Il s'agit d'étudier l'influence d'un facteur de l'environnement sur la fréquence des allèles. L'exemple étudié s'appuie sur l'étude de la phalène du bouleau (Biston betularia) et sur les simulations graphiques développées par un chercheur américain concernant la persistance ou non d'un allèle précis, au sein d'une population, au fil de générations.
La phalène du bouleau (Biston betularia) est un papillon nocturne. De jour, il se camoufle sur la partie haute de différents feuillus, sous les feuilles et les branches. Il existe deux formes interfécondes de Phalènes qui ne différent que par un caractère : leur couleur. La forme 'typica' est de couleur blanche et la forme 'carbonaria' est de couleur noire :
En Angleterre, dés 1890, on avait déjà remarqué que les formes noires de ce papillon avaient une fréquence de 98% dans les régions industrielles tandis qu' en zone rurale non polluée les formes blanches typiques demeuraient à une fréquence de 100% .
En 1950, de nombreux marquages et re-captures de formes claires et foncées de phalènes du bouleau, relâchées soit dans des bois sombres, soit dans des bois clairs ont été effectués. Les statistiques faites sur les re-captures montrèrent une très nette survie en faveur des formes foncées dans les bois pollués, et une nette survie des formes claires dans les bois non pollués. L'hypothèse d'une prédation accrue sur les formes mal-camouflées peut rendre compte de ces résultats...
Région non polluée
Région polluée
Mutation responsable de la différence de phénotype
Allèle 'carbonaria' ou 'C', dominant (mutant). Allèle 'typica' ou 'c', récessif
Pression de sélection
Prédation
Avantage sélectif
Mimétisme des formes 'typica' sur les troncs blancs
Mimétisme des formes 'carbonaria' sur les troncs noircis
Simulation de la propagation de l'allèle 'carbonaria' au cours des générations :
- Soit 'V.S', correspondant à la Valeur Sélective d'un génotype : cette valeur est définie pour chaque génotype, il indique si le génotype apporte un avantage ou au contraire si il est défavorable dans un environnement précis (milieu industrialisé ou rural).
- Deux phénotypes sont observables : la forme sombre (carbonaria) ou la forme claire (typica)... ...d'où les génotypes (C//C),(C//c) ou (c//c).
Fréquence de l'allèle 'carbonaria' dans une population de phalènes
- Cette production s'intègre dans le thème 1.3 : 'Stabilité et variabilité des génomes et évolution' et plus particulièrement pour illustrer la propagation, dans une population donnée, d'un allèle procurant un avantage sélectif.
- L'intérêt de ce graphique est de laisser les élèves opérer un choix d'environnement et en fonction de ce choix, d'attribuer pour chaque génotype un avantage sélectif ou non. La justification de ces choix peut être demandée. Le graphique présente ensuite la modélisation de la propagation de l'allèle considéré au sein d'une population et au fil des générations. On peut demander aux élèves de décrire la courbe obtenue.
L'exemple de la phalène peut, dans un premier temps, être présenté par le professeur. Puis, dans un second temps, il peut être demandé aux élèves un travail identique sur l'allèle de la drépanocytose (en lien avec les régions où le paludisme sévit) et aussi sur la propagation d'un allèle neutre...dont voici les simulations graphiques :
Pour la propagation de l'allèle de la DREPANOCYTOSE :
- Deux phénotypes sont observables : le phénotype drepanocytaire et le phénotype sain...d'où les génotypes (S//S),(S//A) ou (A//A).
Fréquence de l'allèle 'S' dans une population humaine
- Il existe des allèles mutants à l'origine de protéines dont la fonction ne diffère pas de celle d'origine. Il n'y a donc pas de phénotype macroscopique variant. On peut dire de ces allèles qu'ils sont neutres (on peut supposer que certains allèles codant pour certaines globines ont été des allèles neutres dans un environnement donné).
- On considère à nouveau 3 génotypes possibles. La valeur sélective attribuée à chaque génotype est 'neutre' puisqu' aucune combinaison allèlique ne procure un avantage ou n'est défavorable. On se place dans un environnement précis et stable.
- Remerciements à Mr Gregory Michnik, collègue et webmestre du site académique de Lille, pour m'avoir autorisé à reprendre et retravailler sa production originale. Remerciements à Mr Patrick Ferreira, collègue du Lycée d'Ancenis, pour sa relecture attentive et ses corrections.
- Les photos de Biston betularia sont issues de la galerie-insecte.org, avec l'aimable autorisation de l'auteur : Daniel Morel.
