Sélection naturelle et évolution — Exercices

De l'application directe au raisonnement sur documents. Corrigé en fin de fiche.

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1Vocabulaire et mécanismes/ 4 pts

Réponds par une ou deux phrases claires à chaque question.

Qu'est-ce que la sélection naturelle ? Donne une définition en deux phrases.
Pourquoi les caractères sélectionnés doivent-ils être héréditaires pour que la sélection naturelle produise une évolution durable ?
Quelle est la différence entre variation et mutation ? Illustre chacun par un exemple.
Un individu bien adapté à son milieu est-il certain de survivre ? Justifie ta réponse.

2Les phalènes du bouleau/ 5 pts

Le document suivant montre l'évolution des fréquences des deux formes de phalènes du bouleau dans une région industrialisée d'Angleterre :

1850 (avant industrialisation) : forme claire 95 %, forme sombre 5 %
1900 (pleine industrie) : forme claire 20 %, forme sombre 80 %
1980 (après lois antipollution) : forme claire 70 %, forme sombre 30 %

Décris l'évolution des fréquences entre 1850 et 1900.
Explique pourquoi la fréquence de la forme sombre a augmenté entre 1850 et 1900. Utilise le terme pression de sélection.
Que s'est-il passé entre 1900 et 1980 ? Quelle conclusion générale peux-tu tirer sur le lien entre environnement et sélection naturelle ?

3Résistance aux antibiotiques/ 5 pts

Une population de bactéries contient 10 000 individus. Parmi eux, 3 portent une mutation qui les rend résistantes à la pénicilline. Un patient prend un traitement à la pénicilline. À la fin du traitement, les 3 bactéries résistantes ont survécu et se sont multipliées ; les 9 997 autres sont mortes.

Quelle est la fréquence des bactéries résistantes avant le traitement ? Exprime-la en pourcentage en détaillant le calcul.
La pénicilline a-t-elle créé la résistance ? Justifie ta réponse.
Quel risque y a-t-il à prendre un antibiotique de manière incomplète ou répétée ?

4Raisonnement — Le lézard insulaire/ 6 pts

Sur une île, des lézards se nourrissent normalement d'insectes. À la suite d'une sécheresse prolongée, les insectes disparaissent presque totalement ; il reste en abondance des plantes à graines dures. On observe qu'après 20 générations, les lézards de l'île ont en moyenne une mâchoire nettement plus large et plus robuste que leurs ancêtres.

Quelle est la pression de sélection exercée sur cette population de lézards ?
Parmi les lézards de la population initiale, lesquels ont survécu et se sont reproduits en priorité ? Pourquoi ?
Explique, en utilisant les quatre conditions de la sélection naturelle, comment rendre compte de l'évolution observée.
Peut-on parler d'adaptation des lézards à leur nouvel environnement ? Justifie.

Corrigé détaillé

1Vocabulaire et mécanismes

1. \(La sélection naturelle est le processus par lequel les individus portant des caractères héréditaires avantageux dans leur environnement survivent davantage et se reproduisent plus. Au fil des générations, ces caractères deviennent plus fréquents dans la population, qui se transforme : c'est l'évolution.\) \(\)

2. \(Si les caractères n'étaient pas héréditaires, les individus avantagés ne les transmettraient pas à leur descendance. Chaque génération repart de zéro et la sélection n'a aucun effet cumulatif : la population ne se transforme pas au cours du temps.\) \(\)

3. \(Une variation est toute différence observable entre individus d'une même espèce (ex : couleur des yeux chez l'humain). Une mutation est une modification du matériel génétique à l'origine d'une variation nouvelle (ex : mutation conférant une résistance à un antibiotique). Toute mutation produit une variation, mais certaines variations héréditaires préexistent dans la population sans être dues à de nouvelles mutations récentes.\) \(\)

4. \(Non. Un individu bien adapté a de meilleures chances de survie et de reproduction, mais pas une certitude absolue. Un accident, un prédateur ou la malchance peuvent éliminer un individu pourtant bien adapté. La sélection naturelle s'exprime à l'échelle de la population sur plusieurs générations, pas au niveau d'un individu isolé.\) \(\)

2Les phalènes du bouleau

1. \(Entre 1850 et 1900, la fréquence de la forme claire chute de 95 % à 20 % (soit −75 points de pourcentage), tandis que celle de la forme sombre passe de 5 % à 80 % (+75 points). La forme sombre devient largement dominante dans la population.\) \(\)

2. \(La pollution industrielle dépose de la suie sur les troncs et tue les lichens clairs : les troncs noircissent. Sur ces troncs sombres, les phalènes claires sont visibles et mangées en priorité par les oiseaux prédateurs. Les phalènes sombres, camouflées, survivent mieux et se reproduisent davantage. La pression de sélection exercée par les prédateurs favorise ici le caractère « ailes sombres ».\) \(\)

3. \(Entre 1900 et 1980, les lois antipollution réduisent les émissions de suie : les lichens recolonisent les troncs qui redeviennent plus clairs. La pression de sélection s'inverse : les formes claires sont à nouveau camouflées et avantagées ; leur fréquence remonte à 70 %. Conclusion générale : la sélection naturelle ne produit pas de résultat fixe — elle dépend de l'environnement. Si l'environnement se modifie, la direction de la sélection change en conséquence.\) \(\)

3Résistance aux antibiotiques

1. \(Fréquence avant traitement : 3 bactéries résistantes sur 10 000 individus, soit 3 ÷ 10 000 = 0,0003 = 0,03 %.\) \(\)

2. \(Non. Les 3 bactéries résistantes existaient avant le traitement, portant une mutation aléatoire préexistante. La pénicilline n'a pas créé la résistance : elle a éliminé les individus sensibles et laissé survivre et se reproduire les individus déjà résistants. Il s'agit d'un phénomène de sélection, non de création de la résistance.\) \(\)

3. \(Un usage incomplet laisse des bactéries sensibles survivre sans éliminer totalement l'infection, qui peut reprendre. Un usage abusif ou répété exerce une pression de sélection forte et continue sur les populations bactériennes : la fréquence des souches résistantes augmente dans l'environnement (patient, hôpital, sol). À terme, certaines infections deviennent résistantes à tous les antibiotiques disponibles et impossibles à traiter.\) \(\)

4Raisonnement — Le lézard insulaire

1. \(La pression de sélection est la disparition des insectes (ressource alimentaire habituelle) combinée à la disponibilité exclusive de graines dures. Seuls les lézards capables de broyer ces graines peuvent se nourrir et survivre.\) \(\)

2. \(Les lézards qui portaient naturellement, par variation génétique héréditaire, une mâchoire plus large ou plus robuste pouvaient broyer les graines dures et accéder à la nourriture. Ils ont survécu et se sont reproduits davantage que les individus à mâchoire fine, incapables d'exploiter cette ressource.\) \(\)

3. \(Variation : les lézards de la population initiale présentaient des différences héréditaires de morphologie de mâchoire. Hérédité : ces différences étaient transmissibles à la descendance. Survie différentielle : les lézards à mâchoire robuste trouvaient de la nourriture là où les autres mouraient de faim. Reproduction différentielle : ils ont laissé plus de descendants porteurs du même caractère. Génération après génération, la fréquence du caractère « mâchoire robuste » a augmenté dans la population : c'est l'évolution par sélection naturelle.\) \(\)

4. \(Oui. Une adaptation est un caractère héréditaire qui augmente les chances de survie et de reproduction dans un environnement donné. La mâchoire robuste répond à cette définition dans le contexte où seules des graines dures sont disponibles. Cette adaptation n'est pas le fruit d'une volonté des lézards : elle résulte de la sélection naturelle de variants morphologiques qui préexistaient dans la population.\) \(\)