Au début du XIXe siècle, presque tous les phalènes du bouleau en Angleterre étaient clairs et tachetés, ce qui les camouflait parfaitement sur l'écorce couverte de lichens. Puis le…
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17.1
Variation
Syllabus · Programme
English
explain, with examples, that phenotypic variation is due to genetic factors or environmental factors or a combination of genetic and environmental factors
explain what is meant by discontinuous variation and continuous variation
explain the genetic basis of discontinuous variation and continuous variation
use the t-test to compare the means of two different samples (the formula for the t-test will be provided, as shown in the Mathematical requirements)
Français
expliquer, avec des exemples, que la variation phénotypique est due à des facteurs génétiques ou environnementaux ou à une combinaison de facteurs génétiques et environnementaux
expliquer ce que signifie la variation discontinue et la variation continue
expliquer la base génétique de la variation discontinue et continue
utiliser le test-t pour comparer les moyennes de deux échantillons différents (la formule du test-t sera fournie, comme indiqué dans les Exigences mathématiques)
Source: Cambridge International syllabus · Source : Programme Cambridge International
English
Variation 变异 means the differences between individuals. It has three possible causes:
genetic factors only — set by the alleles 等位基因 you inherit (for example human blood group).
environmental factors 环境因素 only — set by your surroundings (for example a scar, or the language you speak).
a combination of both — most features, such as height and body mass, depend on genes and on diet and lifestyle.
There are two patterns of variation:
discontinuous variation 不连续变异 — clear, separate groups with nothing in between (for example blood group A, B, AB or O). It is usually controlled by one or a few genes 基因, with little effect from the environment.
continuous variation 连续变异 — a smooth range from one extreme to the other (for example height). It is controlled by many genes together, plus the environment.
To compare the means of two samples (for example the heights of plants in sun and in shade), you use the t-test, which tells you whether the difference is large enough to be real, or just due to chance.
Français
Variation 变异 signifie les différences entre les individus. Elle a trois causes possibles :
des facteurs génétiques uniquement — fixés par les allèles 等位基因 que vous héritez (par exemple le groupe sanguin humain).
des facteurs environnementaux 环境因素 uniquement — fixés par votre environnement (par exemple une cicatrice, ou la langue que vous parlez).
une combinaison des deux — la plupart des caractères, comme la taille et le poids corporel, dépendent des gènes et de l'alimentation et du mode de vie.
Les escargots rayés (Cepaea nemoralis) montrent une variation frappante de la couleur et des rayures de la coquille
Il existe deux types de variation :
variation discontinue 不连续变异 — des groupes distincts et séparés sans rien entre eux (par exemple les groupes sanguins A, B, AB ou O). Elle est généralement contrôlée par un ou quelques gènes 基因, avec peu d'effet de l'environnement.
variation continue 连续变异 — une gamme fluide d'un extrême à l'autre (par exemple la taille). Elle est contrôlée par de nombreux gènes ensemble, plus l'environnement.
La variation discontinue tombe en groupes séparés ; la variation continue est une gamme fluide
Pour comparer les moyennes de deux échantillons (par exemple la hauteur des plantes au soleil et à l'ombre), vous utilisez le test t, qui vous dit si la différence est assez grande pour être réelle, ou simplement due au hasard.
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La distribution t derrière le test t
Le test t compare deux moyillons d'échantillon contre une valeur critique que vous consultez dans une table t. Voici cette table rendue dynamique : la valeur dépend des degrés de liberté (ici $n_1+n_2-2$). Faites glisser dl et regardez la valeur critique changer — les petits échantillons ont des queues plus lourdes, donc ils nécessitent une différence plus grande pour être considérés comme réels.
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Variation type lab
Classez les exemples selon la source et le motif de variation.
explain that natural selection occurs because populations have the capacity to produce many offspring that compete for resources; in the ‘struggle for existence’, individuals that are best adapted are most likely to survive to reproduce and pass on their alleles to the next generation
explain how environmental factors can act as stabilising, disruptive and directional forces of natural selection
explain how selection, the founder effect and genetic drift, including the bottleneck effect, may affect allele frequencies in populations
outline how bacteria become resistant to antibiotics as an example of natural selection
use the Hardy–Weinberg principle to calculate allele and genotype frequencies in populations and state the conditions when this principle can be applied (the two equations for the Hardy–Weinberg principle will be provided, as shown in the Mathematical requirements)
describe the principles of selective breeding (artificial selection)
outline the following examples of selective breeding: • the introduction of disease resistance to varieties of wheat and rice • inbreeding and hybridisation to produce vigorous, uniform varieties of maize • improving the milk yield of dairy cattle
Français
expliquer que la sélection naturelle se produit parce que les populations ont la capacité de produire de nombreux descendants qui entrent en compétition pour les ressources ; dans la « lutte pour l'existence », les individus les mieux adaptés sont ceux qui ont le plus de chances de survivre pour se reproduire et transmettre leurs allèles à la génération suivante
expliquer comment les facteurs environnementaux peuvent agir comme des forces de stabilisation, disruption et direction de la sélection naturelle
expliquer comment la sélection, l'effet fondateur et la dérive génétique, y compris l'effet goulot d'étranglement, peuvent affecter les fréquences alléliques dans les populations
exposer comment les bactéries deviennent résistantes aux antibiotiques en tant qu'exemple de sélection naturelle
utiliser le principe de Hardy-Weinberg pour calculer les fréquences alléliques et génotypiques dans les populations et énoncer les conditions selon lesquelles ce principe peut être appliqué (les deux équations du principe de Hardy-Weinberg seront fournies, comme indiqué dans les Exigences mathématiques)
décrire les principes de la sélection dirigée (sélection artificielle)
exposer les exemples suivants de sélection dirigée : • l'introduction de la résistance aux maladies chez les variétés de blé et de riz • l'autofécondation et l'hybridation pour produire des variétés vigoureuses et uniformes de maïs • l'amélioration du rendement laitier des vaches laitières
Source: Cambridge International syllabus · Source : Programme Cambridge International
English
Natural selection: the peppered moth
A population 种群 produces far more offspring 后代 than can survive, so the offspring must compete 竞争 for resources such as food and space. This is the "struggle for existence". The individuals that are best adapted 适应 are most likely to survive, reproduce 繁殖, and pass on their alleles to the next generation. Over many generations, the helpful alleles become more common in the population. This is natural selection 自然选择.
Environmental conditions can push selection in three ways:
stabilising selection 稳定选择 favours the average and removes the extremes (the population stays the same).
directional selection 定向选择 favours one extreme, so the mean shifts that way.
disruptive selection 分裂选择 favours both extremes and removes the average.
Allele frequencies can also change in other ways:
the founder effect 奠基者效应 — a few individuals start a new population, so they carry only some of the alleles of the original group.
genetic drift 遗传漂变 — in a small population, allele frequencies change by chance from generation to generation.
the bottleneck effect 瓶颈效应 — a sudden fall in population size leaves few survivors, reducing the variety of alleles.
Antibiotic resistance as natural selection
A chance mutation 突变 makes a few bacteria resistant to an antibiotic 抗生素. When the antibiotic is used, the non-resistant bacteria die, but the resistant ones survive and reproduce. Over time the resistance 耐药性 spreads through the population. This is natural selection in action.
Français
Sélection naturelle : le papillon de nuit Geometer
Une population 种群 produit beaucoup plus de descendants 后代 que ceux qui peuvent survivre, donc les descendants doivent compétition 竞争 pour des ressources telles que la nourriture et l'espace. C'est la « lutte pour l'existence ». Les individus les mieux adaptés 适应 ont le plus de chances de survivre, de se reproduire 繁殖, et de transmettre leurs allèles à la génération suivante. Sur de nombreuses générations, les allèles avantageux deviennent plus fréquents dans la population. C'est la sélection naturelle 自然选择.
Le papillon de nuit Geometer montre la sélection naturelle : la forme sombre se fond dans l'écorce sombre et suintée, tandis que la forme claire tachetée se fond dans les lichens clairs — les oiseaux mangent celui qui ressort
Les conditions environnementales peuvent orienter la sélection de trois manières :
sélection stabilisatrice 稳定选择 favorise la moyenne et élimine les extrêmes (la population reste identique).
sélection directionnelle 定向选择 favorise un extrême, donc la moyenne se déplace dans ce sens.
sélection disruptrice 分裂选择 favorise les deux extrêmes et élimine la moyenne.
La stabilisatrice réduit la plage, la directionnelle déplace la moyenne, la disruptrice la divise en deux
Les fréquences alléliques peuvent également changer d'autres façons :
l'effet fondateur 奠基者效应 — quelques individus fondent une nouvelle population, ils ne portent donc qu'une partie des allèles du groupe original.
dérive génétique 遗传漂变 — dans une petite population, les fréquences alléliques changent par hasard d'une génération à l'autre.
l'effet de goulot d'étranglement 瓶颈效应 — une chute soudaine de la taille de la population laisse peu de survivants, réduisant la variété des allèles.
Un goulot d'étranglement : seuls quelques-uns survivent à un désastre, donc la population récupérée a moins de diversité génétique
Résistance aux antibiotiques comme sélection naturelle
Une mutation hasardeuse 突变 rend quelques bactéries résistantes à un antibiotique 抗生素. Lorsque l'antibiotique est utilisé, les bactéries non résistantes meurent, mais les résistantes survivent et se reproduisent. Avec le temps, la résistance 耐药性 se propage dans la population. C'est la sélection naturelle en action.
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Sélection naturelle
Passez en revue l'idée de Darwin : la variation + une pression de sélection signifie que les mieux adaptés survivent et transmettent leurs allèles.
The Hardy–Weinberg principle · Principe de Hardy–Weinberg
English
The Hardy–Weinberg principle 哈迪-温伯格原理 lets you calculate the allele frequencies 等位基因频率 and genotype 基因型 frequencies in a population. It only holds true when there is a large population, mating is random, and there is no mutation, no migration and no natural selection.
Call the frequency of the dominant allele $p$ and the frequency of the recessive allele $q$. There are only two alleles, so:
$$p + q = 1.$$
The genotype frequencies then add up to 1, where $p^2$ is homozygous dominant, $2pq$ is heterozygous (the carriers), and $q^2$ is homozygous recessive:
$$p^2 + 2pq + q^2 = 1.$$
Worked example. A recessive condition affects $1$ in every $100$ people. Find the frequency of carriers.
Only the homozygous recessive genotype ($q^2$) shows the condition, so $q^2 = \tfrac{1}{100} = 0.01$, giving $q = \sqrt{0.01} = 0.1$. Then $p = 1 - q = 0.9$. The carriers are the heterozygotes:
$$2pq = 2 \times 0.9 \times 0.1 = 0.18.$$
So about $18\%$ of the population are carriers — far more than the $1\%$ who show the condition.
Français
Le principe de Hardy–Weinberg 哈迪-温伯格原理 permet de calculer les fréquences alléliques 等位基因频率 et les fréquences génotypiques 基因型 dans une population. Il n'est vrai que lorsque la population est grande, la reproduction est aléatoire, et qu'il n'y a ni mutation, ni migration, ni sélection naturelle.
Appelons la fréquence de l'allèle dominant $p$ et la fréquence de l'allèle récessif $q$. Il n'y a que deux allèles, donc :
$$p + q = 1.$$
Les fréquences génotypiques s'additionnent alors à 1, où $p^2$ est homozygote dominant, $2pq$ est hétérozygote (les porteurs), et $q^2$ est homozygote récessif :
$$p^2 + 2pq + q^2 = 1.$$
Exemple résolu. Une condition récessive touche $1$ sur $100$ personnes. Trouvez la fréquence des porteurs.
Seul le génotype homozygote récessif ($q^2$) manifeste la condition, donc $q^2 = \tfrac{1}{100} = 0.01$, donnant $q = \sqrt{0.01} = 0.1$. Ensuite $p = 1 - q = 0.9$. Les porteurs sont les hétérozygotes :
$$2pq = 2 \times 0.9 \times 0.1 = 0.18.$$
Donc environ $18\%$ de la population sont des porteurs — bien plus que les $1\%$ qui manifestent la condition.
Hardy–Weinberg : les fréquences alléliques p et q donnent les fréquences génotypiques p², 2pq, q²
In selective breeding 选择育种, also called artificial selection 人工选择, humans (not nature) choose which organisms breed, so that useful features are passed on. Examples:
breeding disease resistance 抗病性 into varieties of wheat and rice.
using inbreeding 近交 and hybridisation 杂交 (crossing different lines) to make vigorous, uniform maize.
breeding dairy cattle to improve their milk yield 产量.
Français
La sélection sélective 选择育种, également appelée sélection artificielle 人工选择, consiste à choisir quels organismes se reproduisent (par les humains, et non par la nature), afin que des caractéristiques utiles soient transmises. Exemples :
l'élevage de la résistance aux maladies 抗病性 dans les variétés de blé et de riz.
l'utilisation de l'inbreeding 近交 et de l'hybridation 杂交 (croisement de lignées différentes) pour obtenir un maïs vigoureux et uniforme.
l'élevage du bétail laitier pour améliorer son rendement 产量 en lait.
Sélection sélective : ne sélectionner que les meilleurs individus pour la reproduction à chaque génération rend le caractère souhaité de plus en plus fréquent
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Sélection dirigée
Étape par étape. Les humains prennent le rôle de l'environnement — choisissant les reproducteurs, génération après génération.
outline the theory of evolution as a process leading to the formation of new species from pre-existing species over time, as a result of changes to gene pools from generation to generation
discuss how DNA sequence data can show evolutionary relationships between species
explain how speciation may occur as a result of genetic isolation by: • geographical separation (allopatric speciation) • ecological and behavioural separation (sympatric speciation)
Français
exposer la théorie de l'évolution comme un processus menant à la formation de nouvelles espèces à partir d'espèces préexistantes au fil du temps, suite à des changements des pools géniques d'une génération à l'autre
discuter comment les données de séquence d'ADN peuvent montrer les relations évolutives entre les espèces
expliquer comment la spéciation peut survenir en raison d'une isolement génétique par : • séparation géographique (spéciation allopatrique) • séparation écologique et comportementale (spéciation sympatrique)
Source: Cambridge International syllabus · Source : Programme Cambridge International
English
Evolution 进化 is the slow formation of new species 物种 from earlier ones, as the gene pool 基因库 (all the alleles in a population) changes from generation to generation.
DNA sequence 序列 data can show how closely related two species are: the more similar their DNA sequences, the more recently they shared a common ancestor.
Speciation 物种形成 happens when two populations become genetically separated, so they can no longer breed together. This genetic isolation 隔离 can come about in two ways:
allopatric speciation 异域物种形成 — the populations are kept apart by a geographical separation 地理隔离, such as a sea or a mountain range.
sympatric speciation 同域物种形成 — the populations live in the same area but are separated by differences in behaviour or way of life.
Français
L'évolution 进化 est la formation lente de nouvelles espèces 物种 à partir d'anciennes, au fur et à mesure que le pool génique 基因库 (l'ensemble des allèles d'une population) change d'une génération à l'autre.
Les données sur la séquence 序列 de l'ADN peuvent montrer à quel point deux espèces sont apparentées : plus leurs séquences d'ADN sont similaires, plus elles ont partagé récemment un ancêtre commun.
La spéciation 物种形成 se produit lorsque deux populations deviennent génétiquement isolées, ne pouvant plus se reproduire ensemble. Cette isolement 隔离 génétique peut s'opérer de deux manières :
la spéciation allopatrique 异域物种形成 — les populations sont séparées par une ségrégation géographique 地理隔离, comme une mer ou une chaîne de montagnes.
la spéciation sympatrique 同域物种形成 — les populations vivent dans la même zone mais sont séparées par des différences de comportement ou de mode de vie.
La spéciation allopatrique nécessite une barrière physique ; la spéciation sympatrique se produit dans la même zone
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Spéciation allopatrique
Étape par étape. Une barrière divise une population ; les deux moitiés divergent jusqu'à ce qu'elles ne puissent plus s'accoupler.
Explain natural selection as a sequence: variation → selection pressure → the better-adapted survive and reproduce → allele frequency changes.
Use the Hardy–Weinberg equations ($p+q=1$, $p^2+2pq+q^2=1$); $q^2$ is the recessive-phenotype frequency — a common calculation.
Distinguish stabilising, directional and disruptive selection with an example of each.
Distinguish allopatric vs sympatric speciation (geographic vs reproductive isolation).
Français
Expliquer la sélection naturelle comme une séquence : variation → pression de sélection → les mieux adaptés survivent et se reproduisent → changement de fréquence des allèles.
Utiliser les équations de Hardy–Weinberg ($p+q=1$, $p^2+2pq+q^2=1$) ; $q^2$ représente la fréquence du phénotype récessif — un calcul courant.
Distinguer la sélection stabilisatrice, directionnelle et disruptive avec un exemple pour chacune.
Distinguer la spéciation allopatrique vs sympatrique (isolement géographique vs reproductif).
Interactive lessons on this topic · Leçons interactives sur ce sujet
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