Fiche de révision : Introduction à la Biodiversité et Génétique

📋 Plan du Cours

1. Biodiversité et niveaux
2. Mesurer la richesse spécifique
3. Capture-marquage-recapture
4. Dérive génétique et sélection naturelle
5. Génétique des populations et Hardy-Weinberg

📖 1. Biodiversité et niveaux

🔑 Notions clés & Définitions

• Diversité des écosystèmes : Notion de biodiversité qui concerne la variété des milieux et communautés biologiques présents dans une région.
• Diversité des espèces : Notion de biodiversité qui décrit le nombre et la variété d’espèces vivant dans un milieu donné.
• Diversité intraspécifique : Notion de biodiversité qui correspond à la diversité génétique des individus au sein d’une même espèce.
• Population : Ensemble d’individus d’une même espèce vivant dans le même milieu.

📝 Points essentiels

• La richesse spécifique correspond au nombre d’espèces vivant dans un milieu, et sert à décrire la biodiversité.
• La biodiversité peut être décrite à trois niveaux : écosystèmes, espèces, et diversité intraspécifique.
• On estime qu’environ 2 millions d’espèces ont été inventoriées et qu’il en existerait entre 8 et 20 millions sur Terre.

💡 Astuce mémo

Trois niveaux : milieux, espèces, gènes.

📖 2. Mesurer la richesse spécifique

🔑 Notions clés & Définitions

• Richesse spécifique : Indicateur qui mesure le nombre d’espèces présentes dans un milieu.
• Échantillonnage : Démarche qui consiste à inventorier les espèces présentes dans un échantillon d’un milieu pour estimer sa biodiversité.
• Observation des spécimens : Technique d’inventaire qui identifie les espèces présentes à partir des organismes observés.
• Séquençage de l’ADN : Technique d’inventaire qui identifie les espèces présentes à partir de l’information génétique.

📝 Points essentiels

• La richesse spécifique est estimée par des techniques d’échantillonnage où les espèces d’un échantillon sont décrites soit par observation, soit par séquençage de l’ADN.
• Une population peut être étudiée via des échantillons afin d’estimer des fréquences d’individus porteurs de caractères.

📖 3. Capture-marquage-recapture

🔑 Notions clés & Définitions

• Méthode CMR : Méthode d’échantillonnage permettant d’estimer l’abondance d’une population animale à partir de captures successives.
• Marquage : Action consistant à identifier temporairement des individus capturés pour les reconnaître lors de la recapture.
• Abondance : Nombre total d’organismes d’une ou plusieurs espèces dans un espace donné.
• Phénotype : Ensemble des caractéristiques observables d’un organisme issues de l’interaction entre son génome et son environnement.

📝 Points essentiels

• La CMR suit la population : on capture, marque et relâche, puis on recapture et on compte les individus marqués.
• Le modèle s’écrit sous la forme $N = \dfrac{M\times n}{m}$ où $N$ est l’effectif total, $M$ le nombre marqué au départ, $n$ la taille du second échantillon et $m$ le nombre marqué dans cet échantillon.
• Plus l’effectif $n$ de l’échantillon est grand, plus l’intervalle de confiance est resserré.
• À partir des individus d’un échantillon, on peut estimer la fréquence d’un caractère phénotypique et la proportion correspondante dans la population avec un intervalle de confiance.

💡 Astuce mémo

CMR = partage des proportions : marqué au début ÷ marqué au second donne $N$.

📖 4. Dérive génétique et sélection naturelle

🔑 Notions clés & Définitions

• Dérive génétique : Évolution aléatoire des fréquences alléliques due au hasard des reproductions sexuées, pouvant mener à la disparition d’un allèle.
• Sélection naturelle : Processus évolutif où les individus avantagés dans un environnement ont plus de chances de se reproduire et de transmettre leurs allèles.
• Allèle : Version d’un gène, portée par les chromosomes, qui peut varier d’un individu à l’autre.

📝 Points essentiels

• Les fréquences alléliques évoluent au cours du temps sous l’effet du hasard de la reproduction sexuée, ce qui correspond à la dérive génétique.
• Un allèle peut même disparaître d’une population, comme illustré par la génération 2bis avec disparition de l’allèle rouge.
• Les mutations apparaissent aléatoirement, puis la sélection naturelle favorise les individus avantagés dans un environnement donné.

💡 Astuce mémo

Hasard = dérive ; avantage = sélection.

📖 5. Génétique des populations et Hardy-Weinberg

🔑 Notions clés & Définitions

• Diploïde : Se dit d’un individu dont les chromosomes sont présents en double exemplaire dans les cellules.
• Homozygote : Individu dont une paire de chromosomes possède deux allèles identiques pour un même gène.
• Hétérozygote : Individu dont une paire de chromosomes possède deux allèles différents pour un même gène.
• Hardy-Weinberg : Modèle qui prédit la conservation de la structure génétique d’une population de génération en génération sous des conditions précises.

📝 Points essentiels

• Dans le modèle diploïde, un individu possède chaque chromosome en double, et les gènes portent différentes versions appelées allèles.
• Le modèle de Hardy-Weinberg suppose : population infinie et fermée sans migrations, croisements aléatoires, absence de mutations et absence de forces évolutives (sélection, dérive…).
• Pour une paire d’allèles A et a, les génotypes théoriques suivent $p^2$ (AA), $2pq$ (Aa) et $q^2$ (aa) avec $p+q=1.
• L’exemple fourni a $400$ individus avec effectifs observés AA=164, Aa=192 et aa=44, puis des effectifs théoriques calculés à partir de $p=0{,}65$ et $q=0{,}35$ donnent 169, 182 et 49.

💡 Astuce mémo

Hardy-Weinberg = $p^2 + 2pq + q^2 = 1$ (et donc $p+q=1$).

📊 Tableaux de synthèse

Niveaux de biodiversité

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Confondre richesse spécifique et abondance : la richesse spécifique compte des espèces, alors que l’abondance compte des individus dans un espace donné.
2. Croire que la CMR donne directement le nombre d’espèces : la méthode estime l’effectif (abondance) d’une population, puis on infère des fréquences de caractères.
3. Inverser la formule de la CMR : $m$ est le nombre marqué dans l’échantillon de recapture et $n$ est la taille de cet échantillon.
4. Mélanger dérive et sélection : la dérive vient du hasard des reproductions, tandis que la sélection dépend d’un avantage dans un environnement.
5. Oublier les conditions strictes de Hardy-Weinberg : sans population fermée, sans croisements aléatoires ou en présence de mutations/forces évolutives, la prédiction de constance ne s’applique pas.
6. Distinguer génotype et phénotype : le génotype est le patrimoine génétique, alors que le phénotype regroupe les caractéristiques observables.

✅ Checklist Examen

1. Définir la biodiversité et lister ses trois niveaux avec ce que chacun mesure.
2. Relier la notion de population à la définition : même espèce et même milieu.
3. Définir la richesse spécifique et expliquer comment elle est mesurée par échantillonnage.
4. Donner les deux voies d’identification des espèces dans un échantillon : observation des spécimens et séquençage de l’ADN.
5. Expliquer le principe de la CMR : capture-marquage-relâche puis recapture avec comptage des marqués.
6. Savoir utiliser la formule $N=\dfrac{M\times n}{m}$ en identifiant correctement $M$, $n$ et $m$.
7. Expliquer pourquoi un $n$ plus grand rend l’estimation plus précise via un intervalle de confiance plus resserré.
8. Définir l’abondance et le phénotype, et relier CMR à l’estimation de fréquences de caractères.
9. Définir diploïde, homozygote, hétérozygote, et distinguer génotype et allèles.
10. Lister les hypothèses du modèle de Hardy-Weinberg et la signification de sa prédiction de conservation.
11. Calculer des effectifs théoriques AA=$p^2$, Aa=$2pq$, aa=$q^2$ à partir de $p$ et $q$, avec $p+q=1$.
12. Reproduire l’exemple : effectifs observés (AA=164, Aa=192, aa=44) et effectifs théoriques (169, 182, 49) à partir de $p=0{,}65$ et $q=0{,}35$.
13. Expliquer les mécanismes : dérive génétique (hasard) et sélection naturelle (avantage environnemental) et citer l’idée de disparition d’un allèle illustrée par l’exemple.