Thème 1 La Terre, la vie et l`évolution du vivant

Thème 1A:
GÉNÉTIQUE ET
ÉVOLUTION
Chapitre 3
Introduction
Chapitre 3 :
L’EVOLUTION DE LA BIODIVERSITE
La biodiversité des espèces et des individus à
l’intérieur des espèces est le résultat à la fois de
modifications de génomes, d’associations entre
organismes et de la transmission de comportements.
Nous avions défini l’espèce comme un ensemble
d’individus qui se ressemblent, qui partagent un même
caryotype, qui sont interféconds et qui ont une
descendance fertile.
Problématique
Comment se forment et disparaissent les espèces
au cours du temps?
La définition de l’espèce est-elle aussi simple ?
I.
LES MODIFICATIONS DES POPULATIONS AU COURS
DU TEMPS
TP n°5 : Sélection et dérive
Une population est un groupe d’individus de
la même espèce, qui vivent dans une aire
géographique assez proche, et qui sont donc
susceptibles de se reproduire entre eux facilement.
Pour comprendre l’histoire d’une population
et sa composition à un moment donné, il faut faire
appel à 2 mécanismes évolutifs :
TP5: Sélection et dérive
Introduction :
Hypothèses:
- Influence de l’environnement;
- Hasard.
TP5: Sélection et dérive
La sélection naturelle :
typica
clairs
Mutation
C
carbonaria
sombres.
sombres
suie.
carbonaria
grande
typica
allèles
prédateurs.
environnement
reproduire.
carbonaria
carbonaria
typica
adaptation
Suie et SO2
Clairs.
carbonaria
industrialisées
allèle
augmenter
C
- La sélection naturelle correspond à la
sélection de certains individus qui sont
génétiquement avantagés dans un environnement
donné. Ils ont donc plus de chance de se reproduire
et de transmettre leurs allèles.
Elle se traduit par une adaptation des
populations à leur milieu au cours du temps.
TP5: Sélection et dérive
La dérive génétique:
TP5: Sélection et dérive
La sélection naturelle:
Avant 1989, la sélection naturelle est défavorable aux individus à
défenses (car ils sont tués par les braconniers et se reproduisent donc
moins): la fréquence des individus sans défenses augmente (car non
chassés).
Parc national du Sud Luangwa
1989
Donc, si on interdit la chasse des éléphants à défenses et sans défenses
dans un parc naturel, on observe une augmentation de la fréquence
des 2 types d’éléphants, et à long terme la sélection naturelle devrait
même privilégier la plus avantageuse (à défenses).
TP5: Sélection et dérive
La dérive génétique :
En Afrique du Sud, la population
d’Addo contient un pourcentage
particulièrement élevé de femelles
sans défenses (98 %). En 1931, 11
individus dont 50 % des femelles
sont sans défenses.
La diversité génétique (nombre
d’allèles) est plus faible chez les
éléphants du parc Addo (1 ou 2
allèles) que pour le parc Krueger ou
les spécimens (3 à 6).
-
Formuler une (des) hypothèse(s) sur le mécanisme évolutif qui a conduit à la
fréquence élevée des éléphants sans défenses dans le parc Addo.
La fréquence des allèles, et donc des types d’individus, aurait évoluer
de manière aléatoire, en s’accompagnant d’une perte de diversité
génétique (disparition des allèles à l’origine des défenses), à cause du
faible nombre d’individus en 1931.
TP5: Sélection et dérive
La dérive génétique :
Donner un protocole dans ses grandes lignes et identifier les paramètres variables et
fixés de la modélisation, ainsi que le(s) témoin(s).
A l’aide du logiciel de modélisation « dérive », on fait des tirages
aléatoires des allèles présents dans une population d’individus,
génération après génération.
- Paramètre fixe: le nombre d’allèles de départ (ex: 5 pour le gène A).
- Paramètre variable: le nombre d’individus de la population de
départ (10, 50, 100). Population témoin: 100 individus.
-
Formuler les conséquences attendues, si l’hypothèse est vraie.
Si l’hypothèse est juste, on devrait observer une disparition de certains
allèles dans les populations peu nombreuses.
TP5: Sélection et dérive
La dérive génétique :
Résultats population de 10 individus:
1 allèle
Résultats population de 50 individus:
2 allèles
Résultats population de 100 individus:
5 allèles
TP5: Sélection et dérive
La dérive génétique :
Réaliser une étude comparée des différentes situations envisagées.
Dans chaque population d’individus, la fréquence des allèles varie de
manière aléatoire de génération en génération (hasard de la
fécondation).
Dans une population importante (100 individus), les 5 allèles sont
encore présents à la 15ème génération.
Dans une population plus restreinte (10 individus), il ne reste plus qu’un
seul allèle à la 15ème génération.
Expliquer le mécanisme évolutif responsable de la divergence de ce caractère qui
n’est pas sélectionné.
Dans le parc Addo, le nombre d’individus (11) étant faible, le hasard a
entrainé la disparition des allèles responsables de la croissance des
défenses chez l’éléphant d’Afrique = dérive génétique.
- La dérive génétique correspond à la
variation aléatoire de la diversité des allèles au
cours des générations dans une population. Son
effet est d’autant plus important que la population
est petite.
L’évolution est la transformation des
populations au cours du temps; elle résulte du
hasard, des différences de survie (pression du
milieu, concurrence entre êtres vivants, prédation)
et du nombre de descendants.
Comment relier l’évolution des populations à
l’apparition et la disparition des espèces au cours du
temps ?
II. DE L’ÉVOLUTION DES POPULATIONS À L’ÉVOLUTION
DES ESPÈCES
1. L’apparition de nouvelles espèces: Spéciation
Livre: doc. 1 p.62 et doc.2 p.63
Guide d’exploitation :
1)
Mâchoire
Régime alimentaire
Milieu de vie
Reproduction
Génétique
A. zaliosus
A. citrinellus
petites dents pointues
petites dents pointues + molaires
biofilms, zooplancton et animaux
biofilms, zooplancton et animaux + algues
au large des bords du lac
Les côtes du lac
Pas d’hybridation possible
Forts liens de parenté
Tous ces éléments conduisent à l’idée qu’A. zaliosus résulte de la
différenciation d’une sous-population d’A. citrinellus suite à l’exploitation
d’un autre habitat à base de zooplancton et non d’algues.
2) Les glaciers et les chaînes de montagnes constituent des barrières
possibles entre des populations.
3) En période glaciaire, les trois populations de sauterelles ne pouvaient se
croiser. Cet isolement génétique fait que l’on pouvait considérer ces
populations comme des espèces différentes possible évolution.
Le recul des glaciers fait que ces populations peuvent se croiser lorsqu’elles
se rencontrent. N’étant plus isolées génétiquement les unes des autres, ces
populations ne forment donc actuellement plus qu’une seule espèce.
Une nouvelle espèce apparaît si un nouvel
ensemble d’individus s’individualise au sein d’une
population: C’est ce qu’on appelle la spéciation*.
Toute spéciation repose sur l’apparition d’un
isolement reproductif* entre deux populations.
Cet isolement reproductif entraîne donc un
isolement génétique, donc plus d’échanges
d’allèles possibles.
*spéciation: processus évolutif qui aboutit à l’apparition d’une nouvelle espèce.
*Isolement reproductif : incapacité à se reproduire, à avoir une descendance fertile, entre 2
populations.
Cet isolement reproductif peut avoir lieu
suite:
- à un changement de comportement entre les 2
populations (parade nuptiale différente par
exemple).
- à
un isolement géographique de deux
populations.
- À l’accumulation de mutations, donc de
différences génétiques, qui empêchent la
reproduction.
2. La disparition des espèces
Doc: activité 3.
L’arrivée de l’Homme sur l’île Maurice a entraîné la disparition du Dodo. Elle résulte de la
destruction de l’habitat de cette espèce et de l’action de prédateurs. De nombreuses espèces
ont disparu à la fin du Dryas récent, période qui correspond à un bref refroidissement
climatique. Cette modification du climat a exercé une pression de sélection qui a entraîné la
disparition de plusieurs espèces. Ainsi une espèce disparaît dès lors que tous les individus
disparaissent. Les facteurs de disparition peuvent être climatiques ou anthropiques.
Une espèce disparaît si l’ensemble des
individus concernés disparaît, ou alors si ces
individus cessent d’être isolés génétiquement.
3. Les limites de la notion d’espèce
Livre: pages 60 et 61.
Le concept d'espèce s'est modifié au cours de
l'histoire de la biologie : d’abord associé à la
ressemblance, puis à l’interfécondité.
La définition de l’espèce donnée en introduction
n’est pas satisfaisante car il existe de nombreux
hybrides qui sont fertiles, alors que parents et hybrides
sont considérés comme des espèces différentes.
L’utilisation de la notion de population peut
permettre de se sortir de ces situations délicates :
Espèce = population d’individus suffisamment isolés
génétiquement des autres populations, à un moment
donné  concept évolutionniste de Charles Darwin
(XIXe siècle).