Arnaud van Holt Actualisation des connaissances L’évolution des espèces… …dans le programme de Terminale Arnaud van Holt – UP13 Sommaire Mécanismes de l’évolution La spéciation Un regard sur l’évolution humaine Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution Programme de Seconde La biodiversité, résultat et étape de l’évolution « La diversité des allèles est l’un des aspects de la biodiversité. La dérive génétique est une modification aléatoire de la diversité des allèles. Elle se produit de façon plus marquée lorsque l’effectif de la population est faible. La sélection naturelle et la dérive génétique peuvent conduire à l’apparition de nouvelles espèces.» Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution Programme de Première S Variabilité génétique et mutation de l’ADN « Les mutations sont la source aléatoire de la diversité des allèles, fondement de la biodiversité. » Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution Programme de Terminale, Thème 11-A-3 De la diversification des êtres vivants à l'évolution de la biodiversité biodiversité « Sous l'effet de la pression du milieu, de la concurrence entre êtres vivants et du hasard, la diversité des populations change au cours des générations. L'évolution est la transformation des populations qui résulte de ces différences de survie et du nombre de descendants » « On insistera sur l'existence d'une survie différentielle et sur la diversité de l'effectif des descendants des individus qui conduisent à une modification des populations. Sélection naturelle et dérive génétique sont replacées dans ce cadre global. » Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution Darwin et la sélection La Théorie Synthétique de l’évolution Evolution en réseaux Evolution non génétique Bilan Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution Darwin et la sélection naturelle « De l’origine des espèces », 1859 Exemples choisis : roses et pigeons domestiques Sélection artificielle Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution Darwin et la sélection naturelle Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution Darwin et la sélection naturelle Ressources finies : Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution Darwin et la sélection naturelle Ressources finies : nourriture, Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution Darwin et la sélection naturelle Ressources finies : nourriture, femelles… Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution Darwin et la sélection naturelle Ressources finies : nourriture, femelles… Compétition pour ces ressources : Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution Darwin et la sélection naturelle Ressources finies : nourriture, femelles… Compétition pour ces ressources : « Struggle for life » Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution Darwin et la sélection naturelle Ressources finies : nourriture, femelles… Compétition pour ces ressources : « Struggle for life » Variabilité dans la population étudiée Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution Darwin et la sélection naturelle Ressources finies : nourriture, femelles… Compétition pour ces ressources : « Struggle for life » Variabilité dans la population étudiée Tri des individus selon leur aptitude à exploiter la ressource Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution Darwin et la sélection naturelle Ressources finies : nourriture, femelles… Compétition pour ces ressources : « Struggle for life » Variabilité dans la population étudiée Tri des individus selon leur aptitude à exploiter la ressource Influence sur le nombre de descendants Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution Darwin et la sélection naturelle : Cas particulier de la coévolution Programme de Terminale,Thème Terminale,Thème 11-A-5 Les relations entre organisation et mode de vie, résultat de l'évolution : l'exemple de la vie fixée chez les plantes « La pollinisation de nombreuses plantes repose sur une collaboration animal pollinisateur/plante produit d'une coévolution ». Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution Darwin et la sélection naturelle : Cas particulier de la coévolution Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution Darwin et la sélection naturelle : Cas particulier de la coévolution 2 espèces en relation : fleur / pollinisateur, hôte / pathogène… Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution Darwin et la sélection naturelle : Cas particulier de la coévolution 2 espèces en relation : fleur / pollinisateur, hôte / pathogène… Sélection réciproque de certains caractères Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution Darwin et la sélection naturelle : Cas particulier de la coévolution 2 espèces en relation : fleur / pollinisateur, hôte / pathogène… Sélection réciproque de certains caractères Conséquences possibles : Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution Darwin et la sélection naturelle : Cas particulier de la coévolution 2 espèces en relation : fleur / pollinisateur, hôte / pathogène… Sélection réciproque de certains caractères Conséquences possibles : Coadaptation Renforcement de l’association (jusqu’à l’ultraspécificité) Réduction ou renforcement du caractère pathogène … Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution Darwin et la sélection naturelle : Cas particulier de la coévolution Exemple : L’orchidée comète et le sphinx 1862 : prédiction de Darwin 1903 : découverte du sphinx 1997 : confirmation Orchidée comète, Angraecum sesquipedale Sphinx Xanthopan morgani predicta Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution La théorie synthétique de l’évolution Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution La théorie synthétique de l’évolution Des années 1930 aux années 1970 Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution La théorie synthétique de l’évolution Des années 1930 aux années 1970 Travaux de terrain (phalène du bouleau….) Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution La théorie synthétique de l’évolution Des années 1930 aux années 1970 Travaux de terrain (phalène du bouleau….) Intégrant les données de la génétique Mutation = source de la variabilité Dérive : fluctuation de la fréquence des allèles à cause des brassages Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution La théorie synthétique de l’évolution Des années 1930 aux années 1970 Travaux de terrain (phalène du bouleau….) Intégrant les données de la génétique Mutation = source de la variabilité Dérive : fluctuation de la fréquence des allèles à cause des brassages Niveau d’application de la sélection ? Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution La théorie synthétique de l’évolution Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution La théorie synthétique de l’évolution Depuis les années 1980 Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution La théorie synthétique de l’évolution Depuis les années 1980 Neutralisme – Kimura Dérive Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution La théorie synthétique de l’évolution Depuis les années 1980 Neutralisme – Kimura Dérive Egoïsme – Dawkins Gène = unité de sélection Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution La théorie synthétique de l’évolution Depuis les années 1980 Neutralisme – Kimura Dérive Egoïsme – Dawkins Gène = unité de sélection Equilibres ponctués – Gould & Lewontin Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution La théorie synthétique de l’évolution Depuis les années 1980 Neutralisme – Kimura Dérive Egoïsme – Dawkins Gène = unité de sélection Equilibres ponctués – Gould & Lewontin ≠ gradualisme darwinien Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution La théorie synthétique de l’évolution Depuis les années 1980 Neutralisme – Kimura Dérive Egoïsme – Dawkins Gène = unité de sélection Equilibres ponctués – Gould & Lewontin ≠ gradualisme darwinien Evo-Devo – Gould ; Raff & Kaufman Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution La théorie synthétique de l’évolution Depuis les années 1980 Neutralisme – Kimura Dérive Egoïsme – Dawkins Gène = unité de sélection Equilibres ponctués – Gould & Lewontin ≠ gradualisme darwinien Evo-Devo – Gould ; Raff & Kaufman Transferts horizontaux Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution La théorie synthétique de l’évolution Depuis les années 1980 Neutralisme – Kimura Dérive Egoïsme – Dawkins Gène = unité de sélection Equilibres ponctués – Gould & Lewontin ≠ gradualisme darwinien Evo-Devo – Gould ; Raff & Kaufman Transferts horizontaux Niveaux de sélection : du gène au clade ! Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution Evolution en réseaux Programme de Terminale, Terminale Thème 11-A-2 Diversification génétique et diversification des êtres vivants : « Il s'agit ici de donner une idée de l'existence de la diversité des processus impliqués, sans chercher une étude exhaustive » « D'autres mécanismes de diversification des génomes existent : hybridations suivies de polyploïdisation, transfert par voie virale, etc…» Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution Evolution en réseaux Exemple de l’hybridation des tournesols sauvages : 2n = 34 Sympatriques « Anormal » = hybride « annuel » x « long pétiole » Exigences écologiques différentes Hybridation reproductible en laboratoire Tournesol annuel Tournesol à long pétiole Tournesol anormal Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution Evolution en réseaux Exemple de l’hybridation-polyploïdisation du blé: Polyploïdie : Pomme de terre, fraisier, tabac, banane, coton, avoine, colza… Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution Evolution non génétique Programme de Terminale, Terminale, Thème 11-A-2 Diversification génétique et diversification des êtres vivants : « Chez les vertébrés, le développement de comportements nouveaux, transmis d'une génération à l'autre par voie non génétique, est aussi source de diversité : chants d'oiseaux, utilisation d'outils, etc. Capacités, attitudes : Étudier un exemple de diversification du vivant sans modification du génome. » Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution Evolution non génétique Dawkins, in « Le Gène égoïste » Chant des oiseaux, ex. chez le créadion : Transmission Présence Le par imitation de mutations ! mème : Réplicateur Unité de transmission culturelle = unité d’imitation Evolution par sélection naturelle Créadion rounoir, Nouvelle Zélande, photo Duncan Wright, Wikipedia Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution Evolution non génétique Culture des Macaques japonais de Koshima Lavage de patates transmis par imitation depuis 1953 Uniquement sur l’île de Koshima 1 individu 80% de la population en 5 ans Diversification : roulage, assaisonnement Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution Evolution non génétique Culture des Chimpanzés Culture Taï : percuteur / bâton à fourmis Culture Gombe : bâton à fourmis / pas de percuteur Culture Mahale : pas de percuteur ni de bâton … Pas d’argument écologique expliquant ces différences Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution Bilan 4 grandes forces évolutives : Sélection : fait le tri des variants Mutation : injecte de la variabilité Dérive : ajoute une part de hasard et diminue la diversité des petites populations Migration : introduit de la diversité Arnaud van Holt – UP13 Mécanismes de l’évolution Bilan 4 grandes forces évolutives : Sélection – en Troisième : descriptif – en Seconde : explicatif / biodiversité – en Terminale : intégration dans un modèle global Mutation – en Première S Dérive – en Seconde : première appréhension qualitative – en Terminale : intégration dans un modèle global ; Brassages à la méiose, fécondation Migration Arnaud van Holt – UP13 Sommaire Mécanismes de l’évolution La spéciation Un regard sur l’évolution humaine Arnaud van Holt – UP13 La spéciation Programme de Terminale, Thème 11-A-3 De la diversification des êtres vivants à l'évolution de la biodiversité « La diversité du vivant est en partie décrite comme une diversité d'espèces. La définition de l'espèce est délicate et peut reposer sur des critères variés qui permettent d'apprécier le caractère plus ou moins distinct de deux populations (critères phénotypiques, interfécondité, etc.). Le concept d'espèce s'est modifié au cours de l'histoire de la biologie. Une espèce peut être considérée 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. » Arnaud van Holt – UP13 La spéciation Notion d’espèce A l’origine de la spéciation : un isolement reproductif Types de spéciation Limites de la définition de l’espèce L’espèce inscrite dans le temps Arnaud van Holt – UP13 La spéciation Notion d’espèce Concept typologique (Cuvier, Linné …): Définition morphologique : Groupes d’individus partageant des ressemblances phénotypiques aboutit à la nomenclature binominale : Genus species Problème : cas des espèces jumelles Pouillot fitis, pouillot véloce Arnaud van Holt – UP13 La spéciation Notion d’espèce Concept biologique (Mayr): Groupe d’individus réellement ou potentiellement capables d’engendrer une descendance fertile Notions de pool génique et de flux de gènes A un instant t / Actuellement Arnaud van Holt – UP13 La spéciation A l’origine de la spéciation : un isolement reproductif géographique : pinsons de Darwin… écologique : habitats des campagnols… éthologique : reconnaissance du chant (pouillots)… chromosomique : souris de Madère… … Arnaud van Holt – UP13 La spéciation Types de spéciation allopatrique sympatrique stasipatrique Arnaud van Holt – UP13 La spéciation Types de spéciation allopatrique barrière géographique Fractionnement de l’aire de répartition Ex : perdrix rouges européennes De gauche à droite : Colonisation d’une île Ex : pinsons, iguanes, tortues des Galápagos drosophiles, drépanidinés d’Hawaii sympatrique stasipatrique Alectoris rufa, graeca, chukar, barbara Arnaud van Holt – UP13 La spéciation Types de spéciation allopatrique barrière géographique sympatrique hybridations chez les végétaux stasipatrique x = Arnaud van Holt – UP13 La spéciation Types de spéciation allopatrique barrière géographique sympatrique hybridations stasipatrique remaniements chromosomiques Ex. Souris de Madère, du Pô… 2n =40 2n =22 D’après Allano & Clamens La spéciation « Ligre », hybride Lion x Tigresse Limites de la définition de l’espèce: Image Wikipedia Existence d’hybrides (intensité du flux de gènes ?) Mesure du flux de gènes ? Espèce et phylogénie ? Organismes à reproduction asexuée ? Fossiles ? Arnaud van Holt – UP13 La spéciation L’espèce inscrite dans le temps : D’après Lecointre Arnaud van Holt – UP13 Sommaire Mécanismes de l’évolution La spéciation Un regard sur l’évolution humaine Arnaud van Holt – UP13 Un regard sur l’évolution humaine Programme de Terminale, Thème 11-A-4 Objectif. Appliquer au cas Homo sapiens les acquis en matière d'évolution « D'un point de vue génétique, l'Homme et le chimpanzé, très proches, se distinguent surtout par la position et la chronologie d'expression de certains gènes. Le phénotype humain, comme celui des grands singes proches, s'acquiert au cours du développement pré et postnatal, sous l'effet de l'interaction entre l'expression de l'information génétique et l'environnement (dont la relation aux autres individus)…» Arnaud van Holt – UP13 Evolution humaine Comparaison de la chronologie du développement D’après Lecointre Séquences géniques : Séquences HAR, gène ASPM… impliqués dans le développement de l’encéphale. Arnaud van Holt – UP13 Evolution humaine Un regard sur l’évolution humaine Programme de Terminale, Thème 11-A-4 « …Les premiers primates fossiles datent de - 65 à -50 millions d'années. Ils sont variés et ne sont identiques ni à l'Homme actuel, ni aux autres singes actuels. La diversité des grands primates connue par les fossiles, qui a été grande, est aujourd'hui réduite. Homme et chimpanzé partagent un ancêtre commun récent. Aucun fossile ne peut être à coup sûr considéré comme un ancêtre de l'homme ou du chimpanzé. » Arnaud van Holt – UP13 Evolution humaine Un regard sur l’évolution humaine Débats scientifiques sur la position de certains fossiles: Toumaï Orrorin Ardipithecus… D’après Lecointre Arnaud van Holt – UP13 Evolution humaine Lignée humaine Programme de Terminale, Thème 1-A-4 « …Le genre Homo regroupe l'Homme actuel et quelques fossiles qui se caractérisent notamment par une face réduite, un dimorphisme sexuel peu marqué sur le squelette, un style de bipédie avec trou occipital avancé et aptitude à la course à pied, une mandibule parabolique, etc. Production d'outils complexes et variété des pratiques culturelles sont associées au genre Homo, mais de façon non exclusive. La construction précise de l'arbre phylogénétique du genre Homo est controversée dans le détail. » Arnaud van Holt – UP13 Evolution humaine Lignée humaine Mode de locomotion originel = bipédie partielle ? D’après Lecointre Arnaud van Holt – UP13 Bibliographie - Ouvrages Allano L., Clamens A. « Faits et mécanismes de l’évolution biologique », ellipses 2010 Collectif, « L’Évolution », dossier Pour la Science n°14, 1997 Lecointre G. « Comprendre et enseigner la classification du vivant », Guide Belin de l’enseignement, Belin 2004 Lecointre G. « Guide critique de l’évolution », Belin 2009 Bibliographie – Sites web Doit-on abandonner le concept d’espèce ? Par Hervé Le Guyader http://www.inra.fr/dpenv/leguyc46.htm Hominidés: www.hominides.com Origine du blé : http://www.genoscope.cns.fr/spip/-Triticum-ssp-.html Plume! Réseau national de vulgarisation scientifique : www.plume.info/evo101/ Traditions chez les Primates : http://sfeca.fr/LeconsEtho/macaques/macaques/media/Traditions.pdf