Epistémè - Une belle prise de becs

Une belle prise de becs

 

Objectifs

Comprendre la théorie de l’évolution par la sélection naturelle

Ce que font les élèves

Les élèves vont successivement : relier la structure des becs de pinsons à leur fonction, observer la variation intra-spécifique, réaliser une simulation de l’évolution des pinsons de Darwin, rechercher des preuves en faveur de cette théorie.

Ce que fait l’enseignant

L’enseignant fournit les ressources documentaires pour aider les élèves à s’approprier les briques élémentaires de la théorie, puis à simuler un scénario basé sur cette théorie et enfin à argumenter en faveur de la théorie.

Liens avec les programmes / notions disciplinaires

Relier, comme des processus dynamiques, la diversité génétique et la biodiversité (diversité au sein d’une population).

Mettre en évidence des faits d’évolution des espèces et donner des arguments en faveur de quelques mécanismes de l’évolution (maintien des formes aptes à se reproduire, sélection  naturelle).

Compétences, attitudes travaillées

Interpréter des résultats et en tirer des conclusions.

Réaliser une simulation.

Productions

Compte-rendu rédigé.

Matériel

Documents, différentes formes de pinces (pinces de dissection, pinces à linge, éventuellement pinces chinoises).

Durée

2 séances d’une heure

 

Cette activité introductive présente aux élèves un scénario dans lequel ils incarnent Syms Covington, l’apprenti marin qui suivit Charles Darwin dans son voyage sur le Beagle. Les faits racontés sont inspirés de la réalité, mais largement scénarisés pour permettre d’imaginer des situations pédagogiques intéressantes pour les élèves.

Dans les trois phases d’activités proposées, les élèves cherchent à expliquer la différence de taille et de forme de bec de différentes espèces de pinsons, comme aurait pu le faire Charles Darwin à l’issue de son voyage sur le Beagle. Après avoir mis en relation la forme du bec avec le régime alimentaire des différents pinsons, les élèves sont amenés à se poser la question de la cause de cette différence. L’activité leur permet d’identifier l’existence d’une forte variation entre formes de becs d’un individu à un autre et donc d’introduire la question du mécanisme qui pourrait, à partir de cette variabilité, expliquer la différence entre espèces.

Le « personnage » de Darwin  permet d’introduire des considérations et des hypothèses que les élèves, dans la peau de Syms Covington, vont pouvoir tester dans le cadre des activités 1, 2, 3 par des observations et des petites expériences.

Comme pour l'ensemble des activités, des consignes ont été données à titre facultatif pour bien expliciter ce qu'on attend de l'élève. Elles peuvent être substituées par des informations données oralement pour favoriser l'autonomie des élèves et offrir plus de souplesse au déroulé de l'activité.

 

 

Activité 1 : Le rôle du bec dans la nourriture des pinsons (15')

Objectif : se familiariser avec le contexte, constater le lien entre la forme du bec et le régime alimentaire des pinsons.

Dans cette activité, les élèves se familiarisent avec le contexte. Ils vont incarner un jeune matelot, dont la fonction à bord du Beagle fut d'assister le naturaliste dans ses observations et expériences. Un des objets biologiques devenus emblématiques de la théorie de l'évolution sont les pinsons (alors qu'en réalité, leur rôle dans la pensée de Darwin aura été relativement faible). Dans cette activité, les élèves vont relier la forme du bec au régime alimentaire du pinson. Cette idée est fondamentale car elle est le support de la notion de valeur sélective. Dans un environnement donné (notamment en lien avec la qualité des proies présentes), certains pinsons présentant une forme de bec particulière vont se retrouver avantagés par rapport à d'autres dans le prélèvement de leur nourriture. Les élèves sont donc amenés dans un premier temps à formuler des hypothèses sur le régime alimentaire de 3 espèces et à vérifier ce lien.

 

 

Activité 2 : Existence d’une diversité entre les individus d’une même espèce  (25')

Objectif : constater la variabilité intraspécifique

Dans cette activité, les élèves vont travailler sur un deuxième fait fondamental pour la théorie de l'évolution : la variabilité intraspécifique. Cette variabilité est la matière première sans laquelle la sélection ne peut fonctionner. Le constat réalisé dans l'activité 1 peut aller dans le sens d'un certain essentialisme où chaque espèce de pinson est porteuse d'une forme et d'une taille de bec et donc d'un régime alimentaire qui la caractérise. Dans la pensée essentialiste, l'espèce est décrite à l'aide d'un "type scientifique", sorte de standard représentatif de l'espèce. Un individu donné est rattaché à un des types identifiés et fait donc partie de l'espèce décrite par ce type. Il en possède ainsi l'essence. Charles Darwin a explicitement abandonné cette vision essentialiste en mettant en avant la diversité intraspécifique. Loin d'être un "accident" par opposition à l'essence comme l'avait formulé le philosophe André Lalande, elle est une caractéristique fondamentale du vivant et elle va même constituer l'élément indispensable à son évolution temporelle. Pourtant, comme nous l'avons souligné en introduction, la variabilité entre les individus d'une même espèce - hormis chez l'Homme - est difficile à constater. Les élèves sont donc amenés à calculer des fréquences de catégories de taille de bec au sein d'une même espèce et à représenter les données sous la forme d'un histogramme (qui se rapproche d'une courbe en cloche, représentation attendue d'une loi normale qui modélise classiquement des phénomènes naturels, résultats de plusieurs événements aléatoires).

Des données pour 751 individus de Geospiza fortis sur l'île de Daphne Major en 1976 (Grant, 1986). En abscisse est représenté l'épaisseur du bec en mm (voire second graphique infra)

 

 

Activité 3 : La naissance d’une théorie (intro de 15' puis activité 40')

Objectif : réaliser une simulation de la théorie de l'évolution par la sélection naturelle

Dans cette activité, les élèves vont réaliser une simulation d'un scénario d'évolution des formes de bec en fonction de variations environnementales. Cette séance est une variante des activités appelées "beaks of finches lab". A partir d'une situation initiale où la population est constituée d'une majorité d'individus porteurs d'une certaine forme de bec (représentée par les pinces de dissection) et de quelques individus porteurs d'une autre forme et aléatoirement répartis dans la classe, des événements de compétition et de variation de l'environnement vont progressivement induire une évolution de la forme du bec dans la population.

Au début de l’activité, chaque élève tire une « carte outil » qui lui indique la nature de l’outil qu’il utilisera pour représenter son bec. 80% des cartes sont identiques (on considère que dans la situation initiale, tous les pinsons proviennent d’une population unique), mais certaines formes correspondent à des becs différents dans la taille ou la forme (on considère la variation inter-individus). Volontairement, les outils utilisés présenteront des formes très différentes, mais il sera nécessaire de préciser que la plupart des variations observées entre les individus d’une même espèce sont légères.

 

Lors de la phase préparatrice, les règles sont expliquées aux élèves. L’objectif est de prélever les éléments de nourriture (grosses et petites graines et insectes, tous représentés par des pâtes de taille et forme différentes) situés dans l’assiette « environnement » à l’aide des pinces (représentant le bec) et de les transférer dans l’assiette « estomac ». Chacun s’entraîne dans son coin. Une question peut-être alors posée : déterminez votre nourriture favorite, c’est-à-dire celle que vous pouvez consommer en un minimum de temps.

 

Après avoir éventuellement mis en commun les résultats, la suite des règles est expliquée. Les élèves vont devoir « s’affronter », lors de phases de compétition successives, dans des « assiettes environnement » communes. Ainsi, ils se regroupent par 2 autour d’une assiette. Dans ces assiettes on trouvera initialement les trois types d’éléments de nourriture en mêmes proportions (10 de chaque). Durant cette période de nourrissage, un pinson doit avoir prélevé une quantité suffisante de nourriture (10) pour se reproduire. Si à la fin d’une période les deux individus survivent, on imagine qu’ils transmettent chacun leur caractère à la génération suivante en proportions égales. Si l’un ne survit pas, il meurt tandis que l’autre transmet 2 fois son caractère à la génération suivante. A la fin de chaque phase, on calcule les fréquences de chaque type de bec. A la fin de la 2ème phase (ou 3ème si les fréquences évoluent lentement), on tire une « carte événement » (voir infra). Celle-ci va modifier la répartition du nombre de graines. Le jeu se poursuit pendant encore une ou deux phases selon les vitesses d’évolution.

A la fin de chaque phase, les résultats sont notés au tableau. On pourra noter à chaque fois le nombre (voire la proportion) d’élèves ayant réussi à passer à la phase suivante en regroupant par outil utilisé. On pensera également à noter la proportion de chaque élément dans l’« assiette environnement ».

 

Cartes événements

A la fin de la 2ème ou 3ème phase, on tire une « carte événement » qui va modifier un élément du scénario :

- Carte « Episode de sècheresse » : seules restent les grandes graines de l’année dernière.

- Carte « Episode El Nino » : forte modification de l’environnement qui ne contient plus que des petites graines et des insectes.

- Carte « Episode de refroidissement » : les insectes meurent, seules restent les graines.

Pour simplifier, on pourra choisir de ne jouer qu’avec la carte « épisode de sècheresse » qui permet de redonner un fort avantage aux becs « pinces de dissection » jusque-là rares, et ainsi de voir leur fréquence augmenter (évolution).

 

Des données sur la taille des becs des Geospiza fortis en 1978, après l'épisode de sècheresse de 1977 (à comparer au graphique plus haut).

 

 

Activité 4 : A la recherche de preuves

Objectif : Trouver des arguments en faveur de la théorie de l'évolution par la sélection naturelle

Dans cette dernière activité, les élèves continuent d'incarner Syms que Charles Darwin invite à rester sur les îles Galapagos pour poursuivre l'accumulation de données visant à confirmer le scénario simulé dans l'activité précédente. On utilisera ici les résultats des études de l'équipe de Peter et Rosemary Grant, réalisées dans les années 1970. Les élèves réalisent une étude de graphique puis mettent en relation les résultats de toutes les activités pour présenter le scénario évolutif et les arguments en sa faveur. Cet exercice sert de bilan à cette introduction et permet d'évaluer la bonne compréhension de la théorie par les élèves.

 

 

Vous trouverez les fiches élèves ici.

Vous retournez à l'introduction ici.

 

 

Partenaires du projet

Fondation La main à la pâte