Communication et sélection sexuelle : signaux et succès reproducteur

Les séries de résultats de ces exercices sont construites pour l'activité et ne proviennent pas d'une étude réelle.

Des signaux pour se reproduire

Chez de nombreuses espèces à reproduction sexuée, des individus échangent des informations avant l'accouplement. Un signal est une manifestation visuelle, sonore, chimique ou comportementale produite par un émetteur et capable de modifier le comportement d'un récepteur. La couleur d'un plumage, le chant d'un mâle, une parade ou la taille d'un ornement en sont des exemples.

Notions à maîtriser

• Succès reproducteur : nombre de descendants viables produits par un individu sur une période donnée, idéalement ceux qui se reproduiront à leur tour. Il ne se confond ni avec le nombre de partenaires ni avec la durée de vie.
• Sélection naturelle : les individus d'une population diffèrent par des caractères héréditaires ; ceux dont les caractères favorisent la survie et la reproduction dans un milieu donné laissent en moyenne plus de descendants.
• Sélection sexuelle : forme de sélection due aux différences de réussite d'accouplement entre individus d'un même sexe, soit par compétition directe (combats), soit par le choix du partenaire par l'autre sexe.
• Dimorphisme sexuel : différences de morphologie ou de coloration entre mâles et femelles, hors organes reproducteurs.
• Signal coûteux : signal dont la production ou le port réduit la survie ou consomme de l'énergie, ce qui limite son exagération.

Un mécanisme en plusieurs étapes

Pour qu'un signal soit soumis à la sélection sexuelle, trois conditions sont nécessaires : le caractère varie d'un individu à l'autre, il est au moins en partie héréditaire, et ses variations s'accompagnent de différences de succès reproducteur. Dans ce cas, les allèles associés au signal favorable deviennent plus fréquents dans la population au fil des générations. L'évolution concerne donc la population, jamais un individu isolé. Les nouveaux allèles apparaissent par mutations aléatoires, qui ne répondent à aucun besoin ; la sélection trie seulement la variation existante.

Un ornement très développé peut gêner le déplacement ou attirer les prédateurs. Il se maintient tant que le gain de descendants obtenu grâce aux accouplements compense la perte de survie. L'équilibre entre sélection sexuelle et sélection naturelle limite l'exagération du signal.

Exemple analysé

Données pédagogiques simplifiées. Chez une grenouille arboricole, on observe pendant une soirée 30 mâles chanteurs répartis en trois classes de dix selon leur cadence de chant, puis on compte les femelles qui rejoignent chaque mâle.

La fréquentation passe de 0,4 à 2,1 femelle par mâle : elle est plus de cinq fois supérieure pour les chanteurs les plus actifs. Cette observation montre une association, pas encore un choix des femelles. Les mâles très actifs pourraient aussi occuper de meilleurs emplacements. Pour conclure, il faut tester la préférence en diffusant des chants enregistrés de cadences différentes depuis des haut-parleurs placés dans des conditions identiques. Il faut aussi estimer le coût : chanter dépense de l'énergie et signale la position du mâle à ses prédateurs.

Le piège à éviter

Écrire « le mâle a développé une longue queue pour séduire les femelles » est une erreur : cette formulation prête une intention à l'individu et fait évoluer un individu au lieu d'une population. L'explication correcte est : dans une population variable, les mâles à longue queue ont obtenu plus d'accouplements et plus de descendants ; si ce caractère est héréditaire, les allèles correspondants sont devenus plus fréquents. Autre confusion fréquente : avoir beaucoup de partenaires n'est pas avoir un fort succès reproducteur si peu de descendants survivent.

Les séries de résultats de ces exercices sont construites pour l'activité et ne proviennent pas d'une étude réelle.

Situation-problème

Chez un petit passereau de zone humide, les mâles portent une queue dont la longueur varie d'un individu à l'autre, alors que celle des femelles est courte et peu variable. Les mâles défendent un territoire et réalisent des vols de parade en déployant leur queue. Des ornithologues suivent une population pendant une saison de reproduction, puis réalisent une expérience sur une autre série de mâles. On cherche à déterminer si la longueur de la queue est un signal qui influence le succès reproducteur, et si ce signal a un coût pour son porteur. Données pédagogiques simplifiées : aucune valeur ci-dessous ne provient d'une étude publiée.

Document 1 : suivi de cinq mâles pendant une saison de reproduction

Compte rendu : la longueur est mesurée de la base à l'extrémité des plumes caudales. Une femelle est dite appariée lorsqu'elle s'installe sur le territoire d'un mâle et y pond. Les jeunes à l'envol sont ceux qui quittent le nid vivants. Un comptage d'insectes a montré que les cinq territoires offraient une quantité de nourriture comparable. Aucun mâle n'a été manipulé : les longueurs sont naturelles.

Document 2 : expérience de modification de la longueur de la queue

Protocole : au début de la saison, 120 mâles sont capturés, mesurés, bagués puis répartis au hasard en trois groupes de 40. Groupe « raccourcie » : la queue est coupée de 4 cm. Groupe « témoin » : la queue est coupée de 4 cm puis les plumes coupées sont recollées, la longueur finale étant inchangée. Groupe « allongée » : la queue est coupée de 4 cm puis des plumes prélevées sur le groupe raccourci sont collées au bout, ce qui ajoute 4 cm. Les mâles sont relâchés sur leur territoire. On recense ensuite les mâles appariés, les jeunes à l'envol et les mâles revus la saison suivante.

Exercice 1 : exploiter une observation de terrain

1. Décrivez la relation entre la longueur de la queue, le nombre de femelles appariées et le nombre de jeunes à l'envol (Document 1).
2. Calculez la longueur moyenne de la queue et le nombre moyen de jeunes à l'envol par mâle pour ces cinq individus.
3. Calculez le nombre de jeunes par femelle appariée pour M4 et M5, puis pour l'ensemble des mâles appariés. Indiquez ce que révèle ce résultat sur l'origine de l'avantage des mâles à longue queue.
4. Expliquez pourquoi le Document 1 seul ne permet pas d'affirmer que la longueur de la queue cause le succès reproducteur.

Exercice 2 : exploiter un protocole expérimental

1. Identifiez la variable testée et les grandeurs mesurées. Justifiez le choix d'un groupe témoin dont la queue est coupée puis recollée, ainsi que la répartition au hasard des mâles.
2. Calculez pour chaque groupe le pourcentage de mâles appariés, le nombre moyen de jeunes par mâle et le pourcentage de mâles revus la saison suivante.
3. On suppose qu'un mâle revu obtient la saison suivante le même nombre moyen de jeunes que cette saison. Calculez le nombre moyen de jeunes attendu sur deux saisons par mâle de chaque groupe, puis concluez.
4. Donnez deux limites de la conclusion que l'on peut tirer de ces résultats.

Exercice 3 : confronter les documents et argumenter

1. Calculez dans chaque groupe du Document 2 le nombre de jeunes par mâle apparié. Expliquez ce que cela confirme du Document 1 et ce que l'expérience apporte en plus de l'observation.
2. Montrez à l'aide de chiffres que le signal a un coût. Expliquez pourquoi ce coût n'empêche pas, dans ces données, l'avantage des queues longues.
3. On suppose que la longueur de la queue est en partie héréditaire. Rédigez un paragraphe de 6 à 8 lignes expliquant comment la longueur moyenne de la queue peut augmenter sur plusieurs générations, sans finalisme, en précisant l'origine de la variation.
4. Proposez une condition qui pourrait stopper l'allongement de la queue et justifiez-la avec le vocabulaire de la sélection.

Correction complète

Exercice 1 : correction

1. Plus la queue est longue (de 12 à 20 cm), plus le nombre de femelles appariées (de 0 à 3) et le nombre de jeunes à l'envol (de 0 à 10) augmentent. La relation est croissante et régulière sur les cinq mâles.
2. Longueur moyenne : (12 + 14 + 16 + 18 + 20) / 5 = 80 / 5 = 16 cm. Jeunes : 0 + 3 + 4 + 7 + 10 = 24 ; 24 / 5 = 4,8 jeunes par mâle.
3. M4 : 7 / 2 = 3,5 jeunes par femelle. M5 : 10 / 3 ≈ 3,3 jeunes par femelle. Ensemble des mâles appariés : 24 / 7 ≈ 3,4 jeunes par femelle. Ce nombre reste voisin de 3 à 4 quelle que soit la queue : l'avantage des mâles à longue queue vient du nombre de femelles obtenues, et non d'une meilleure réussite par nid. Le Document 1, purement observationnel, ne permet pas de dire si ce nombre plus élevé tient à l'attractivité du signal, à la compétition entre mâles ou à l'âge des mâles : seule l'expérience du Document 2 permet de trancher.
4. Il s'agit d'une corrélation sur cinq individus seulement. Les mâles à longue queue pourraient être plus âgés, plus expérimentés ou en meilleure condition. Seule la nourriture est contrôlée. Une expérience modifiant la queue est nécessaire.

Critères de réussite : description chiffrée, calculs avec unités, distinction nette entre corrélation et causalité.

Exercice 2 : correction

1. Variable testée : la longueur de la queue. Grandeurs mesurées : appariement, jeunes à l'envol, retour la saison suivante (indicateur de survie). Le témoin recollé subit la capture, la coupe et le collage, mais garde sa longueur : il isole l'effet de la longueur de celui de la manipulation. Le hasard rend les groupes comparables pour l'âge, la condition ou la qualité du territoire.
2. Mâles appariés : 14 / 40 = 35 % ; 24 / 40 = 60 % ; 33 / 40 = 82,5 %. Jeunes par mâle : 38 / 40 = 0,95 ; 66 / 40 = 1,65 ; 90 / 40 = 2,25. Mâles revus : 34 / 40 = 85 % ; 32 / 40 = 80 % ; 26 / 40 = 65 %.
3. Raccourcie : 0,95 + 0,85 × 0,95 ≈ 1,76 jeune. Témoin : 1,65 + 0,80 × 1,65 = 2,97 jeunes. Allongée : 2,25 + 0,65 × 2,25 ≈ 3,71 jeunes. Sur deux saisons, le groupe allongé garde le meilleur bilan (environ 25 % de plus que le témoin), le groupe raccourci le plus faible (environ 41 % de moins).
4. Limites possibles : seulement deux saisons et une seule population ; hypothèse simplificatrice d'un succès identique la saison suivante ; retour non observé confondu avec décès (un mâle peut avoir migré) ; l'allongement artificiel de 4 cm ne prouve pas ce qui se passe pour toutes les espèces ; données simplifiées.

Critères de réussite : calculs exacts, justification du témoin, conclusion nuancée.

Exercice 3 : correction

1. Jeunes par mâle apparié : 38 / 14 ≈ 2,7 ; 66 / 24 = 2,75 ; 90 / 33 ≈ 2,7. La valeur est presque identique : la différence entre groupes vient du nombre de mâles appariés, comme dans le Document 1. L'expérience, avec témoin et répartition au hasard, montre que la modification de la queue suffit à changer l'appariement, ce qui rend une relation causale très probable. L'observation seule ne pouvait pas l'établir.
2. La survie passe de 85 % (raccourcie) à 80 % (témoin) puis 65 % (allongée) : plus la queue est longue, moins les mâles sont revus. Pourtant le gain de jeunes (2,25 contre 1,65 par mâle, soit environ 36 % de plus que le témoin) dépasse la perte de survie (15 points). Le bilan en descendants reste positif.
3. Paragraphe attendu : dans la population, la longueur de queue varie, notamment par mutations aléatoires apparues au cours du temps, sans lien avec un besoin. Les mâles à longue queue obtiennent plus d'appariements et laissent plus de descendants. Si le caractère est en partie héréditaire, les allèles favorisant une longue queue sont transmis plus souvent et leur fréquence augmente de génération en génération. La longueur moyenne s'accroît donc dans la population, sans qu'aucun individu ne modifie sa queue volontairement. Il s'agit de sélection sexuelle, car l'avantage porte sur l'accouplement.
4. Une forte baisse de survie liée à un prédateur efficace ou à un milieu plus ouvert pourrait annuler le gain. Quand la perte de descendants due à la mortalité dépasse le gain dû aux appariements, la sélection naturelle s'oppose à la sélection sexuelle et limite la longueur.

Critères de réussite : vocabulaire correct, absence de finalisme, raisonnement fondé sur les chiffres, distinction entre sélection sexuelle et sélection naturelle.