Chapitre 2 La diversification des êtres vivants et l`évolution de la
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TS Thème 1.A Génétique et évolution Chapitre 2 : La diversification des êtres vivants et l’évolution de la biodiversité Introduction : Livre p 38 Rappels de 2nde : Le terme « biodiversité » est la contraction de l’expression « diversité biologique ». La biodiversité reflète le nombre et la diversité des organismes vivants et se décline à plusieurs échelles : celle des écosystèmes (ensemble du biotope –milieu avec l’ensemble des paramètres physico-chimiques- et de la biocénose – l’ensemble des êtres vivants -), celle des espèces et celle des individus au sein d’une espèce. Des espèces présentent des plans d’organisation similaires (ex : polarisations des Vertébrés) Chaque espèce est issue d’une longue succession de générations d’individus au cours de laquelle des innovations morphologiques et anatomiques qui caractérisent ces espèces sont apparues, à différentes périodes de l’histoire de la Terre. Ex :Les Vertébrés partagent donc tous ensemble un ancêtre hypothétique qui possédait déjà les caractères communs à tous les Vertébrés Rappels de 1ère S : Le phénotype macroscopique d’un individu dépend de son phénotype cellulaire, lui-même induit par son phénotype moléculaire. Le phénotype moléculaire est sous la dépendance du patrimoine génétique de la cellule et de la nature des gènes qui s’expriment sous l’effet de l’influence de facteurs internes et externes variés L’expression d’un phénotype dépend donc du génotype et de l’environnement. Les espèces présentant des homologies moléculaires ont des relations de parenté. Comment expliquer la diversification des individus, des espèces au cours de l’évolution ? I. La diversification des êtres vivants au cours du temps A. Liée à des mécanismes de diversification des génomes 1. Les duplications et les mutations des gènes, un des fondements de l’évolution de la biodiversité Les mutations (dont l’unité est le nucléotide) sont la source aléatoire de la diversité des allèles qui peuvent être transmis lors de la reproduction sexuée (notion de caractères héréditaires) La possibilité de survenues d’anomalies lors du déroulement de la méiose (crossing-over inégal) implique la possible duplication de certains gènes. De nouveaux gènes peuvent apparaitre par mutations du gène préexistant. Il existe des familles multigéniques où les gènes codent pour des protéines ayant conservé un rôle similaire (les globines) mais aussi des familles où les gènes codent pour des gènes aux fonctions très différentes (hormones hypophysaires comme ocytocine hormone de fonction reproductrice, ADH hormone antidiurétique ou vasopressine qui régule la rétention de l’eau dans l’organisme). www.larecherche.fr/content/recherche/article?id=25131 2. L’expression des gènes du développement Livre p 44, 45, 46 et 47 TS Thème 1.A Génétique et évolution Il existe des gènes impliqués dans le développement des individus à partir d’un zygote: les gènes de polarité les gènes homéotiques, les gènes de lignée cellulaire etc… Il existe une homologie importante des gènes de développement au sein des groupes des êtres vivants ( Complexe Hom chez Ia Drosphile et Hox chez les Mammifères) Ces gènes vont entrer en jeu à des moments et en des lieux précis lors du développement. La chronologie, la durée et l’intensité de l’expression de ces gènes sont donc essentielles. Des changements dans ces gènes peuvent avoir des conséquences très importantes et être à l’origine de nouveaux plans d’organisation donc à l’origine de nouvelles formes du vivant (ex : les membracidés, les mutants de la drosophile, durée du développement différente chez l’Homme et le Chimpanzé). Exemples : ◦ Modification des gènes hox et disparition des membres chez les serpents ◦ Modification des gènes de développement et apparition d’une troisième paire d’ailes chez les membracidés • Implication du gène HoxD13 pour la formation de la nageoire chez le poisson et pour la formation du membre antérieur chez les mammifères 3. Les hybrides et les mécanismes de polyploïdie Livre p 40, 41 et 57 Un individu hybride résulte de la reproduction sexuée de deux individus parents différents de la même espèce (hybridation intraspécifique) ou de deux espèces différentes (hybridation interspécifique). Les hybrides interspécifiques sont dans la majorité des cas stériles mais peuvent se multiplier par reproduction asexuée. Une espèce polyploïde se caractérise par la présence de plus de deux ensembles complets de chromosomes (3n et plus). La polyploïdie peut apparaitre suite à une hybridation de deux individus de la même espèce (autopolyploïdie) ou d’espèces différentes (allopolyploïdie). Dans ce dernier cas les chromosomes dans la cellule œuf ne sont pas homologues. Un doublement accidentel des chromosomes permet de retrouver une homologie pour les chromosomes : la méiose peut alors se réaliser et la fertilité des hybrides est rétablie. Comme les hybrides présentent des génomes différents des espèces parentes, il peut apparaitre des caractères différents et une nouvelle espèce. Exemples : • Nombreux exemples de polyploïdisation chez les végétaux (maïs , blé, tournesol, chou, navet) • Salamandres hybrides – polyploïdisation – hybrides fertiles www.pedagogie.ac-nantes.fr/05661359/0/fiche___pagelibre/&RH=1158678510343&RF=SVT) • Mollusques gastéropodes (Bulinus truncatus)–polyploïdisation (on connait des populations à 2n sous les tropiques, à 4n en milieu tempéré, à 6n et même 8n en altitude) 4. Les transferts de gènes horizontaux Livre p 42, 43 et 57 Certains gènes ont pu être transférés entre individus différents de la même espèce ou de deux espèces différentes sans lien de parenté entre eux par transfert libre ou viral par exemple. Il devient ainsi plus logique de parler de réseaux phylogénétiques pour parler de l’histoire évolutive des espèces. Exemple : 8% du génome humain serait viral, l’origine du placenta etc… TS Thème 1.A Génétique et évolution B. Liée à des mécanismes sans cause génétique La transmission de génération en génération de caractères qui ne résultent pas, du moins à l’origine, de modification du génome peut être observée. 1. L’épigénétique Livre p 56 L’épigénétique est l’étude des changements héréditaires de caractères ayant lieu sans altération de la séquence d’ADN (ex : rôle de l’éducation, de l’alimentation). Un comportement peut avoir une importance dans des phases clés de la vie des êtres vivants (recherche de nourriture, rapprochement des partenaires pour la reproduction). La notion « d’empreinte comportementale» comporte un processus d’apprentissage mis en jeu pendant le développement des jeunes et qui produit une modification durable d’un comportement. Cette empreinte pourrait être héritable, bien qu’elle ne soit pas génétique. Cette héritabilité ne se fera que si l’empreinte affecte la valeur sélective. Exemples : ◦ Chants d’oiseaux, notamment chez les oiseaux-chanteurs ou oiseaux oscines (des études ont été réalisées chez la Paruline à sourcils blancs ou encore chez le Diamant mandarin) ◦ Pouillot véloce et pouillot ibérique ◦ Utilisation d’outils chez certains primates (notion de « culture » chez les chimpanzés par exemple) 2. Les symbioses et l’endosymbiose Livre p 48 et 49 Des associations entre certains êtres vivants très étroites et durables constituent des symbioses (vivre ensemble). L Les symbioses peuvent entrainer des modifications phénotypiques de chaque être vivant pris séparément : production de nouvelles molécules, apparition de nouvelles structures, modification des comportements (croissance mutuelle) L’endosymbiose est une forme de symbiose où l’un des être vivant est contenu par l’autre. Exemples ◦ La salamandre « chlorophyllienne » - exemple d’endosymbiose (www.pedagogie.acnantes.fr/05661359/0/fiche___pagelibre/&RH=1158678510343&RF=SVT ) ◦ Le ver géant Riftia et des bactéries autotrophiques ◦ Les mycorhizes ◦ Les planaires (Convoluta roscoffensis) qui hébergent des chrlorelles dans leur mésoderme ◦ L’origine symbiotique des chloroplastes et des mitochondries Bilan : p 52, 53, 54 et 55 La biodiversité actuelle est le produit et une étape de l'évolution au cours des temps. Elle décrit la diversité des espèces et des individus. TS Thème 1.A Génétique et évolution II. L’évolution des populations dépend des combinaisons génétiques aléatoires et de la pression de l’environnement Livre p 64, 65, 66, 67 Des individus porteurs de diverses combinaisons génétiques peuvent différer par leurs potentiels reproducteurs (plus grande attirance sexuelle exercée sur le partenaire ; meilleure résistance à un facteur du milieu, aux prédateurs ; meilleur accès à la nourriture, etc.). Cette influence, associée à la dérive génétique, conduit à une modification de la diversité génétique des populations au cours du temps sous la pression évolutive de facteurs de l’environnement (alimentation, concurrence etc…). Ex : Le phalène du bouleau http://www.pedagogie.ac-nantes.fr/03312400/0/fiche___ressourcepedagogique/&RH=1160339691609 Culex pipens http://svt.ac-montpellier.fr/spip/spip.php?article89 Geospiza fortis aux Galapagos http://www2.ac-lyon.fr/enseigne/biologie/spip.php?article453 III. Le concept d’espèce a évolué au cours de l’histoire de la biologie Livre p 68 et 69 La définition d’espèce couramment utilisée est un ensemble d’individus qui présentent des caractéristiques communes (phénotypiques et caryotypiques) qui sont interféconds, et dont les descendants sont féconds également . Une espèce peut être considérée en fait comme une population d'individus suffisamment isolés génétiquement des autres populations. Une population d'individus identifiée comme constituant une espèce n'est définie que durant un laps de temps fini. On dit qu'une espèce disparaît si l'ensemble des individus concernés disparaît ou cesse d'être isolé génétiquement. Une espèce supplémentaire est définie si un nouvel ensemble s'individualise. L G. Lecointre, professeur au Museum National d’Histoire Naturelle : « Dans la nature il n’y a pas d’espèces : il n’apparait que des barrières de reproduction. Les espèces, c’est nous qui les créons à partir d’un modèle théorique » (Revue Espèces – n° 1 – septembre 2011). IV. Les mécanismes de spéciation Livre p 70 et 71 L’apparition d’une nouvelle espèce à partir d’une (ou deux) autre ancestrale est appelée spéciation. La spéciation peut se faire par isolement géographique suite à une évolution indépendante de deux populations d’individus séparés physiquement sous l’effet de la sélection naturelle et de la dérive génétique. Une spéciation sans isolement géographique est aussi possible s’il existe une variabilité des individus en un lieu donné présentant des comportements reproducteurs différents par exemple. : Livre p 72, 73, 74 et 75
