Lernzettel: 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

Niveau	Ce qu’il mesure
Écosystèmes	Variété des milieux et communautés biologiques
Espèces	Nombre et variété d’espèces dans un milieu
Intraspécifique	Diversité génétique au sein d’une espèce

⚠️ 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.