Hasard et Evolution
Les mécanismes de l'Evolution
Mutations et dérive génétique: 2 forces évolutives dues au hasard
Mutations:
Une mutation est une modification rare, accidentelle ou provoquée, de l'information génétique (séquence d’ADN ou d’ARN) dans le génome. .
Selon la partie du génome touchée, les conséquences d'une mutation peuvent varier. Une mutation ne sera héréditaire que si la séquence génétique mutée est transmise à la génération suivante.
Ces mutations sont donc la source de créations de nouveaux allèles et la dérive génétique existe en raison de la multitude des allèles existants.
Dérive génétique:
Alors que dans des populations de taille infinie, en l'absence de sélection et de mutation, les fréquences alléliques sont stables au cours des générations (principe de Hardy-Weinberg), elles vont varier aléatoirement dans des populations diploïdes (possédant deux copies complètes de leur génome) de taille finie. Ceci est du à la variabilité du tirage aléatoire des allèles d'une génération à l'autre résultant du mécanisme de formation des gamètes.
Definition: processus par lequel les fréquences alléliques changent dans les petites populations à cause de biais aléatoires d’échantillonnage dans la transmission des allèles d'une génération à l'autre.
-
Évolution des fréquences alléliques dans 6 populations de N = 10 individus
-
Au bout de 50 générations, toutes les populations sont fixées pour un allèle
-
Évolution des fréquences alléliques dans 6 populations de N = 100 individus
-
Au bout de 50 générations, aucune des populations n’est fixée pour un allèle
Les fréquences alléliques fluctuent d’autant plus que les populations sont de petite taille
Des populations « filles » issues d’une même population « mère » divergent de façon indépendante.
La variance augmente au fil du temps. De plus, plus la taille de la population est faible, plus la dérive est rapide.
La dérive génétique s'exprime aussi dans les situations suivantes, bien particulières:
Le goulot d'étranglement:
Des désastres comme les séismes, les inondations, les sècheresses et les incendies peuvent réduire considérablement la taille d'une population. Il y a donc de fortes chances que la petite population survivante ne soit pas représentative de la population initiale sur le plan de la composition génétique. Le hasard fera que certains allèles seront surreprésentés, alors que d'autres seront sous-représentés. Certains disparaitront même complètement. La dérive génétique continuera d'influer sur la population pendant de nombreuses générations, jusqu'à ce que celle-ci redevienne suffisamment grande pour réduire l'importance des erreurs d'échantillonnage.
(8j; 7v; 7r; 7m; 7b) Ici l'agitation de la bouteille permet de ne faire glisser que quelques billes à travers le goulot jusque dans le verre, on peut ainsi représenter la réduction brutale et considérable d'une population décimée par une catastrophe naturelle. Le hasard fait que, dans la nouvelle population les billes rouges et vertes ont complètement disparu et les billes jaunes et bleus sont surreprésentés, quant aux marrons elles sont sous-représentées. La population restante n'est composée plus que de 3 sortes de billes, alors qu'avant cet effet il y en avait 5 sortes.
Dans une population réelle, l'effet d'étranglement diminue de la même façon la variabilité génétique.
Effet fondateur:
Lorsqu’une sous-partie d’une population se sépare de la population initiale de taille beaucoup plus vaste, lors d’une migration pour coloniser un nouveau milieu par exemple, la population pionnière, ou fondatrice, n’est pas le reflet exact de la population de départ. Cette sous-population ne va "prendre" qu'un échantillon du pool d'allèles disponible dans la population mère et ce de manière aléatoire. Elle peut donc avoir des fréquences alléliques fort différentes de la population initiale. C’est ce que l’on appelle « l’effet fondateur ».
La sélection naturelle
La loi d’Hardy Weinberg n’est jamais tout à fait respectée car la sélection naturelle n’est pas prise en compte dans sa théorie.
La sélection naturelle est l'un des mécanismes moteur de l'évolution des espèces. Elle concerne les caractères affectant la survie et le succès reproductif lui-même. Certains individus portent des variations qui leur permettent de se reproduire davantage que les autres, dans un environnement précis. Cette adaptation leur donne un avantage sélectif en leur assurant une descendance plus nombreuse que les autres.
La sélection naturelle peut aussi être définie comme un tri qui s’opère naturellement au sein d’une espèce. Ce mécanisme explique l'adaptation des espèces à leur environnement au fil du temps. La théorie de la sélection naturelle permet d'expliquer et de comprendre comment l'environnement influe sur l'évolution des espèces et des populations. La sélection naturelle est le fait que les caractères qui favorisent la survie et la reproduction dans un milieu voient leur fréquence s'accroître d'une génération à l'autre aléatoirement.
Il existe 3 sortes de sélection naturelle :
la sélection directionnelle (modifie la fréquence des individus en favorisant les phénotypes situés à une seule extrémité de la courbe) : s’opère lorsque le milieu change ou quand les membres de la population émigrent dans un nouvel habitat, favorise les individus rares.
La sélection diversifiante (favorise les deux phénotypes extrêmes, peut donc faire apparaître deux espèces différentes) : se produit lorsqu’un changement procure un grand avantage aux deux phénotypes extrêmes dans le milieu, au dépend du phénotype intermédiaire.
La sélection stabilisante (élimine les extrêmes, donc cela favorise la diminution de variations phénotypiques) : Favorise les phénotypes les plus courants.
1) sélection directionnelle
2) sélection diversifiante
3) sélection stabilisante
Par exemple: La tortue pond environ une vingtaine d'oeufs, et seulement deux ou trois survivent.
Par exemple: Les félins donnent, en moyenne, naissance à 3 petits, et s'en occupent jusqu'à ce qu'ils soient capables de se débrouiller seuls, c'est-à-dire au moins la première année.
" Mais Reine Rouge, c'est étrange, nous courons vite et le paysage autour de nous ne change pas?
-Nous courons pour rester à la même place"
Par exemple: La fleur est immobile et ne peut donc pas déposer son pollen elle- même sur une autre fleur. C'est pour cela qu'au fil du temps, elle s'est améliorée pour attirer plus d'abeilles (colorée, parfumée, meilleur nectar etc), afin de pouvoir être mieux pollinisée. De plus, la fleur ayant son pollen en profondeur, l'abeille a plus de chance de le déposer et d'assurer l'apparition de petites fleurs. Mais l'abeille aussi évolue, elle a besoin du nectar, par conséquent la sélection naturelle à fait en sorte que ses trompes soient plus longues pour s'adapter à la profondeur du nectar. Cette coévolution est dite pacifique car les deux parties s'arrangent et maintiennent l'équilibre en s'adaptant l'une à l'autre.
Lorsque l'individu est hétérozygote, il est possible qu'il échappe à la sélection naturelle car son désavantage reste couvert par la récessivité des allèles portant la mutation, tandis que dans le cas d'homozygotie, son allèle mutant sera forcément exprimé, ce qui défavorisera son adaptation au milieu. Ce phénomène est appelé : ''la protection/l'avantage hétérozygote''.
Généralement, l'allèle désavantageux est récessif, car lorsqu'il est dominant, il est rapidement éliminé par la sélection naturelle.
Par exemple, il existe chez l'homme un cas d'avantage hétérozygote : le locus codant une des chaînes de l'hémoglobine. Si l'individu est homozygote de l'allèle récessif, il sera atteint de drépanocytose, une défaillance des globules rouges. Alors que les hétérozygotes, eux, auront une certaine résistance due à une mixité allélique face à une autre maladie : le paludisme, ce qui produit un phénomène de tolérance vis-à-vis du plasmodium. En effet, elle se développe à cause d'un parasite microscopique transmis par les piqûres de moustiques. Ainsi, en Afrique, zone où le paludisme est très présent, la fréquence de cet allèle est plus élevée. Cela confirme donc que l'environnement influe sur le génotype.
-
La théorie de l’évolution est décomposée en 5 faits en lien avec 3 raisonnements.
Proposition 1 : Toutes les espèces n'ont pas la même stratégie de reproduction.
Première stratégie : Certains animaux pondent en masse, et laissent leurs progénitures se débrouiller seules dans la nature dans l'espoir que seulement quelques-uns d'entre eux survivent.
Deuxième stratégie : D'autres animaux, comme très souvent les mammifères, privilégient la qualité à la quantité, c'est à dire qu'ils préfèrent donner naissances à peu de descendants, mais assurer leur survie et leur éducation.
NB : Les hybrides (mélange de deux espèces) sont stériles, par exemple le mulet (cheval-âne) ou encore le tigron (tigre-lion)
Proposition 2 : La plupart des populations ont une taille stable
Ce fait est appelé la théorie de la Reine Rouge illustrée par l'ouvrage de Lewis Caroll De l'autre côté du miroir, suite d'Alice au pays des merveilles, dans lequel Alice et la Reine Rouge se livrent à une course effrénée pour au final rester au même endroit
Cela ne s'observe que sur le long terme (au moins un siècle), et seulement si l'environnement reste stable (pas de changements majeurs). Les populations qui cohabitent dans ce milieu évoluent donc au même rythme, les unes par rapport aux autres et dans leur propre intérêt, ce qui fait qu'elles sont en équilibre, c'est la coévolution.
Proposition 3 : Les ressources naturelles sont limitées (voir inférence 2)
Etant donné que les ressources alimentaires de qualité sont limitées, notamment car elles sont non-renouvelables, toutes les espèces ne peuvent pas en bénéficier. Cela favorise alors certains animaux par rapport à d'autres
Proposition 4 : Il n’existe pas deux individus identiques
Chaque individu évolue différemment car tous les génotypes sont différents et présentent ou non des allèles avantageux pour l'environnement.
Proposition 5 : Les variations sont héréditaires
Certaines mutations sont héréditaires à condition qu'elles soient placées sur la lignée germinale de l'individu, c'est-à-dire contenues dans les gamètes. Elles sont donc transmises par la reproduction.
Inférence 1 : Il existe une compétition pour les ressources; seule une fraction des descendants d’une population survit à chaque génération.
Inférence 2 : Les variations favorisent ou défavorisent la survie des individus qui les possèdent. Ceux qui sont favorisés sont plus aptes à produire des descendants.
Inférence 3 : Puisque les individus n’ont pas les mêmes chances de survie, la population se modifie graduellement; les caractères favorables s’accumulent au fil des générations.
La sélection naturelle ne peut pas produire des organismes parfaits pour plusieurs raisons :
Evolution limitée par contraintes historiques (l’évolution ne se débarrasse pas totalement de l’anatomie ancestrale : elle travaille plutôt sur les structures existantes et les adapte à des situations nouvelles.
Par exemple: Les maux de dos dont souffrent un nombre grandissant de personnes résulte en partie du fait que les humains ont une musculature et un squelette qui dérive de l’anatomie de leurs ancêtres quadrupèdes : ils ne sont donc pas pleinement compatibles avec la posture debout).
De nombreuses adaptations sont des compromis (Chaque organisme exerce des activités diverses qui peuvent entrer en contradiction les unes avec les autres.
Par exemple: Le phoque passe une partie de son temps sur des rochers, il marcherait donc mieux si il avait des pattes au lieu de nageoires. Cependant, dans un tel cas, il pourrait ne pas aussi bien évoluer dans l’eau. Il est donc préférable d’avoir des nageoires au dépend de pattes, car il vit principalement dans le milieu marin.)
L’évolution n’a pas toujours une valeur d’adaptation (Malgré ce que l’on peut penser, le hasard influe sur la composition génétique des populations.
Par exemple: Quand un vent violent emporte des insectes jusqu’à une île située à des centaines de km de leur habitat, il ne choisit pas les individus les mieux adaptés au nouveau milieu. Les allèles fixés par la dérive génétique dans le patrimoine génétique de la petite population d’origine ne sont pas tous mieux adaptés au nouvel environnement que les allèles perdus).
La sélection ne peut que modifier les variations existantes (Le sélection naturelle favorise les variations les mieux adaptées au milieu parmi celles qui existent déjà dans une population. Or, les phénotypes les plus favorables ne sont pas toujours idéaux, en effet, les nouveaux allèles n’apparaissent pas sur demande).
Compte tenu de toutes les contraintes, nous ne pouvons pas nous attendre à ce que des organismes parfaits soient produits sous l’effet de la sélection naturelle. Cette dernière privilégie les meilleurs éléments disponibles en fonction du milieu. L’une des preuves que l’évolution n’agit pas toujours de façon idéale réside dans les subtiles imperfections des organismes qu’elle engendre.