Partie I – Chapitre 2 TP6 – Le concept d’espèce

NOMS / PRENOMS / CLASSE : Nous avons définit une population comme étant un groupe d'individus de la même espèce vivant dans un même milieu. Cependant au cours du temps le concept d’espèce n’a pas fait l’unanimité chez tous les chercheurs. A travers l’écriture d’un article scientifique, retracer l’évolution du concept d’espèce et montrer ses limites tout en expliquant les mécanismes à l’origine de l’émergence d’une nouvelle espèce. Votre article s’appuiera sur les informations apportés par les annexes 1 à 4 et fera intervenir une frise chronologique sur l’évolution du concept d’espèce.

Structure de l’exposé

Notions attendues Barème

Attaque (Introduction)

Présentation du sujet et de la problématique

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Corps de l’article (Développement)

Développement des paragraphes argumentés sur différents thèmes: > Evolution du concept d’espèce Présence d’une frise chronologique > Emergence d’une espèce > Les limites du concept d’espèces

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Chute (Conclusion)

Résumé des arguments permettant de répondre à la problématique /2

Matériel – Support utilisé : > Annexe 1 : Les moustiques aussi prennent le métro > Annexe 2 : Spéciation chez les cichlidés du lac Apoyo au Nicaragua > Annexe 3 : Evolution du concept d’espèce au cours du temps > Annexe 4 : Les limites de la définition d’espècce

Liste des aides apportées Fiche méthode pour écrire un article scientifique

Annexe 1 : Les moustiques aussi prennent le métro !

Document 1a : Un mécanisme de la spéciation chez les moustiques

En 1998, Byrnes et Nichols, mettent en évidence l'existence, dans les tunnels du métro de Londres, une forme de moustique, particulièrement agressive vis à vis des humains. Ils sont morphologiquement très semblables aux moustiques présents, en surface, culex pipiens. Cependant leur comportement alimentaire est différent. Ils se nourrissent exclusivement du sang des mammifères qui fréquentent en grand nombre le métro (homme, souris et rats), alors que la forme de surface ne pique que les oiseaux.

Leur cycle de vie est également modifié, il ne présente pas de diapause. Cet état de vie ralentie proche de l'hibernation, serait en effet induit chez les formes de surface, par la diminution de la température et de l’éclairement, pendant la période hivernale. Toute tentative de croisement en laboratoire, entre ces deux formes, s'étant soldée par un échec, les scientifiques ont donnée le nom de culex pipiens molestus, au moustique du métro de Londres et culex pipiens pipiens à la forme de surface. Des études génétiques, montrent que les populations du métro et de la surface sont suffisamment éloignées pour expliquer ces echecs. Les scientifiques émettent l'hypothèse que la forme molestus serait issue d'une population unique de culex pipiens de surface enfermée dans les couloirs du métro au moment de sa construction, il y a un siècle et serait restée isolée depuis, de la surface. Des études génétiques plus récentes faites sur les populations de différentes stations montrent que le flux de gènes est inexistant entre les moustiques de deux stations différentes et donc qu'ils ne se reproduisent pas entre eux et évoluent comme des populations séparées.

Doc 1b : le plan du métro de Londres

Doc 1c : Répartition des différentes populations de moustiques en fonction de deux indices de distance génétique.

Doc 1d : arbre phylogénique de 3 espèces de moustiques.

Annexe 2 Spéciation chez les cichlidés du lac Apoyo au Nicaragua.

Doc 2a : morphologies des deux espèces d'Amphilophus du lac Apoyo.

Le lac Apoyo s'est formé il y a environs 23 000 ans. Il est petit, 5 Km de diamètre, mais relativement profond, 200 m et surtout isolé. Deux espèces de ciclhidés peuplent ce lac, Amphilophus citrinellus, que l'on retrouve également dans d'autres lac de la région et Amphilophus zaliosus qui n'est présente que dans ce lac et est donc qualifiée d'espèce endémique. L'observation anatomique montre que A.citrinellus et A.zalosius n'ont pas la même mâchoire. L’étude du contenu de leur estomac met en évidence que A.citrinellus se nourrit prés du rivage, alors que A.zalosius se nourrit en eau plus profonde. Ils ont également des parades nuptiales différentes et l'absence d'hybride, montre qu'ils ne se reproduisent pas entre eux.

Doc 2b : vue du lac Apoyo

Doc 2c : Modélisation de la spéciation à partir de l'espèce A.citrinellus, colonisatrice du lac Apoyo.

Doc 2d : hypothèse d’évolution de la population d'Amphilophus colonisatrice du lac Apoyo. Il semble que A.citrinellus ait colonisé le lac en une seule fois lors de sa formation. Dans cette forme ancestrale, les individus présentaient une certaine variabilité dans la forme de la mâchoire, notamment. Alors que certaines forment apparaissent très efficaces pour exploiter les ressources alimentaires près du rivage, d'autres sont plus adaptées à une alimentation en eau plus profonde. Dans cette situation, les formes intermédiaires se retrouvent désavantagées par rapport aux deux autres et leur population va diminuer au cours du temps, car ils auront donc du mal à se reproduire. La sélection naturelle va maintenir dans le milieu, les individus qui possèdent de manière marquée, l'un ou l'autre type de mâchoire. Bien que fréquentant le même lac, les individus ayant des régimes alimentaires différents, ne vont progressivement plus se croiser et dériver génétiquement jusqu'à former deux espèces distinctes.

Annexe 3 : Evolution du concept d'espèce au cours du temps

« L’évolutionnisme » Charles Darwin (1809-1882) Trois ans avant la parution de son ouvrage « De l'origine des espèces par voie de sélection naturelle », Darwin écrivait à Hooker (lettre du 24 décembre 1856) : " Je viens juste de comparer entre elles des définitions de l’espèce […], il est vraiment comique de voir à quel point peuvent être diverses les idées qu’ont en tête les naturalistes lorsqu’ils parlent de l’espèce; chez certains, la ressemblance est tout, et la descendance de parents communs compte pour peu de choses ; chez d’autres, la ressemblance ne compte pratiquement pour rien, et la création est l’idée dominante ; pour d’autres encore, la descendance est la notion-clé ; chez certains, la stérilité est un test infaillible, tandis que chez d’autres, cela ne vaut pas un sou. Tout cela vient, je suppose, de ce que l’on essaie de définir l’indéfinissable ".

Dans L’Origine des espèces, on ne trouve qu’une seule figure (voir ci contre). Ce schéma conceptuel est très illustrateur de la pensée de Darwin. Il résume les possibles devenirs d’une espèce en fonction du temps. Celle-ci peut s’éteindre très vite, se transformer au cours du temps ou donner naissance à de nouvelles espèces.

« Le fixisme» Georges Cuvier (1769-1832) S'appuyant sur la Bible, Georges Cuvier n'imagine pas qu'il puisse exister une autre théorie que celle du fixisme. On assiste à son époque à une négation totale du principe d'évolution des espèces puisque Dieu a engendré toute la Terre. Il imagine toutefois une petite nuance : il n'y aurait pas eu une création unique mais plusieurs, successives. Ces "re-créations" feraient suite à des catastrophes planétaires (catastrophisme). Ce qui peut dans son esprit expliquer les restes fossiles d'espèces éteintes. Pour Cuvier notre faune actuelle n'est constituée que de survivants de la faune originelle.

« Le créationnisme », théorie actuelle succédant au fixisme. En six jours, Dieu créa la terre, les plantes, les animaux, l’homme et enfin la femme (Adam et Eve). Les nouvelles espèces sont impossibles, et les mutations n’existent pas (Fixisme).Tous les êtres vivants actuels sont donc issus d’un couple unique d’origine divine. La seule « évolution » des espèces possible est la disparition (par exemples les dinosaures). Seul événement dans cette courte histoire, le déluge : la Terre a été recouverte entièrement d’eau et seul un couple de chaque espèce a été sauvé (c’est la fameuse Arche de Noé). L’énorme avantage du Créationnisme est que sa source (La Bible) est incontestable pour ses défenseurs : elle n’explique rien, elle est !

Carl von Linné (1707-1778) « Une espèce est un ensemble d'individus qui engendrent par reproduction, d'autres individus semblables à eux mêmes. ….. Nous comptons aujourd'hui autant d'espèces qu'il y a eu au commencement de formes diverses créées. » Carl von Linné représentait le concept typologique ou « essentialistes ». Sa classification des espèces datant de 1736 repose sur une hiérarchie de catégories de plus en plus précises regroupant les espèces semblables mais Linné n'établit aucun lien de parenté entre celles-ci et effectue plutôt un lien avec leur plan de création, création qui ne remet pas en cause l’ordre divin. Buffon (1707-1788) Adoptera un temps le concept nominaliste : il n’y a pas d’universaux, seuls les individus sont importants, " naturels ", et l’homme utilise un nom pour les associer en tant qu’espèce exclusivement par facilité de langage. Mais ce concept sera vite abandonné et ne laissera aucune trace dans la biologie contemporaine.

Du Néo-darwinisme (1930) aux équilibres ponctués " Une espèce est un groupe de populations naturelles au sein duquel les individus peuvent, réellement ou potentiellement, échanger du matériel génétique ; toute espèce est séparée des autres par des mécanismes d’isolement reproductif ". Le concept populationnel - ou biologique - de l’espèce (biological species concept) s’est imposé après l’avènement de la génétique et fait suite à la théorie de l’évolution basée sur la sélection naturelle proposée par Darwin. Ce néo-darwinisme est accepté par tous les scientifiques (Mayr, Gaylor Simpson) mais dans les années 1970, Stephen J Gould et Niles Eldredge proposent la théorie des équilibres ponctués où ils considèrent que l´évolution se fait à travers des périodes ponctuelles d´intense activité évolutive, séparées par de longues périodes stagnantes. L’évolution n’est donc pas continue mais ponctuée. Ceci expliquerait pourquoi on ne trouve pas toujours tous les stades de l'évolution lorsqu'on étudie une espèce : il manque les individus intermédiaires. C’est cette théorie qui est désormais la règle de la paléontologie moderne.

Annexe 4 : les limites de la définition d'espèce.

Document 4a Deux espèces différentes ? Ces deux papillons ont longtemps été considérés comme appartenant à des espèces différentes, jusqu'à ce qu'on constate qu'il s'agissait du mâle et de la femelle de la même espèce Orgya recens. Quand les individus des deux sexes présentent une morphologie très différente, on parle de dimorphisme sexuel. Il est souvent lié à la reproduction ; les mâles possèdent des caractères morphologiques qui leur permettent d’impressionner les concurrents et de séduire les femelles. Alors que les femelles ont des caractères qui leur permettent de se dissimuler des prédateurs, quand elles pondent.

Document 4b Appartiennent-ils à la même espèce ? Le Pizzly, encore appelé Grolar ou Prizzly, a été trouvé sur l'île de Banks, au nord ouest du Canada, en 2006. Voici l'extrait d'un article du journal "Le Monde", rédigé le 17 décembre 2010, par Catherine Vincent. "En 2006, un ours blanc portant des tâches brunes est tué par un chasseur américain. Après analyse de son ADN, il s'avère qu'il s'agit d'un hybride entre l'ours polaire et le grizzly. Ce premier cas reste isolé jusqu'à ce que soit confirmé, au printemps 2012, qu'un nouvel ours bicolore venait d'être tué. Fourrure blanche et pattes brunes, l'animal est cette fois une chimère de seconde génération, né d'un grizzly mâle et d'une femme hybride". Ursus maritimus (ours polaire) et Ursus arctos (Ours brun, ou grizzly) sont considérés comme deux espèces d'ours différentes. Or, selon la définition biologique de l'espèce, deux individus appartiennent à la même espèce s'ils peuvent se reproduire ensemble et que leurs descendants ne sont pas stériles. La comparaison de l'ours brun et de l'ours polaire montre qu'ils occupent des niches écologiques différentes. Elle permet de confirmer l'appartenance de ces deux ours à des espèces différentes, cette fois-ci à partir de critères morphologiques, physiologiques, comportementaux et écologiques.

Répartition de l’ours pizzly

Répartition de l'ours brun ou grizzly

Répartition de l'ours polaire

FICHE METHODE : EXERCICES 1 et 2 ECRIRE UN ARTICLE SCIENTIFIQUE

> Certains exercices de type 1 ou 2 pourront vous demander d’écrire votre synthèse sous forme d’un article scientifique. > METHODE La majorité des articles se composent de trois grandes parties : > L'attaque correspond aux premières phrases de l’article. Elle doit inciter le lecteur à lire la suite de l’article. > Le corps de l'article qui est constitué de la plus grande partie du texte. Selon sa longueur, il peut être séparé en différents paragraphes. > La chute sert à marquer la fin du texte. Pour un article scientifique : > L’attaque doit poser une véritable problématique scientifique, problématique à dégagée du sujet proposé. > Le corps de l’article correspond à une argumentation basée sur l’exploitation des documents proposés ou sur une présentation organisée des connaissances. > La chute doit répondre à la problématique par un résumé des arguments avancés. Elle peut faire apparaître une ouverture sous la forme d’une nouvelle problématique.

FICHE METHODE : EXERCICES 1 et 2 ECRIRE UN ARTICLE SCIENTIFIQUE

> Certains exercices de type 1 ou 2 pourront vous demander d’écrire votre synthèse sous forme d’un article scientifique. > METHODE La majorité des articles se composent de trois grandes parties : > L'attaque correspond aux premières phrases de l’article. Elle doit inciter le lecteur à lire la suite de l’article. > Le corps de l'article qui est constitué de la plus grande partie du texte. Selon sa longueur, il peut être séparé en différents paragraphes. > La chute sert à marquer la fin du texte. Pour un article scientifique : > L’attaque doit poser une véritable problématique scientifique, problématique à dégagée du sujet proposé. > Le corps de l’article correspond à une argumentation basée sur l’exploitation des documents proposés ou sur une présentation organisée des connaissances. > La chute doit répondre à la problématique par un résumé des arguments avancés. Elle peut faire apparaître une ouverture sous la forme d’une nouvelle problématique.

CORRECTION TP6 – Le concept d’espèce – Ecrire un article scientifique Structure de l’exposé

Notions attendues Barème

Attaque (Introduction)

Présentation du sujet : Evolution du concept d’espèce à travers le temps Problématique : Comment définir la notion d’espèce ? Quel est le mécanisme à l’origine de l’émergence d’une espèce ?

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Corps de l’article (Développement)

Paragraphe 1 Evolution du concept d’espèce Annexe 3 Frise chronologique Concept nominaliste > Concept essentialiste / Concept fixiste > Concept évolutionniste > Concept néo-darwiniste / Concept créationniste Paragraphe 2 Emergence d’une espèce > La notion d’espèce peut se baser sur des critères phénotypiques et des critères d’interfécondité > Emergence d’espèces par spéciation par isolement géographique Annexe 1 Les moustiques du métro de Londres forment une espèce différente des moustiques de surface (Doc 1c et Doc 1d), les données génétiques du doc 1c permettent de montrer que ce sont bien 2 populations génétiquement différentes. Des moustiques de surface ont été finalement enfermés dans le métro en construction empêchant ainsi une reproduction et stoppant « le flux génétique ». L’émergence d’une espèce est donc due dans ce cas à un isolement géographique d’une population par rapport à une autre. Etant donné que les moustiques prennent rarement le métro, un flux génétique est impossible entres tous les moustiques de toutes les stations… On peut envisager que le nombre de stations sera égal au nombre d’espèces d’ici de nombreuses années (Doc 1b). > Emergence d’espèces par spéciation par isolement génétique Annexe 2 L’exemple des poissons du lac Apoyo montre l’existence de 2 espèces de poissons, Amphilophus citrinellus et Amphilophus zaliosus cette dernière étant endémique. Le graphique présenté montre la modélisation de l’émergence de l’espèce AZ à partir de l’espèce AC. Cette émergence est liée à une sélection naturelle qui a favorisé le maintien d’un nouvel allèle concernant la mâchoire chez AZ. En effet, AZ a pu ainsi se nourrir en profondeur alors que AC se nourrissent en surface. Les formes intermédiaires sont donc défavorisées selon la modélisation de l’annexe 2 et disparaissent. En fonction de leurs habitudes alimentaires, les individus AZ et AC ne se rencontrent plus et finissent par constituer 2 espèces différentes. Paragraphe 3 Les limites du concept d’espèces Annexe 4 Le concept d’espèce a ses limites. > Le document 4a montre ainsi qu’il est difficile de définir une espèce en ne s’appuyant que sur des critères morphologiques. En effet, chez Orgya recens, on a longtemps mis le mâle et la femelle dans 2 espèces différentes car le dimorphisme sexuel est très différent chez cette espèce. > Le document 4b montre que si on rétablit un flux génétique entre 2 espèces, il se peut que leur reproduction « débouche » sur des individus fertiles. C’est le cas de la reproduction entre un grizzly et un ours polaire amenant à la création d’individus pizzly fertiles. Leur territoire de répartition s’est superposé à un moment entrainant la reprise d’un flux génétique. Le critère d’interfécondité ne doit pas être le seul à prendre en compte.

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Chute (Conclusion)

Le concept d’espèce a évolué au cours du temps. Néanmoins, il faut forcément définir une espèce avec différents critères mais cette définition ne sera valable que pendant un temps donné uniquement car les phénomènes de spéciation par isolement géographique ou par isolement génétique permettent l’émergence d’espèce supplémentaire au cours du temps.

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