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LA SPÉCIATION ET LES
SIGNES DE L'ÉVOLUTION
3. LA SPÉCIATION ET LE CONCEPT D'ESPÈCE
Spéciation = formation d'une nouvelle espèce à partir
d'une espèce ancestrale
Mode le plus fréquent = cladogenèse
==> Diversité biologique
Qu'est-ce qu'une espèce?
Définition la plus couramment utilisée:
Population ou groupes de populations dont les
membres peuvent se reproduire entre eux dans la
nature
DONC = groupes d'individus qui s'échangent des gènes
Problèmes d'application de cette définition:
• Organismes à reproduction non sexuée.
• Difficulté de vérifier en pratique l'interfécondité.
• Cas limites
Peromyscus maniculatus
Il peut y avoir spéciation s'il y a isolement génétique :
barrière qui empêche un groupe d'individus de se
reproduire avec le reste de la population.
Le groupe isolé peut diverger génétiquement au point de
ne plus pouvoir se reproduire avec le reste de la
population = nouvelle espèce.
• Dérive génétique (voir prochain PowerPoint)
• Mutations nouvelles
• Sélection différente
L'espèce ancestrale A donne
naissance aux espèces B, C
et D
Si le phénomène se produit
en peu de temps = radiation
adaptative
La radiation adaptative est
fréquente après un
bouleversement important
(après la catastrophe
responsable de l'extinction
des dinosaures, par
exemple).
Isolement peut être causé par:
Barrières géographiques
• Formation d'îles
• Chaîne de
montagne
• Glacier
• Désert
• Lacs isolés
• Etc.
Barrières biologiques
Barrières biologiques
Isolement écologique : une partie d'une population
préfère un milieu écologique
différent de celui du reste de la
population.
Isolement temporel
Isolement éthologique (comportements différents)
Isolement mécanique (appareils reproducteurs
différents)
Isolement gamétique (gamètes ne se reconnaissent
plus suite à des mutations de protéines de surface)
Isolement génétique (mutation qui rend certains
individus stériles avec d'autres, mais fertiles entre eux)
Spéciation allopatrique
Groupes séparés par un isolement géographique
Spéciation sympatrique
Les nouvelles espèces se forment sur le même
territoire que l'espèce ancestrale (pas d'isolement
physique)
Gradualisme et théorie des équilibres ponctués
D'après les fossiles, c'est le mode équilibre ponctué qui
serait le plus fréquent.
4. Les signes (preuves?) de l'évolution
• La sélection artificielle
• Les archives géologiques
• L'anatomie comparée
• L'embryologie
• La biogéographie
• La biologie moléculaire
La sélection
artificielle
Les archives
géologiques
• Permettent de se représenter la flore et la faune de
différentes époques.
• Permettent de découvrir les transitions entre une
forme ancienne et une forme plus moderne.
Évolution du
cheval,
caractérisée par:
• Accroissement de
la taille.
• Réduction du
nombre de
doigts.
• Modification des
dents
N.B. L'évolution
n'est pas graduelle
ni linéaire (ça
ressemble à un
buisson).
Hyracotherium (ou Eohippus)
Mesohippus
Pliohippus
Quand les oiseaux étaient les
prédateurs des chevaux.
Il y a quatre millions
d’années, dans une
plaine d’Amérique
centrale, Titanis, le
plus gros prédateur
de la région,
attaque Hipparion.
Titanis s’est éteint il
y a environ 400 000
ans.
A- Pan troglodytes (Chimpanzé)
H- Homo ergaster (1,75 MA)
B- Autralopithecus africanus (2,6 MA)
I- Homo heidelbergensis (300 à 125 KA)
C- Australopithecus africanus (2,5 MA)
J- Homo neanderthalensis (70KA)
D- Homo habilis (1,9 MA)
K- Homo neanderthalensis (60KA)
E- Homo habilis (1,8 MA)
L- Homo neanderthalensis (45 KA)
F- Homo rudolfensis (1,8 MA)
M- Homo sapiens sapiens (30 KA)
G- Homo erectus (1,75 MA)
N- Homo sapiens sapiens
Encéphale à peu
près de la taille
de celle d’un
chimpanzé
(~ 25% de celle
de l’homme
moderne)
Australopithecus
afarensis
Marche bipède
Proportion bras/jambe
intermédiaire entre celle de
l’homme et du chimpanzé.
Comparaison entre Lucy
(Australopithecus afarensis)
et l’homme moderne
Forme du bassin, dentition et
articulation du genou
intermédiaires entre l’homme et
le chimpanzé
Évolution de la mâchoire, des reptiles aux mammifères
Chez les mammifères, la plupart des os de la
mâchoire des reptiles ont formé les os de
l’oreille moyenne. La mâchoire n’est plus
formé que d’un seul os, le dentaire, qui
s’articule sur le crâne. Comment l’articulation
a-t-elle pu passer d’un os à un autre???
On a retrouvé un intermédiaire chez qui la
mâchoire s’articule sur le crâne par deux
os, le dentaire et l’articulaire.
Chez les reptiles, la mâchoire s’articule avec le
crâne au niveau de l’os articulaire
Évolution de la
mâchoire, des
reptiles aux
mammifères.
Certains fossiles permettent d'imaginer
comment s'est faite la transition entre de
grands groupes.
Ex. Fossile de l'Archaeopteryx (transition
entre reptiles et oiseaux, 150 MA).
Doigts réduits et
fusionnés
Doigts allongés
avec griffes
Vertèbres du dos
articulées
Queue faite
de vertèbres
Queue courte,
vertèbres
atrophiées et
crâne soudées
lourd
Vertèbres du dos
fusionnées
crâne
léger,
bec corné
cerveau plus
gros
mâchoire
avec dents
Sternum plat
Archaeopteryx
Sternum
développé en
bréchet
saillant
Pigeon
Dinosaure théropode
Arhaeopteryx
Si la fossilisation n’avait pas préservé ses
plumes, Archaeopteryx aurait été classé
dans les dinosaures théropodes.
Caudipteryx
Microraptor
La découverte récente de
dinosaures théropodes recouverts
de plumes appuie l’hypothèse que
les oiseaux proviennent de ce
groupe de reptiles.
Les plumes ont probablement
servies à l’isolation thermique avant
de devenir des surfaces permettant
de planer.
Sinornithosaurus
Velociraptor mongoliensis
Il était environ trois fois
plus petit que le
velociraptor de Jurassic
Park.
Plusieurs paléontologues sont persuadés
que beaucoup de dinosaures théropodes
étaient couverts de plumes. Ce serait le cas
de Velociraptor que le film Jurassic Park a
popularisé.
L'anatomie comparée
• Ressemblances entre animaux même s'ils vivent
dans des milieux très différents (ex. dauphin
ressemble plus à un mammifère terrestre qu'à un
poisson).
• Structures homologues = structures qui ont la
même origine évolutive.
• Organes vestigiaux : organes devenus inutiles ou
peu utiles, mais qui sont encore présents
Structures homologues :
Membres avant des vertébrés
Évolution des pattes
Nageoires de baleine et muscles actionnant les
doigts (ces muscles sont inutiles puisque tous les os
sont soudés)
Baleine bleue et oiseau mouche
Structures vestigiales
Structures inutiles (ou
peu utiles) témoignant
d’un passé évolutif
Bassin et membres
arrières atrophiés
chez la baleine ou
chez certains
serpents primitifs
(boa).
Basilosaurus
50 MA
Ces structures
témoignent de la
présence de ces
membres chez
l’ancêtre des
baleines actuelles
Basilosaurus
Ambulocetus
Basilosaurus
Ambulocetus
Bassin et fémur vestigiaux chez le boa
Structures vestigiales chez l’homme
Appendice chez humain (reste du
caecum)
Muscles des oreilles chez l'humain.
Mécanisme de la "chair de poule"
Repli semi-lunaire de l'œil (reste
d'une troisième paupière chez les
reptiles).
Coccyx (queue atrophiée)
Chez les humains, les vertèbres formant la
queue sont atrophiées et soudées pour
former le coccyx
Parfois, une structure vestigiale
peut se développer.
Radiographie des vertèbres
formant une queue chez une
fillette de six ans.
Fémur
Certaines baleines présentent
même parfois (c’est rare,
mais ça existe), des pattes
arrières non fonctionnelles
qui dépassent du corps.
Tibia
Tarses
Pattes retrouvées chez des
baleines à bosse
Autres structures vestigiales ou inutiles
Apterocyclus honolulensis
Cet insecte ne vole pas. Les élytres qui recouvrent
ses ailes sont soudées et ne peuvent s’ouvrir. Ces
élytres recouvrent des ailes repliées qui ne servent
jamais.
Le Pissenlit se reproduit de façon asexuée. L’ovule se
transforme en graine sans avoir été fécondé
(processus appelé « apomixis »). Pourtant, la plante
produit quand même une fleur et du pollen.
Grain de pollen du Pissenlit
Animaux cavernicoles aux yeux atrophiés ou non fonctionnels
C. Astyanax mexicanus
Ce poisson cavernicole possède des yeux, mais
ceux-ci sont recouverts par la peau.
L’autruche a de petites
ailes qui ne servent
plus à grand chose.
N.B. ces ailes
possèdent de courtes
griffes comme en
possédait l’ancêtre des
oiseaux.
L'embryologie
Les organismes qui ont une
même origine évolutive
présentent des
développements
embryonnaires semblables.
Fentes branchiales chez les vertébrés.
Queue au stade embryonnaire chez
l'homme.
Dents et fourrure au stade embryonnaire
chez les baleines à fanons.
Poisson
Oiseau
Porc
Homme
http://www.pbs.org/wgbh/nova/odyssey/clips/
La biogéographie
= étude de la distribution des espèces
• Îles abritent des espèces endémiques (uniques)
apparentées à des espèces du continent le plus
proche ou d'une île voisine.
• Îles Hawaii : ~ 250 espèces d'insectes ont envahi les
îles après leur formation. Ces insectes ont évolué
pour donner plus de 3000 espèces uniques aux îles.
Des 1700 espèces végétales, 1430 sont
endémiques.
• Dinosaures d'Afrique et d'Amérique du Sud : même
espèces AVANT la formation de l'Atlantique.
Espèces différentes après
Pinsons des Galapagos (Pinsons de Darwin)
• Marsupiaux en Australie
Tous les mamifères d’Australie (sauf ceux apportés
par l’homme) appartiennent au groupe des
Marsupiaux. Avant l’arrivée des humains (environ 40
000 ans), on n’y trouvait aucun mammifère
placentaire.
Apparus en Amérique du Nord, les marsupiaux se sont surtout développés en
Amérique du Sud à une époque où celle-ci était séparée de l’Amérique du
Nord, mais unie à l’Antarctique et à l’Australie.
Au moment où l’Australie s’est séparée de l’Antarctique (elle-même reliée à
l’Amérique du Sud), on n’y trouvait pas de mammifères placentaires.
Quelques dizaines de millions d’années plus tard, l’Amérique du Sud s’est
reliée, par Panama, à l’AMérique du Nord. Les placentaires d’Amérique du
Nord se sont alors mélangés aux marsupiaux d’Amérique du Sud (et viceversa). Par contre, il n’y a pas eu de mélange avec l’Australie qui était alors
déjà séparée.
• Faune avienne de
Nouvelle-Zélande (pas de
mammifères sauf des
chauves-souris)
Moa de Nouvelle-Zélande.
Certains atteignaient 3 m de haut.
Une espèce d'aigle aujourd'hui
éteinte était assez grande pour
s'attaquer à ces oiseaux.
Faune particulière de Madagascar
Madagascar
Biologie moléculaire
• Comparaison de séquences d'ADN.
• Comparaison de séquences d'acides aminés.
Ex. Comparaison de la séquence en acides aminés des
deux chaînes de l'hémoglobine
Homme - chimpanzé : 0 AA de différence
Homme - Gorille : 1 AA
Gorille - Singe Rhésus : 6 AA
Homme - Porc : 20 AA
Ligne 1: Lysozyme humain
Ligne 2: Lysozyme souris
Ligne 3: Lysozyme poulet
Ligne 4: Alpha lactalbumine
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Évolution du prion,
la protéine
responsable de
l’encéphalopathie
spongiforme (la
maladie de la vache
folle)
Arbre phylogénétique tracé par l'étude comparative du cytochrome C
On peut utiliser l'ADN des mitochondries : se transmet
uniquement de mère à fille.
L’étude de cet ADN a permis de déterminer que l’espèce humaine provient
d’un petit groupe ayant vécu en Afrique il y a environ 150 000 ans (en fait
d’une femme qui appartenait à ce groupe, on l’a appelée l’Ève africaine).
Les mêmes études ont permis de déterminer que la plupart des européens
provenaient de sept groupes humains (en fait sept femmes appartenant
chacune à un de ces groupes) qui se sont installés en Europe à différentes
époques.
On peut comparer des populations rapprochées par l'étude
de l'ADN satellite (Junk DNA).
Ex. Corégones et truites des lacs du Québec
Lecture de vacances
suggérée!
Le livre de Poche
~ 10.00$
L'horloge moléculaire
Différence génétique
entre deux espèces
provenant d'une même
espèce ancestrale
est proportionnelle
au temps T écoulé depuis
leur séparation évolutive
DONC
Différence entre deux
protéines (nombre
d'acides aminés
différents)
=
kT
Si on connaît k, on peut trouver t en évaluant la différence
génétique entre les deux espèces.
T = Différence / k
k varie selon les portions d'ADN considérées:
S'il s'agit d'un gène vital : k est faible (la moindre
modification risque d'être nuisible).
S'il s'agit d'ADN non codant : k est élevé
5. L'évolution se fait-elle au hasard?
Hasard des mutations
Hasard des circonstances
• Changements de climat
• Catastrophes cosmiques
• Changements écologiques
• Etc.
Mais la sélection naturelle ne se fait pas au hasard
On peut expliquer comment s’est déroulée l’évolution,
mais on ne peut pas prédire ce qu’elle va faire dans le
futur. C’est ce qu’on appelle la contingence en évolution.
Les cinq grandes
extinctions qui ont
changé le cours de
l’évolution.
Chacune est sans
doute le résultat de
circonstances
fortuites, imprévisibles
(météorite,
volcanisme, dérive
des continents
occasionnant
d’importants
changements
écologiques, etc.).
Conclusion: on ne peut pas prévoir dans quelle
direction se fera l'évolution, il y a trop d'événements
impossibles à prévoir qui interviennent.
Exemple :
Pikaia, fossile découvert dans les
shistes de Burgess (ColombieBritannique, 520 MA , Cambrien).
Ce site exceptionnel renferme
des fossiles d’organismes à
corps mou qui se sont fossilisés
(chose rare).
Pikaia
1 cm
Faune de Burgess (Cambrien)
La faune de cette époque était incroyablement diversifiée. En
plus des représentants des embranchements connus
aujourd’hui, on y retrouve de nombreux embranchements
inconnus.
Plusieurs formes de vie de cette époque sont disparues par
la suite. Les embranchements actuels proviennent des
groupes qui ont survécu. On ne sait pas trop pourquoi, mais
Pikaia, représentant d’un groupe mineur et peu important à
cette époque, a survécu.
Pikaia, un chordé primitif, est l’ancêtre de tous les vertébrés
qui suivront (poissons, amphibiens, reptiles, oiseaux,
mammifères).
Comment la vie aurait-elle évolué si Pikaia avait disparu
comme beaucoup des représentants de son époque?
Si la vie existe sur d’autres planètes et que son
évolution a conduit à l’intelligence et à la technologie,
ces êtres intelligents sont-ils semblables à nous?
FIN