Fiche 2 : thèmes 1-A-2 et 1-A-3

Fiche de révision thème 1-A-2/3 : le brassage génétique et la diversité génétique
Les espèces se sont diversifiées au cours de l’évolution : les mutations géniques, la
sélection naturelle et les modifications de l’environnement, en sélectionnant
certains génotypes, peuvent conduire à des innovations phénotypiques héréditaires.
1. De la diversification génétique à la diversification des êtres vivants
 Par modification de génome
L’établissement des hybridations entre individus d’espèces différentes chez les
plantes suivie d’une polyploïdisation rend possible la création d’une nouvelle
espèce fertile.
Le transfert de gène intraspécifique est assuré par les transposons, des fragments
d’ADN qui peuvent se déplacer d’un endroit à un autre sur un même brin d’ADN ou
sur un autre : ils sont responsables en partie de l’augmentation de la taille des
génomes.
Les transferts de gènes interspécifiques sont rendus possibles par les virus et les
plasmides qui permettent des transferts horizontaux de gènes.
La différenciation des parties du corps est programmée par des groupes de gènes
que l’on retrouve aussi bien chez les vertébrés que chez les invertébrés : ces gènes
homéotiques ont une parenté étroite et forment une famille multigénique.
Par exemple, les gènes Hox sont des gènes qui codent des facteurs de transcription
jouant un rôle primordial dans le devenir des différents territoires d’un embryon :
des mutations de ces gènes Hox peuvent induire l’apparition d’un nouveau plan
d’organisation.
 Sans modification de génome
L’établissement de symbioses a permis d’effectuer des sauts évolutifs. Par exemple,
l’association entre les végétaux photosynthétiques et les champignons, comme
formée actuellement par les lichens, a permis aux végétaux chlorophylliens de
coloniser le milieu continental à partir du milieu océanique.
D’autres exemples de diversification proviennent de développement de
comportements nouveaux qui peuvent être transmis de génération en génération.
Dans la nature, des modifications de l’environnement ou des isolements de
populations conduisent à des modifications de comportements qui éloignent les
populations d’origine et ne leur permettent plus de se reconnaître pour se
reproduire ensemble.
2. De la diversification des êtres vivants à l’évolution de la biodiversité
L’évolution des êtres vivants résulte d’une modification du génome grâce à des
innovations génétiques apparues au cours des temps géologiques. La preuve la plus
directe de l’évolution est fournie par les archives paléontologiques : les fossiles sont
les restes préservés d’anciens organismes vivants qui nous renseignent sur les êtres
vivants qui vivaient à l’époque de leur fossilisation.
La sélection naturelle va diminuer la diversité génétique d’une population en
éliminant certains individus défavorisés génétiquement dans le milieu où ils se
produisent mais elle peut aussi l’augmenter en maintenant à une fréquence stable
de nouveaux variants génétiques sans pour autant éliminer les anciennes versions
(Comme pour l’allèle du gène de la chaîne bêta de l’hémoglobine responsable de la
drépanocytose). La sélection naturelle est un processus non aléatoire : les mutants
défavorisés auront tendance soit à mourir plus jeunes que les autres soit à trouver
plus difficilement un compagnon de reproduction et laisseront donc dans les deux
cas moins de descendants alors que les mutants avantagés seront plus compétitifs
et auront donc en moyenne plus de descendants. (La pression du milieu est donc
sélective)
Lorsqu’une petite population est isolée du reste de la population-mère, certains
allèles tendent à disparaître du fait de leur faible représentativité dans la population
de départ : la dérive génétique est donc une tendance de l’évolution à diminuer la
diversité génétique au sein d’une population en influant sur la fréquence des allèles
(certains allèles vont être sur-représentés et d’autres sous-représentés par rapport à
la population d’origine).
Une espèce est un ensemble de populations dont les individus sont interféconds
de génération en génération et isolés génétiquement des autres populations : on
considère donc que deux populations forment deux espèces distinctes lorsqu’il n’y a
pas d’échange génétique possible entre elles.
Lorsque deux espèces différentes apparaissent à partir d’une seule, on parle de
spéciation : pour qu’il y ait spéciation, il faut qu’il y ait séparation et isolement de
deux populations distinctes.
 La spéciation allopatrique est un phénomène concernant deux ou plusieurs
populations isolées géographiquement par une barrière géographique :
chaque population va évoluer indépendamment, d’autant plus rapidement
qu’elle sera petite (dérive génétique).
 La spéciation sympatrique résulte d’un isolement reproducteur au sein
d’une population qui n’est pas lié à un isolement géographique : il suffit
pour cela que quelques individus changent de période de reproduction ou
de signaux pour la parade nuptiale pour que les autres représentants de
l’espèce cessent de s’accoupler avec eux.
Comme les spéciations sont des phénomènes relativement courts à l’échelle des
temps géologiques, qui se produisent dans de petites populations isolées, on
observe souvent une certaine discontinuité dans l’évolution : une espèce peut rester
stable assez longtemps avant d’être remplacée assez rapidement par une autre.
A la fin de ce chapitre, vous devez :
Oui
Connaître les différents mécanismes de diversification des génomes
Savoir définir et expliquer la sélection naturelle et la dérive génétique
Savoir définir une espèce
Etre capable d’expliquer les mécanismes de spéciation à partir d’un
exemple concret
Non
Hybridation - polyploïdisation
Dérive génétique et sélection naturelle
La spéciation
EXO1 : QUESTIONS A CHOIX MULTIPLE
Q1 : Bien que le concept d’espèce soit difficile à définir, on peut
considérer qu’il s’agit plutôt :
a. d’une population d’individus interféconds ;
b. d’une population isolée géographiquement ;
c. d’une population isolée génétiquement ;
d. d’une population d’individus se ressemblant.
Q2 : Le génome de la souris a subi deux fois plus de mutations que
celui de l’Homme car :
a. les souris ont moins de chromosomes ;
b. les souris ont des chromosomes plus petits ;
c. les souris sont plus petites que les hommes ;
d. les souris ont un temps de génération plus court.
Q3 : Les processus qui contribuent à la diversité génomique des
populations sont :
a. la transcription ;
b. la traduction ;
c. la transgénèse ;
d. les mutations.
Q4 : La diversité biologique au cours du temps :
a. a augmenté graduellement sans jamais baisser ;
b. a été constante ;
c. a diminué graduellement ;
d. a augmenté graduellement en subissant des chutes périodiques.
Q5 : Une association entre deux organismes :
a. est impossible chez les animaux ;
b. implique toujours une bactérie ;
c. est possible entre un animal et un végétal ;
d. de type symbiose ne profite qu’à l’un des deux.
EXO2 : RESTITUTION DE CONNAISSANCES
L’association entre mutations et brassages génétiques au cours de la
méiose et de la fécondation ne suffit pas à expliquer la grande
diversité des organismes présents sur Terre.
Q : A l’aide de quelques exemples judicieusement choisis, présentez
des mécanismes d’origine non génétique et d’origine génétique
(différents des mutations et du brassage lié à la reproduction sexuée)
pouvant être à l’origine d’une diversification des êtres vivants.
EXO3 : DES DIFFERENCES DE RITUELS DE COUR
Les chrysopes sont de petits insectes qui, pour attirer leur partenaire,
recourent à des signaux acoustiques qu’ils produisent par des
vibrations de leur abdomen. On a enregistré différents sons qui ont
conduit les scientifiques à distinguer trois espèces de Chrysoperla.
Q : A partir de l’analyse du document ci-dessous, expliquez comment
les scientifiques ont réussi à distinguer trois espèces.
EXO4 : LA RAINETTE HYLA VERSICOLOR
La rainette Hyla versicolor est connue depuis fort longtemps dans l’est
de l’Amérique du Nord. Pendant la période de reproduction, la
fécondation externe est favorisée par la formation des couples, la
femelle rejoignant le mâle qui chante.
En 1950, en étudiant le chant d’appel des mâles, on s’est aperçu que
l’on pouvait distinguer parmi ces rainettes morphologiquement
semblables deux catégories à répartition géographique différente.
Des croisements en laboratoire à partir de populations de chaque
catégorie ont fourni des descendants généralement stériles.
Pour comprendre cela, les chercheurs ont réalisé le caryotype des deux
catégories A et B de rainettes.
Q : En vous appuyant sur une étude méthodique de ces différentes
données, montrez comment cet exemple illustre un des mécanismes
de la spéciation (on interprétera la stérilité des descendants obtenus
à l’aide de schémas figurant les chromosomes I et IX des documents 1
et 2).
EXO5 : LES PINSONS DE DARWIN AUX GALAPAGOS
On observe sur les îles Galapagos, au large de l’Equateur, 13 espèces de
pinsons dérivant toutes d’un ancêtre commun qui aurait colonisé
l’archipel il y a quelques millions d’années : il s’agit d’un exemple
typique d’adaptation radiative.
Pour comprendre ce processus de spéciation, des chercheurs ont
étudié deux populations de pinsons actuelles soumises à la sélection
naturelle.
En 1976, des scientifiques ont mesuré la taille des becs des pinsons
d’une des îles, la Grande Daphné, sur laquelle le climat est soumis à des
variations hygrométriques reliées au déplacement d’un courant marin
du Pacifique :
- l’espèce Geospiza fortis possède un gros bec et se nourrit de grosses
graines (produites lors de sécheresse) ;
- l’espèce Geospiza scandens possède un petit bec et se nourrit de
petites graines (produites lorsque les pluies sont abondantes).
Q : Après avoir analysé ces documents et défini la notion d’espèce,
expliquez comment se produit le phénomène de spéciation.