Fiche de révision : Estimer la biodiversité et les populations

📋 Plan du Cours

1. Mesurer la biodiversité spécifique
2. Estimer l’abondance par CMR
3. Estimer une proportion par intervalle
4. Fréquences génotypiques dans une population
5. Estimation par intervalle de confiance
6. Équilibre de Hardy-Weinberg
7. Activités humaines et biodiversité

📖 1. Mesurer la biodiversité spécifique

🔑 Notions clés & Définitions

• Biodiversité : Diversité des êtres vivants, et chaque écosystème possède une biodiversité qui lui est propre.
• Richesse spécifique : Nombre d’espèces présentes dans un milieu.
• Métabarcoding : Compare les séquences d’ADN retrouvées dans un échantillon d’eau ou de sol à une banque de données afin d’identifier les espèces présentes dans l’échantillon.

★ À maîtriser

📌 Un quadrat est une surface carrée ou rectangulaire au sol où l’on réalise un relevé exhaustif des espèces, tandis qu’un transect est un trajet suivi dans un écosystème où l’on relève les êtres vivants observés.

Compléments

• Les méthodes d’étude de la biodiversité sont complémentaires, car elles peuvent donner des résultats différents.

• Le barcoding moléculaire identifie une espèce en comparant une courte séquence de son ADN aux séquences connues d’une banque de données.

📌 Le barcoding moléculaire et le métabarcoding sont coûteux et ne remplacent pas complètement les reconnaissances sur le terrain.

• Les nombres d’espèces décrites et estimées sont respectivement les suivants :

  • 1 124 516 et 9 920 000 pour les métazoaires
  • 44 368 et 616 320 pour les eumycètes
  • 224 244 et 314 600 pour les angiospermes

• Les estimations du nombre d’espèces dépendent des méthodes de calcul et sont moins fiables pour les organismes difficiles à étudier, comme les bactéries, dont les recherches suggèrent plusieurs centaines de milliards d’espèces.

💡 Astuce mémo

Le quadrat délimite une surface ; le transect suit un trajet.

📖 2. Estimer l’abondance par CMR

🔑 Notions clés & Définitions

• Capture-marquage-recapture : Méthode qui estime l’abondance d’une espèce en capturant et marquant des individus, en les relâchant, puis en les recapturant.

★ À maîtriser

📐 Formule - La méthode CMR repose sur la proportionnalité $\frac{R}{C}=\frac{M}{N}$, donc l’effectif total estimé est $N=\frac{M\times C}{R}$.

• Dans la méthode CMR, N est l’effectif total recherché, M le nombre d’individus capturés puis marqués, C le nombre d’individus capturés lors de la deuxième capture et R le nombre d’individus marqués parmi ces C individus.

Compléments

📌 L’estimation CMR suppose que la population ne se modifie pas entre les deux échantillonnages, de sorte que la proportion d’individus marqués reste la même.

• Le protocole CMR consiste à effectuer les étapes suivantes.

💡 Astuce mémo

Capturer, marquer, relâcher, recapturer.

📖 3. Estimer une proportion par intervalle

🔑 Notions clés & Définitions

• Intervalle de confiance : Associé à un niveau de confiance de 95 % dans l’exemple, établit une marge d’erreur entre la donnée recueillie dans un échantillon et la réalité de la population étudiée.

★ À maîtriser

📐 Formule - Pour un intervalle de confiance à 95 %, la formule indiquée est $p\pm1{,}96\times\sqrt{\frac{p(1-p)}{n}}$, où p est la proportion observée et n la taille de l’échantillon.

Compléments

📐 Formule - L’approximation de l’intervalle de confiance à 95 % est $\left[p-\frac{1}{\sqrt{n}}\;;\;p+\frac{1}{\sqrt{n}}\right]$.

📌 Plus la taille de l’échantillon augmente, plus l’intervalle de confiance se réduit et plus l’estimation est précise.

• Pour un échantillon de 105 individus comprenant 12 individus concernés, la proportion observée est $p=\frac{12}{105}=0{,}114$.

📖 4. Fréquences génotypiques dans une population

📝 Points essentiels

• La diversité génétique au sein d’une espèce est liée à la fréquence des allèles.

• Dans l’exemple de 500 fleurs, les fréquences indiquées sont :

  • 0,606 pour le génotype rouge R/R
  • 0,348 pour le génotype rose hétérozygote R/B
  • 0,046 pour le génotype blanc homozygote B/B

📖 5. Estimation par intervalle de confiance

🔑 Notions clés & Définitions

• Intervalle de confiance : Intervalle estimé à partir d’un échantillon, destiné à contenir la proportion inconnue d’un caractère dans la population avec un niveau de confiance donné.

★ À maîtriser

📐 Formule - L’intervalle de confiance à 95 % est $\left[f-\frac{1}{\sqrt{n}}\ ;\ f+\frac{1}{\sqrt{n}}\right]$, où f est la fréquence du caractère dans l’échantillon et n sa taille.

Compléments

• L’intervalle de confiance construit avec cette méthode contient la proportion inconnue p dans 95 % des cas.

📐 Formule - L’intervalle plus précis proposé est $\left[f-1{,}96\frac{\sqrt{f(1-f)}}{\sqrt{n}}\ ;\ f+1{,}96\frac{\sqrt{f(1-f)}}{\sqrt{n}}\right]$.

• Dans l’exemple des lapins atteints de myxomatose, 12 des 105 lapins prélevés sont malades.

📖 6. Équilibre de Hardy-Weinberg

★ À maîtriser

📌 Selon le modèle de Hardy-Weinberg, une population de grand effectif ne présente pas d’évolution génétique si elle est de taille infinie, sans migration, mutation ni sélection, et si les partenaires sexuels se rencontrent au hasard (panmixie).

📐 Formule - Pour un gène à deux allèles A et a, les fréquences alléliques sont $f(A)=p$ et $f(a)=q$, avec $p+q=1$.

📐 Formule - À l’équilibre de Hardy-Weinberg, les fréquences génotypiques sont $f(AA)=p^2$, $f(Aa)=2pq$ et $f(aa)=q^2$, et leur somme vaut $p^2+2pq+q^2=1$.

Compléments

• En 1908, Godfrey Harold Hardy et Wilhelm Weinberg élaborent une théorie sur l’évolution des fréquences alléliques dans une population théorique.

📐 Formule - À partir des fréquences génotypiques, la fréquence de l’allèle R est $f(R)=f(RR)+\frac{1}{2}f(RB)$ et celle de l’allèle B est $f(B)=f(BB)+\frac{1}{2}f(RB)$.

• Dans l’exemple des pétunias, les fleurs rouges sont RR, les fleurs roses RB et les fleurs blanches BB.

• Un écart à l’équilibre de Hardy-Weinberg se manifeste par une variation des fréquences alléliques et génotypiques au fil des générations.

• Les forces évolutives citées sont :

  • la mutation
  • la sélection naturelle
  • la dérive génétique
  • la migration

📖 7. Activités humaines et biodiversité

★ À maîtriser

• La pollution, la destruction et la fragmentation des écosystèmes, la déforestation et la surexploitation ont des conséquences majeures sur la biodiversité.

• Les activités humaines peuvent réduire les effectifs des populations, appauvrir la diversité génétique et parfois provoquer l’extinction d’espèces.

• La fragmentation des habitats par les routes, les zones agricoles et les infrastructures isole les populations en petits effectifs, favorise la dérive génétique et réduit la diversité génétique.

Compléments

• La déforestation détruit les habitats de nombreux organismes et perturbe le cycle du carbone, contribuant au dérèglement climatique.

📌 La préservation de la biodiversité nécessite une meilleure connaissance des écosystèmes et leur gestion raisonnée afin de limiter les impacts des activités humaines.

💡 Astuce mémo

La fragmentation isole les populations → la dérive génétique favorise la perte de diversité génétique.