Utiliser Edu’modèles pour comprendre l’augmentation du nombre d’éléphants sans défenses dans certaines réserves africaines

Le cas étudié est connu (largement repris dans les manuels scolaires) : le braconnage exercerait une pression de sélection telle sur les éléphants portant des défenses, que la proportion d’éléphants sans défenses (chez les femelles essentiellement) augmenterait de manière significative.

C’est en tout cas ce qu’affirme l’article du National Géographique de novembre 2018 (lien), dans le cas d’un parc au Mozambique.

Cependant, lorsqu’on recherche des articles scientifiques étayant cette explication, on se rend compte que la réalité est peut-être plus complexe : la dérive génétique, à elle seule, suffirait à expliquer cette tendance (quant au déterminisme génétique, il semble si complexe qu’il n’est pas question de l’aborder en 2de), notamment dans certaines réserves d’Afrique du Sud (parc national d’Addo).

C’est ce qu’on peut lire par exemple dans cet article du “Journal of Zoology” (M. Whitehouse, Anna. (2002). “Tusklessness in the elephant population of the Addo Elephant National Park”).

Extrait : “selective hunting cannot provide adequate explanations for the high frequency of tusklessness among the Addo elephants (…) The rapid increase in the frequency of tusklessness during the past 70 years provides a phenotypic indicator of underlying genetic drift.”

Nous proposons ici une activité de modélisation dans laquelle l’élève va devoir modifier un modèle existant pour tester ces deux hypothèses.

Proposition de scénario pédagogique

Tout naturellement, le document d’appel pourra être un article ou une vidéo présentant cette tendance (augmentation du nombre d’éléphants sans défenses).

On peut également partir d’un graphique comme celui-ci :

Illustration extraite de l’article “Tusklessness in the elephant population of the Addo Elephant National Park, South Africa” (Anna M. Whitehouse)

Il en émerge un problème : “Comment expliquer cette augmentation du nombre d’éléphants sans défenses ?”

Des documents (extraits d’articles, graphiques montrant l’évolution du nombre d’éléphants sans défenses …) seront alors fourni à l’élève afin qu’il puisse formuler 2 hypothèses explicatives différentes :

  • Hypothèse n°1 : l’augmentation du nombre d’éléphants sans défenses est la conséquence du braconnage (sélection naturelle)
  • Hypothèse n°2 : l’augmentation du nombre d’éléphants sans défenses est la conséquence du faible effectif des populations (dérive génétique)

Pour tester ces hypothèses, l’élève a à sa disposition le modèle de type “multi-agents” suivant (lien) :

Ce modèle comporte deux agents différents :

  • des éléphants avec défenses (D)
  • des éléphants sans défenses (S)

L’environnement est représenté sous la forme d’un damier de 20 x 20 cases. Un effectif maximal a été fixé à 22, afin d’éviter la surpopulation.

Il comporte également 3 règles (ce type de modèle fait “réagir” des agents pour donner des “produits”, un peu à la manière d’une réaction chimique) :

  • D + D -> D + D + D + D
  • S + S -> S + S + S + S
  • S + D -> S + S + D + D

Aperçu de la fenêtre permettant de modifier une règle dans Edu’modèles

Bien entendu, comme tout modèle, cette abstraction repose sur d’importantes simplifications, et il est important de les signaler à l’élève, ou mieux, de lui demander de les relever :

  • dans la réalité les déplacements ne sont pas aléatoires
  • le déterminisme génétique de la présence des défenses est bien plus complexe
  • dans le modèle les sexes des individus ne sont pas pris en compte
  • etc.

Une fois qu’il s’est familiarisé avec ce modèle (en l’exécutant, en modifiant ses paramètres …), l’élève va devoir formuler une conséquence vérifiable pour chaque hypothèse, par exemple :

  • pour l’hypothèse n°1 : “si on introduit un braconnier qui tue les éléphants avec défenses, alors la proportion d’éléphants sans défenses devrait augmenter”
  • pour l’hypothèse n°2 : “plus l’effectif de la population sera faible, plus le nombre d’éléphants avec ou sans défenses variera au cours du temps”

Il lui reste à présent à tester ces hypothèses.

 

Utilisation du modèle pour mettre à l’épreuve l’hypothèse de la sélection naturelle

Conformément à la conséquence vérifiable qu’il a formulée, l’élève va donc introduire un braconnier dans son environnement. Il ajoute pour cela un agent :

Saisie de l’agent “braconnier”

Il doit également saisir une règle pour coder le braconnage.

L’exécution du modèle aboutit (sans grande surprise), à la disparition progressive des éléphants avec défenses.

Graphique obtenu : en vert, le nombre d’éléphants sans défenses

A la fin, ne restent que des éléphants sans défenses : l’hypothèse n°1 est validée.

 

Utilisation du modèle pour mettre à l’épreuve l’hypothèse de la dérive génétique

Tout d’abord l’élève devra retirer le braconnier s’il a commencé par l’hypothèse de la sélection naturelle.

Ensuite il devra, conformément à la conséquence vérifiable qu’il a formulé, faire varier l’effectif des éléphants. Il devra veiller à modifier également l’effectif maximal toléré par l’environnement (en cliquant sur l’engrenage à côté des dimensions de l’environnement). C’est ce dernier paramètre qui au final sera déterminant. S’il envisage de très grands effectifs, il faudra peut-être agrandir également l’environnement.

Modification des dimensions et de l’effectif maximal de l’environnement

En exécutant plusieurs fois le modèle (penser à régler la vitesse de l’animation au maximum pour aller plus vite), il constatera qu’en effet, en l’absence de sélection naturelle, le nombre d’éléphants avec défenses peut décroître jusqu’à devenir nul, mais également le contraire (une fois sur deux, ce sera le nombre d’éléphants SANS défenses qui deviendra nul). Il constatera surtout, que plus l’effectif est faible, plus le phénomène est rapide.

L’hypothèse est donc validée, la dérive génétique à elle seule peut expliquer l’augmentation du nombre d’éléphants sans défenses.

Cependant, il faudra que l’élève remarque que l’issue de ce phénomène n’est pas prévisible : la dérive génétique peut tout aussi bien entraîner une augmentation du nombre d’éléphants avec défenses !

 

Conclusion

L’utilisation du modèle n’a pas permis de “trancher” entre les deux explications. Elle a par contre montré que chacune de ces hypothèses était validée, et pouvait expliquer l’augmentation du nombre d’éléphants sans défenses.

Cependant, il faut faire remarquer à l’élève que si la dérive génétique peut en effet expliquer ce phénomène, son issue n’est pas prévisible (mécanisme aléatoire). Seule la sélection naturelle peut entraîner de manière orientée et prévisible la disparition des éléphants avec défenses.

Dans tous les cas, il faudra bien insister sur ce que permet de montrer un modèle, et sur ce qu’il ne permet pas de prouver.

 

Et la sélection sexuelle ?

Il est possible, si le temps le permet, et si cela fait partie des objectifs de l’enseignant. De tester également l’impact de la sélection sexuelle (qui en soi une forme de sélection naturelle).

Cela est en fait particulièrement simple !

En modifiant les probabilités de reproduction dans chacune des 3 règles, l’élève peut modéliser la “préférence” des femelles envers les partenaires dotés de défenses (même si le sexe n’est pas implémenté dans le modèle), en mettant une valeur plus forte aux règles impliquant un ou deux éléphants à défenses.

L’exécution de la simulation (en l’absence de braconnier), aboutira alors systématiquement à une augmentation du nombre d’éléphants avec défenses.

Cela permet de supposer que si le braconnage cesse, on peut s’attendre (sauf dans les populations très réduites où la dérive l’emporte) à une recrudescence des éléphants avec défenses.

Auteur : Philippe Cosentino

Documents :

Fiche d’activité élève comportant documents et consigne

Liens :

Lien direct vers le modèle :
https://www.pedagogie.ac-nice.fr/svt/productions/edumodeles/algo/?modele=elephants

Lien vers l’article du “National Geographic” :
https://www.nationalgeographic.fr/animaux/2018/11/en-reaction-au-braconnage-de-plus-en-plus-delephants-naissent-sans-defenses

Lien vers l’abstract (résumé) de l’article du “Journal of zoology” :
https://www.researchgate.net/publication/232026733_Tusklessness_in_the_elephant_population_of_the_Addo_Elephant_National_Park_South_Africa