GENETIQUE ET EVOLUTION

CHAPITRE 8 : De la diversification des êtres vivants à l'évolution de la biodiversité

Extrait du film "espèce d'espèce"

Nul besoin de faire un oeuf pour faire du neuf! Au regard des nombreux mécanismes de diversification dont une partie seulement a été traitée dans le chapitre précédent, le vieil adage devient caduc. Darwin en son temps ignorait ses mécanismes mais avait senti que cette biodiversité était la clé pour comprendre l'évolution des espèces...

Pb : Quels mécanismes évolutifs sont à l'origine d'une modification des populations au cours des générations ? Comment définir l'"espèce" ?

I- Mécanismes évolutifs et biodiversité

1- La sélection naturelle

Manuel Bordas p66

Eléphanteaux d'Afrique. Photo : E. Lacouture (au zoo de La Flèche)

NB : Les éléphants d'Asie (Elephas maximus) se reconnaissent à leur dos arrondi, leur tête large au niveau des yeux , leur front surmonté par deux bosses saillantes et leur taille qui reste plus petite que celle de ceux de la savane africaine. Les oreilles des éléphants d'Asie sont relativement petites et leur trompe est terminée par un seul doigt contrairement aux éléphants d'Afrique qui en ont deux et seuls les mâles ont des défenses bien développées..

"À l’état sauvage, certains éléphanteaux sont porteurs d’un gène qui prévient la formation des défenses. Les scientifiques ont constaté récemment que de plus en plus d’éléphanteaux naissaient porteurs de ce gène (ils n’auront donc pas de défenses devenus adultes). Comment expliquez cette situation ?
En fait, ce mystère a été révélé et résolu par le professeur Zhang Li, zoologue à l’université de Pékin, qui a mené ses recherches depuis 1999 dans une réserve naturelle dans la région du sud-ouest de Xishuangbanna, où vivent les deux tiers des éléphants d’Asie chinois (la Chine est l’une de 160 nations qui ont signé un traité en 1989 interdisant le commerce de l’ivoire et des produits d’autres animaux en voie d’extinction ou menacés de l’être). Les braconniers ne tuant pas les éléphants sans défenses (ceux-ci n’ont aucune valeur marchande pour eux), explique-t-il, ces mutants sont plus nombreux dans la population et le gène qui prévient la formation des défenses se propage parmi les éléphants. Alors que ce gène se trouve habituellement chez 2 à 5 % des éléphants d’Asie, on le trouve, à présent, chez 5 à 10 % de la population des éléphants Chinois."

Gérald BRONNER, Revue française de sociologie, 48-3, 2007, 587-607

Le concept de sélection naturelle développé par Charles Darwin repose sur trois observations :

- Au sein d'une population, les individus présentent une variabilité.

- Certains caractères sont transmis de génération en génération.

- La variabilité peut être corrélée à une variation du succès reproducteur.

Un caractère qui permet à un individu de survivre et de se reproduire mieux que s'il en était dépourvu est une adaptation. Seules les innovations génétiques qui affectent les cellules germinales peuvent avoir un impact évolutif. Les innovations génétiques sont soumises au crible de l'environnement. A un moment donné, dans un milieu donné, certaines innovations génétiques peuvent apporter un avantage sélectif aux individus qui les portent : elles ont alors une probabilité plus grande de se répandre dans la population.

Remarque 1 : Lamarck était aussi un évolutionniste mais derrière le mot "adaptation" il voyait une finalité, un but. On résume souvent sa théorie par la "fonction créee l'organe" : la girafe a un long cou pour aller chercher les feuilles les plus hautes et si son cou est si long c'est parce qu'à force de chercher sa nourriture en l'air il s'est allongé! Ce concept est bien sûr erroné : ce n'est pas parce qu'un homme passe son temps dans les salles de musculation et développe une puissante musculature que son fils naîtra plus musclé!

Remarque 2 : La sélection naturelle n'est pas la loi du plus fort. Les idées de Darwin ont malheureusement très tôt été reprises et détournées par nationalistes pour justifier les ségrégations.

2- La dérive génétique

Mauel Bordas p67

A graphical representation of allele frequencies at nine microsatellite loci in the present day Addo (grey bars) and Kruger (solid black bars) elephant populations, and in museum specimens of Addo elephants shot in 1920 (striped bars). The locus represented is indicated at the top of each graph.

Source

http://darwin.eeb.uconn.edu/simulations/drift.html

Le hasard peut être à l'origine d'une diversité biologique (mutations, duplications géniques, brassages méiotiques, polyploïdie...) mais il influe également sur son devenir.

La dérive génétique est une variation aléatoire de la fréquence des allèles au cours du temps dans une population. Elle est d'autant plus marquée que l'effectif est faible et contribue à éloigner des populations d'une même espèce.

 

II- La notion d'espèce

1- Un concept qui évolue

Manuel p68

 

"Une espèce est un ensemble d'individus qui engendrent, par reproduction, d'autres individus semblables à eux-mêmes.

...Nous comptons aujourd'hui autant d'espèces qu'il y a eu au commencement de formes diverses créées."

Carl von Linné, 1736

"Les variations quelque faibles qu'elles soient et de quelque cause qu'elles proviennent, tendent à préserver les individus d'une espèce et se transmettent ordinairement à leur descendance, pourvu qu'elles soient utiles à ces individus dans leurs rapports infiniment complexes avec les autres êtres organisés et avec la nature extérieure"

Charles Darwin, 1859

 

Jusqu'au XIXe siècle l'espèce était conçue comme une entité stable et immuable : c'est le fixisme. Toute variation par rapport au type de référence est considérée comme une anomalie.

A la fin du XIX, un nouveau courant de pensée est né : l'évolutionnisme. La variabilité n'est plus considérée comme une anomalie mais comme un moteur de l'évolution.

 

Pb : comment définir l'espèce ?

2- Une approche moderne de la définition

 

Le concept reproductif de l'espèce est apparu en 1919 lorsque le généticien américain Alfred H. Sturtevant, croisant des lignées mutantes de la mouche Drosophila melanogaster, constata qu'il ne parvenait pas à croiser certaines lignées entre elles. Les lignées se répartissaient en deux lots mutuellement interstériles. Il avait là deux espèces de drosophiles qu'il ne pouvait identifier que par croisement. En effet, la nouvelle espèce était identique à l'autre, à l'exception de différences microscopiques des pièces génitales des mâles, visibles seulement à la loupe. Il appela cette deuxième espèce Drosophila simulans ("l'imitatrice"). La notion d'"espèce jumelle" était née. Elle montrait que deux espèces étaient avant tout des "pools géniques" distincts, comme le généralisera le zoologiste américain Ernst Mayr vers 1940.

Phylogénie des espèces jumelles du sous-groupe Drosophila melanogaster, avec leur date de découverte. Toutes sont semblables à D. melanogaster (à gauche) sauf D. santomea (à droite).

Quatre-vingts ans plus tard, on ne sait toujours pas reconnaître les femelles de ces deux espèces. Mais en revanche, cette première découverte a suscité la recherche d'autres espèces jumelles, et l'on en a découvert pas moins de sept, réunies dans ce qui s'appelle désormais le "sous-groupe" melanogaster. Quatre de ces espèces vivent dans des îles ou des isolats continentaux comme le mont Cameroun. Une seule, D. santomea, découverte en 2000 (Lachaise, CNRS), est extérieurement reconnaissable par un abdomen plus clair. Ce n'est là qu'un exemple parmi les nombreux cas d'espèces jumelles désormais connus.

Source : http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosevol/decouv/articles/chap5/veuille.html

A gauche un ours brun endormi, à droite un ours polaire (photographiés au zoo de La Flèche)

Des études de comparaison de l’ADN entreprises depuis une quinzaine d’années (phylogénie moléculaire à partir du séquençage de l’ADN mitochondrial) ont montré que certaines populations actuelles d’ours bruns de l’Alaska ont un ancêtre commun avec l’ours blanc plus récent comparativement à des populations d’ours bruns en provenance d’autres régions. Cela tend à prouver que les origines de l’ours polaire sont plus complexes qu’on ne l’imaginait. En l’occurrence, définir l’ensemble des ours bruns en tant qu’entité génétique séparée des ours blancs ne serait plus pertinent. A fortiori depuis que l’on sait qu’ils sont interféconds, plusieurs tentatives d’hybridation ayant eu lieu en captivité et ayant donné naissance à des oursons hybrides viables et fertiles, preuve de l’étroite parenté entre les deux espèces (ou sous-espèces ?). A moins qu’il ne s’agisse d’une seule et même espèce si l’on s’en tient à la définition classique de cette notion, qui fait en particulier référence à la capacité d’obtenir une descendance normalement fertile. En tout état de cause, bien qu’il semble ne faire aucun doute qu’ours brun et ours blanc aient un ancêtre commun proche, aucun des deux ne peut survivre dans la niche écologique de l’autre, ce qui, en plus d’une morphologie, d’une alimentation, d’un métabolisme et d’un comportement social différents, constitue un argument sérieux en faveur du maintien de la distinction entre les deux espèces. Nous serions dès lors en présence d’une spéciation en cours que d’aucuns qualifient d’assez avancée.

Source : CNRS, http://recherchespolaires.veille.inist.fr/spip.php?article569

Les critères les plus pertinents pour définir une espèce ne sont pas les plus faciles à identifier. Il s'agit :

- du critère d'interfécondité...mais il n'est pas toujours vérifiable (cas des fossiles par exemple) et certaines "espèces" encore très proches les unes des autres peuvent se croiser et avoir des descendants fertiles!

- du critère génétique...lui non plus invérifiable pour la plupart des fossiles et encore plus inaccessible que le premier en dehors du labo : deux populations qui se cotoient mais n'échangent plus de gènes appartiennent à deux espèces distinctes.

D'autres critères plus faciles à identifier sur le terrain peuvent alors être utilisés avec prudence :

- le critère phénétique, basé sur les ressemblances, reste souvent le seul à disposition du paléontologue mais il peut induire en erreur en raison des dimorphismes sexuels ou des convergences de forme.

- Le critère écologique : deux individus de la même espèce partagent la même niche écologique (lieu de vie, nourriture...)

Remarques :

- Une "sous-espèce" est une race géographique, c'est à dire un ensemble de populations locales occupant une subdivision géographique de l’espèce, et différant morphologiquement des autres populations de l’espèce.

- Un "écotype" est lié à l’adaptation à un milieu, mais pas nécessairement à une subdivision géographique. Source : http://ecologie.snv.jussieu.fr/dlaloi/EEB-PopSpeciation.pdf

 

Pb : Quels sont les mécanismes possibles conduisant à la formation d'une nouvelle espèce ?

III- La spéciation

1- La spéciation par isolement géographique

Manuel Bordas p70 + vidéo sur l'exemple de la salamandre américaine

Télécharger la vidéo

Source : http://svt.ac-rouen.fr/biologie/speciation_salamandre/spesalam.html

Deux populations d'une même espèce peuvent se retrouver isolées par des barrières géographiques (un glacier, une vallée, un continent, un océan...) et évoluer indépendamment sous l'effet de la sélection naturelle et de la dérive génétique. Si les différences deviennent telles que, même réunies à nouveau, elles ne sont plus interfécondes; elles forment alors deux espèces distinctes.

 

2- La spéciation sans isolement géographique

Manuel Bordas p71

Document extrait du manuel de SVT de terminale S -Bordas 2012

Dans une population d'une même espèce, il arrive parfois que les caractères "intermédiaires" soient défavorisés. La sélection naturelle va alors favoriser les formes extrêmes qui vont avoir tendance à se reproduire entre elles. Avec le temps, les différences vont s'accumuler jusqu'au jour où l'isolement reproducteur est atteint : de nouvelles espèces se seront formées sans avoir été isolées géographiquement.