Réforme du lycéeSciences de la vie et de la Terre :

Nouveau programme de 2nde

Journée de formation du Jeudi 28 novembre 2019

Pistes d’activités : Modélisation et bases de données

Mme. COMTE - IA-IPR de SVT

Communication intra-spécifique et sélection sexuelle

Connaissances La communication dans le monde vivant consiste en la transmission d’un message entre un organisme émetteur et un organisme récepteur pouvant modifier son comportement en réponse à ce message. La communication s’inscrit dans le cadre d’une fonction biologique (nutrition, reproduction, défense, etc.). Il existe une grande diversité de modalités de communication (chimique, biochimique, sonore, visuelle, hormonale). Dans le monde animal, la communication interindividuelle et les comportements induits peuvent contribuer à la sélection naturelle à travers la reproduction. C’est le cas pour la sélection sexuelle entre partenaires (majoritairement faite par les femelles). Des difficultés dans la réception du signal peuvent générer sur le long terme un isolement reproducteur entre organismes de la même espèce et être à l’origine d’un événement de spéciation.

Notions fondamentales : communication, émetteur, récepteur, comportement, vie solitaire, vie en société, dimorphisme sexuel.

Objectifs : on évoque la diversité des modalités de communication sans en décrire finement les mécanismes. On illustre d’autres éléments de sélection naturelle (sélection sexuelle).

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La communication dans le monde vivant consiste en la transmission d’un message entre un organisme émetteur et un organisme récepteur pouvant modifier son comportement en réponse à ce message.

Démarche: Plusieurs espèces de grillons cohabitent en Provence: distinction phénotypique interspécifiquePrérequis : Reproduction impossible entre mâle et femelle d’espèces différentesCommunication sonore pour se reproduire et délimiter son territoire

Activités possibles et typologie:❑Mise en œuvre d’un protocole d’étude de stridulation de grillons avec Audacity❑ Dissection d’un grillon mâle et d’un grillon femelle: dimorphisme sexuel: appareil reproducteur et élytre

Elément de démarche professeur1

Hypothèses :• Seuls les mâles sont capables de chanter / mâles et femelles sont capables de chanter• Le mâle chante pour éloigner les autres grillons de son territoire• Le mâle chante pour attirer les femelles

Activités• Dissection d’un grillon mâle et un grillon femelle : recherche des différences ente les deux sexes: appareil reproducteur et élytres• Vidéo sur l’accouplement chez le grillon champêtre:

https://www.youtube.com/watch?v=MolbXAp2r8U

• Proposer une démarche expérimentale avec des grillons vivants: mâles entre eux, mâles et femelles mélangés, enregistrements de stridulations avec micro et logiciel audacity

• Préparation microscopique d’élytre de mâle et de femelle : identifier les différences au niveau des veines : harpe et nervures ( en lien avec la partie évolution )

Pourquoi les grillons chantent ils ?Mâles et les femelles sont-ils capables de chanter ?

Eléments de démarche avec les

élèves

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http://www.palais-decouverte.fr/fileadmin/_migrated/content_uploads/CommAnimale-DossierEnseignants-GrandeSection-CM2_01.pdf

Les fonctions et les structures supports du chant des grillons

Observations en captivité :

ÉlevagesPermettent à minima de constater que :

• Seuls les mâles chantent• Le chant se fait grâce aux ailes• Il existe plusieurs type de stridulation chez une même espèce• Si on réalise des élevages de plusieurs espèces : les chants sont différents d’une espèce à l’autre

On peut se fournir les Grillons vivants dans les jardineries,Chez Truffaut, 4,30 euros les 120 grillons.Rongeurs 13 propose une vente en ligne des trois espècesde Grillons : https://www.rongeurs-13.com

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Les fonctions et les structures supports du chant des grillons

« Dissection » / Comparaison ailes mâles / femelles

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Dimorphisme sexuel : taille et couleur

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Dimorphisme sexuel : structure des ailes différente

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ARCHER

HARPE

MIRROIR

Structure présentes chez le mâle et impliquées dans le chant

Résultats obtenus avec Audacity

male champêtre en présence

femelle

male champêtre en présence mâle

male grillondes bois

male grillonProvençal

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Chant varie suivant les circonstances et les espèces

Stridulation mâle en présence d’un autre mâle1

Fréquence calculable

Stridulation mâle en présence de femelles1

Fréquence différente

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La communication s’inscrit dans le cadre d’une fonction biologique (nutrition, reproduction, défense, etc.). Il existe une grande diversité de modalités de communication (chimique, biochimique, sonore, visuelle, hormonale).

Etude des fonctions des chants du grillon(champêtre ou celui ou ceux que l’on a en captivité)

Mise en contact : • femelle / femelle,• mâle / femelle,• mâle / mâle• ou mise en contact entre espèces différentes de grillons.

Chant d’appelChant d’appel

Chant d’appelGrésillement / stridulation

aléatoire

?

3 types de chants chez G. campestris :➢ https://youtu.be/QuwdphTw_Wk➢ https://youtu.be/EHEYBP_06cM➢ https://youtu.be/NN-dKw37Y_8

=> Rôle du chant courant = appel de la femelle

Emission grâce à des hauts parleurs / enceintes … du chant d’appel d‘un mâle vers une femelle de façon directionnelle ?

Le chant d’appel doit être celui de la population que l’on a en captivitéAttention au stress du cobaye

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Stridulation de défense

Document et ressources complémentaires:

Chant d’appel

Chant nuptial

Stridulation pendant le

combat

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Dans le monde animal, la communication interindividuelle et les comportements induits peuvent contribuer à la sélection naturelle à travers la reproduction. C’est le cas pour la sélection sexuelle entre partenaires (majoritairement faite par les femelles).

Corrélable avec les structures des ailes ?

Caractériser les différences (pulses, nombre de paquets, amplitudes …)

G. bimacculatus G. campestris Accheta domesticus

Comparaison des chants de trois espècesde grillons couramment élevés

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Chant d’appel Espèce B

Chant d’appelEspèce A

Femelle d’espèce B

?

Notion d’isolement reproducteur par différenciation des chants…

Mise en évidence du caractère spécifique du chant d’appel3

Les chants des Grillons océaniens ont été comparés dans l’ensemble de son aire de répartition qui recouvre les îles

Hawaï, l’Australie et une grande partie de l’Océanie.

On a pu montrer ainsi que les chants des grillons diffèrent d’un continent à l’autre et, sur un même continent, d’une

région à l’autre. Mais les différences observées sont plus grandes entre les chants des mâles de différentes îles de

l’archipel d’Hawaï que celles observées entre les chants des mâles des différentes régions d’Australie même lorsque

ces dernières sont éloignées de plus de 500 kilomètres.

(Travaux de M. Zuk1, J. T. Rotenberry1, L. W. Simmons, 2008)

Variabilité intraspécifique des chants d’appel3

Le chant diffère d’une région à une autre mais encore plus lorsqu’il s’agit de zones insulaires.

Comparaison des chants d’appel de 4 grillons champêtres

➔ Variations interindividuelles qui peuvent être importantes

Caractériser les différences (pulses, nombre de paquets, amplitudes …)

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https://sonotheque.mnhn.fr/?q=gryllus

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3

3

Uniformisation par sélection des

femelles

Vaste région Vaste région3

➔ Le choix exercé par les femelles contribue à une certaine homogénéisation.

Pour quelle raison existerait il davantage de disparité dansun archipel que sur un continent ?

Sur chaque île, les femelles ont peu de choix. Il s’y développe alors des formes particulières de chants.

Effet de fondation / dérive

X

X

X Retour peu probable

Région d’origine

Île A

Île BÎle C

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Comment la sélection sexuelle par le chant a pu faciliter l’émergence d’espèces

Population initiale

Isolement de sous populations

Divergence des chantsImpossibilité des sous populations de se reproduire entre elles même si les aires de répartition se chevauchent à nouveau => nouvelles espèces

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Des difficultés dans la réception du signal peuvent générer sur le long terme un isolement reproducteur entre organismes de la même espèce et être à l’origine d’un événement de spéciation.

Un élevage de grillons fait du bruit : les grillons stridulent. Ce faisant, on peu supposer qu’ils s’exposent à être repérés par les prédateurs (musaraignes et autres insectivores , par exemple qui entendent très bien).

Et d’ailleurs certains insectes prédateurs entendent aussi très bien ... Comme Ormia ochracea, une petite mouche originaire d'Amérique centrale qui parasite des grillons.

Si le fait de chanter est bien source d’une vulnérabilité pour les grillons, comment expliquer que la sélection naturelle n’ait pas éliminé partout les populations de grillons qui chantent ?

https://www.futura-sciences.com/sante/actualites/medecine-copier-systeme-auditif-mouche-ormia-ochracea-354/

Aujourd'hui, un acousticien de la State University of New York à Binghamtom cherche à copier le système auditif de la mouche Ormia ochracea afin de concevoir un appareil auditif plus performant et des capteurs hypersensibles pour la surveillance militaire. Contrairement à beaucoup d'autres espècesde mouches, Ormia Ochracea possède en effet des oreilles, situées sur son ventre et dotées d'un double tympan qui permet en particulier une mise au point auditive pour filtrer les sons.

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Si les mâles grillons chantent c’est parce que• Ils défendent ainsi un territoire (accès à la nourriture, au terrier…)• Ils attirent efficacement les femelles

Cela compense la vulnérabilité, un mâle chanteur augmente donc son succès reproducteur… (en général)

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La population de grillons de l’île KAUAI est devenue presque

totalement silencieuse entre 1991 et 2004, sans pour autant

disparaître.

Des études ont révélé que plus de 91% des mâles sont

silencieux c'est-à-dire qu’ils ne peuvent plus striduler.

Etude d’un cas extrême de changement du chant chez le grillon du pacifique

Introduction des grillons à Hawaï en période historique (polynésien ? Bateau du XVIII / XIX ? Les populations d’origine sont australienne (études génétiques)

Introduction d’Ormiaochracea non datée mais récente depuis l’Amérique du Nord

Zone de recouvrement actuelle des aires de répartition de la mouche Ormia ochracea et du grillon Telogryllus

Particularité des îles Hawaï par rapport à l’habitat d’origine d’Ormia ochracea

En Amérique centrale et du Nord, Ormia ochracea est une mouche parasite d’un grand nombre d’Orthoptères. Elle pond sur le dos des mâles chanteurs qui sont ensuite consommés par les larves.Dans sa région d’origine, Ormia n’est pas active toute l’année et n’est présente en même temps que certaines de ces proies que certains mois.

A Hawaï, le grillon du pacifique est la proie exclusive d’Ormia. La mouche est active toute l’année.

Sur les îles d’Hawaï qui présentent de plus une surface relativement réduite, l’impact du parasitisme sur Téléogryllus est donc particulièrement élevé.

L’arrivée de la mouche en 1990 sur l’ile KAUAI a provoqué d’abord un fort déclin de la populations (c’est le suivi de ce déclin inquiétant qui a déclenché l’étude des populations de grillons, on s’attendait à les voir disparaitre de certaines îles). Puis au début des années 2000, la population des grillons s’est reconstituée. Mais les mâles étaient pour la plupart … silencieux !

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Etude d’un cas extrême de changement du chant chez le grillon du pacifique

Sur l’île de Kauai, on a pu montrer que le caractère flatwing est du à la présence d’un allèle particulier sur le chromosome X du grillon

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X

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Modification de la répartition des différentes

formes alléliques

4 Etude d’un cas extrême de changement du chant chez le grillon du pacifique

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x

Modèle simplifié d’émergence d’une population de grillons muetsdans le cas des îles du nord de l’archipel d’Hawaï

Sélection par prédation

différentielle

Sélection par prédation

différentielle

Mutation flatwingaléatoire

x

➔ Comment les femelles repèrent les grillons muets ? Commet acceptent elles l’accouplement en l’absence de chant nuptial ? ➔ il y a aussi une adaptation du comportement / des préférences des femelles➔ Est-ce qu’l s’agit encore de la même espèce ? Quel critère ?

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x

xx x

x

x

xMODELISATION

AVEC EDUMODELE

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Repérage par Ormia

Repérage par Ormia

Repérage par les femelles

Repérage par les femelles

Forte présence d’OrmiaFaible présence d’Ormia

Vers une population à mâles muets

Vers une population à mâles chanteurs

Modèle (simplifié d’émergence d’une population de grillons muetsdans le cas des îles du nord de l’archipel d’Hawaï

Nombre de descendants d’un

mâle chanteur

Nombre de descendants d’un

mâle chanteur

- -++

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https://padlet.com/francoisderouin/gf0iacqjcqjrLe modèle peut être téléchargé dans le Padlet de ressources :

Autre dualité : Attirer plus les femelles mais au prix d’une capture des proies moins efficace

Exemple du Rhinolophe de Mehely :

• Sujet Bac Pondichéry 2017 : http://didac.free.fr/bac/ts17pondichery/2.htm

• Activité de l’académie de Versailles :

https://svt.ac-versailles.fr/spip.php?article984

• Problématique : Pousse des très aigus attirant davantage les femelles mais réduisant l’efficacité de la chasse.

• Activité : Utiliser NetBioDyn (ou Edumodel) et impliquer les élèves pour réaliser un algorithme pour modéliser la sélection sexuelle.

Idée de spéciation et d’isolement reproductif à cause du chant

• Pouillot verdâtre (Académie de Poitiers)http://ww2.ac-poitiers.fr/svt/spip.php?article634

• Exemple de spéciation : Utilisation d’Audacity + documents

• Activités élèves : Comparer des sonogrammes pour découvrir la complexification des chants et dégager la notion de spéciation.

Outils de simulation

• NetBioDyn :

http://acces.ens-lyon.fr/acces/thematiques/immunite-et-vaccination/ressources-logicielles/1-modelisation-avec-netbiodyn

• Edumodel :

https://www.pedagogie.ac-nice.fr/svt/productions/edumodeles/

• Dérive génétique :

https://svt.ac-versailles.fr/spip.php?article545 (Exemple d’activité)

http://philippe.cosentino.free.fr/productions/evolution_all/ (logiciel)

Agents pathogènes et maladies vectorielles

Connaissances Certaines maladies causées par des agents pathogènes sont transmises directement entre êtres humains ou par le biais d’animaux tels que les insectes (maladies vectorielles). Les agents pathogènes (virus, certaines bactéries ou certains eucaryotes) vivent aux dépens d’un autre organisme, appelé hôte (devenu leur milieu biologique), tout en lui portant préjudice (les symptômes). La propagation du pathogène se fait par changement d’hôte. Il exige soit un contact entre hôtes, soit par le milieu ambiant (air, eau), soit un vecteur biologique qui est alors l’agent transmetteur indispensable du pathogène (il assure la maturation et/ou la multiplication du pathogène). Le réservoir de pathogènes peut être humain ou animal (malade ou non). La propagation peut être plus ou moins rapide et provoquer une épidémie (principalement avec des virus). La connaissance de la propagation du pathogène (voire, s’il y en a un, du vecteur) permet d’envisager les luttes individuelles et collectives. Les comportements individuels et collectifs permettent de limiter la propagation (gestes de protection, mesures d’hygiène, vaccination, etc.). Le changement climatique peut étendre la transmission de certains pathogènes en dehors de leurs zones historiques. Notions fondamentales : pathogène, vecteur, réservoir à pathogène, cycle évolutif, épidémie/endémie, modes de transmission, traitements, prophylaxie, vaccins, porteur sain.

Agents pathogènes et maladies vectoriellesCapacités - Exploiter des bases de données permettant de connaître la répartition, la prévalence ou l’impact en termes de santé publique d’une maladie à transmission directe et/ou vectorielle. - Exploiter des données issues de l’histoire des sciences pour comprendre la découverte des maladies liées à des pathogènes à transmission directe et/ou vectorielle et leurs traitements. - Observer des frottis sanguins d’individus atteints de paludisme. - Observer des appareils buccaux d’insectes vecteurs d’agents pathogènes. - Exploiter des documents montrant les modes de lutte contre des maladies vectorielles en France et dans le monde. - Identifier, dans le cas du VIH, les conduites limitant la propagation de la maladie. - Appliquer les connaissances acquises à d’autres exemples choisis pour leur intérêt local ou de santé publique, et pour permettre aux élèves d’exercer les compétences attendues sur d’autres cas de maladies (chikungunya, dengue, maladie de Lyme, toxoplasmose, etc.).

Précisions : l’objectif n’est pas de faire connaître la grande variété des maladies causées par des pathogènes mais d’en faire comprendre les problématiques actuelles dans les pays en difficulté économique, politique et sanitaire ainsi que dans les pays à économie favorable, à partir d’un ou deux exemples actuels et sociétaux de maladies : on s’appuiera sur les exemples d’une maladie à transmission directe (VIH) et une à transmission vectorielle (paludisme).

Bases de données

https://geodes.santepubliquefrance.fr/http://www.sentiweb.fr/

https://datagora.fr/

https://ourworldindata.org/

https://www.data.gouv.fr/fr/http://data.un.org/

http://apps.who.int/gho/data/?theme=main

Simulation : cas de la rougeole

• Modélisation d’une stratégie vaccinale : l’exemple de la rougeole (Académie de Versailles) :

https://svt.ac-versailles.fr/spip.php?article969

• Modélisation avec Edumodel sans décès :

https://www.pedagogie.ac-nice.fr/svt/productions/edumodeles/algo/index.htm?modele=strategie-vaccinale-versailles

• Modélisation avec Edumodel sans décès :

https://www.pedagogie.ac-nice.fr/svt/productions/edumodeles/algo/index.htm?modele=strategie-vaccinale-versailles-deces

• Esprit critique et bases de données (Académie de Paris) :

https://www.ac-paris.fr/portail/upload/docs/application/pdf/2019-06/esprit_critique_et_bases_de_donnees.pdf

Base de données : cas de la grippe

• Utilisation d’une base de donnée et internet pour suivre l’exemple de l’épidémie saisonnière de la grippe et son effet sur la population :

http://svt.ac-creteil.fr/IMG/pdf/grippe_utilisation_base_de_donnees.pdf

Ressources en ligne :

https://padlet.com/francoisderouin/gf0iacqjcqjr