Enseignement scientifique Terminale
Durée 1h – 10 points – Thème « Une histoire du vivant »
Sujet n°ENSSCI3193
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Représentant seulement 0,05 % de la surface des terres émergées terrestres, la Guyane est le plus vaste territoire d’outre-mer français et le seul non insulaire.
Présentant une biodiversité inégalée, ce territoire, d’une superficie de 83 534 km2, représente environ 15 % de la surface du territoire national (cette dernière est estimée à 549 134 km2).
La Guyane est en majorité recouverte de forêts tropicales humides, excepté sur la bande côtière où se trouve une mosaïque d’habitats plus ou moins ouverts : plages, mangroves, savanes, forêts marécageuses et marais.
Partie 1 – Une biodiversité riche, mais à quel point ?
| Taxons | Diversité spécifique décrite en Guyane | Diversité spécifique décrite en France hexagonale | Diversité spécifique décrite mondialement |
| Métazoaires (animaux) | 21 969 | 50 632 | 1 124 516 |
| Eumycètes (champignons) | 1 560 | 24 995 | 44 368 |
| Angiospermes (plantes à fleurs) | 5 110 | 9 331 | 224 244 |
Sources : Mora C. et al. (Plos Biology, 2011) et INPN
1- Calculer la richesse spécifique de chaque taxon (rapport du nombre total d’espèces par la superficie totale du territoire) en Guyane et en France hexagonale.
D’après le sujet, la richesse spécifique de chaque taxon (rapport du nombre total d’espèces par la superficie totale du territoire).
Ainsi, pour calculer la richesse spécifique d’un taxon on utilise la formule suivante :
Richesse spécifique = $\dfrac{\text{Nombre d’espèces décrites}}{\text{Superficie du territoire (en km}^2\text{)}}$
Données :
- Superficie de la Guyane : 83 534 km²
- Superficie de la France hexagonale : 549 134 km²
1. Métazoaires (animaux)
• Guyane :
Richesse spécifique = $\dfrac{21\ 969}{83\ 534}=0,263\ \text{espèces/km}^2$
• France hexagonale :
Richesse spécifique = $\dfrac{50\ 632}{549\ 134}=0,092\ \text{espèces/km}^2$
2. Eumycètes (champignons)
• Guyane :
Richesse spécifique = $\dfrac{1\ 560}{83\ 534}=0,0187\ \text{espèces/km}^2$
• France hexagonale :
Richesse spécifique = $\dfrac{24\ 995}{549\ 134}=0,0455\ \text{espèces/km}^2$
3. Angiospermes (plantes à fleurs)
• Guyane :
Richesse spécifique = $\dfrac{5\ 110}{83\ 534}=0,0612\ \text{espèces/km}^2$
• France hexagonale :
Richesse spécifique = $\dfrac{9\ 331}{549\ 134}=0,0170\ \text{espèces/km}^2$
| Taxon | Guyane (espèces/km²) | France hexagonale (espèces/km²) |
| Métazoaires | 0,263 | 0,092 |
| Eumycètes | 0,0187 | 0,0455 |
| Angiospermes | 0,0612 | 0,0170 |
2- Commenter l’affirmation suivante : « La Guyane présente une biodiversité inégalée ».
La Guyane compte beaucoup plus d’espèces animales, champignons et de plantes à fleurs par km² que la France. Ainsi, l’affirmation est justifiée à l’échelle française.
Partie 2 – Le jaguar, grand félin de Guyane
Le jaguar est le plus grand félin d’Amérique. Agile, puissant, excellent nageur et grimpeur virtuose, cet animal fascinant est essentiel à l’équilibre de son écosystème. Le jaguar est une espèce spécialiste dite « parapluie » : en tant que principal prédateur, il joue un rôle régulateur, en contrôlant la population des mammifères herbivores.
Un jaguar nageant dans le Rio Cuiaba, Mato Grosso, Brésil
Source : Wikipedia
En Amérique du Sud, la population des jaguars a chuté de 80 % ces quinze dernières années.
Aujourd’hui, il ne reste plus que quelques dizaines de milliers d’individus à l’état sauvage, principalement au Mexique et dans la forêt amazonienne, dont la Guyane et le Brésil.
De plus, les zoos observent une diminution de la diversité génétique de leurs jaguars. Ce phénomène est problématique pour leur conservation et leur réintroduction. En effet, la diversité génétique est bénéfique sur le long terme pour permettre aux populations de s’adapter à des environnements changeants.
Les documents 2 à 4 évoqués dans les questions suivantes sont proposés à la suite de celles-ci.
3- Expliquer, à partir du document 2, pourquoi la population de jaguar de la forêt Atlantique du Haut-Paraná au Brésil ne suit pas l’équilibre théorique de Hardy- Weinberg.
Une population est dite en équilibre de Hardy-Weinberg quand se réalise, à chaque génération, la structure génotypique conforme à la loi de Hardy-Weinberg : dans ce cas, de génération en génération, les fréquences alléliques du patrimoine génétique d’une population restent constantes
Le document montre une réduction du nombre d’allèles pour plusieurs gènes (A, B, C, D) entre la population initiale (N = 59) et les populations fragmentées (Corridor Vert, N = 18 et Porto Primavera, N = 23). Par exemple, pour le gène A, on passe de 14 allèles à seulement 8 ou 10.
Cette baisse de diversité allélique est un signe de dérive génétique : de génération en génération, les fréquences alléliques du patrimoine génétique de la population de jaguar de la forêt Atlantique du Haut-Paraná au Brésil ne restent constantes
Ainsi, la population de jaguar de la forêt Atlantique du Haut-Paraná au Brésil ne suit pas l’équilibre théorique de Hardy-Weinberg car plusieurs conditions nécessaires à cet équilibre ne sont pas respectées.
4- Expliquer, à partir du document 3, comment évolue la diversité spécifique des habitats d’un écosystème suite à sa fragmentation.
La fragmentation d’un écosystème entraîne une réduction de la diversité spécifique, notamment en affectant les espèces spécialistes.
Ces espèces dépendent des habitats intérieurs, qui diminuent fortement lorsqu’un écosystème est divisé par des infrastructures humaines (routes, constructions, etc.).
Isolées en petites populations, ces espèces peuvent disparaître localement.
Les habitats de lisière gagnent en surface lorsqu’un écosystème est divisé par des infrastructures humaines. Ainsi, les espèces généralistes qui colonisent les habitats de lisière, sont souvent plus nombreux après fragmentation.
Ainsi, la diversité spécifique globale tend à diminuer, avec une perte des espèces spécialistes et une augmentation des espèces généralistes.
5- Rédiger un paragraphe argumenté de 6 à 8 lignes, à l’aide des documents 2 à 4 et de vos connaissances, expliquant les conséquences de la fragmentation des habitats engendrée par les activités humaines dans l’appauvrissement génétique des populations de jaguar et la préservation de l’espèce. On s’appuiera sur des données chiffrées.
Entre 1985 et 2022, les surfaces agricoles au Brésil ont fortement augmenté, notamment pour le pâturage (qui est passée de 20 à 60 Mha) et l’agriculture (qui est passée de 120 à 220 Mha), ce qui a entraîné une forte fragmentation des habitats naturels.
Cette fragmentation isole les populations de jaguars en petits groupes. La population initiale comptait 14 allèles pour le gène A, contre seulement 8 à 10 dans les populations isolées (document 2). Cette perte de diversité génétique est due à la dérive génétique, plus marquée dans les petites populations (N = 18 ou 23).
Le document 3 montre que les espèces spécialistes comme le jaguar, qui dépendent des habitats intérieurs, sont particulièrement menacées.
Cet appauvrissement génétique limite l’adaptation aux changements et compromet la survie à long terme de l’espèce. La préservation du jaguar nécessite donc de maintenir ou restaurer la connectivité des habitats.
Document 2 – Évolution de la richesse allélique chez le jaguar au cours d’un processus de fragmentation d’habitat (Forêt Atlantique du Haut- Paraná, Brésil).
La dérive génétique est une variation aléatoire des fréquences alléliques au cours des générations. Ce phénomène peut entraîner la disparition de certains allèles. Elle est plus importante pour les petites populations.
*Corridor Vert et Porto Primavera correspondent à deux localités d’études des populations de jaguars (Forêt Atlantique du Haut-Paraná, Brésil).
Source : T. Haag, et al., 2010
Document 3 – La fragmentation des écosystèmes
Les infrastructures humaines (routes, grillages, espaces bâtis, etc.) séparent un écosystème en plusieurs petits habitats. Les espèces vivant dans l’écosystème sont alors scindées en plusieurs petites populations, souvent isolées. Les espèces dites spécialistes occupent les habitats intérieurs et les espèces généralistes occupent plutôt les habitats de lisière.
Toutes les espèces ne sont pas affectées de la même façon par la fragmentation de l’écosystème. La fragmentation de l’habitat entraine une diminution drastique des habitats intérieurs et menace les espèces spécialistes qui s’y réfugient.
Source : Landscape fragmentation in Europe. Joint EEA-FOEN report (2011)
Document 4 – Emprise de l’activité humaine sur les surfaces naturelles au Brésil en l’espace d’une quarantaine d’années
Source : Mapbiomas