Les mécanismes de l`évolution
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1 Biologie 30 Unité 5 : L’évolution Biologie 30 Unité 5 L’évolution Temps suggéré : 15 heures Objectifs : 1. Expliquer comment la théorie de l’évolution unifie la biologie 2. Mettre en évidence les preuves de l’évolution 3. Discuter du mécanisme de l’évolution 1. Historique de la théorie de l'évolution Visionner les films TFO suivants : (série évolution organique) -Au commencement (10min) -Darwin, naturellement (10min) Il y a longtemps que l'homme s'intéresse à l'évolution des espèces. Les archéologues et paléonthologues recherchent les vestiges de d'autres époques afin d'expliquer comment l'homme et les autres formes de vie ont évolué au cours des âges. Les scientifiques se sont intéressés aux preuves qui ont permis de conclure que l'évolution avait bel et bien eu lieu. Le concept d'évolution a donc lui aussi évolué au fur et à mesure qu'on découvrait de nouveaux indices. L'étude de l'évolution a réellement débuté au début du XIXe siècle avec la présentation des travaux du biologiste français Jean-Baptiste de Monet, chevalier de Lamarck en 1809. Avant, la majeure partie du monde occidental respectait fidèlement les étapes de l'apparition de la vie décrite dans la Génèse. Ainsi, à cette époque, on croyait que les espèces avaient été créées en six jours, selon la Bible. Entre autres, la conception de l'évolution était pratiquement invraisemblable, puisqu'on croyait que les espèces avaient été créées sous leur forme actuelle. Cependant, cette perception commença à changer peu après 1750, lorsque les preuves montrant la possibilité d'un mécanisme d'évolution s'accumulaient. * Le Lamarckisme 2 Biologie 30 Unité 5 : L’évolution Lamarck (1744-1829) fut le premier à proposer un mécanisme sérieux de l'évolution. Bien que cette théorie est aujourd'hui rejetée, il est nécessaire d'étudier les bases de l'explication des hypothèses de Lamarck, puisqu'elles nous renseignent sur les concepts suggérés par les premiers évolutionnistes. Lamarck était un botaniste français qui s'intéressa à plusieurs domaines de la science. Bien qu'il publia quelques travaux pertinents sur ses observations des invertébrés et sur d'autres domaines de la zoologie, Lamarck est, malheureusement pour lui, devenu célèbre pour ses explications incorrectes de l'évolution. Selon Lamarck, les espèces pouvaient acquérir et transmettre des caractères. Parmi les exemples qu'il proposa pour expliquer cette hypothèse, il y a le célèbre cou de la girafe. Lamarck suggéra que les girafes n'ont pas toujours eu un long cou. Il prétendait qu'après avoir mangé toute l'herbe au sol, les girafes ont dû s'étirer le cou pour pouvoir atteindre la nourriture dans les arbres. L'hypothèse de Lamarck sousentendait que les girafes avaient transmis ce trait aux descendants de l'espèce. Suite à notre étude de la génétique, cette idée peut nous sembler un peu farfelue. Cependant, il faut se replacer dans le contexte scientifique de l'époque de Lamarck. On croyait à cette époque qu'il était nécessaire que chaque partie de l'organisme contribue à la formation des cellules sexuelles. En effet, on croyait que chaque partie du corps contribuait à former des particules qui se regroupaient dans les organes reproducteurs. Certains scientifiques tentèrent de prouver les hypothèses de Lamarck, mais sans succès. Par exemple, il était impossible d'expliquer pourquoi les femmes de l'époque qui tentaient d'obtenir une taille fine et qui réussissaient, n'étaient pas en mesure de transmettre ces caractéristiques à leurs filles. De plus, lorsque les travaux de Mendel furent reconnus, la théorie de Lamarck fut rejetée. L'ironie du sort voulu que Larmack publie son hypothèse l'année de la naissance de Charles Darwin, naturaliste anglais, qui sans complètement rejeter les idées de Lamarck, proposa un mécanisme différent de l'évolution. Si tu veux en savoir plus sur Lamarck va visiter ce site : http://www.hominides.com/html/theories/theories-evolutionnisme-lamarck.html * James Hutton et Sir Charles Lyell Vers 1830, un scientifique anglais du nom de Charles Lyell (1797-1875) publia un livre intitulé «Principes de géologie». Dans ce livre, Lyell suggéra que la terre était elle aussi en continuelle évolution. Il démontra l'évolution géologique et proposa que la terre était beaucoup plus âgée que de quelques milliers d'années, par opposition aux croyances de l'époque. Il avança qu'elle était assez vieille pour permettre l'évolution organique, processus selon lequel chaque espèce animale et végétale est un descendant d'espèce qui aurait subi des modifications. L'approche de Lyell Biologie 30 Unité 5 : L’évolution 3 reposait sur l'uniformitarianisme, c'est-à-dire que les processus naturels qui provoquent les changements d'aujourd'hui se sont produits graduellement au cours des âges. Il faut mentionner que les hypothèses de Lyell reprenaient en partie les suggestions de James Hutton (1726-1797), géologue écossais. Hutton s'intéressa aux couches terrestres. Il montra que la présence des couches terrestres résultait d'un processus d'évolution continu et cumulatif. C'est le principe du gradualisme. Bien que les idées d’ Hutton et Lyell aient subi quelques ajustements, les géologues d'aujourd'hui en retiennent encore les grands principes qu'ils acceptent. Bien que la théorie de l'évolution vint quelque peu contredire certains principes mis de l'avant par Lyell, celui-ci appuya les hypothèses de Darwin. D'ailleurs l'influence de Lyell sur Darwin est certaine. * George Buffon et Erasmus Darwin La taxonomie est un domaine d'étude portant sur la classification des organismes vivants. Ces classifications permettent souvent de spéculer sur les liens qui existent entre certains groupes d'organismes. D'ailleurs, le grand-père de Charles Darwin, Erasmus Darwin (1731-1802) s'intéressa aux principes voulant que les espèces d'hier soient à la base des espèces d'aujourd'hui. Ces idées furent aussi suggérées par l'écrivain Georges Buffon (1707-1788). * Thomas Malthus On parle de plus en plus de nos jours des problèmes de surpopulation. Avec l'avancement des sciences médicales, agricoles et autres, on prévoit qu'il y aura éventuellement trop de monde pour se partager les ressources de notre planète. En 1798, Thomas Malthus (1766-1834), pasteur et économiste, suggéra que les tragédies humaines permettaient de contrôler la population humaine. Ainsi, les famines, les feux, les épidémies, maladies et autres réduisent le nombre d'individus appartenant à la population humaine, ce qui permet justement de limiter celle-ci. Ces hypothèses se révélèrent vraies au fur et à mesure que les exploits de la médecine, des sciences agricoles et de la technologie devenaient plus importants au XIXe siècle. Ces principes sont aussi vrais pour les autres organismes tels que les insectes et les plantes. Les populations naturelles atteignent un équilibre suite à une baisse du taux de natalité ou d'une augmentation du nombre de mortalités. * Alfred Russel Wallace et Charles Darwin La contribution de Wallace (1823-1913) et de Darwin (1809-1882) à la théorie de l'évolution a été de proposer la sélection naturelle comme mécanisme de l'évolution. Ces deux scientifiques présentèrent leurs hypothèses devant une société de Londres en 1858. Ce qui est particulier du cheminement des deux naturalistes, c'est que sans même s'être rencontrés, ils avaient vécu des expériences très similaires qui les mena à des conclusions identiques sur l'évolution. Wallace voyagea en Amazonie et en Indonésie où il étudia une variété d'espèces animales et végétales. Ses observations, ses connaissances des théories de Lyell et d’ Hutton sur l'évolution géologique et ses lectures des textes de Malthus l'amenèrent à conclure qu'il se produisait des changements dans le temps chez les espèces. Il Biologie 30 Unité 5 : L’évolution 4 proposa la sélection naturelle comme mécanisme de l'évolution. "La sélection naturelle est le mécanisme de changement selon lequel les individus les mieux adaptés à un milieu donné survivent et transmettent leurs caractères à leur descendance." Cette définition laisse supposer que les individus qui ne possèdent pas les ressources pour s'adapter dans un milieu quelconque ont peu de chances de survivre dans un tel milieu. Lorsque Wallace fut convaincu, il rédiga en trois jours un article sur le sujet. Il s'empressa de le faire parvenir à Charles Darwin, lui aussi un naturaliste anglais. L'incroyable coincidence voulu que Darwin travaillait depuis longtemps sur la sélection naturelle. De son propre aveu, Darwin n'était pas destiné à une grande vie. Il tenta de devenir médecin, comme son père, mais dû renoncer suite à son incapacité à supporter la maladie. Par chance et avec un peu d'aide de quelques amis, il réussit à devenir naturaliste à bord du H.M.S. Beagle, un navire britannique d'exploration. À 22 ans, Darwin était chargé de faire des observations sur les espèces animales et végétales de l'Amérique du Sud et des îles Galápagos. Avant de partir, Darwin avait déjà pris connaissance des travaux de Lyell et d’ Hutton. Il s'intéressait donc à l'évolution. Au cours des cinq années que dura le voyage, Darwin amassa une collection de fossiles, plantes et animaux, jusqu'alors inconnus. Ce qui l'impressionnait le plus, c'était l'incroyable variété des organismes. À son retour, il publia un livre racontant son aventure et fit état des nombreuses variétés d'organismes, mais surtout il commença à étudier ses collections et tenta d'interpréter ses observations. Un an après son retour, il rédigea sa théorie de l'évolution. Toutefois, il décida d'attendre avant de la publier, question d'y réfléchir davantage. Il fut estomaqué de recevoir, vingt ans plus tard, le manuscrit de Wallace, qui arrivait aux mêmes conclusions. Lorsqu'il prit connaissance du travail de Wallace, il décida de donner le crédit de la sélection naturelle à ce dernier. Toutefois, devant l'insistance de collègues comme Lyell et le botaniste John Dalton Hooker, à qui il avait fait lire le manuscrit, il décida de compléter son ouvrage initial. En 1859, il publia "De l'origine des espèces par voie de sélection naturelle". Auparavant, Hooker et Lyell avaient présenté les théories de Wallace et de Darwin à la Société linnéenne de Londres, sans que cette présentation ne provoque d'intérêt particulier. Wallace, bon joueur, insista pour que Darwin accepte le crédit du développement de la théorie de la sélection naturelle. Wallace reconnaissait que le travail de Darwin avait précédé le sien et qu'il était plus détaillé. Une bonne partie des informations qui menèrent Darwin à suggérer la sélection naturelle comme mécanisme de l'évolution provenait de voyages. Darwin s'intéressa aussi aux pigeons voyageurs, dont il en faisait l'élevage. Il remarqua que la sélection artificielle pouvait expliquer les changements de caractères chez ces oiseaux. "Par la sélection artificielle, les éleveurs et les cultivateurs déterminent quels membres de la population pourront se reproduire. Entre autres, il observa que deux individus n'étaient jamais identiques. Il existe 5 Biologie 30 Unité 5 : L’évolution toujours des caractères qui différencient deux individus (taille, couleur, etc). Pour Darwin, la présence de girafes à long cou s'expliquait par la survie des individus les mieux adaptés. Au début, il y avait probablement des girafes avec des cous de tailles différentes. Les girafes avec des cous courts pouvaient survivre parce qu'elles étaient en mesure de se nourrir avec l'herbe au sol. Toutefois, lorsqu'il ne resta plus que la nourriture dans les arbres, seules les girafes à long cou pouvaient survivre. Voici les quatre énoncés de la théorie de Darwin: Il y a des variations dans les populations; Certaines variations sont plus propices que d'autres à la survie et à la reproduction; Les organismes produisent plus de rejetons qu'il ne peut en survivre; Avec le temps, les populations comprennent une plus grande proportion de rejetons d'organismes les mieux adaptés. Pour en savoir plus sur Darwin, va consulter le site suivant : http://www.hominides.com/html/theories/theories-evolutionnisme.html 1.1 L'adaptation et la sélection naturelle L'élément de base de la théorie de Darwin sur l'évolution est la sélection naturelle. Aujourd'hui, nous savons qu'il existe d'autres facteurs qui contribuent à l'évolution. Cependant, la sélection naturelle demeure le facteur le plus important de l'évolution. 6 Biologie 30 Unité 5 : L’évolution La sélection naturelle est un mécanisme de changement voulant que les individus d'une espèce qui sont le mieux adaptés à un milieu possèdent les meilleures chances de survie. Par opposition, les autres individus qui auront plus de difficultés à se protéger de leurs prédateurs et à obtenir les ressources qui leur permettront de survivre ont plus de chances de disparaître. L'exemple par excellence de la sélection naturelle est celui de la phalène du bouleau. Au milieu du XIXe siècle en Angleterre, il existait deux types de ce papillon de nuit: une forme pâle et une forme sombre. Les chasseurs de papillons de l'époque (loisir populaire du XIXe siècle) recherchaient surtout la forme sombre qui était plus rare que la forme pâle. Durant le jour, la phalène pâle a la propriété de se camoufler sur les troncs de bouleaux, ce qui assure sa survie. Vers la fin de ce siècle, on a remarqué que, comparativement à la forme sombre, la forme pâle devenait de plus en plus rare dans les régions industrielles, alors qu'elle était encore en plus grand nombre dans les régions rurales. Des expériences réalisées dans les années 30 et 50 ont permis d'expliquer le phénomène d'évolution de la phalène du bouleau. La sélection naturelle explique la disparition graduelle de la forme pâle et l'augmentation du nombre de papillons sombres dans les régions industrielles. En effet, avec l'avènement de l'ère industrielle à la fin du XIXe siècle et début XXe siècle, l'Angleterre a vécu un grave problème de pollution atmosphérique. Cette pollution modifiait la couleur des bouleaux de gris pâle à gris foncé. Ainsi, il devenait de plus en plus difficile pour la forme pâle du papillon de survivre puisque son camouflage n'était plus efficace. Parce que les arbres devenaient plus foncés, la forme sombre possédait maintenant un camouflage. C'est ce qui explique la chute de la forme pâle dans les régions industrielles. La sélection naturelle a fait en sorte que les individus les plus adaptés ont survécu dans les régions industrielles. Dans les régions rurales, où le bouleau n'avait pas changé de couleur, les phalènes pâles étaient encore en plus grand nombre. Au début Après quelques générations Il existe trois types d'adaptation: comportementale, anatomique et physiologique. Un exemple d'adaptation comportementale est le comportement adopté par certaines espèces pour reconnaître et attirer les partenaires sexuels. Un exemple d'adaptation comportementale est le coucou qui réussit à pondre des oeufs semblables à ceux d'un autre oiseau. Ainsi le coucou fait élever ses petits par l'autre oiseau auquel il a détruit ses oeufs . C'est un oiseau parasite. Pour en savoir plus va au site suivant: http://olivier.geoffroy.club.fr/webiologie/lutte2.html Biologie 30 Unité 5 : L’évolution 7 La situation de la phalène du bouleau met en relief l'importance du camouflage, qui est une adaptation anatomique protégeant un organisme en lui permettant de se dissimuler dans son environnement. Le mimétisme est une autre adaptation anatomique qui permet à un organisme de copier l'apparence d'un autre organisme afin d'assurer sa protection. Par exemple, il existe une forme de papillon inoffensive pour les oiseaux, le vice-roi, qui ressemble au monarque, un papillon toxique pour les oiseaux qui le mangent. En mimant l'apparence du monarque, le vice-roi garde les oiseaux, qui ont appris à se méfier du monarque, loin de lui. Une adaptation physiologique est un changement associé au métabolisme d'un organisme. Par exemple, l'utilisation des antibiotiques nous a permis de combattre des maladies provoquées par certaines bactéries. Cependant, avec l'apparition d'un antibiotique, il y a eu l'apparition de souches bactériennes résistantes à ces antibiotiques, de sorte qu'il y a maintenant des bactéries mutantes capables de produire des enzymes qui offrent une protection contre les antibiotiques. C'est donc dire que les organismes les mieux adaptés survivent aux antibiotiques. Les scientifiques commencent à reconnaître la présence de ces souches, particulièrement en ce qui a trait à la pénicilline, qui auparavant tuait plusieurs sortes de bactéries. Exemple de mimétisme : Les lignes sur les ailes du Vice-roi sont différentes de celle du Monarque. Va voir la ressemblance entre le papillon monarque (photo du monarque musée virtuel) http://www.museevirtuel.ca/PM.cgi?LM=Gallery&LANG=Francais&AP=vmc_di splay_static&DB=science&KEY=MSSHMSSH2000.X.9 et le papillon vice-roi http://www.museevirtuel.ca/PM.cgi?LM=Gallery&LANG=Francais&AP=vmc_di splay_static&DB=science&KEY=MSSHMSSH2000.X.13 **Activité sur une adaptation physiologique : La bactérie C.difficile Cette bactérie fait la manchette ces dernières années car elle fait des ravages dans les hôpitaux canadiens. Va voir le reportage suivant : Découverte / C. difficile démasqué- octobre 2005durée : 9 min Biologie 30 Unité 5 : L’évolution 8 Extrait vidéo : http://www.radiocanada.ca/actualite/v2/decouverte/niveau2_4847.shtml Suite à l’écoute du reportage remplis le questionnaire correspondant Autre texte à lire : http://www.santepub-mtl.qc.ca/Mi/cdifficile/questionreponse.html Après avoir lu le texte, réponds à la question suivante : comment peut-on éviter d’attraper cette bactérie? 1.2 La sélection naturelle vs la sélection artificielle Les gens confondent souvent sélection naturelle et sélection artificielle lorsque vient le temps d'expliquer les changements qui peuvent survenir dans une espèce dans une période de temps donnée. La sélection naturelle est un processus proposé par Darwin pour expliquer l'évolution des espèces au cours de longues périodes de temps. Pour Darwin, la sélection naturelle résulte de l'inégalité des chances de reproduction des organismes. Le produit de la sélection naturelle est l'adaptation. Ainsi, un organisme mieux adapté à son milieu aura de meilleures chances de se reproduire et ce sont ses descendants qui peupleront en plus grande quantité ce milieu. Des facteurs du milieu favorisent certaines modifications héréditaires chez les individus mieux préparés. Ces changements se produisent sur de longues périodes de temps. Dans le cas de la sélection artificielle, on provoque le croisement d'organismes possédant des caractères désirés. Par exemple, les produits de consommation d'animaux proviennent souvent de croisements qui permettent de la viande de meilleure qualité ou des rendements plus élevés dans la production du lait. On réalise le même genre de démarche avec les plantes depuis des siècles. Ainsi, le maïs que nous mangeons a peu de ressemblances avec ses ancêtres. À force de croiser les plants pour obtenir des produits qui présentent certaines caractéristiques, on obtient un produit "relativement différent". D'un point de vue évolutif, la sélection artificielle engendre des changements dans des intervalles de temps beaucoup plus courts que ceux de la sélection naturelle. Pour en savoir plus : http://www.futura-sciences.com/comprendre/d/dossier322-4.php **Activité sur la sélection artificielle : Pour comprendre pourquoi et comment au 21e siècle l’homme fait encore de la sélection artificielle, va voir un des 2 reportage suivant : 1) La semaine verte / Les truies chinoises (17 octobre 2004) durée : 11 min Site : http://www.radio-canada.ca/actualite/v2/semaineverte/archive63_200410.shtml Biologie 30 Unité 5 : L’évolution 9 2)La semaine verte / Lutte génétique contre la tremblante du mouton (5 septembre 2004) durée : 10 min Site : http://www.radio-canada.ca/actualite/v2/semaineverte/archive63_200409.shtml *Choisir le bon reportage dans la page Réponds aux questions du questionnaire correspondant. 2.Les preuves de l'évolution 2.1 La paléontologie Tu sais qu'il existe en Alberta des sites où il est possible de retrouver des vestiges de l'existence des dinosaures. La paléontologie est la science qui s'intéresse aux fossiles. Un fossile est une manifestation conservée d'une forme de vie depuis longtemps éteinte. L'étude des fossiles nous permet parfois de mieux comprendre l'évolution. Les fossiles conservent rarement leur matière organique puisque celle-ci disparaît au fils des ans. Toutefois, les fossiles peuvent être le résultat d'une empreinte laissée dans la boue (moules), alors que d'autres sont formés par des minéraux dissous qui envahissent les parties dures des organismes (pétrifications, exemples: troncs d'arbres, os, etc.) À une certaine époque, la chasse aux fossiles était très à la mode. On réussit à montrer grâce à cette discipline, qu'il y a eu des périodes contenant d'une grande diversité d'organismes alors que dans d'autres la variété était moins grande. Extrait du livre «Le miroir du monde de Cyrille Barrette avec la permission de l’auteur » « Les fossiles démontrent l'évolution parce qu'en suivant une espèce animale quelconque, comme le cheval ou un escargot, on y voit à travers les couches géologiques successives, des plus profondes aux plus récentes, que la forme animale a changé un peu. On voit bien qu'il s'agit toujours d'un cheval, c'est la même forme générale, mais un peu modifiée ; par exemple, la troisième molaire supérieure est un peu plus grosse ou, dans le cas d'un mollusque, l'enroulement de la coquille est un peu plus serré. Donc, à mesure que le temps passe, le cheval est toujours un cheval, mais sa forme et sa taille ont changé, il a évolué. Et cela est vrai pour chacune des centaines de séquences de fossiles que l'on peut suivre sur une longue période. Dans ces suites de fossiles, les formes intermédiaires, les " chaînons manquants " sont très importants. En effet, s'il est vrai que la vie a une histoire et que les fossiles en sont la trace, on peut alors faire des prédictions sur les caractères de ces formes intermédiaires qu'on ne connaît pas encore. Or en science, rien n'est plus convaincant que voir une prédiction confirmée. Une science qui énonce et confirme des prédictions est très robuste. En paléontologie, chaque fois qu'une telle prédiction est confirmée par l'observation, c'est-à-dire par la découverte d'un nouveau fossile jusque-là " manquant ", elle constitue une preuve de plus que l'évolution est un fait. Voici un exemple récent concernant l'évolution des baleines. Depuis très longtemps, les biologistes affirment que les baleines actuelles sont issues de mammifères terrestres. Or, ces derniers ont quatre pattes, alors que les baleines n'ont pas de pattes arrière. Entre les deux on n'avait jamais observé de formes intermédiaires, il y avait là un trou, un " chaînon manquant ". S'il est vrai que les baleines sont le produit d'une évolution à partir de mammifères terrestres, on prédisait depuis longtemps qu'un jour, avec un peu de chance, on allait trouver des fossiles de baleines avec quatre pattes dans les couches géologiques d'environ 45 millions d'années. C'était une prédiction risquée, parce que la ressemblance entre une baleine et un ours, par exemple, sur le plan de la locomotion, est pour le moins Biologie 30 Unité 5 : L’évolution 10 très faible. Comme c'est une prédiction risquée, si elle est confirmée, elle constituera une preuve d'autant plus forte. Or, au cours des dix dernières années, on a trouvé, en Égypte et au Pakistan, plusieurs espèces de baleines (Basilosaurus, Dorudon) pourvues de petites pattes arrière. Si Basilosaurus et Dorudon avaient été créées au lieu d'être le fruit de l'évolution, elles n'auraient eu aucune raison d'avoir de petites pattes ridicules et inutiles pour la marche et même pour la nage. Cette notion de " chaînon manquant " n'a de sens que s'il est question d'une chaîne, ou d'une suite de fossiles, d'une suite d'événements constituant une histoire. La prédiction de l'existence d'une espèce Y entre les espèces X et Z ne peut être énoncée que si la vie est une chaîne continue. Sinon, il n'y aurait aucune raison qu'ait existé, entre X et Z, une espèce dont les caractères seraient intermédiaires entre ceux de X et ceux de Z, comme une baleine avec des petites pattes ou un lézard avec des plumes à mi-chemin entre les reptiles et les oiseaux. On peut faire deux autres prédictions concernant les séries temporelles de fossiles. Dans une même série, deux fossiles se ressembleront d'autant plus qu'ils sont proches l'un de l'autre dans le temps, et une espèce actuelle ressemblera davantage à un fossile récent qu'à un fossile ancien dans la même série. Ces prédictions, confirmées à des milliers d'exemplaires dans les séries de fossiles connues, peuvent sembler banales et évidentes, mais si l'évolution n'était pas un fait, les fossiles n'auraient aucune raison de se conformer à ces prédictions, ils pourraient se retrouver dans n'importe quel ordre. Donc, si on regarde une suite de fossiles avec une attitude raisonnable et rationnelle (c'està-dire avec sa raison), on doit conclure qu'elle représente l'évolution d'une forme animale. Comme on connaît des centaines de ces suites de fossiles, y compris dans notre propre lignée, il n'est pas extraordinaire de conclure qu'elles constituent une preuve convaincante que les espèces ont évolué ; c'est au contraire une conclusion très raisonnable. » **Activité sur les fossiles Voir le texte et le vidéo (10min) intitulé : Madagascar l’évolution en direct réalisé par l’émission Découverte de Radio-Canada. http://radio-canada.ca/actualite/v2/decouverte/niveau2_2821.shtml Réponds au questionnaire correspondant 2.2 L'anatomie comparée Par l'anatomie comparée, on peut soupçonner que les êtres vivants ont évolué en comparant les structures des espèces actuelles. Par exemple, le morse, l'otarie et le phoque possèdent des structures homologues qui suggèrent qu'ils dérivent tous d'un ancêtre commun. Les os du membre antérieur de l'être humain, du chat, de la chauve-souris, de la baleine, et du cheval sont similaires, mais la relation n'est pas aussi étroite que celle des pinnipèdes (morse, phoque, otarie). Tous les os du membre inférieur proviennent du même endroit de l'embryon. Ces structures sont homologues puisqu'elles ont la même origine. Deux organes qui remplissent des fonctions semblables mais qui ne présentent pas les mêmes formes sont des structures analogues. "Par exemple, l'aile de l'oiseau et celle de l'insecte servent 11 Biologie 30 Unité 5 : L’évolution toutes deux à voler, mais leurs structures sont tout à fait différentes." (Arms et Camps, 1993, page 336) Les organes (ou structures) rudimentaires sont des organes qui ne servent pas à leurs propriétaires actuels, mais qui sont homologues à des structures ayant des fonctions significatives chez d'autres espèces. On dit de ces organes qu'ils sont atrophiés. Chez l'humain, on retrouve une structure qui n'a aucune fonction: l'appendice. D'autres mammifères possèdent une structure analogue, le caecum, une cavité permettant la digestion de l'herbe et des feuilles. «Extrait du livre Le miroir du monde de Cyrille Barrette avec la permission de l’auteur» «La nageoire des baleines est particulièrement exemplaire. Le squelette de mon bras est fait de trente os, qui constituent dix-sept articulations, toutes très mobiles, de l'épaule jusqu'au bout des doigts. La nageoire d'une baleine est, elle aussi, faite des mêmes trente os (plus quelques autres dans les doigts dans certains cas). Ils forment aussi les mêmes dix-sept articulations, mais une seule est mobile, celle de l'épaule, entre l'humérus et l'omoplate. Les seize autres sont tout à fait figées, ankylosées en permanence. L'évolution explique très bien cette structure de la nageoire. La baleine a besoin d'une sorte de rame, mobile mais rigide. Mais comme elle descend d'un ancêtre pourvu d'un bras comme le nôtre, le sien est fait des mêmes os et des mêmes articulations placés dans le même ordre. Pour en faire une rame, la sélection a dû figer seize des dix-sept articulations, alors que la nageoire des baleines aurait été bien mieux conçue et bien plus simple si elle avait été faite d'un seul os, par exemple. Peu importe la taille du membre, sa forme ou sa fonction, son squelette est presque exactement le même. Dans tous les cas, que ce soit la patte d'une grenouille ou le bras d'un humain, le squelette est constitué des mêmes os, placés dans le même ordre. ÇA: carpes, l'ensemble des petits os du poignet, CU: cubitus, HU: humérus, RA: radius, 1 : pouce ou doigt numéro 1. (Ces membres ne sont pas dessinés à la même échelle ; ainsi, celui d'une baleine peut être jusqu'à 200 fois plus long que celui d'une chauve-souris.) (figure modifiée à partir de Strickberger, 1996) Dans le contexte du créationnisme, le squelette de la nageoire d'une baleine n'a pas de sens. Il est inexplicable en termes logiques ou fonctionnels, mais tout à fait explicable en termes évolutifs ou historiques. En effet, l'interprétation la plus raisonnable de cette structure commune à tous les vertébrés est que toutes ces espèces ont évolué à partir d'un ancêtre commun ; elles ne sont que le produit de transformations à partir d'un même modèle ayant existé dans le passé. Cette structure commune, cette homologie, est une trace de l'histoire, une preuve de l'évolution, une preuve de la transformation et de la parenté de ces espèces.» Biologie 30 Unité 5 : L’évolution 12 2.3L'embryologie "Un embryon est un organisme dans les premiers stades de son développement." (Biggs et al. , 1994, page 210) L'étude du développement embryonnaire, particulièrement chez les animaux, permet de fournir d'autres preuves de l'évolution. Par exemple, les embryons des mammifères, des reptiles et des oiseaux ont tous une queue et des fentes en forme de branchies au cours de leur développement. Ces structures homologues chez les vertébrés sont parfois appelées à disparaître alors que d'autres resteront. Ainsi, l'humain perd la queue à la sixième semaine du développement embryonnaire. Les poissons conservent les branchies. Extrait du livre «Le miroir du monde de Cyrille Barrette avec la permission de l’auteur» « La vie de chaque individu commence par une seule cellule, un ovule fécondé par un spermatozoïde, un zygote. Cette cellule se divise en deux, puis chacune de ces deux cellules se divise en deux, et ainsi de suite, jusqu'à ce qu'un adulte complet soit formé avec tous ses organes constitués de milliards de cellules de toutes sortes. Nous pouvons tous observer cela avec nos propres yeux. Ça ne s'est pas passé il y a des millions d'années comme pour les fossiles, ça se déroule sous nos yeux tous les jours. Ce développement individuel (l'ontogenèse par opposition à l'évolution ou phylogenèse) est d'ailleurs un des grands " mystères " de la vie : comment cette cellule unique avec son information encodée par la molécule d'ADN dans ses chromosomes devient-elle, sans aide extérieure, un individu entier fait de milliards de cellules de dizaines de formes et de fonctions différentes, organisées en un ensemble équilibré et intégré qui fonctionne si bien ? Ce mystère livre petit à petit ses secrets à mesure qu'avance la biologie du développement. À mesure que l'embryon se développe, il change de forme, il ne peut pas faire autrement ; pour passer d'une seule cellule à un cheval adulte, par exemple, il faut que cette chose change de forme. Si chaque espèce avait été créée indépendamment et à partir de rien, on devrait s'attendre à ce que ce changement de forme d'un zygote à un cheval adulte suive un parcours tout à fait différent de celui d'un zygote d'une autre espèce, comme celui d'une morue adulte, dont la forme est très différente de celle du cheval ; il ne devrait y avoir aucune ressemblance entre les deux. Autrement dit, à partir du début et à chacun des moments du développement de l'embryon de cheval, on devrait observer quelque chose comme un petit cheval qui se développe, et, dans le cas de la morue, on devrait voir une petite morue qui se développe. À part le fait que les deux embryons commencent leur existence individuelle par une seule cellule, leur développement ne devrait avoir presque rien en commun puisque les deux formes adultes sont très différentes. Or, le développement des deux embryons a beaucoup de points en commun (figure 2). Le plus frappant est probablement le fait que, à un certain stade de son développement, l'embryon de cheval présente des ébauches de fentes branchiales, comme chez la morue. Plus tard, ces structures disparaissent ou se transforment pour donner autre chose. 13 Biologie 30 Unité 5 : L’évolution Figure 2: Transformation des embryons de vertébrés appartenant à cinq classes On doit cette image classique de la littérature sur l'évolution à Heackel, un biologiste du 19e siècle. Elle représente, très schématiquement, la morphologie des embryons de cinq espèces de vertébrés appartenant à cinq classes différentes, des poissons osseux aux mammifères. Tôt dans leur développement, les embryons acquièrent les caractères qu'ils ont en commun, ceux qu'ils ont hérités de leur ancêtre commun. À mesure que leur développement progresse, chacun acquiert les caractères qui sont propres à sa classe, puis à son espèce ; si bien qu'à la naissance (peu après le stade 3), ils ne se ressemblent plus du tout. (figure modifiée à partir de Strickberger, 1996).» 2.4 La dérive des continents et sa contribution à l’évolution La théorie de la dérive des continents a été développée par Alfred Wegener, un géophysicien allemand, (1880-1930) en 1912. Il a été le premier à proposer son hypothèse qu’il soutenait avec des preuves diverses permettant de former une théorie cohérente. Ce n’est qu’en 1960, suite à la découverte de l’expansion des fonds océaniques par Hess, on en est venu à la formulation de la loi de la tectonique des plaques. La théorie de la dérive des continents était considérée comme absurde par les géologues avant cette époque. La théorie de la dérive des continents, aujourd’hui acceptée de tous, suggère que les continents que nous connaissons maintenant étaient regroupés en une seule masse continentale nommée Pangée. Ils se sont ensuite dispersés pour atteindre leur position actuelle. Va voir l’animation suivante qui montre ce qui s’est passé http://geology.wr.usgs.gov/docs/usgsnps/animate/A08.gif Biologie 30 Unité 5 : L’évolution 14 Voici quelques arguments de Wegener pour expliquer sa théorie. Il y a une correspondance entre les formes des continents. On peut emboîter les continents comme les pièces d’un casse-tête. De plus, on remarque que les formations géologiques (les même roches) se poursuivent d’un continent à l’autre. On retrouve des analogies entre des animaux et des végétaux fossile qui suggèrent des liaisons intercontinentales il y a environ 200 à 250 millions d’années. Les traces de la glaciation sur les continents actuels datent de 200 millions d’années. La théorie de la dérive des continents a été le changement géologique le plus important à ce jour. Elle a créé de nouveaux climats et de nouvelles barrières entre les diverses populations, ce qui a favorisé le développement de nouvelles espèces. Ainsi, on retrouve une espèce de poisson appelé dipneustes qui la particularité d’avoir une respiration pulmonaire et branchiale en même temps et ne se déplace pas sur de longues distances. On a retrouvé trois espèces apparentées au dipneuste, en Amérique du Sud, en Afrique du Sud et en Australie. C’est impossible que cette espèce ait traversé les océans et des milliers de kilomètres sans qu’un phénomène comme la dérive des continents ne soient intervenue. Liens à voir : http://www.ggl.ulaval.ca/personnel/bourque/intro.pt/planete_terre.html Diaporama sur la dérive des continents : http://www.dinosoria.com/derive.htm 2.5 Les changements climatique et leur contribution à l’évolution La réorganisation des continents lors de la dérive des continents a modifié le climat. Cela a contribué à la formation de nouvelles espèces. La plupart des espèces autant animales que végétales ne peuvent pas voyager d’un continent à l’autre car il y a des limites à la distance que peut parcourir un organisme. On peut cependant retrouver des ressemblances morphologiques et de coloration entre des espèces vivant dans des milieux semblables dans des continents différents. On appelle ce phénomène de l’évolution convergente qui est l’évolution d’adaptation semblable dans des milieux semblables. Les calottes glaciaires existent depuis la formation du monde. L’évolution des calottes glaciaires suit un cycle qui revient à tous les 100 000 ans. Cela provoque des changements climatiques qui donnent naissance à une nouvelle ère glaciaire. Il y a eu 5 ères glaciaires : Biologie 30 Unité 5 : L’évolution 15 1) La glaciation huronienne (-2,4 à 2,1 milliard d’années) : elle a connut un ensoleillement l’équivalent à 70 à 80% de l’ensoleillement actuel. La formation des continents actuels , l’apparition de la vie végétale et l’érosion qui consomme beaucoup de CO2 a causé un refroidissement. 2) La glaciation de la fin du Précambrien (-800 à –500 millions d’années) : à cette époque tous les continents étaient gelés plus particulièrement autour de l’équateur. 3) La glaciation l’ordovicienne (-450 millions d’années) Paléozoïque 4) La glaciation du permo-carbonifère (-350 à –250 millions d’années) L’Afrique, l’Amérique du Sud, l’Inde, l’Antarctique et l’Australie formaient un continent appelé Gondwana pendant le Paléozoïque. Ce contient était recouvert d’une calotte glaciaire de près de 4000km pendant quelques dizaines de milliers d’années. À la fin de l’époque carbonifère, les calottes glaciaires réapparaissent pour un autre 90 millions d’années. 5) L’ère glaciaire actuelle (-40 ou –30 millions d’années) a débuté sur le continent antarctique. Au début de cette ère, les continents se sont dispersés et il n’y a eu aucune calotte glaciaire pendant 200 millions d’années. Ensuite, il y a 30 millions d’années, les océans du pôle sud se sont recouverts de glace. L’apparition des calottes glaciaires du Goënland date de –7 millions d’années et celle de l’Alaska de –6 millions d’années. Depuis 600 000 ans, les périodes glaciaires sont d’environ 100 000 ans. Pendant les périodes glaciaires, l’eau se transforme en glace ce qui fait descendre le niveau d’eau des mers de près de 130 mètres et la température est d’environ 5 oC inférieure à celle actuelle. Les calottes glaciaires de l’Europe et de l’Amérique ont disparu il y a 7000 ans. Nous sommes présentement dans une période interglaciaire qui se terminera dans 80 000 ans.Cette période est caractérisée par un ensoleillement qui augmente graduellement pour atteindre un maximum autour de 2040. Cela a pour conséquence d’augmenter la fonte des calottes glaciaires dans le grand nord canadien. La terre n’est pas à l’abri de nouveaux changements climatiques. Avec l’industrialisation, l’homme contribue au réchauffement de la planète en produisant des gaz à effet de serre. Avec le temps, cela a pour conséquence de faire fondre plus rapidement les calottes glaciaires et ainsi menacer la survie de plusieurs espèces. Voici quelques conséquences possibles du réchauffement de la planète : -Augmentation d’un degré de la température des océans d’ici 2050 peut modifier l’écosystème aquatique. Plus d’un million d’espèces animales et végétales risquent de disparaître d’ici 2050 (selon le magazine Nature) -On prévoit la disparition entre 21 à 52% des espèces d’ici 2050. -La température risque d’augmenter d’un autre degré d’ici la fin du 21e siècle ce qui Biologie 30 Unité 5 : L’évolution 16 aura pour conséquence :disparition des glacier, inondations, vagues de chaleurs et tempêtes, élévation du niveau des mers de 30cm ce qui peut faire disparaître certains pays. Ce ne sont que quelques exemples de ce qui peut arriver si l’on continue d’augmenter les gaz à effet de serre. Si tu veux en savoir plus sur l’évolution du climat va voir les liens suivants : Évolution du climat : http://www.dinosoria.com/climat.htm Conséquence sur le réchauffement de la planète : http://terresacree.org/climatt.htm L’évolution des calottes glaciaires : http://perso.wanadoo.fr/calottesglaciaires/dossier/2.3.htm Activité sur les enjeux de la menace climatique Va voir le reportage interactif réalisé par radio-canada pour comprendre les enjeux. http://www.radio-canada.ca/nouvelles/regardinteractif/climat/ Remplis le questionnaire correspondant. Conséquences de la fonte des calottes glaciaires sur les animaux qui y vivent (ours polaire, les phoques et les manchots empereurs) http://perso.wanadoo.fr/calottesglaciaires/dossier/2.9.htm 3.Mécanismes de l'évolution Lecture supplémentaire : pages 224-231 de Biggs « Les enjeux de la vie» Voir les films TFO suivants : -Approche mathématique de Mendel (10min),le mélange méïotique (10min) , aperçu global de la population (10min) et les mutations (10min) de la série «Évolution organique». 3.1 L'équilibre ponctué vs le gradualisme Darwin, comme bon nombre d'évolutionnistes de son époque, croyait que l'évolution s'opérait graduellement, selon des séquences lentes. Comme on l'a vu, ce type d'évolution s'associe au gradualisme. La paléontologie a montré grâce à l'étude des fossiles qu'il existe effectivement une évolution lente et graduelle pour certaines espèces. Toutefois, elle a aussi révélé qu'une bonne partie des espèces n'ont pas évolué par gradualisme mais plutôt par équilibre ponctué (ou équilibre intermittent), c'est-à-dire, qu'elles sont soit apparues il y a 50000 ans ou moins, ou soit qu'elles n'ont pas vraiment changé depuis plusieurs centaines de milliers d'années. Selon ce modèle d’équilibre ponctué, les espèces subissent la majorité de leurs changements lorsqu’elles divergent de l’espèce parentale. Biologie 30 Unité 5 : L’évolution 17 Référence : http://www.lecerveau.mcgill.ca «Une autre question importante que l’on peut se poser au sujet de l’évolution, outre celle de ses mécanismes, est la question du comment. Comment les transformations qui ont mené à la formation d’espèces nouvelles se sont-elles déroulée ? Darwin avait montré plusieurs exemples d’évolution où des caractéristiques anatomiques s’étaient progressivement transformées pour donner naissance à de nouvelles espèces. Cette conception « gradualiste », soutient que les nouvelles espèces surviennent par transformation graduelle des espèces ancestrales. Ces transformations lentes et régulières impliqueraient l'ensemble de la population sur la totalité de son territoire. Darwin n’a cependant jamais éliminé la possibilité que d’autres transformations aient pu se faire selon une autre dynamique. Une alternative très différente fut proposée au début des années 1970 par Steven Jay Gould et Nils Eldredge, selon laquelle l'évolution procéderait de manière non continue avec de longues périodes de stagnation entrecoupées par de brusques et courtes périodes de transformation rapide menant à la formation de nouvelles espèces. Cette théorie des « équilibres ponctués » pourrait ainsi rendre compte de plusieurs observations paléontologiques. Par exemple, celle de ces espèces fossiles qui varient très peu morphologiquement au cours de leur existence qui a pourtant duré plusieurs millions d'années. Ensuite, l’observation qui lui est souvent associée : celle d’une nouvelle espèce bien différenciée qui la supplantait subitement (en quelques dizaines de milliers d'années). Et surtout, l’absence de formes intermédiaires entre les deux. Cette absence peut alors s’expliquer par le faible effectif des populations intermédiaires qui n'ont pas eu le temps de laisser de traces fossiles considérant les conditions très rares que nécessite la fossilisation. Plusieurs espèces semblent ainsi avoir évolué selon la dynamique des équilibres ponctués. Un débat important subsiste toutefois dans la communauté scientifique en ce qui concerne l’importance relative du gradualisme (dont on a aussi des exemples convaincants) et des équilibres ponctués. Sont-ils d’importance égale ou l’un est-il la règle et l’autre l’exception ? Voilà une question qui stimule plusieurs recherches en cours. D’autres études devront chercher à déterminer quels sont les facteurs déclenchant les périodes de rapides transformation et ceux qui favorisent les longues périodes de stabilité. Biologie 30 Unité 5 : L’évolution 18 Deux façons de représenter l’évolution graduelle versus les équilibres ponctuée. Dans le cas du gradualisme (à gauche), les lignes obliques indiquent que les changements morphologiques se font petit à petit avec le temps. Dans le cas des équilibres ponctués (à droite), les tracés en escaliers dénotent de rapides changements morphologiques suivis de longues périodes où l’espèce évolue peu.» Pour en savoir plus, va lire les liens suivants : http://www.hominides.com/html/theories/theories-synthese.html http://www.hominides.com/html/theories/theories-equilibresponctues.html http://www.lecerveau.mcgill.ca/flash/capsules/outil_bleu09.htm 3.2 Microévolution Les changements évolutifs qui se produisent à l'intérieur d'une population composent la microévolution. La microévolution repose principalement sur les modifications du patrimoine génétique de la population. L'absence d'évolution à l'intérieur d'une population laisse supposer qu'il n'y a pas de modifications du contenu du pool génique de cette population. Le principe de Hardy-Weinberg prédit les résultats de croisements des individus dans une population sans évolution. Pour cela, il faut respecter trois conditions : 1)l’accouplement se fait au hasard; 2) il n’y a pas de mutations et la population est grande; 3)la fréquence des gènes dans une population demeure la même d’une génération à l’autre (absence de sélection naturelle). Cette loi se calcule à l’aide de la formule suivante : p2 + 2pq + q2 = 1 **Nous ne ferons pas de calcul avec cette formule. Un exemple d’application de cette formule est lorsque l’on veut calculer le pourcentage approximatif d’une population porteuse d’une maladie héréditaire particulière. Une maladie héréditaire comme la phénylcétonurie touche environ 1 nouveau-né sur 10 000 au Etats-Unis. Lorsque l’on détecte la maladie à la naissance, on peut la soigner grâce à une diète sévère et ainsi éviter les complications que cette maladie entraîne normalement (déficience mentale et autres difficultés). La loi de Hardy-Weinberg montre comment la théorie de l’hérédité de Mendel comble les lacunes de la théorie de la sélection naturelle de Darwin. Pour avoir une sélection naturelle, il faut des variations génétiques dans la population sinon il n’y a pas de sélection naturelle. Dans la réalité, il est peu probable qu’une population respecte l’équilibre de HardyWeinberg. Cela signifie que pour avoir un processus évolutif, il faut briser l’équilibre Hardy-Weinberg. Biologie 30 Unité 5 : L’évolution 19 Les mécanismes de l'évolution Suite aux études réalisées dans les dernières années dans le domaine de la génétique, quelques modifications ont été apportées à la théorie de l'évolution. Ainsi, à la théorie de Darwin s'est ajouté d'autres mécanismes qui permettent de mieux expliquer l'évolution de certaines espèces. 3.3 L'équilibre génétique Il est important de comprendre qu'une population ne peut évoluer si tous les individus la composant possèdent tous le même bagage génétique. Ceci s'explique par le fait que les individus de la génération suivante seraient aussi tous génétiquement identiques. Il n'y aurait donc pas d'évolution possible. Une population représente tous les organismes d'une espèce qui occupe un territoire particulier (Par exemple, toutes les libellules d'un champ). "L'ensemble de tous les gènes d'une population forme son pool génique."(1) La sélection naturelle n'influence pas le génotype d'un individu. Par exemple, chez la phalène du bouleau, la présence de la forme sombre résulte de la présence d'allèles qui seront exprimés. La sélection naturelle n'a rien à voir avec la présence d'une forme du gène (allèle) pour la couleur noire. Elle n'influence que le phénotype d'un organisme. C'est ce qui explique que la variété est toujours présente dans une population. On peut définir l'évolution comme étant le changement de la fréquence des allèles d'un pool génique. Plus une forme d'allèle est présente dans un pool génique, plus sa fréquence allélique est élevée (proportion d'un allèle dans le pool génique). L'évolution se produit s'il y a variation dans la fréquence allélique d'une population. Autrement, on dit que la population est en équilibre génétique. Supposons que nous étudions le léopard. Celui-ci possède deux allèles pour la couleur du pelage, une dominant pour le pelage tacheté et l'autre récessif pour le pelage noir. En construisant un échiquier de Punnett, nous obtiendrions un rapport de 3:1 en faveur du pelage tacheté pour la génération F2, tel que prévu par les lois de Mendel. Au moment du croisement pour obtenir la population F2, chaque allèle a une fréquence allégique de 50%. Si ce rapport demeure, il y a équilibre génétique. S'il est modifié, il y a évolution. 1. Arms et Camp (1993), p.353. 3.4 Mécanismes modifiant l'équilibre génétique 3.4.1 Les mutations Comme nous l'avons déjà vu, une mutation provoque un changement dans la séquence des nucléotides d'une partie du code génétique. Elles surviennent au Biologie 30 Unité 5 : L’évolution 20 hasard, mais assez rarement. Les mutations représentent donc un des mécanismes perturbant l'équilibre génétique parce qu'elles modifient le pool génique d'une population. Les mutations représentent le seul mécanisme qui amènent un renouvellement du matériel génétique. Dans certains cas, les mutations provoquent des changements qui n'ont pas de conséquences sérieuses sur la survie comme la couleur du pelage. Dans d'autres cas, elles peuvent mener à des changements significatifs sur lesquels la sélection naturelle agira. Ainsi, une mutation peut avoir des effets négatifs, positifs ou neutres. Cela dépend de son effet sur la population. Une mutation seule ne causera pas l’évolution mais si elle apporte un avantage sélectif à la population, elle pourra finir par augmenter en fréquence dans la population. ** Chez l’homme, il y a 10-4 à 10-6 mutations par copie de gène et par génération. En moyenne, chaque nouveau-né possède 4 mutations par rapport à ses parents. 3.4.2 La dérive génétique "La dérive génétique est un changement dans les proportions des allèles du pool génique d'une population dû à des événements survenant au hasard. Elle se produit parce que la transmission des allèles, d'une population à une autre, se fait au hasard."(2) Voici quelques exemples de la dérive génétique. * Les organismes se reproduisant sexuellement forment plus de gamètes que ce qui est nécessaire pour assurer la fécondation. Ceci fait en sorte qu'il est possible qu'un allèle ne participe pas à la nouvelle génération, faute d'échantillonnage. * Lors de la méiose, il y a le phénomène d'enjambement qui est lui aussi le résultat du hasard. Ainsi, il est possible qu'un allèle ne soit jamais transmis d'une génération à l'autre dans une population. * Le hasard détermine aussi quels oeufs éclosent. Encore une fois, il est possible que certains allèles soient perdus. Il faut souligner que plus la taille d'une population augmente, moins il y a de chances de perdre un allèle. 2. Arms et Camp (1993), p.357. Deux situations conduisent à la dérive génétique : l’effet d’étranglement et l’effet fondateur. L’effet d’étranglement est une situation où l’on retrouve certains allèles en grande quantité et d’autres très peu ou pas du tout. Cela se produit lorsqu’une population est soumise à des désastres naturels comme les tremblements de terre, les inondations, les incendies ou la chasse excessive. 3.4.3 La dispersion des gènes Biologie 30 Unité 5 : L’évolution 21 Lorsqu'un individu quitte une population, il amène avec lui son matériel génétique ce qui peut modifier l'équilibre génétique de celle-ci. À l'opposé, lorsqu'un individu entre dans une population, il introduit de nouveaux gènes. 3.4.4 La sélection naturelle Contrairement à d'autres facteurs, la sélection naturelle est indépendante du hasard. La sélection naturelle résulte des chances inégales de survie ou de reproduction entre les individus d'une population. Il existe trois types de sélection. Les deux plus fréquentes sont la sélection directionnelle et la sélection stabilisante. * Avec la sélection directionnelle, on favorise les phénotypes d'un extrême par rapport à l'autre. Par exemple, si on donne de la pénicilline à une personne malade suite à une infection bactérienne, nous lui permettrons d'éliminer les bactéries qui ne possèdent pas de résistance à la pénicilline. Par contre, les bactéries résistantes survivront au traitement et elles continueront à se reproduire. Ainsi, à long terme, l'allèle déterminant la résistance à la pénicilline sera favorisé, ce qui peut éliminer la sensibilité des bactéries à la pénicilline. * La sélection stabilisante favorise les phénotypes moyens par rapport aux phénotypes extrêmes. Par exemple, si une population de graines varient en taille, celles qui sont les plus grosses auront tendance à être davantage mangées par les oiseaux, alors que les graines plus petites seront moins attrayantes pour ces derniers. * Le dernier type de sélection est la sélection diversifiante qui est en quelque sorte le contraire de la sélection stabilisante. Ici, les individus présentant les phénotypes extrêmes auront plus de chances de survie que les individus présentant les phénotypes moyens. "Cela mène à deux populations séparées et possédant des caractéristiques distinctes"(3). Par exemple, si on reprend l'exemple précédent avec les graines, il se pourrait qu'un organisme préfère les graines de taille moyenne au détriment des graines grosses ou petites. Les nouvelles populations viendront qu'à subiront des conditions environnementales différentes. 3. Biggs et al. (1994), p.226. 3.5 La spéciation La spéciation est la formation de nouvelles espèces suite à l'isolement des pools génétiques de populations. Il existe deux formes de spéciation. 3.5.1 L'isolement reproductif. Deux espèces apparentées peuvent cohabiter dans un même environnement et être isolées du point de vue de la reproduction. Par exemple, il peut exister dans un certain milieu deux plantes apparentées qui possèdent des périodes de fécondation différentes. Si une des deux plantes fleurit tôt en saison alors que l'autre fleurit plus Biologie 30 Unité 5 : L’évolution 22 tard, elles ne pourront jamais se croiser dans ces conditions. C'est l'isolement saisonnier. La polyploïdie est une autre forme d'isolement reproductif. Nous avons déjà donné l'exemple des fraises, dont nous tirons avantage de la polyploïdie afin de produire des fruits plus gros et meilleurs. Si une plante de fraise polyploïde est croisée avec une autre apparentée diploïde, la plante résultante sera stérile. Ceci fait en sorte qu'il est impossible d'obtenir une nouvelle plante à partir de l'hybride obtenu d'un tel croisement. Ceci assure l'équilibre génétique de la population polyploïde. À long terme, cet isolement reproductif peut mener à la production de nouvelles espèces. Pour en savoir plus : http://www.speciesatrisk.gc.ca/Q3_f.cfm http://www.cegep-rimouski.qc.ca/dep/biologie/prof/nya14b.html 3.5.2 L'isolement géographique L'isolement géographique se produit après qu'on ait scindé une population par une barrière géographique. Par exemple, Darwin avait identifié treize espèces différentes de pinsons dans les îles Galápagos. Les pinsons provenaient sans doute du même ancêtre, mais puisqu'ils étaient séparés par l'eau, ils avaient des caractéristiques différentes. D'autres barrières géographiques sont les volcans et les chaînes de montagnes. «Extrait du livre le miroir du monde de Cyrille Barrette avec la permission de l’auteur» « La distribution géographique actuelle des espèces est révélatrice de leur histoire. Ainsi, les espèces de plantes et d'animaux qui ressemblent le plus à celles des îles Galápagos sont des espèces vivant en Équateur, la terre ferme la plus proche, à environ 1000 km. Cette distribution géographique suggère fortement que des espèces de l'Équateur ont émigré jusqu'aux Galápagos et s'y sont transformées sous des conditions légèrement différentes. Si toutes les espèces avaient été créées indépendamment les unes des autres, alors pourquoi le Créateur aurait-il placé tous les marsupiaux en Australie et aucun en Afrique ? Ou pourquoi avoir placé tous les lémurs à Madagascar, ou tous les singes à queue préhensile en Amérique du Sud, ou aucun ours en Afrique ? Ça semble des caprices sans raisons. Rien dans le climat australien ne permet de croire qu'une poche marsupiale est avantageuse seulement dans cette île ; rien dans la structure ou l'écologie des forêts d'Amérique du Sud n'oblige à porter une queue préhensile plus qu'en Asie ou en Afrique. Ces distributions géographiques selon lesquelles les espèces qui se ressemblent se rassemblent indiquent que ces dernières ont évolué à partir d'ancêtres communs ayant émergé à un endroit particulier. Tout comme la distribution des Tremblay au Québec il y a cinquante ans. L'alternative serait que le Créateur n'aurait pas distribué ses créatures n'importe où, mais aurait placé, sans raison, les espèces les plus semblables tout près les unes des autres, et mis une distance de plus en plus grande entre les espèces de moins en moins semblables. L'évolution explique très bien toutes ces distributions géographiques à première vue fantaisistes et mystérieuses.» 3.6 L’évolution et la reproduction Référence : Biologie générale,K.Arms, P.S.Camp ,1993, édition Études vivantes, chapitre 19. Biologie 30 Unité 5 : L’évolution 23 La reproduction sexuée permet des recombinaisons génétiques et entraîne une variété génétique dans la population. La méiose, la fécondation et les mutations amènent la variabilité génétique. La reproduction asexuée produit des organismes génétiquement identiques à leurs parents que l’on peut appeler «clones». La seule façon d’obtenir une variabilité génétique avec la reproduction asexuée est lorsqu’il y a des mutations. Certains organismes peuvent se reproduire de manière sexuée et asexuée selon l’environnement où ils évoluent ou selon les saisons. Lorsqu’un organisme est adapté à son milieu, il peut se reproduire de façon asexuée en faisant des copies de lui-même. Par contre, lorsque l’environnement change à cause de la température, de la luminosité amenées avec les changements de saisons, le même organisme va se reproduire de manière sexuée pour créer de la variabilité génétique et ainsi s’assurer de la survie de certains individus selon les nouvelles conditions de l’environnement. La reproduction sexuée permet une variabilité génétique, qui est importante pour la formation de nouvelles espèces mieux adaptées à leurs nouveaux environnements. Lorsqu’un groupe d’organisme ne peut pas former de nouvelles espèces, il peut disparaître avec le temps. Les dinosaures ont existé à une certaine époque et se sont éteints sauf qu’avec la reproduction sexuée, il y a toujours des descendants de ces reptiles, les oiseaux, qui existent encore de nos jours. Sans la reproduction sexuée, il n’y aurait pas d’oiseaux qui sont très différents des dinosaures mais qui sont un résultat de l’évolution. **La sélection que permet la reproduction sexuée est largement avantagée par la variabilité génétique des descendants. La variabilité génétique permet la survie des individus possédant les gènes pouvant s’adapter aux nouvelles conditions de l’environnement. 3.6.1 Les barrières biologiques à la reproduction Référence : Biologie 12 (section 12.2) Leesa Blake et coll., 2003 Chenelière McGraw-Hill. Des mécanismes d’isolement empêchent la fécondation entre des espèces différentes pour garder les espèces distinctes. Les barrières géographiques (montagnes, cours d’eau) séparent les populations et empêchent l’interfécondation. Les barrières prézygotiques empêchent l’accouplement ou l’ovule d’être fécondé si des espèces différentes tentent de s’accoupler. On distingue quatre barrières dans cette catégorie. 1. L’isolement comportemental que l’on reconnaît par le chant des oiseaux, les phéromones de certains insectes ou les parades nuptiales permettent aux individus d’une même espèce de se reconnaître. 2. L’isolement écologique est une autre barrière qui empêche des espèces différentes de s’accoupler. Ainsi deux espèces semblables peuvent vivre dans une même région mais dans des habitats différents. Biologie 30 Unité 5 : L’évolution 24 3. L’isolement temporel est le partage d’un habitat par des espèces différentes mais qui se reproduisent dans des périodes (saisons, heures de la journée ou années) différentes. Les fleurs en sont un exemple. Plusieurs variétés de fleurs peuvent se partager un même habitat mais leurs floraisons ne sont pas toutes en même temps. 4. L’isolement mécanique est l’incompatibilité anatomique entre des espèces différentes. Ainsi les organes génitaux sont incompatibles entre les mâles et femelles d’espèces différentes et la fécondation est impossible. 5. L’isolement gamétique est lorsqu’il y a tentative de rencontre entre un ovule et un spermatozoïde entre des espèces différentes, il n’y a pas formation d’un zygote (pas de fécondation). Les ovules reconnaissent les spermatozoïdes de leur espèce à cause des composés chimiques les entourant. Les barrières postzygotiques se produisent après qu’il y ait eu fécondation entre des espèces différentes. Le zygote hybride formé peut être anormal ou infertile. On distingue trois barrières dans cette catégorie. 1. La non-viabilité des hybrides se produit pendant le développement du zygote hybride. L’incompatibilité génétique empêche la croissance normale et cause la mort du zygote. 2. La stérilité des hybrides est la conséquence d’un croisement entre deux espèces différente en produisant un descendant stérile. Le croisement entre un cheval et un âne produit une mule qui est stérile. La méiose ne se produit pas normalement et les gamètes de l’hybride sont infertiles. 3. La déchéance des hybrides est lorsqu’on obtient une première génération d’hybrides fertiles et qu’il y a reproduction entre l’hydride de première génération avec un individu d’une ou l’autre de son espèce parentale. Les hybrides de la deuxième génération sont soit infertiles ou faibles. La spéciation et le développement des êtres humains –Projet Ce que tu dois faire: À l'aide de ressources de ton choix (livres, encycolpédies ou sites internet), élabore une ligne du temps contenant : - les dates approximatives - les noms des divers hominidés accompagnés d’une brève desciption (environ 10lignes) pour chaque hominidé. Voici la liste des hominidés à inclure dans ta ligne du temps: Homo sapiens Biologie 30 Unité 5 : L’évolution Homo habilis Australopitecus Homme de Cro-Magnon Homme de Néandertal Homo Érectus 25 (la liste des noms n'est pas dans l'ordre) Vidéos à voir : Petite mâchoire, gros cerveau (1min30) http://radio-canada.ca/actualite/v2/decouverte/niveau2_550.shtml# L’homme de Florès (un nouvel homo erectus) (8min) http://radio-canada.ca/actualite/v2/decouverte/niveau2_1475.shtml Pour commencer ta recherche, tu peux consulter les sites suivants : http://loic.hibon.free.fr/evolufrm.html http://www.hominides.com/html/ancetres/ancetres.html http://www.dinosoria.com/homme.htm (très bon site avec beaucoup d’informations) 3.7 Exercices suggérés : Les exercices mentionnés ci-dessous sont à titre indicatif pour ceux qui utilisent les livres mentionnés dans la section «ressources» du site. 1)«Les enjeux de la biologie», Biggs 1994 ,chapitre 10 et 11. Révision p.223 no. 6 à 10 et p. 231 no. 11, 12, 13 Révision du chapitre p. 232 no. 1 à 20 Révision p. 247 no. 6, 7, 8 Révision du chapitre p. 254 no. 1 à 20 2) Dans le guide pédagogique «Évolution organique», faire l’activité 4 p.4 3) Biologie 12 : -La diversité des êtres vivants : Labo réflexion – Les changements au sein des populations de phalènes du bouleau p. 335 Expérience 10-A p. 336 Exercices p. 339 no. 2, 3, 4, 5, 7, 8 et 9. -Théories de l’évolution (Lamarck, Darwin) p. 348 no. 1, 3, 6 et 9. -Preuves de l’évolution : p. 358 no.1, 3, 4 et 5 Biologie 30 Unité 5 : L’évolution -Loi de Hardy-Weinberg : expérience 11-A p.374 -Mécanismes de la variation génétique : Labo réflexion : La tuberculose, une maladie évolutive p. 379 -Les adaptations : révision de la section p. 397 no.1, 2, 5 et 7. -La formation des espèces : révision de la section p. 403 no. 1,2,3, 6 et 7. -Les types d’évolution – la spéciation : Labo réflexion –L’évolution de l’éléphant p. 415 Révision de la section no. 1, 2, 3 et 4 p. 416 26
