TP virtuel sur la pollinisation : tube floral et graines

Ce TP virtuel sur la pollinisation transforme l'étude des syndromes de pollinisation des sciences de la vie NGSS au collège (middle school, normes américaines) et de la biologie KS3 en une expérience contrôlée sur une seule séance. Les élèves gardent la même fleur rouge, sans parfum et riche en nectar, et ne changent qu'une structure, le tube de la corolle, de 5 mm à 25 mm. Ils notent les visiteurs, les visites par jour et le taux de grenaison. Les données montrent que visites et succès reproducteur ne vont pas de pair, ce qui mène à la coévolution. Toutes les valeurs ci-dessous ont été lues dans la simulation.

Liens avec les programmes

• NGSS MS-LS1-4 : comment des structures spécialisées des plantes modifient la probabilité d'une reproduction réussie.
• NGSS HS-LS4-4 : la sélection naturelle conduit à l'adaptation (le prolongement sur la coévolution).
• England KS3 Science : la reproduction des plantes, dont la structure de la fleur et la pollinisation par les insectes.
• Cambridge IGCSE Biology (0610) : la reproduction sexuée des plantes, les fleurs pollinisées par les insectes.

Simulic n'est pas affilié à NGSS, au Department for Education ni à Cambridge International, et n'est pas approuvé par eux.

Avant le TP (5 min)

Demandez aux élèves de s'engager sur une prédiction, sur papier ou comme question 1 du lien de classe :

« Une fleur rouge, sans parfum, avec beaucoup de nectar. Son tube de corolle s'allonge, de 5 mm à 25 mm. Que devient le nombre de visites de pollinisateurs ? »

Beaucoup d'élèves s'attendent à ce qu'un tube plus long attire plus d'animaux.

Protocole dans la simulation

1. Dans l'onglet Fleurs et pollinisateurs (il s'ouvre en premier), réglez Couleur de la fleur sur Rouge, Parfum sur Sans parfum et Nectar par fleur sur 10 µL. Gardez Ouverture des fleurs sur Le jour et Système de reproduction sur Pollinisation croisée seulement (auto-incompatible).
2. Réglez Longueur du tube de la corolle sur 5 mm. Notez l'étiquette visite : … % sous Abeille, Papillon et Colibri : la probabilité qu'un animal de passage visite la fleur.
3. Cliquez sur Simuler 10 jours (moyenne). Dans la nouvelle ligne du Tableau des résultats, notez Visites (par jour) et Graines (le taux de grenaison).
4. Refaites les étapes 2–3 pour 10, 15, 20 et 25 mm.
5. Calculez la diminution en pourcentage de la probabilité de visite du colibri entre 15 mm et 25 mm.

Tube (mm)	Abeille (%)	Papillon (%)	Colibri (%)	Visites par jour	Taux de grenaison (%)
5
10
15
20
25

Résultats attendus

Les probabilités de visite sont fixées par la forme de la fleur. Les visites et le taux de grenaison sont aléatoires : le tableau donne notre simulation puis, entre parenthèses, les 99 % centraux de 5 000 exécutions du modèle de la simulation.

Tube (mm)	Abeille	Papillon	Colibri	Visites par jour	Taux de grenaison
5	5 %	42 %	62 %	53,8 (45–62)	10 % (7–14)
10	3 %	40 %	62 %	41,1 (41–57)	8 % (7–13)
15	2 %	21 %	62 %	40,3 (31–46)	11 % (9–14)
20	2 %	1 %	49 %	20,8 (18–30)	8 % (7–13)
25	2 %	0 %	7 %	5,1 (3–11)	3 % (2–6)

• Les visites chutent à mesure que le tube dépasse chaque longueur de langue : les papillons (environ 15 mm) disparaissent entre 10 et 20 mm, les colibris (bec d'environ 22 mm) entre 20 et 25 mm.
• Le taux de grenaison ne suit pas les visites. De 5 à 20 mm, les visites sont à peu près divisées par deux, mais le taux de grenaison reste proche de 10 %. Sur un tube court, papillons et colibris touchent peu de pollen. À 20 mm, le tube épouse le bec du colibri : sa tête appuie sur les anthères et le stigmate, et chaque visite transporte plus de pollen.
• À 25 mm, même les colibris se nourrissent rarement, et le taux de grenaison tombe à environ 3 %.

Questions pour les élèves

1. (Prédiction, reposée après le TP) Que deviennent les visites quand le tube de la corolle s'allonge ?
2. Quelle variable doit rester la même dans cette expérience ?
3. Quel est le taux de grenaison avec un tube de 20 mm ?
4. De quel pourcentage la probabilité de visite du colibri diminue-t-elle entre 15 mm et 25 mm ?
5. Expliquez pourquoi le taux de grenaison reste stable de 5 à 20 mm mais s'effondre à 25 mm.

Réponses pour l'enseignant : (1) Les visites diminuent, jusqu'à presque aucune à 25 mm. (2) Le nectar par fleur (ainsi que la couleur, le parfum et l'heure d'ouverture). (3) Accepter 6–15 % (8 % dans notre simulation). (4) Accepter 86–91 % : (62 − 7) ÷ 62 × 100 = 89 %. (5) Les papillons cessent de visiter un tube de 20 mm, mais ils transportaient peu de pollen ; le colibri continue de se nourrir et, plaqué contre les anthères et le stigmate, transporte plus de pollen à chaque visite. À 25 mm, le tube est plus long que son bec.

Idées fausses fréquentes

• « Plus de visites, c'est plus de graines. » Ce qui compte, c'est le pollen déposé sur les stigmates de la même espèce.
• « Les abeilles pollinisent toutes les fleurs. » Ici, la probabilité de visite de l'abeille n'est que de 2–5 %. Passez à Bleu-violet à 5 mm et elle monte à 52 % : notre simulation a donné 105 visites par jour, dont 84 d'abeilles, et 60 % de grenaison.
• « La fleur fait pousser un long tube pour choisir son pollinisateur. » Les plantes ne choisissent pas. Les fleurs dont la forme convient à un pollinisateur produisent plus de graines, et le caractère se répand.

Prolongement

• Onglet Coévolution : gardez Tube floral – trompe du papillon de nuit, h² 0,50 et coût 0,20, puis cliquez cinq fois sur +10 générations. Les deux moyennes sont passées de 10 et 8 mm à environ 27 mm à la génération 50, et à 36,5 mm à la génération 100.
• Système de reproduction à 25 mm : choisissez S’autopollinise si les visiteurs manquent. Le taux de grenaison a bondi d'environ 4 % à 49 % dans nos exécutions du modèle, mais les plantules autofécondées survivent deux fois moins bien. Pourquoi la pollinisation croisée reste-t-elle avantageuse ?

Questions fréquentes

Pourquoi mes élèves obtiennent-ils des visites et des taux de grenaison différents ?

Chaque animal de passage visite au hasard, et aucun réglage ne permet de rejouer une simulation à l'identique ; les étiquettes de probabilité de visite, elles, ne changent jamais. La plage de la question 3 a tenu dans les 20 000 exécutions du modèle que nous avons testées.

Puis-je préparer la fleur pour mes élèves ?

Oui. Dans les valeurs de départ du lien de classe, réglez Couleur de la fleur sur Rouge, Parfum sur Sans parfum et Nectar par fleur sur 10. Les élèves ne changent alors que Longueur du tube de la corolle.

Est-ce que cela remplace l'observation de vraies fleurs ?

Non. Associez-le à une dissection ou au TP virtuel sur la germination, dont la simulation permet de disséquer des fleurs pollinisées par les insectes et par le vent.

Simulations et guides associés

Labo de reproduction des plantes à fleurs – dissection, pollinisation, dispersion et germination Sélection naturelle – population de lapins, mutations, loups et nourriture

Pour la sélection au fil des générations, voir le TP virtuel de sélection artificielle.