[PDF] texte François 8 : Un cas de spé

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Partie 1 : Génétique et évolutionTerminale S TD. 8 : Un cas de spéciation sans isolement géographique

L'aubépine est un arbre qui pousse partout en Amérique du Nord et produit un petit fruit (la cenelle), consommé par une larve

de mouche. En 1864, des pomiculteurs de l'État de New York découvrent une larve inconnue se nourrissant de pommes. Avec

les années, une population de mouches de l'aubépine s'est différenciée progressivement en particulier par son alimentation

qui privilégiait davantage la pomme que l'aubépine. Il s'agit donc d'un cas de spéciation sympatrique, c'est-à-dire de

formation d'une nouvelle espèce sur une aire de répartition chevauchante avec celle de l'espèce d'origine. Ce type de

spéciation suppose qu'une barrière à la reproduction se mette en place alors mêmes que les deux groupes sont en contact.

•A partir de la mise en relation des différents documents ci-dessous, proposer une explication aux conditions ayant

pu conduire à cette spéciation dans une même territoire. Document 1 : Le genre Rhagoletis et leur cycle de vie

Les mouches du genre Rhagoletis appartiennent à la classe des Diptères. Leurs larves se nourrissent de fruits et les adultes

consommment les sucs émis par la plante à la suite de blessure(s) ou de nectar des fleurs. R. pomonella est une espèce

indigène de l'Est de l'Amérique du Nord qui se reproduisait initialement dans le fruit de l'aubépine (Reissig, 1991).

En été, les femelles nord-américaines de l'espèce Rhagoletis pomonella pondent leurs oeufs dans les cenelles, fruits de

l'Aubépine, Crataegus mollis, hôte naturel de cette mouche. Cependant, certaines femelles mouches pondent aussi dans les

fruits du Pommier Malus pumila. Un seul oeuf est pondu dans chaque fruit car une phéromone (=substance volatile)

d'avertissement dissuade les autres femelles de pondre dans le même fruit. L'éclosion de l'oeuf suit la ponte de 3 à 4 jours. Les

larves (photo 1) commencent à dévorer le fruit qui, à maturité, se détache de l'arbre et tombe. Les larves s'enfoncent alors

dans le sol où elles réalisent leur mue nymphale pour passer l'hiver en diapause sous forme de pupe (photo 2). La mue

imaginale (métamorphose) a lieu l'été et aboutit à l'apparition des adultes (photo 3) qui coïncide avec la période de maturité

des fruits de l'arbre hôte. Généralement, les pommes sont plus précoces que les cenelles de 3 à 4 semaines.

stade larvestade pupestade adulte mâle Document 2 : Etude comparée des deux populations de mouches de la pomme

Il y a 150 ans, lors de la mise en culture des premiers pommiers en Amérique du Nord, des mouches indigènes, R. pomonella,

ont commencé à parasiter les pommiers. Ainsi, certaines mouches de la pomme préfèrent de beaucoup s'accoupler sur

l'aubépine et pondre leurs oeufs fécondés dans les cenelles. Les autres ont une forte préférence pour l'accouplement et la

ponte des oeufs fécondés dans des pommes.

Aujourd'hui, en laboratoire, les mouches du pommier et celles de l'aubépine se croisent facilement en donnant une

descendance fertile mais, dans la nature, les croisements entre les deux types sont peu fréquents. Pourtant, aucun caractère

morphologique ou comportemental ne les différencie. Cependant, une barrière précopulatoire semble s'établir entre les deux

populations conduisant à un isolement reproductif. Le taux d'hybridation entre la population de mouche de la pomme se

reproduisant dans la pomme et celle se nourrissant de cenelles n'est que de 4 % à 6 % (Berlocher et Feder, 2002).

Emergence of Rhagoletis pomonella (adapted from Bush, 1969)
% Total Flies Emergent : Nombre total de mouches

émergentes (%)

Apple Race : population s'attaquant à la pomme

Haw Race : population s'attaquant à l'aubépine

Apple Fruiting : Fructification du pommier

Hawthorne Fruiting : Fructification de l'aubépine % Fruits Mature : % de fruits à maturité Partie 1 : Génétique et évolutionTerminale S Document 3 : Etude des capacités de reconnaissance olfactive chez Rhagoletis

L'initiateur des recherches sur Rhagoletis pomonella est Guy L. BUSH. Ses travaux qui ont débuté dans les années 1960 avaient

pour but d'expliquer l'origine des différences génétiques entre ces deux populations traduisant le phénomène de spéciation.

Parmi les hypothèses envisagées, l'une concernait le rôle de la reconnaissance spécifique des fruits de l'hôte par les parasites.

Chez les Insectes parasites de ce type, des études ont montré que si l'orientation des mouches est visuelle, la reconnaissance

spécifique de l'hôte peut être olfactive. La sensibilité olfactive antennaire de deux espèces de Mouches, Rhagoletis pomonella

du Pommier et Rhagoletis mendax des Myrtilles du genre Vaccinium, a été éprouvée. La capture des adultes et la ponte des

mouches du pommier sont plus fréquentes sur des arbres ou sur des fruits artificiels parfumés à la pomme, que sur des arbres

ou sur des fruits dépourvus d'odeur ou parfumés à la myrtille. Les expériences avec R. mendax donnent des résultats

symétriques.

L'odeur de pomme ou de myrtille est obtenue par un mélange de 9 esters principaux, qui ont été successivement testés chez

les deux espèces. Les tests s'effectuent en volatilisant directement au contact des antennes chacun des esters ou le mélange

total ; des électrodes de dérivation, disposées sur le nerf antennaire, permettent de recueillir le message nerveux consécutif.

Les Mouches utilisées dans cette expérience n'ont eu aucun contact préalable soit avec le pommier, soit avec la myrtille. Elles

sont issues d'élevage où les deux espèces ont été soumises aux mêmes conditions de température, de photopériode et de

nourriture. Les résultats sont présentés dans le document suivant.

Sensibilité du nerf antennaire de la mouche de Pommier (R. pomonella) et de la mouche de la Myrtille (R. mendax) à des

extraits de fruits " myrtille-pomme » en proportions différentes

Quatre esters donnent des réponses identiques chez les deux espèces alors que pour les cinq autres esters, les réponses dépendent de leur

concentration.

(sources : http://www.pedagogie.ac-nantes.fr/sciences-de-la-vie-et-de-la-terre/enseignement/ressources-pedagogiques/lycee/terminale-s/diversification-genetique-et-

diversification-des-etres-vivants/un-cas-de-speciation-sympatrique-la-mouche-de-la-pomme-rhagoletis-pomonella-683969.kjsp?RH=PEDA; Réponses du nerf

antennaire (mV) Proportions entre les extraits de myrtille et les extraits de pommesRhagoletis pomonella

Rhagoletis mendax

Partie 1 : Génétique et évolutionTerminale S

Correction

Introduction

Nous savons que la formation d'une nouvelle espèce, phénomène appelé spéciation, peut se produire lors de la séparation

de deux populations, en particulier lorsqu'une barrière géographique sépare ces deux populations. Mais ce phénomène de

spécialisation peut-il se réaliser au sein d'un même territoire géographique. C'est ce que nous allons étudier avec l'exemple

d'une mouche.

Document 2

Ce qu'il indiqueCe que j'en déduis dans le cadre du sujet - les mouches des deux populations (parasites du pommier et parasites de l'aubépine) peuvent se reproduire en laboratoire et donner une descendance fertile, mais ces croisements sont très rares en conditions naturelles (4 à 6%) en raison d'une barrière précopulatoire.- dans la nature, le très faible taux d'hybridation s'explique donc par l'extrême rareté des rencontres entre des individus des deux populations.

Nous savons par ailleurs que c'est l'absence d'hybridation entre deux populations qui conduit progressivement à l'isolement

reproducteur et donc à la formation de deux nouvelles espèces.

Comment peut-on expliquer que les mouches des deux populations ne peuvent s'accoupler que très rarement alors même

que ces deux populations de mouches peuvent avoir une descendance fertile ?

Document 1

Ce qu'il indiqueCe que j'en déduis dans le cadre du sujet - le cycle des mouches est constitué d'une étape au cours de laquelle un oeuf unique est pondu dans un fruit qui sera ensuite consommé par la larve puis entraînera, par sa chute, la poursuite du cycle de cet insecte dont la larve se développe dans le sol avant de se métamorphoser en une forme adulte. - la maturité des pommes précède celle des cenelles de 3 ou 4 semaines.- le cycle de cette mouche est dépendant du cycle des fruits qui doivent être matures pour être consommés par les larves et entraînés le déplacement de ces dernières vers le sol, lors de la chute du fruit ; - le cycle des mouches doit donc avoir une durée différente selon si ces dernières pondent sur des pommes ou des cenelles

Document 2

Ce qu'il indiqueCe que j'en déduis dans le cadre du sujet - les pics de populations de mouches (parasites des pommiers ou des aubépines) précèdent d'un peu plus d'un mois les pics de maturité des fruits ; - le pic de population de mouches parasites des pommes est observé vers la fin juillet alors que celui des mouches parasites des aubépine a lieu début septembre ; il y a donc un décalage d'environ 5 à 6 semaines entre les deux pics de population de mouches parasites (ceci confirme les données du document 1 sur l'existence d'un décalage de maturité entre les fruits).- ce décalage de pics de population pourrait expliquer les rencontres très rares entre deux individus appartenant chacun à une population (la zone de chevauchement est de quelques semaines mais avec des populations très réduites)

Mise en relation doc 1 et doc 2

Les individus des deux populations (mouches des Pommes et mouches des Aubépines) présentent des cycles décalés dans le

temps, celui des mouches des Pommes étant plus précoce que celui des mouches de l'Aubépine. Ce décalage en particulier des

formes adultes - donc aptes à la reproduction - est un obstacle important à la rencontre et donc à une fécondation entre deux

adultes appartenant chacun à une des deux populations de mouches.

Transition

Existe-t-il d'autres raisons au très faible taux d'hybridation entre ces deux populations ? Partie 1 : Génétique et évolutionTerminale S

Document 3

Ce qu'il indiqueCe que j'en déduis dans le cadre du sujet - l'orientation des adultes de Rhagoletis vers le fruit qui servira de lieu de ponte dépend de la sensibilité olfactive des mouches ; - cette sensibilité varie selon les populations de mouches : le nerf antennaire des mouches du Pommier est très actif lorsque les mouches sont soumises à des extraits caractérisés par une richesse relative en extraits de pommes alors que le nerf antennaire des mouches de la Myrtille est très actif lorsque les mouches sont soumises à des extraits

présentant une richesse relative en extraits de myrtilles.On peut en déduire que c'est la sensibilité du nerf

antennaire des mouches qui va déterminer l'attraction des mouches vers un type de fruit particulier (pomme ou cenelle). Chaque population n'étant attirée que par un des végétaux (Pommier ou Myrtille), il ne peut rencontrer un partenaire d'une population différente. Ceci aurait conduit à un isolement des deux populations et donc à la formation de ces deux espèces de mouches (mouches des Pommes et mouches de Myrtilles).

Synthèse

Ainsi, le très faible taux d'hybridation entre les deux populations de ces mouches parasites (doc 2) conduit progressivement à

leur isolement et donc à la formation de deux nouvelles espèces, l'une associée aux Pommiers et l'autre aux Aubépines.

Une première explication à ce faible taux d'hybridation serait le décalage de maturité des formes adultes limitant très

fortement les possibilités de croisement entre individus appartenant chacun à une population de mouches (doc 1 et doc 2).

Une seconde explication serait l'effet attractif important exercé par le Pommier ou l'Aubépine sur les mouches. Une mouche

mâle du Pommier sera fortement attirée par le Pommier sur lequel il retrouvera très majoritairement des mouches femelles du

Pommier et très rarement des mouches femelles de l'Aubépine rendant l'hybridation très rare (doc 3). On peut supposer que

l'attraction olfactive des mouches, qui dépend des propriétés des antennes, est ici d'origine génétique.

Ainsi, ce phénomène de spéciation en cours chez les mouches parasites pourrait avoir deux origines qui conduisent

progressivement à l'isolement reproducteur des deux populations.quotesdbs_dbs33.pdfusesText_39

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