Modèles et modélisation en SVT

Biodiversité génétique

Réflexions pédagogiques (2) :
Le(s) modèle(s) NetLogo utilisé(s)

Paramétrage de la simulation
(commun aux différents modèles
Modèle "de démonstration"
Modèle de travail élève
Modèle "automatisé"

Les modèles NetLogo utilisés au cours de cette activité permettent une simulation de l'évolution de la fréquence de deux allèles A (en vert) et a (en noir d'un même gène dans une population.
Ils se présentent soit deux formes (au choix) presque identiques :
Absence de Java (Firefox)
Absence de Java (IE)
Java présent : Applet ouverte (Firefox)

Si votre page n'affiche pas l'applet (deux images de gauche), c'est que votre ordinateur ne possède pas Java (Windows 7 en particulier). Ouvrez l'aide de votre navigateur, taper Java puis laissez-vous guider pour l'installation de Java (Sun).
Le même problème se rencontre avec les fichiers NetLogo sous Linux : cet OS ne possède par défaut qu'une version "Linux" de Java qui ne permet pas de faire tourner l'applet (ni NetLogo). Solution : Télécharger le Java de Sun à l'aide du gestionnaire de paquets Synaptic...

Ou voir la page Téléchargements Java pour tous les sytèmes d'exploitation

Critères de choix entre les deux versions :
Page html + applet
Fichier nlogo + NetLogo
Avantages Fonctionne sur tous les postes possédant un navigateur Internet (Firefox...) et Java Interface utilisateur modifiable
Exportation de données au format csv
Inconvénients Quelques fonctionnalités secondaires inactives
Interface non personnalisable		 Nécessite l'installation préalable du logiciel (gratuit) NetLogo

 

Paramétrage de la simulation (commun aux différents modèles)

Choix du modèle
  • Dérive génétique : tous les génotypes sont parfaitement viables et féconds. Leur fitness (survie x fécondité) est égale à 1.
  • Sélection naturelle : Les génotypes AA et Aa ont une fitness de 1 et le génotype aa a une fitness de 0. La diminution de la survie et(ou) de la fécondité chez les homozygotes aa est fréquent dans les maladies génétiques humaines ; seul le cas extrême de létalité ou stérilité est abordé ici.
Méthode d'initialisation
de la population
  • Hardy-Weinberg : Ce modèle correspond à la loi de Hardy-Weinberg définie pour une population idéale (voir ci-dessous). Dans ce cas, le pourcentage des deux allèles dans la population initiale correspond exactement à celui fixé par l'utilisateur. C'est la méthode la plus rapide à mettre en oeuvre en SVT.
  • Statistique (fluctuation d'échantillonnage) : Dans ce cas, la fréquence initiale des allèles définie par l'utilisateur correspond à la moyenne des fréquences d'un grand nombre d'échantillons. Un échantillon peut donc présenter des fréquences alléliques sensiblement différentes de celles paramétrées. C'est la méthode décrite dans le cours de mathématiques de Seconde : travail bi-disciplinaire Maths-SVT, MPS... ou simplement réponse à des questions d'élèves attentifs en cours de maths !
Effectif de la population
et nombre de générations

Attention ! dans la version html, tout nouvel effectif doit être validé par la touche "Entrée" du clavier.

  • L'effectif de la population est limité à 500 et le nombre de générations à 100 (valeurs semblant suffisantes pour tirer les conclusions sur l'évolution de la fréquence allélique).
  • Il est possible de fixer des valeurs différentes en modifiant les valeurs de populationMax et nbGenMax dans les procédures Init et StartUp (ainsi que dans l'interface sous les fenêtres de saisie de ces valeurs)
Probabilité initiale de l'allèle A
  • Elle est fixée par défaut à 0,5
  • Fixer la fréquence de l'allèle A (probabilité pA) revient à fixer également la fréquence de l'allèle a (probabilité pa = 1 - pA) dans ces modèles ne présentant que deux allèles pour le gène considéré.
  • Si vous ne souhaitez pas faire travailler les élèves sur l'influence de la probabilité initiale, vous pouvez supprimer ce paramétrage sous NetLogo (ouvrir le fichier, clic droit sur le curseur, menu Delete, puis enregistrer le fichier).

Simulation / modèle de démonstration

Cette version est destinée à la présentation de l'activité (vidéo-projection). Elle se caractérise par une animation graphique, un mode de simulation pas à pas et une fenêtre affichant les génotypes présents à chaque génération.

Animation graphique et simulation pas à pas

  • La simulation est initiée par un clic sur le bouton NOUVELLE POPULATION.
  • L'animation présente alors les allèles des individus de la population (si l'effectif est inférieur à 10).
  • Un clic sur le bouton ENGENDRER trace - de manière aléatoire - les unions (traits) et le nombre de descendants (chiffre rouge sur le trait).
  • Un clic sur le bouton SUITE permet de passer à la génération suivante. Les génotypes s'affichent dans la fenêtre de Notes et les fréquences des allèles permettent de tracer le gtaphe.
  • ENGENDRER et SUITE permettent de passer de génération en génération.

Les caractéristiques du modèle de démonstration permettent une éventuelle évaluation diagnostique.

Simulation / modèle de travail élève

Cette version est destinée au travail de l'élève en séance TP. L'animation graphique a disparu (l'élève peut y accéder en lançant la version "de démonstration" présentée en introduction de la séance). Le graphe correspondant à l'échantillon en cours est complété par plusieurs outils d'analyse des résultats.

Le paramétrage étant effectué (voir ci-dessus), un clic sur le bouton NOUVELLE POPULATION initialise l'application (effacement de toutes les données précédentes).
Un clic sur le bouton NOUVEL ECHANTILLON lance une première simulation correspondant aux paramètres fixés précédemment. Les résultats s'affichent génération par génération sur le graphe supérieur ; une courbe de tendance se superpose aux données à la fin de la simulation.

Le nombre de générations présentant une diversité génétique (donc les populations n'étant pas constituées à 100% du même génotype homozygote) s'affiche en haut à droite.

Le résumé de la série "statistique" (voir programme de maths de seconde) s'affiche également.

Si aucune exploitation bi-disciplinaire maths-SVT n'est envisagé, il est possible de supprimer les différents éléments de la série (ainsi que la boîte à mostaches) : le fichier nlogo étant ouvert sous NetLogo (pas sous Firefox !), faire un clic droit sur chaque élément à supprimer puis "Delete". Enregistrer.

Un clic sur NOUVEL ECHANTILLON permet de travailler sur un échantillon différent de la même population (donc si l'élève modifie le paramétrage, la modification ne sera pas prise en compte ; pour modifier le paramétrage, il faut prendre une nouvelle population).
A chaque nouvel échantillon, la courbe de tendance est stockée sur la graphe inférieur. La manipulation peut être réalisée autant de fois que souhaité. Exemples de résultats :
Effectif faible (ex : 10)
Effectif important (ex : 500)
Dérive génétique
Sélection naturelle

Dans la version sous NetLogo, un clic doit sur un graphe permet de le copier dans le presse-papiers puis de le coller dans le compte-rendu. Dans la version sous navigateur Internet, cette possibilité ne fonctionne pas : il faut copier l'écran par la touche clavier "Imprim Ecran" puis la coller dans un logiciel de traitement d'image (par exemple Photofiltre) grace auquel le graphe sera extrait.

Dans la version sous NetLogo, un bouton en bas à droite permet d'exporter au format csv (lisible par tous les tableurs) un tableau des coefficients directeurs des courbes de tendance des allèles A et a pour tous les échantillons :

Cette possibilité peut être intéressante pour une réflexion sur l'échantillonnage et des calculs d'intervalle de fluctuation d'une fréquence au seuil de 95% (voir programme de maths seconde), ou en MPS. L'exportation csv n'est pas possible dans la version sous navigateur Internet.

Simulation / modèle "automatisé"

Cette version permet d'automatiser l'étude de nombreux échantillons. Elle peut être utilisée en prolongement de la séance de TP pour confirmation des résultats obtenus, en cours de maths, en MPS...

En cours de développement...

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