E2 : Les mécanismes de l`évolution

Alix Helme-Guizon, Lycée Le Fresne Angers (Cours)
E2 : Les mécanismes de l’évolution
1. Les mutations apparaissent aléatoirement dans la population et sont ensuite
triées par le milieu
1.1. Pour savoir si les mutations sont aléatoires ou induites par le milieu, Luria & Delbrück étudient la
fréquence des mutants dans de petites cultures de bactéries
1.2. L’hypothèse de mutations induites est modélisable par une loi de Poisson, et a donc une variance faible
et identique à son espérance
1.3. Grâce à la modélisation mathématique, on peut estimer le taux de mutation d’un gène
2. La sélection est un processus de reproduction différentielle, qui trie ou
entretient la diversité génétique selon la valeur sélective (fitness) des allèles
2.1. La sélection peut être directionnelle et entrainer l’adaptation des populations (cas de la Phalène et du
mélanisme industriel)
21.1. La structure de la population de papillon est modifiée par l’environnement (son degré de pollution)
21.2. La sélection par prédation défavorise les formes de papillon qui contrastent avec l’écorce des arbres
21.3. La sélection naturelle est le tri entre les variants d’un même caractère, réalisé par le milieu, si ce caractère
héritable affecte le succès reproducteur
2.4. La diversité de la population est maintenue par les migrations
2.2. La valeur sélective d’un trait génétique dépend de l’environnement
22.1. La valeur sélective d’un trait (fitness) est sa contribution au succès reproducteur potentiel par la viabilité
et la fertilité de l’organisme porteur
22.2. A partir des valeurs sélectives, on calcule le coefficient de sélection de chaque trait (phénotype ou allèle)
22.3. La valeur sélective d’un caractère dépend de sa fréquence dans l’environnement
2.3. La sélection peut être balancée (cas de la proportion de mâles et de femelles)
23.1. Le sex ratio est ajusté par la sélection naturelle de telle sorte que la dépense énergétique des parents
concernant la descendance des deux sexes soit égale…
3. La dérive génétique exerce un tri aléatoire d’autant plus important que la
population est petite, et est seule à agir sur les traits neutres
3.1. Dans une petite population, il y a fixation aléatoire d’un des deux allèles : c’est la dérive génétique
31.1. La dérive génétique exerce un tri aléatoire des allèles : expérience de Buri (1956) sur les drosophiles
31.2. L’effet fondateur est un cas de dérive à cause d’un goulot démographique (effet bottleneck)
3.2. La dérive génétique est la seule à agir sur les traits neutres, mais est à l’origine du polymorphisme des
traits sélectionnés
32.1. Les traits neutres subissent seulement l’action de la dérive génétique
32.2. Les gènes codant les traits neutres soumis à la dérive peuvent être utilisés comme horloge moléculaire
32.3. La dérive génétique « produit » du polymorphisme dans toutes les séquences, même celles des traits
sélectionnés
3.3. La taille de la population détermine la vitesse de la dérive génétique
33.1. Plus la population est petite, et plus la fixation ou l’élimination d’un allèle est rapide
33.2. L’effectif efficace est la taille de la population idéale pour laquelle la dérive s’effectue à un taux
constant qui est celui de la population réelle
3.4. La dérive phylogénétique a réduit la diversité des dinosaures lors de la crise KT (crétacé-tertiaire)
4. Les isolements génétiques lors de la reproduction sexuée font apparaitre les
espèces, c’est la spéciation
4.1. L’isolement reproducteur est à l’origine de la formation des espèces (au sens biologique)
41.1. Le flux génétique fait l’unité des métapopulations considérées comme étant une espèce
41.2. L’isolement reproducteur est généralement prézygotique
41.3. La spéciation des animaux se fait généralement par isolement géographique (allopatrique)
41.4. La spéciation des Végétaux se fait généralement sans changement de milieu (sympatrique)
4.2. L’isolement reproducteur des espèces est limité par les hybridations et les transferts horizontaux de
Alix Helme-Guizon, Lycée Le Fresne Angers (Cours)
gènes, ce qui remet en cause la notion d’espèce biologique
42.1. Les hybridations limitent l’isolement reproducteur chez les Eucaryotes
42.2. Les transferts horizontaux de gènes sont très fréquents chez les bactéries
42.3. L’évolution est réticulée à cause des hybridations et des transferts horizontaux
4.3. Il existe d’autres définitions de l’espèce
5.1. L’espèce phénotypique est définie par ses caractères morpho-anatomiques
5.2. L’espèce écologique est définie par la niche écologique qu’elle occupe exclusivement
5.3. L’espèce phylogénétique est définie par des caractères innovants exclusifs (synapomorphies)
5.4. L’espèce est définie aujourd’hui en intégrant ces multiples définitions
5.5. Mais les espèces ne sont pas pérennes, et toujours en perpétuelle évolution
CONCLUSION
Les mutations créent la diversité sur laquelle la sélection peut agir, soit en la réduisant et donc en
maintenant l'espèce (pour un temps), soit en modifiant l'espèce et cela peut produire une nouvelle
espèce. Les espèces se transforment et on ne peut pas dire qu'il existe des « fossiles vivants », ni
que l'évolution agit pour la « survie de l'espèce », ni pour la « propagation du gène égoïste ».
L’évolution ne peut pas non plus être présentée en termes de « progrès », car elle peut être «
simplificatrice », et elle n’a ni direction, ni but.
La diversité du vivant varie au cours du temps et est le résultat d’une histoire passée : c’est l’évolution.
Les mécanismes de l’évolution peuvent être approchés par l’évolution expérimentale.
La diversité est créée par les mutations (voir BCPST1), il y a ensuite des mécanismes de maintien ou de réduction
de la diversité produite, soit par des tris sélectifs, soit par des processus aléatoires.
La sélection est un processus de reproduction différentielle, où la valeur sélective (« fitness ») se mesure au
nombre de descendants produits. Elle exerce un tri orienté de la diversité génétique (qui induit une adaptation),
mais peut aussi entretenir un polymorphisme.
La dérive exerce un tri aléatoire dépendant de la taille des populations ; elle est seule à agir sur les traits neutres.
Chez les Eucaryotes, les isolements génétiques liés à la reproduction sexuée permettent de définir des espèces
biologiques. Néanmoins, les transferts horizontaux et les hybridations sont des limites à ces isolements. Les
espèces ne sont pas pérennes. D’autres définitions de l’espèce sont utilisées (phénotypique, écologique,
phylogénétique).
Ouverture : contestation par les créationnistes ; comment retracer cette évolution ?
LIENS AVEC D'AUTRES COURS ET TP :
•
mutations, génomes, génétique des populations
CAPACITES EXIGEES AU CONCOURS : (COURS+TP)
- montrer le caractère aléatoire des mutations
- définir les notions de sélection et d’adaptation (mélanisme de la Phalène du bouleau) et de dérive
- montrer que la valeur sélective d’un trait génétique dépend de l’environnement ;
- différencier les notions de sélection directionnelle (cas de la Phalène du Bouleau) et de sélection balancée (cas des
proportions de mâles et de femelles) ;
- expliquer l’action de la dérive sur les traits neutres et sélectionnés ;
- savoir définir l’effectif efficace ; Aucun calcul n’est requis.
- présenter deux exemples de dérive, à deux échelles d’étude :
- dérive génétique au sein d’une population : cas de l’effet fondateur sur les fréquences alléliques ;
- perte de diversité des Dinosaures lors de la crise KT remplacés par des Mammifères dans des niches écologiques
comparables ; dérive phylogénétique.
- manipuler deux exemples de spéciation (un exemple sympatrique, Cf. les Spartina européennes et un exemple allopatrique)
- discuter, pour les Eucaryotes, la notion d’hybridation dans le contexte de l’espèce biologique ;
- discuter la notion d’espèce chez les procaryotes en lien avec les transferts génétiques horizontaux ;
- présenter la notion d’évolution réticulée (à l’aide des deux points précédents : hybridation et transferts horizontaux) ;
- présenter les différents critères susceptibles de fonder d’autres définitions de l’espèce (phénotypique, écologique,
phylogénétique) ;
Alix Helme-Guizon, Lycée Le Fresne Angers (Cours)
Exemples de sujets :

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
Qu'est qu'une espèce ?
La spéciation
Causes et conséquences de la diversité génétique dans une population
Les effets de la sélection sur les populations