMES

VIVANTS, ENTRE STABILITÉ ET DIVERSITÉ

PARTIE 2 : L’INFORMATION GÉNÉTIQUE DES POPULATIONS D’ORGANISMES VIVANTS, ENTRE STABILITÉ ET DIVERSITÉ

Chapitre 1 : A l’échelle globale d’une espèce, l’information génétique est stable 2 semaines

Pb 1 : Comment des parents transmettent-ils les caractères de l’espèce à leurs descendants ?

DM facultatif 02Pb 2 : Comment faire la différence entre les caractères hérités des parents et ceux acquis au cours du développement propre à un individu ?

Chapitre 2 : A l’échelle de la comparaison entre plusieurs individus d’une espèce, l’information génétique est diversifiée

2 semaines

Pb 1 : Comment expliquer qu’au sein d’une espèce il existe de petites différences d’un individu à l’autre ?

DM obligatoire 01

Devoir 03Pb 2 : Comment de nouveaux allèles apparaissent-ils au sein d’une espèce ?

Pb 3 : Comment ces nouveaux allèles « se diffusent-ils » au sein de l’espèce ?

Introduction générale


Objectifs de l’activité :

- Comprendre un article scientifique (Domaine 4)- Débat/échange (Domaine 1)- Histoire des sciences (Domaine 5)

ACTIVITE



Depuis que l'homme existe, il voit des chiens faire des chiens et des chats faire des

chats. Ses sens lui enseignent que le monde vivant est ordonné, et que l'ordre engendre

l'ordre. Le besoin immédiat de repères, pour des raisons pratiques comme pour des raisons

métaphysiques, lui font donner sa référence à la perception d'un ordre apparent plutôt

qu'au désordre pourtant perceptible.


D'autre part, il lui faut bien parler de ce qu'il trouve dans la nature. Comme il ne peut pas

donner un prénom à chaque individu, c'est-à-dire à chaque oiseau, chaque fleur, chaque

arbre, chaque mouche, qu'il rencontre, il lui faut bien inventer des catégories pour parler

avec quelque degré de généralité de ce qui existe. Ces catégories mentales sont faites avec

une intention : certaines vont parler de la façon dont on utilise, on prélève, on exploite le

vivant (bétail, gibier, légumes...), d'autres vont parler du goût qu'ont les êtres vivants (fruits

de mer, volailles, poissons, etc.), d'autres encore vont parler de ce que les êtres vivants font

(prédateurs, algues, phytoplancton...), enfin d'autres parlent de ce que les êtres vivants ont

(vertébrés, mammifères, oiseaux...).


Toutes ces conventions de langage coexistent encore dans nos têtes, et un même être vivant

peut, être assigné à des catégories d'intentions différentes selon le contexte d'utilisation

dans lequel on se trouve : ce lapin, Oryctolagus cunniculus, sera tour à tour gibier dans les

bois, volaille au restaurant, ou mammifère dans un laboratoire de systématique... Peu

importe : il va s'agir d’utiliser les catégories dans les contextes où elles sont efficaces. Ainsi

continuera-t-on à parler d'un maquereau, Scomber scombrus, comme d'un poisson chez le

poissonnier et comme d'un actinoptérygien, ou d'un téléostéen dans un laboratoire de

systématique. L'oursin comestible, Paracentrotus lividus, restera un fruit de mer au

restaurant, un membre du benthos pour l'écologiste et un échinoderme pour le

systématicien. Là intervient une distinction importante : certaines de nos catégories sont

utilitaristes , d'autres sont scientifiques. […]


Dans l'histoire des hommes, les catégories l'ont souvent emporté sur la perception

de la complexité de ce qu'elles contiennent. En d'autres termes, notre désir d'ordre a

presque effacé notre perception du désordre. Nous le disions, les chats font des chats et les

chiens font des chiens : ce simple fait a suffi pour créer la catégorie « chat » et la catégorie «

chien » … et pour négliger le désordre de la variation : il y a des chats grands, petits, noirs,

blancs, roux, élancés, massifs, etc.


Dans le monde de Linné, où la systématique est la science divine, à une époque où la

science ne s'est pas encore émancipée du devoir-dire théologique, le Créateur est

responsable de l'ordre, et la variation des chats est due à une corruption par la matière du

plan de création initial qui comportait l'Idée de chat. Dans ce monde-là, l'Idée, le moule,

préexiste à ses manifestations matérielles. Chaque chat ne vaut pas pour lui-même, mais ne

vaut que comme représentant de l'Idée, comme porteur d'une essence d'origine

transcendante qui le rattache au moule, au type idéal. L’espèce fait partie du plan de

Création, et la variation en son sein est négligée. Pour Linné, l'espèce est dans la nature

comme la manifestation de la volonté créatrice de Dieu. […]


Que deviennent alors les espèces, si elles ne sont plus tenues par la main divine ?

C'est en répondant à cette question que Charles Darwin s'avère être étonnamment

moderne. Darwin s'intéresse au désordre. Il appréhende l'ampleur de la variation au sein

des espèces. Il finit par se demander pourquoi, malgré toute cette variation, on ne trouve

pas des êtres à mi-chemin entre les chats et les chiens (ou entre les éléphants et les

rhinocéros, si l'on préfère des espèces sauvages). Si ce n'est le Ciel (par contrat), qu'est-ce

qui maintient les communautés de reproduction ? […]


En fait, dans la nature il n'y a que des barrières à la reproduction... dont on se sert

conventionnellement pour faire des espèces. Regardons donc les choses en face : les

espèces sont des catégories créées par nous. Sur le plan théorique, une espèce est conçue

aujourd'hui comme un contenant, constitué d'un ensemble d'individus interféconds […]

La leçon qu'il convient de tirer de tout cela est qu'il ne faut pas confondre les

contenants et les contenus. Dans la nature se mettent en place des barrières à la

reproduction, qui concernent le contenu. Par convention, nous fabriquons des contenants,

c'est-à-dire des boîtes dans nos têtes, avec des étiquettes dessus, que l'on appelle espèces,

calées sur un modèle théorique. […] Dans la nature, il n'apparaît spontanément que des

barrières à la reproduction, pas des espèces comme contenant. […].

Une espèce rassemble les organismes vivants qui partagent une grande majorité de caractères en communs, capables de se reproduire entre eux et dont les descendants sont à leur tour fertiles. Les caractères qui fondent une espèce sont définis à partir d’un spécimen de référence (l’holotype) conservé dans les muséums d’Histoire naturelle. Pour les reconnaître, les scientifiques donnent des noms aux organismes vivants qui peuplent la nature formés de deux noms latins : un nom de genre (groupe rassemblant quelques espèces proches) et un nom d’espèce. Cette façon de procéder est héritée de la classification de Linné.


Concept de races humaines (début XXème)

« Choc des civilisations »

Bloc chrétien VS Bloc musulman

Concept de races humaines (début XXème)

« Choc des civilisations »

Bloc chrétien VS Bloc musulman

« Nous devons apprendre à vivreensemble comme des frères, sinon nousallons mourir tous ensemble comme desidiots. »

Martin Luther King (discours du 31 mars1968)

Chapitre 1 : A l’échelle globale d’une espèce, l’information génétique est stable

Chapitre 1 : A l’échelle globale d’une espèce, l’information génétique est stable 2 semaines


DM facultatif 02Pb 2 : Comment faire la différence entre les caractères hérités des parents et ceux acquis au cours du développement propre à un individu ?


Problématique 1 : Comment des parents transmettent-ils les caractères de l’espèce à leurs descendants ?


Fécondation (MEB x10000)

Objectif de l’activité :

- Pratiquer la démarche scientifique (Domaine 4)

ACTIVITE 1



Cellule-œuf Embryon à 2

cellules

Embryon à 4

cellules


Cellule-œuf


Cellule-œuf

(1). Rédige un constat de ce que tu viens d’observer.

Les cellules de l’embryon sont toutes issues de la cellule-œuf et …


Cellule-œuf

(1). Rédige un constat de ce que tu viens d’observer.

Les cellules de l’embryon sont toutes issues de la cellule-œuf et possèdent toutes un caryotypes composés de 46 chromosomes répartis en 23 paires. .

(2). Quelle problématique soulève ton constat ?


Cellule-œuf

(2). Quelle problématique soulève ton constat ?

Comment la fusion des noyaux du spermatozoïde et de l’ovule permet-elle d’obtenir un noyau de la cellule-œuf avec un caryotype à 23 paires de chromosomes ?

(3). Propose une hypothèse répondant à ta problématique.

? ?


Cellule-œuf

(3). Propose une hypothèse répondant à ta problématique.

Je pense que le noyau du spermatozoïde, comme celui de l’ovule renferme uniquement la moitié des chromosomes : c’est-à-dire de 23 chromosomes.

(4). Quelle expérience pourrait-on faire pour vérifier la validité de l’hypothèse ?

? ?


Cellule-œuf

(4). Quelle expérience pourrait-on faire pour vérifier la validité de l’hypothèse ?

On réalise un caryotype de spermatozoïdes et un caryotype d’ovules pour vérifier le nombre de chromosomes dans leur noyau.

? ?


ou


Cellule-œuf

ou

Chromosome X

Chromosome Y



Paire de chromosomes a doubles :

Paire de chromosomes a simples :

Chromosome X

Chromosome Y


Chromosome X

Chromosome Y


ou

Chromosome X

Chromosome Y

ou


Les parents transmettent les caractères de l’espèce en transmettant leurs gènes à leurs descendants grâce à la reproduction sexuée. Les parents fabriquent des gamètes (mâles = spermatozoïdes, femelles = ovules) grâce à une division cellulaire particulière : la méiose. La méiose divise en deux les paires de chromosomes ce qui permet de reformer le caryotype complet de l’espèce au moment de la fécondation.


Les parents transmettent les caractères de l’espèce en transmettant leurs gènes à leurs descendants grâce à la reproduction sexuée. Les parents fabriquent des gamètes (mâles = spermatozoïdes, femelles = ovules) grâce à une division cellulaire particulière : la méiose. La méiose divise en deux les paires de chromosomes ce qui permet de reformer le caryotype complet de l’espèce au moment de la fécondation.


Transition : et chez les bactéries ?

Objectifs de l’activité :

- Analyser des documents pour répondre à des questions (Domaine 4)

ACTIVITE 2Devoir maison facultatif 02

Objectifs pour le brevet :

- Test de compétences du domaine 4- Test de compétences du domaine 2

Pb 1 : Quels sont les points communs et les différences entres les cellules des végétaux, des animaux et des champignons ?


Micrographie (MET, x32 000) d’une bactérie


Micrographie (MEB, x34 000) d’une division cellulaire bactérienne


Préparation de la division D

D = division


Micrographie (MET, x40 000) du chromosome

bactérien au moment de « l’étape 2 »

Schéma d’interprétation de la micrographie ci-dessus

La reproduction des bactéries est majoritairement asexuée : elles se reproduisent par divisions cellulaires ou scissiparité.


Pb 2 : Comment faire la différence entre les caractères hérités des parents et ceux acquis au cours du développement propre à unindividu ?

Problématique 2 : Comment faire la différence entre les caractères hérités des parents et ceux acquis au cours du développement propre à un individu ?



ACTIVITE 3



Gregor Mendel (1822 – 1884)

Moine catholique au monastère Saint-Thomas de Brno (en Moravie, aujourd’hui République Tchèque)


(8). Cas d’hérédité ou non ?

Les caractères hérités des parents sont inscrits dans l’information génétique de chaque cellule des individus : on les retrouve donc de génération en génération chez tous les individus de l’espèce. On les appelle des caractères héréditaires. Au contraire, les caractères acquis au cours du développement (caractères nonhéréditaires) ne sont pas transmis aux enfants et ne sont donc pas présents chez tous les individus de l’espèce.




2 semaines


DM obligatoire 01

Devoir 03Pb 2 : Comment de nouveaux allèles apparaissent-ils au sein d’une espèce ?

Pb 3 : Comment ses nouveaux allèles « se diffusent-ils » au sein de l’espèce ?


Problématique 1 : Comment expliquer qu’au sein d’une espèce il existe de petites différences d’un individu à l’autre ?



ACTIVITE 1


Répartition des groupes sanguins dans la classe

A B AB O

Forme du lobe de l’oreille dans la classe


Portion du

chromosome 9

codant pour le

groupe sanguin

Gène codant

pour la forme

du lobe de

l’oreille


A B

L’information génétique contenue dans le gène codant pour le caractère« forme du lobe de l’oreille » est…

o …identique chez les individus A et B.o …chez l’individu A très légèrement différente de celle de l’individu B.o …chez l’individu A fortement différente de celle de l’individu B.


Individu du groupe sanguin A

Individu du groupe sanguin O

Individu du groupe sanguin AB


ou

Tous les individus d’une espèce possèdent les mêmes gènes et donc les mêmes caractères mais il existe pour certains caractères de très légères variations d’un individu à l’autre. Ces petites différences dans les caractères sont dues à de petites différences dans l’information génétique contenue dans les gènes. On appelle les versions différentes d’un même gène des allèles. Chaque gène possède de une à plusieurs versions différentes (= allèles).


Gène a

Gène c

Gène b

Allèle a1 Allèle a2 Allèle a1 Allèle a1

Allèle b3 Allèle b1 Allèle b1 Allèle b2

Allèle c1 Allèle c1 Allèle c2 Allèle c2

Schéma de la répartition des allèles sur une paire de chromosomes chez deux individus d’une même espèce

Répartition des gènes sur le chromosome ω

Paire de chromosome ωchez un individu A

Paire de chromosome ωchez un individu B



Remarque : On peut résumer la notion de gène et d’allèle de la manière suivante :- Gène : portion de chromosome qui renferme une information génétique

codant pour un caractère. (Gène = position).- Allèle : information génétique contenue au niveau d’un gène. (Allèle =

information).

R R

r r rg+ rg+

rg rgR r

rg+ rg

Gène de la forme du pois : allèle R = lisse, allèle r = ridé

Gène de la couleur des yeux : allèle rg+ = rouge, allèle rg = blanc

NOYAU

Renferme le schéma

(information génétique =

ADN/chromosomes)

REG Décodage du schéma et

assemblage des nouvelles

protéines

APPAREIL DE GOLGI

Modifications et transport des protéines

Nouvelles

protéinesSchéma bilan de la fabrication de

nouvelles protéines


Composé précurseur

Composé intermédiaire

Pigment

Enzyme E1

Enzyme E2


E1rg

E2rg

E1rg+

E2rg+

rg+ rg+

rg rg

Composé précurseur

Composé intermédiaire

Enzyme E1

Enzyme E2


E1rg

E2rg

E1rg+

E2rg+

rg+ rg+

rg rg

Pigment

Pb 2 : Comment de nouveaux allèles apparaissent-ils au sein d’une espèce ?

Problématique 2 : Comment de nouveaux allèles apparaissent-ils au sein d’une espèce ?


- Prendre des notes pour rédiger une synthèse (Domaine 2)

ACTIVITE 2


Mutation 3

Mutation 1

Mutation 2

Mutation 4

allèle a0

a0

a0

a0

a0

Génération I Génération II Génération III


MUTATIONS

Modification de

l’ADN et de

l’information

génétique

quelle contient

Modification de l’ADN sans

impact sur l’information

génétique quelle contient

Apport d’un BONUS

Ni bonus, ni malus


Apport d’un MALUS


Planche d’anatomie comparée, Etienne Geoffroy Saint-Hilaire (1772-1844)

L’ADN est une molécule « fragile » et peut facilement être modifiée, notamment au moment des divisions cellulaires. Ces modifications, appelées mutations, sont responsables de l’apparition de nouveaux allèles (et donc de nouveaux caractères au sein d’une espèce).

Avec du temps, l’accumulation de mutations peut être à l’origine de l’apparition de nouvelles espèces.



Problématique 3 : Comment ces nouveaux allèles « se diffusent-ils » au sein de l’espèce ?


- Compléter un tableau de croisement de gamètes (Domaine 4)

ACTIVITE 3Devoir maison obligatoire 01

Objectif pour le brevet :

- Test de compétences du domaine 4


Spermatozoïdes

Ovules

A , X A , X B , Y B , Y

A , X AA , XX

A , X

O , X

O , X[A]

♀

(AB , XY) = ♂ [AB]

(AO , XX) = ♀[A]


Spermatozoïdes

Ovules

A , X A , X B , Y B , Y

A , X AA, XX AA, XX BA , YX BA , YX

A , X AA, XX AA, XX BA , YX BA , YX

O , X AO , XX AO , XX BO , XY BO , XY

O , X AO , XX[A]

♀AO , XX BO , XY BO , XY


Spermatozoïdes

Ovules

A , X A , X B , Y B , Y

A , X AA, XX[A]

♀AA, XX

[A]

♀BA , YX

[AB]

♂BA , YX

[AB]

♂

A , X AA, XX[A]

♀AA, XX

[A]

♀BA , YX

[AB]

♂BA , YX

[AB]

♂

O , X AO , XX[A]

♀AO , XX

[A]

♀BO , XY

[B]

♂BO , XY

[B]

♂

O , X AO , XX[A]

♀AO , XX

[A]

♀BO , XY

[B]

♂BO , XY

[B]

♂


Spermatozoïdes

Ovules

A , X A , X B , Y B , Y

A , X AA, XX[A]

♀AA, XX

[A]

♀BA , YX

[AB]

♂BA , YX

[AB]

♂

A , X AA, XX[A]

♀AA, XX

[A]

♀BA , YX

[AB]

♂BA , YX

[AB]

♂

O , X AO , XX[A]

♀AO , XX

[A]

♀BO , XY

[B]

♂BO , XY

[B]

♂

O , X AO , XX[A]

♀AO , XX

[A]

♀BO , XY

[B]

♂BO , XY

[B]

♂

𝟖

16= 1

2femmes du groupe sanguin A, soit 50% de chance pour ce couple d’avoir une fille [A]


Spermatozoïdes

Ovules

A , X A , X B , Y B , Y

A , X AA, XX[A]

♀AA, XX

[A]

♀BA , YX

[AB]

♂BA , YX

[AB]

♂

A , X AA, XX[A]

♀AA, XX

[A]

♀BA , YX

[AB]

♂BA , YX

[AB]

♂

O , X AO , XX[A]

♀AO , XX

[A]

♀BO , XY

[B]

♂BO , XY

[B]

♂

O , X AO , XX[A]

♀AO , XX

[A]

♀BO , XY

[B]

♂BO , XY

[B]

♂

𝟒

16= 1

4hommes du groupe sanguin AB, soit 25% de chance pour ce couple d’avoir un garçon [AB]


Spermatozoïdes

Ovules

A , X A , X B , Y B , Y

A , X AA, XX[A]

♀AA, XX

[A]

♀BA , YX

[AB]

♂BA , YX

[AB]

♂

A , X AA, XX[A]

♀AA, XX

[A]

♀BA , YX

[AB]

♂BA , YX

[AB]

♂

O , X AO , XX[A]

♀AO , XX

[A]

♀BO , XY

[B]

♂BO , XY

[B]

♂

O , X AO , XX[A]

♀AO , XX

[A]

♀BO , XY

[B]

♂BO , XY

[B]

♂

4

16= 1

4hommes du groupe sanguin AB, soit 25% de chance pour ce couple d’avoir un garçon [AB]

𝟒

16= 1

4hommes du groupe sanguin B, soit 25% de chance pour ce couple d’avoir un garçon [B]


Spermatozoïdes

Ovules

A , X A , X B , Y B , Y

A , X AA, XX[A]

♀AA, XX

[A]

♀BA , YX

[AB]

♂BA , YX

[AB]

♂

A , X AA, XX[A]

♀AA, XX

[A]

♀BA , YX

[AB]

♂BA , YX

[AB]

♂

O , X AO , XX[A]

♀AO , XX

[A]

♀BO , XY

[B]

♂BO , XY

[B]

♂

O , X AO , XX[A]

♀AO , XX

[A]

♀BO , XY

[B]

♂BO , XY

[B]

♂

𝟖

16= 1

2de femme, soit 50% de chance pour ce couple d’avoir une fille

𝟖

16= 1

2d’homme, soit 50% de chance pour ce couple d’avoir un garçon


Spermatozoïdes

Ovules

A , Y A , Y B , X B , X

A , X AA , YX[A]

♂AA , YX

[A]

♂BA , XX

[AB]

♀BA , X

[AB]

♀

A , X AA , YX[A]

♂AA , YX

[A]

♂BA , XX

[AB]

♀BA , XX

[AB]

♀

O , X AO , YX[A]

♂AO , YX

[A]

♂BO , XX

[B]

♀BO , XX

[B]

♀

O , X AO , YX[A]

♂AO , YX

[A]

♂BO , XX

[B]

♀BO , XX

[B]

♀

(AB , XY) = ♂ [AB]

(AO , XX) = ♀[A]

8

16= 1

2♂ [A], soit 50%

4

16= 1

4♀ [AB], soit 25% et

4

16= 1

4♀ [B], soit 25%

50% de ♂ et 50% de ♀


La fécondation, en associant pour chaque paire de chromosomes, un chromosome du père et un de la mère, rétablit le nombre de chromosomes de l’espèce. Chaque individu issu de la reproduction sexuée possède donc des chromosomes portant une combinaison d’allèles différents : chaque individu est génétiquement unique. Ce processus de brassage génétique au hasard est à l’origine de la diversité entre les individus d’une même espèce.


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