Epistémè - Une belle prise de becs (Activité)

Une belle prise de becs

 

Situation initiale

Vous êtes un jeune mousse, apprenti marin âgé de 15 ans du nom de Syms Covington. En ce mardi 27 décembre de l’année 1831, vous vous apprêtez à réaliser le voyage de votre vie. Sous le commandement du capitaine Robert FitzRoy, vous partez pour un tour du monde à bord du Beagle. Parmi vos tâches, vous aurez à assister le jeune naturaliste anglais Charles Darwin. Vous devrez l’aider à récupérer et trier les êtres vivants pour ses analyses. Bienvenue à bord, le voyage commence...

 

Activité 1 : Le rôle du bec dans la nourriture des pinsons

En septembre 1835, les îles Galápagos au large de l’Equateur sont en vue. Un grand travail commence au cours duquel vous allez participer à l'étude de plus de 200 espèces en un mois ! Parmi ces espèces, on trouvera quantités de plantes et des tortues de plus de 200 kg ! Pourtant, ce qui semble obnubiler votre maître encore et encore, ce sont ces pinsons. Des petits oiseaux, si différents d’une île à l’autre. Sans cesse, il vous demande de prélever des spécimens et de les mesurer alors qu’il les dessine et prend des notes sur leurs caractéristiques physiques, leurs comportements et modes de vie.


Aujourd’hui, son attention se porte sur trois espèces. Il vous montre un dessin qu’il a fait de chacune d'elles, et vous dit : « Cette semaine, on va s’intéresser à comprendre ce qu’elles mangent. Tu vas noter chaque jour tous les éléments que tu les vois prélever. Moi, j’ai déjà ma petite idée ».

  • Consigne : Intrigué par cette dernière phrase, vous cherchez  à votre tour à formuler des hypothèses quant au régime alimentaire de chacune de ces trois espèces avant de partir faire les observations. Vous pourrez ensuite vérifier si vos intuitions étaient justes. Dans le carnet de notes de votre maître, vous trouvez ce schéma. Inspirez-vous en si nécessaire.

 

 

Après avoir formulé vos hypothèses, vous cherchez à vérifier si vos observations de terrain les confirment.

  • Schéma résumant les comportements alimentaires observés :

 

  • Consigne : Expliquez, à partir de ces observations, la diversité des formes de becs de pinsons ?

 

 

Activité 2 : Existence d’une diversité entre les individus d’une même espèce 

L’obsession incessante de votre maître pour les observations réalisées sur les pinsons vous intrigue. Vous décidez de lui demander pourquoi il recherche encore une explication à cette diversité de formes de becs, puisqu’elle est expliquée par le régime alimentaire.

« Cela ne suffit pas de dire que ces becs correspondent au régime alimentaire des oiseaux. Comment expliquer leur origine ? J’ai remarqué que ces oiseaux migraient peu. Mais un petit nombre a pu traverser l’océan depuis le continent…

- Mais chaque espèce actuelle a sa forme de bec, à la fois unique et différente de celle des autres espèces. Une espèce ancestrale unique n’expliquerait pas la diversité des espèces que l’on observe aujourd’hui, risquais-je…

- Je n’en suis pas si sûr. Va mesurer les tailles de tous les becs de géospizes à bec moyen adultes que tu trouves ! ».

 

  • Consigne : Après 145 mesures, voici les données obtenues. Représentez sous la forme d’un histogramme les proportions d’observation de chaque catégorie de longueurs de bec.

 

Longueur du bec (en mm)

Nombre d’individus observés

Proportion d’individus (en %)

Entre 8,0 et 8,5

0

0

Entre 8,5 et 9,0

1

1

Entre 9,0 et 9,5

45

31

Entre 9,5 et 10,0

38

26

Entre 10,0 et 10,5

29

20

Entre 10,5 et 11,0

14

10

Entre 11,0 et 11,5

7

5

Entre 11,5 et 12,0

7

5

Entre 12,0 et 12,5

3

2

 

  • Consigne : Réalisez un histogramme montrant la proportion de chaque catégorie de taille de bec dans la population étudiée. Décrivez à partir de l'histogramme la diversité des tailles de bec au sein d’une espèce. Qu’est-ce qui était faux dans votre idée initiale ?

 

 

Activité 3 : La naissance d’une théorie

Monsieur Darwin s’enfermait et devenait de plus en plus anxieux. Vous sentiez qu’il était tourmenté par ses réflexions. Encore et encore, il reprenait les données accumulées, jetait des coups d’œil nerveux aux échantillons observés. En vous approchant de lui ce soir-là, vous l’entendez parler seul à haute voix comme s’il s’adressait à quelqu’un (vous ?) alors que clairement, il n’avait pas perçu votre arrivée.

« Lorsque la population unique est arrivée, elle présentait forcément elle aussi des variations. Pas autant qu’aujourd’hui, c’est sûr ! Dans une population, cela correspond à quelques millimètres; aujourd’hui, on voit toutes les formes et toutes les tailles… Si mon ami Lamarck dit vrai, il y a eu une évolution d’une forme unique en plein de formes particulières, toutes adaptées à leur environnement… Mais il se trompe sur le mécanisme… C’est plutôt une sorte de grand tri au cours du temps… Oui, c’est ça une sorte de sélection naturelle »…

Ce jour-là, vous avez discrètement écouté le maître parler sans oser l’interrompre. Pourtant, votre étonnement ne pouvait être plus grand. Vous aviez vaguement entendu parler de ce chevalier français qui avait osé prétendre que les êtres vivants évoluent, qu’ils n’auraient pas tous été créés ainsi. Mais entendre votre maître reprendre cette théorie et vouloir même la modifier…

Le lendemain soir, ne pouvant plus tenir, vous décidez de fouiller dans le carnet d’observation de votre maître. Après l’avoir récupéré discrètement dans sa chambre, vous vous enfermez dans une des pièces du bateau. Votre regard parcourt quelques tableaux et croquis, avant d’arriver dans les dernières pages à ce texte qui attire votre attention :

Vous n’en croyez pas vos yeux. Une évolution des êtres vivants par sélection naturelle… Vous essayez de concevoir le mécanisme. Mais cela reste confus dans votre esprit. Pour le visualiser, vous prenez les objets que vous trouvez autour de vous. Des graines, des pinces de différentes tailles pour représenter les différents becs… Tout reprendre étape par étape…

  • Défi : Utilisez le matériel à disposition pour reconstituer l’hypothèse de Charles Darwin et voir si vous pouvez obtenir des résultats correspondant aux données dont vous disposez !

 

Matériel à disposition :

 

Consignes

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. La plupart 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).

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. Déterminez votre nourriture favorite, c’est-à-dire celle que vous pouvez consommer en un minimum de temps.

Vous allez ensuite devoir vous "affronter" lors de phases de compétition successives, dans des « assiettes environnement » communes (2 élèves par assiette). Pour l'instant, dans les assiettes "environnement", on trouve plusieurs types de nourriture mais en quantité limitée. Durant une période de nourrissage (30 secondes), 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 (donc l'élève perdant récupère un outil identique à celui du gagnant, chaque élève représentant un enfant du gagnant!).

A la fin de chaque phase, on calcule les fréquences de chaque type de bec.

Lorsque le professeur le dira, une carte événement sera tirée au sort. Il faudra l'appliquer et continuer de la même façon.

 

  • Consigne : Représentez d'une façon ou d'une autre l'évolution des fréquences de chaque type de bec au cours du temps.

 

 

Activité 4 : A la recherche de preuves

Après une nuit à ruminer votre découverte de la veille, vous décidez, à peine le soleil levé, de foncer dans la cabine de votre maître et de lui faire part de votre grande surprise. Il vous confirme vos conclusions et, après avoir pris un air grave, déclare : «  Mon cher Syms, l’heure est venue pour toi de prendre une décision majeure: rester mousse sur ce navire ou m’aider à élaborer la plus grande théorie de la biologie. Dans ce cas, tu resteras autant de temps que nécessaire pour accumuler toutes les preuves nécessaires ».

  • Votre mission est d’étudier l’espèce Geospiza fortis pour donner des arguments en faveur de l’hypothèse de Charles Darwin.

Pour chaque année, vous aller noter l’évolution de la taille du bec et donner un maximum d’informations sur les conditions environnementales (conditions climatiques, taille des graines disponibles…). Voilà les résultats obtenus :

 

  • Un matin de mai 1845, vous arrivez à Londres. Sans attendre, vous foncez chez votre ancien maître. Au moment d’arriver chez lui, vous apprenez la terrible nouvelle. Charles a disparu. Il va vous falloir supporter le poids de vos découvertes et présenter la théorie de votre maître à la communauté scientifique.

Aide pour répondre au défi : Reprendre l’ensemble des données issues de l’activité et des observations de terrain pour répondre au défi proposé. Votre réponse doit présenter un scénario d’évolution à partir d’une forme unique de taille de bec et qui aboutit à la diversité des formes actuellement présentes sur l’ensemble des îles.

Partenaires du projet

Fondation La main à la pâte