ANALYSES DES DOCUMENTS

Qu’est-ce que la biodiversité ?

Cette notion apparaît dans les années 1980. Il s’agit de la contraction des mots « biologie » et « diversité » ; elle désigne donc la diversité et la variété du monde vivant. Cette diversité biologique peut s’étudier selon trois niveaux :

• la diversité génétique (diversité des allèles au sein d’une espèce) ;
• la diversité spécifique (diversité des espèces) ;
• la diversité écosystémique (diversité des écosystèmes présents sur la Terre)

La biodiversité a un intérêt économique évident dès lors que l’on se rend compte que la survie des hommes dépend de très nombreuses espèces pour leur alimentation, leur santé, l’épuration de l’eau ou l’élimination des déchets. En outre, de nouveaux produits sont sans cesse développés grâce aux biotechnologies. L’état de la biodiversité est un miroir qui reflète nos relations avec les autres espèces vivantes. Cette approche éthique laisse entrevoir des droits, mais également des devoirs et une nécessité éducative majeure.

« Les fonctions de la biodiversité utiles aux activités humaines, comme l’épuration des eaux, la décomposition des déchets ou encore la pollinisation des cultures, commencent ainsi à être reconnues et mises en valeur. Au final, la biodiversité, c’est le passage du concept de l’homme et la nature à celui de l’homme dans la nature à tous égards, pour le meilleur comme pour le pire. Après tout, les maladies font elles aussi partie de la biodiversité » (Robert Barbault, professeur au Muséum national d’histoire naturelle de Paris).

Utilisation de la biodiversité

Nous venons de lire que la biodiversité est utile à l’homme. Voici, résumés dans un tableau, quelques exemples concrets d’êtres vivants utilisés directement ou indirectement dans les activités humaines. Il ressort que les autres êtres vivants sont essentiels dans de très nombreux domaines comme l’agriculture, l’élevage, la santé, l’agroalimentaire et l’industrie. Mais savons-nous aujourd’hui quelles seront les espèces dont nous aurons besoin demain ? Non, bien sûr. Par exemple, l’action antimicrobienne de la pénicilline a été découverte par hasard, en 1928, par le docteur Alexander Fleming.

Pour préserver la biodiversité dont nous avons tant besoin, il faut la connaître, l’avoir quantifiée afin d’évaluer l’impact des mesures de protection.

Description qualitative de la biodiversité

Ce document présente un arbre phylogénétique du vivant. Celui-ci permet d’identifier les grands groupes d’êtres vivants que l’on connaît aujourd’hui ainsi que leurs liens de parenté. Cet arbre est composé de trois branches maîtresses : celle des bactéries (en bleu), celle des archées (en rouge) et celle des eucaryotes (en bordeaux).

Les premières archées ont été décrites à la fin des années 1970. Sur le plan morphologique, ces êtres vivants procaryotes ressemblent aux bactéries. Sur le plan biochimique, ils présentent à la fois des points communs avec les bactéries et les eucaryotes, et des particularités qui leur sont propres.

Néanmoins, les archées sont plus proches des eucaryotes qu’elles ne le sont des bactéries. Il apparaît donc que le groupe des cellules procaryotes (bactéries + archées) n’est pas un groupe monophylétique (appelé parfois « groupe naturel »). Cela signifie que l’ancêtre commun de ce groupe a engendré des êtres vivants qui ne sont ni des bactéries ni des archées ; en effet, cet ancêtre commun a également engendré l’ensemble des eucaryotes.

Les êtres vivants que nous connaissons le mieux sont les animaux et les plantes. Il ressort de la lecture de cet arbre que ces deux groupes ne sont qu’une infime partie de la biodiversité terrestre. Notons également que les champignons constituent un règne à part.

Description quantitative de la biodiversité spécifique

Un premier tableau présente le nombre d’espèces eucaryotes (possédant des cellules compartimentées) formellement décrites par deux chercheurs : Peter Hammond en 1995 et Robert May en 1998. Il apparaît que si ces nombres varient parfois (en ce qui concerne les nématodes ou les insectes), ils sont globalement similaires. Cela permet de se faire une idée du nombre d’espèces eucaryotes connues.

Le second tableau présente, comme pour les groupes précédents, le nombre total d’espèces estimées. On voit que le nombre d’espèces décrites est nettement inférieur au nombre d’espèces estimées.

Les calculs des pourcentages d’espèces décrites et d’espèces restant à décrire s’avèrent assez parlants. Les résultats sont présentés dans le tableau ci-dessous (nous avons utilisé les chiffres donnés par Hammond) :

Tableau dénombrant les espèces décritent et non-décritent

Groupe	Nombre décrit	Estimation	Différence	% décrit	% restant à décrire
Protozoaires	40 000	200 000	160 000	20	80
Algues	40 000	400 000	360 000	10	90
Plantes	270 000	320 000	50 000	84	16
Champignons	70 000	1 500 000	1 430 000	5	95
Animaux dont : Vertébrés Nématodes Mollusques Arthropodes dont : Crustacés Arachnides Insectes Autres	1 320 000 45 000 25 000 70 000 1 085 000 40 000 75 000 950 000 95 000	9 800 000 50 000 400 000 200 000 8 900 000 150 000 750 000 8 000 000 250 000	8 480 000 5 000 375 000 13 000 7 815 555 110 000 675 000 7 050 000 155 000	13 90 6 35 12 27 10 12 38	87 10 94 65 88 73 90 88 62
Total	1 740 000	12 200 000	10 460 000	14	86

Les êtres vivants les mieux décrits sont également ceux que l’on connaît le mieux : 90 % des animaux vertébrés et 87 % des plantes, mais seulement 14 % des eucaryotes, 10 % des algues, 6 % des nématodes et 5 % des champignons. Il reste donc encore beaucoup de travail ! D’autant plus que les chiffres concernant les êtres vivants procaryotes (bactéries et archées) ne sont pas présentés ici.

Description quantitative de la biodiversité allélique

Chaque espèce est caractérisée par un certain nombre de chromosomes (46 pour l’espèce humaine, 8 pour la drosophile ou encore 48 pour la pomme de terre). Chaque chromosome porte des gènes et ceux-ci existent dans les populations sous plusieurs versions. Les différentes versions d’un même gène sont appelées « allèles ». Il est possible de dénombrer le nombre d’allèles d’un gène existant au sein d’une population et de suivre la fréquence de chaque allèle au cours du temps.

Dans le DOC D, on considère le gène A à 2 allèles : a1 et a2. A est un gène neutre et donc soumis à la dérive génétique. La fréquence de l’allèle a1 est représentée pendant cinquante générations dans une population de dix individus (premier graphique) et dans celle de cent individus (deuxième graphique). Chaque courbe colorée représente le résultat d’une simulation.

La fréquence de l’allèle a1 varie d’une génération à l’autre de manière aléatoire. Parfois, cette fréquence atteint la valeur 1 ; cela signifie que l’allèle a2 a disparu. D’autres fois, cette fréquence atteint la valeur 0 ; cela signifie que l’allèle a1 a disparu. À chaque fois qu’une simulation aboutit à la perte d’un allèle, la biodiversité génétique diminue.

On voit qu’une telle perte peut se produire à la fois dans une population de dix individus et dans celle de cent individus. Néanmoins, cela est beaucoup plus fréquent et rapide dans la première population. Ainsi, plus une population est petite et plus elle aura tendance à perdre rapidement de la biodiversité génétique.

Les populations d’êtres vivants dont les effectifs sont faibles (liés ou non à l’action de l’homme) seront beaucoup plus sensibles à la dérive et donc à une perte de diversité génétique. Or, la diversité génétique est un facteur important. En cas de modification des conditions de l’environnement, la probabilité qu’un variant présente des aptitudes élevées dans ce nouvel environnement est plus forte si la population possède une grande variabilité génétique ; en revanche, si la population a une variabilité génétique faible, cette probabilité sera moindre. Des populations particulièrement petites se rencontrent dans les zoos. Les protocoles de reproduction sont alors soigneusement analysés afin de minimaliser l’effet de la dérive génétique.

La perte de la biodiversité dans l’histoire de la Terre

Toute espèce a une durée de vie limitée, qui est de l’ordre de cinq à dix millions d’années. À partir de l’espérance de vie des espèces et de leur nombre, il est possible de calculer un taux d’extinction global. Celui-ci correspond au nombre d’espèces qui disparaissent en un temps donné. Une crise biologique est une période au cours de laquelle la biodiversité spécifique a très fortement diminué ; le taux d’extinction est alors brutalement plus élevé.

Le tableau du DOC E présente la perte de biodiversité marine spécifique, mais également la perte de biodiversité à l’échelle d’autres taxons : les familles et les genres.

Rappelons que les êtres vivants sont classés selon des taxons emboîtés. Ainsi une espèce appartient-elle à un genre qui, lui-même, appartient à une famille ; celle-ci appartient à un ordre, lui-même à une classe, qui appartient à un embranchement, qui fait partie d’un règne.

Ce tableau présente donc les pourcentages de familles, de genres et d’espèces qui ont disparu au cours des cinq grandes crises biologiques de l’histoire de notre planète.

Pour chaque crise biologique, le pourcentage de familles touchées est inférieur à celui des genres touchés, qui est lui-même inférieur au pourcentage d’espèces affectées. La crise Crétacé-Tertiaire, qui est la plus connue médiatiquement, est aussi celle au cours de laquelle la biodiversité marine a été la moins affectée. En fait, la crise biologique la plus importante a été celle du Permien-Trias.

Au cours des soixante-cinq derniers millions d’années, le taux d’extinction moyen a tourné autour d’une extinction par an pour un million d’espèces. Aujourd’hui, il serait entre cinquante et mille fois supérieur au taux d’extinction attendu pour une biodiversité stable. Tout cela va dans le sens de l’hypothèse d’une sixième crise d’extinction des espèces, liée aux activités humaines (postrévolution industrielle).

La perte de la biodiversité aujourd’hui

Le graphique du DOC F présente les variations d’abondance des oiseaux communs en France : 95 espèces ont été classées en quatre groupes selon les habitats. Les statistiques ont été établies à partir de plus de 300 000 individus observés ou capturés. La première catégorie d’oiseaux regroupe ceux dits généralistes ; la deuxième, ceux qui nichent dans les bâtiments construits par l’homme ; la troisième, ceux qui nichent en forêt ; la quatrième, ceux qui nichent dans les zones agricoles.

L’abondance des oiseaux généralistes a diminué de 3 %, celle des oiseaux inféodés aux bâtiments de 9 %, celle des oiseaux des forêts de 18 % et celle des oiseaux des zones agricoles de 25 %. Un exemple est présenté dans ce document. Il s’agit de la linotte mélodieuse, un oiseau spécialiste des zones agricoles, dont l’abondance a diminué de 72 % depuis 1989 et de 45 % depuis 2001.

L’ensemble des communautés d’oiseaux est donc touché par une perte de biodiversité. Les oiseaux agricoles souffrent de l’artificialisation de leur environnement – notamment de l’utilisation des pesticides, qui détruisent la base de la chaîne alimentaire – et les oiseaux forestiers du morcellement ou de la disparition de leur habitat. En revanche, les espèces inféodées aux bâtiments humains sont moins affectées. Quant aux espèces généralistes, elles sont aussi moins touchées, car elles sont favorisées par leur tolérance et leur capacité d’adaptation à des milieux anthropiques.

L’exemple des communautés d’oiseaux est un bon exemple, qui peut être généralisé. Ainsi les crises biologiques s’accompagneraient-elles d’une diminution de la diversité spécifique et d’une augmentation du nombre de quelques espèces généralistes par rapport aux espèces spécialistes. Ce type d’évolution de la biodiversité correspond parfaitement à ce que l’on connaît des crises passées ; il en serait donc de même pour la sixième crise biologique que nous traversons.

ACTIVITE EN TACHE COMPLEXE

Une activité en tâche complexe est présentée ici, en complément des critères de réussite que vous trouverez dans la revue. Certains éléments concernant ce travail sont donc rappelés ci-dessous.

Qu’est-ce qu’une tâche complexe ?

Il s’agit d’une tâche mobilisant des ressources internes (culture, capacités, connaissances, vécu, etc.) et externes (aides méthodologiques, protocoles, fiches techniques, ressources documentaires, etc.). Dans ce contexte, complexe ne veut pas dire compliqué. Une tâche complexe ne se réduit pas à l’application d’une procédure automatique ; chaque élève peut adopter une démarche personnelle de résolution pour effectuer la tâche. Une tâche complexe est donc une tâche mettant en œuvre une combinaison de plusieurs procédures simples, automatisées, connues, ou plusieurs ressources.

Pourquoi travailler en tâche complexe ?

À travers la mise en œuvre de leur programme respectif, cette approche permettra aux élèves d’acquérir des compétences répondant aux caractéristiques des exigences internationales, européennes et françaises.

• Transversalité : les compétences recouvrent plusieurs disciplines ; elles s’exercent dans des situations variées.
• Contextualisation/décontextualisation : les compétences doivent être maîtrisées et évaluées à travers des situations concrètes, les plus proches possible de celles rencontrées dans la vie quotidienne.
• Complexité : les tâches, les situations de mise en œuvre des compétences sont par essence complexes, requérant la mobilisation de connaissances, de capacités et d’attitudes variées.
• Intégration : les compétences intègrent divers aspects (capacités, attitudes, connaissances).

Comment travailler en tâche complexe ?

Après avoir placé les élèves dans une situation réaliste destinée à motiver la recherche, on leur précisera ce qu’ils doivent faire – de façon ouverte, sans détailler – et ce qu’ils doivent produire, mais sans leur dire comment s’y prendre ni leur donner une procédure.

Travailler en tâche complexe ne suppose pas que les élèves la réussissent d’emblée ; la majorité d’entre eux rencontrera certainement des difficultés. L’enseignant devra alors apporter trois types d’éléments : des aides à la démarche de résolution, des apports de connaissances et des apports de savoir-faire. En ce sens, le travail par tâche complexe permet la mise en œuvre d’une pédagogie différenciée.

Consignes pour l’élève
Après avoir expliqué ce qu’est la biodiversité, expliquez pourquoi l’homme s’y intéresse et quelle connaissance il en a.
Un schéma-bilan permettra de synthétiser et de mettre en relation les informations les plus importantes.

Aides à la démarche de résolution

DOC A

• J’ai compris pourquoi certains noms d’êtres vivants sont composés de deux mots écrits en italique.
• J’ai vérifié que je connaissais tous les êtres vivants cités ; dans le cas contraire, j’ai cherché une source pouvant m’informer.
• J’ai recensé les grands domaines d’activités humaines utilisant des êtres vivants.

DOC B

• J’ai décrit les trois branches maîtresses de l’arbre du vivant (en m’aidant des couleurs).
• J’ai commenté la position des archées par rapport à celle des bactéries et des eucaryotes.
• J’ai commenté l’importance relative des animaux et des plantes.
• J’ai indiqué la place de l’homme dans cet arbre.

DOC C

• J’ai comparé les nombres d’espèces décrites.
• J’ai comparé le nombre d’espèces décrites au nombre d’espèces estimées.
• J’ai calculé le pourcentage d’espèces décrites et celui restant à décrire.
• J’ai commenté les résultats.

DOC D

• J’ai présenté les deux graphiques et je les ai décrits.
• J’ai proposé une relation entre la perte de la biodiversité génétique et la taille des populations.
• J’en ai déduit une conséquence pratique à propos des espèces en voie d’extinction ou des populations de zoo.

DOC E

• J’ai présenté le tableau.
• De l’analyse du tableau, je déduis une relation entre la chute de la biodiversité et le niveau du taxon étudié.
• J’ai identifié la crise au cours de laquelle la biodiversité marine a été la moins affectée et celle au cours de laquelle elle l’a été le plus.

DOC F

• J’ai présenté et décrit le graphique.
• J’ai relié chaque catégorie d’oiseaux à un mode de vie.
• J’ai fait le lien entre les variations d’abondance des oiseaux et l’action de l’homme.
• J’ai extrapolé les variations de biodiversité observées sur les communautés d’oiseaux lors d’une crise biologique (ici, la sixième) à l’ensemble de la biodiversité.

Apports de connaissances

DOC A
La nomenclature binomiale a été inventée par Carl von Linné. Chaque individu appartient à une espèce et chaque espèce est désignée par un nom unique, composé de deux entités : le nom de genre (écrit avec une majuscule) et le nom d’espèce. Par exemple, l’homme est un Homo sapiens : l’espèce sapiens du genre Homo.

DOC B
En 1977, l’unité du groupe des procaryotes vole en éclat et se scinde en deux groupes : les bactéries et les archées. Ces dernières forment un groupe monophylétique (ou groupe naturel) d’êtres vivants unicellulaires non compartimentés. Sur le plan morphologique, elles ne se distinguent pas ou peu des bactéries. Elles mesurent entre 0,1 et 15 micron(s) et présentent des formes variées (sphérique, spiralée, rectangulaire, en bâtonnet). Elles vivent dans des milieux extrêmes (aérobie ou non, à forte salinité, à température très élevée ou très basse, à grande profondeur), mais aussi dans les sols, les mares, etc.

Les archées présentent :

• des caractéristiques communes avec les bactéries, comme un chromosome circulaire, des plasmides et certaines protéines ;
• des caractéristiques communes avec les eucaryotes, tels les mécanismes et protéines impliqués dans les processus de réplication, de transcription et de traduction ;
• des caractéristiques qui leur sont propres, comme une structure et une chimie atypique de leur paroi cellulaire, avec notamment une absence de peptidoglycane, des lipides constitués de longues chaînes d’alcool isoprénique, attaché au glycérol par des liaisons éther (et non deux chaînes d’acide gras lié à un glycérol par des liaisons ester).

Des analyses de séquences d’acides nucléiques (ARNr 16S) ont mis en évidence que les séquences d’archées étaient plus proches de celles des eucaryotes que de celles des bactéries. Il est donc proposé actuellement que, dans l’arbre du vivant, les archées et les eucaryotes soient groupés. Néanmoins, les relations entre les trois branches maîtresses du monde du vivant n’ont pas encore dévoilé tous leurs secrets et les rôles des archées dans nos écosystèmes (qui pourraient représenter jusqu’à 20 % de la biomasse terrestre) restent largement inexplorés.

DOC C
Protozoaires. Eucaryotes unicellulaires hétérotrophes se nourrissant par phagocytose. Ces organismes peuvent s’associer en colonies. Ils vivent dans l’eau ou dans la terre humide et sont connus pour être responsables de nombreuses maladies, comme la malaria.
Nématodes. Les nématodes sont des vers ronds non segmentés, qui peuvent être libres ou parasitaires.

DOC D
La dérive génétique est le processus par lequel les fréquences alléliques changent dans les petites populations à cause de biais aléatoires d’échantillonnage dans la transmission des allèles d’une génération à l’autre.

DOC E
Voici, hiérarchisés, les principaux taxons utilisés en systématiques pour classer le monde vivant :
Règne – Sous-règne – Infra-règne
Superembranchement – Embranchement – Sous-embranchement
Superclasse – Classe – Sous-classe – Infra-classe
Superordre – Ordre – Sous-ordre – Infra-ordre
Superfamille – Famille – Sous-famille – Infra-famille
Genre – Sous-genre – Section – Série
Espèce – Sous-espèce

Apports de savoir-faire

Calcul de pourcentages
Pour les protozoaires :

• nombre d’espèces décrites : 40 000 ;
• nombre estimé d’espèces totales : 200 000.

Quel est le pourcentage P1 d’espèces décrites ?
P1 = 40 000 × 100 / 200 000.

Quel est le pourcentage P2 d’espèces restant à décrire ?
P2 = (200 000 – 40 000) × 100 / 200 000 = 100 – P1.