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LA THÉORIE DE
L’ÉVOLUTION
1. Avant Darwin
1.1 Historique de l’idée d ’évolution
24 novembre 1859 :
Charles Darwin
« L’origine des espèces par sélection
naturelle »
Révolution:
• Philosophique
• Théologique
• Scientifique
Selon la théorie de l’évolution:
• Les espèces se transforment au cours du temps, elles
évoluent.
• Il y a donc une « histoire » de la vie.
• Darwin propose une théorie pour expliquer ces
transformations: Théorie de l ’évolution par
sélection naturelle.
• La théorie de Darwin forme un tout cohérent et
s’appuie sur l’ensemble des connaissances de
l’époque en géologie et en biologie.
• La théorie sera rapidement acceptée par l’ensemble
des biologistes.
AVANT Darwin: Vision fixiste du monde et de la vie
Platon (~428 - ~348):
• Dualisme platonicien: monde réel et parfait des idées et monde
illusoire, imparfait accessible à nos sens.
• Chaque individu d ’une espèce est une copie imparfaite d ’un
modèle parfait et immuable appartenant au monde des idées.
Aristote (~384 - ~322):
• Ne reprend pas le dualisme platonicien.
• Mais, les espèces sont éternelles,
immuables.
• Les idées d’Aristote domineront la pensée
judéo-chrétienne jusqu’au XIXe siècle
James Ussher (1580-1655)
Pasteur anglican et primat d ’Irlande
1650 :
« Annales veteris testamenti, a prima mundi
origene deducti »
(Annales de l ’Ancien Testament,
retracées depuis l ’origine du monde)
Dieu a créé le monde le :
dimanche 23 octobre 4004 av. JC à midi
Vision fixiste du monde inspirée de la Bible
par opposition à la vision transformiste qui se
développera au XIXe
Fin XVIIe et XVIIIe :
Étude des strates géologiques et des
fossiles
Fossiles (du latin creuser)
= traces d ’organismes vivants laissées dans les
roches sédimentaires.
• Roches sédimentaires se forment par dépôts de particules en
suspensions ou par précipitation de minéraux au fond d ’un cours
d’eau.
• Pression  Solidification = Roche sédimentaire
• Successions marines (inondations, assèchements) ou
modifications des dépôts  Strates
Roches sédimentaires formant des strates
superposées
Un organisme peut se fossiliser SI:
• Recouvert de sédiments
avant d’être complètement
décomposé (milieu
aquatique).
• Absence d’oxygène.
• Molécules organiques
progressivement
remplacées par des dépôts
minéraux  modèle minéral
de l’organisme mort
La fossilisation est un phénomène RARE
Un dinosaure meurt sur le
bord d'un cours d'eau.
Une crue saisonnière
submerge la carcasse
qui est rapidement
recouverte de sédiments
entraînés par les eaux.
La chair se décompose
ne laissant que le
squelette.
Lentement, au cours de
millions d'années, la
matière osseuse est
remplacée par des
minéraux dissous dans le
sol. Le squelette se
minéralise.
L'érosion peut éventuellement exposer le
squelette minéralisé.
Plus la strate géologique est profonde,
plus elle est ancienne.
Récent
Ancien
Strates géologiques  Histoire de la vie
• Des strates les plus anciennes aux plus récentes: certaines
espèces apparaissent, d’autres disparaissent.
• Plus la strate est ancienne, plus les formes fossiles sont
différentes des espèces d ’aujourd’hui.
• Les types de fossiles sont disposées dans le même ordre,
partout dans le monde.
 Formes les plus anciennes ne contiennent pas
d ’organismes complexes.
 Certaines formes sont toujours au-dessus d ’autres
formes.
 Succession des formes dans les strates est toujours la
même partout dans le monde.
Datation des strates:
• Datation absolue (pas toujours possible):
proportions d’isotopes radioactifs.
Ex. Datation 40Potassium / 40Argon (cliquez sur le
lien)
• Datation relative: identification des
fossiles contenus dans la strate étudiée.
Certains fossiles sont tellement
typiques d'une époque donnée, qu'ils
peuvent être utilisés comme marqueurs
stratigraphiques.
Hauteur de la formation (m)
Formation Bearpaw,
Sud de la Saskatchewan,
Crétacé supérieur
Les Baculites sont des Ammonites non
enroulées utilisées comme marqueurs
stratigraphiques du Crétacé supérieur
Baculites
Les Ammonites
Évolution du nombre de genres
d'Ammonites au cours du temps
Étude des fossiles au XVIIIe et XIXe siècle:
Catastrophisme (Terre jeune):
• Changements dans les strates dus à de grandes
catastrophes géologiques.
• Après la catastrophe, de nouvelles espèces venues d’ailleurs
s’installent sur le territoire.
• Théorie défendue par Georges Cuvier (1769-1832)
• Certains disciples de Cuvier : créations multiples
Gradualisme (Terre très ancienne):
• James Hutton (1726-1797) : La Terre se modifie par des
processus physiques lents et graduels qui sont encore à
l ’œuvre aujourd ’hui.
• Charles Lyell (1797-1875) : Uniformitarisme
1.2 Le lamarckisme
Jean-Baptiste Monet, Chevalier de
Lamarck (1744-1829)
1809 : « Philosophie zoologique »
• Les espèces se transforment en se complexifiant
continuellement (forment des lignées visibles dans
les fossiles)
• Des organismes simples se forment sans arrêt par
génération spontanée
Évolution selon Lamarck:
1. Loi de l’usage et du non usage
• Usage d ’un organe  développement de l ’organe
• Non usage  atrophie
2. Hérédité des caractères acquis
• Caractéristiques acquises par l’usage ou le non usage
se transmettent aux descendants
• ==> transformations lentes et progressives au cours du
temps
Évolution de la girafe selon
Lamarck
• Ancêtre à cou court mange les feuilles
des arbres.
• Fait des efforts pour atteindre les
feuilles les plus hautes
• L’animal s’étire le cou et les pattes.
• Ces organes s’allongent
• L’allongement se transmet de façon
imperceptible aux descendants.
Thérie de Lamarck rejetée:
De son vivant:
• L’idée d ’évolution est encore trop nouvelle.
• Forte opposition religieuse et scientifique.
De plus, on va démontrer rapidement :
• Pas de transmission des caractères acquis
• Ne peut pas expliquer de nombreux faits
Ex. couleur du pelage
2. Le darwinisme
• Charles Darwin (1809 - 1882)
• Études en médecine (qu’il
abandonne) puis en théologie et
sciences naturelles.
• À 22 ans (1831) s’embarque sur le
HMS Beagle.
HMS Beagle
Charles Darwin (1840)
• Voyage de 5 ans autour du monde:
but = cartographier certaines régions
peu connues.
• Au cours du voyage Darwin élabore sa
théorie et recueille de nombreuses
données pour l’étayer.
Au cours du voyage du beagle
Darwin observe :
• Espèces de régions différentes d’Amérique du Sud se
ressemblent souvent entre elles.
• Espèces retrouvées dans un milieu particulier d’Amérique
du Sud ressemblent plus aux espèces d’autres régions
d’Amérique du Sud qu’aux espèces trouvées dans des
milieux similaires sur d’autres continents.
• Fossiles d’Amérique du Sud ressemblent aux espèces
actuelles d’Amérique du Sud.
• Îles possèdent des espèces uniques qui ressemblent à
d’autres espèces du continent le plus proche.
Ex. Îles Galápagos (900 Km à l ’Ouest de l ’Amérique du
Sud)
Retour du voyage : 1836
• Ne publie pas sa théorie, se contente d’en
noter les grandes lignes.
• 1858 : lettre de Alfred Russel Wallace.
Alfred Russel
Wallace
Expose la même théorie
• Le mois suivant : publication officielle de la théorie
(cosignée Darwin-Wallace).
• 1859 : Publication de « L’origine des espèces par
sélection naturelle ».
• Succès instantané de librairie.
• 10 ans plus tard, la théorie de Darwin est acceptée par
la grande majorité des biologistes.
Théorie de Darwin
1. Sans limitation, une population s’accroît de façon exponentielle
• Une morue peut pondre
plus de 6 millions d’œufs.
• Si chacun de leurs
descendants survivaient
un seul couple
d’éléphants pourrait
engendrer 19 millions
d’éléphants en 750 ans.
Théorie de Darwin
1. Sans limitation, une population s’accroît de façon
exponentielle
2. Années après années, les populations demeurent
relativement stables
Des facteurs limitants empêchent l’accroissement
exponentiel.
Darwin s’était inspiré
pour ce point d ’un
ouvrage de
l’économiste Thomas
Malthus (1766-1834):
Thomas Malthus
La population humaine augmente plus vite que la production
des ressources alimentaires.
Théorie de Darwin
1. Sans limitation, une population s’accroît de façon exponentielle
2. Années après années, les populations demeurent relativement stables
Des facteurs limitants empêchent l ’accroissement exponentiel.
3. Il y a des variations entre les individus: à chaque
génération, les descendants diffèrent de leurs parents et
diffèrent entre eux.
Théorie de Darwin
1. Sans limitation, une population s’accroît de façon exponentielle
2. Années après années, les populations demeurent relativement stables
Des facteurs limitants empêchent l ’accroissement exponentiel.
3. Il y a des variations entre les individus: à chaque génération, les
descendants diffèrent de leurs parents et diffèrent entre eux.
4. Si une différence s’avère avantageuse face à
l’environnement de l’organisme, le ou les individus qui la
possèdent ont plus de chances de survivre que ceux de
la population qui ne la possèdent pas. Et donc plus de
chances de se reproduire et de transmettre leur
caractéristique = SÉLECTION NATURELLE
Théorie de Darwin
1. Sans limitation, une population s’accroît de façon exponentielle
2. Années après années, les populations demeurent relativement stables
Des facteurs limitants empêchent l ’accroissement exponentiel.
3. Il y a des variations entre les individus: à chaque génération, les descendants
diffèrent de leurs parents et diffèrent entre eux.
4. Si une différence s ’avère avantageuse face à l ’environnement de
l ’organisme, le ou les individus qui la possèdent ont plus de chances de
survivre que ceux de la population qui ne la possèdent pas. Et donc plus de
chances de se reproduire et de transmettre leur caractéristique =
SÉLECTION NATURELLE
5. Le caractère avantageux a donc tendance à se répandre
jusqu’à ce que ceux qui le possèdent surpassent et
remplacent ceux qui ne l’ont pas.
Évolution de la girafe selon Darwin
• Girafes se nourrissent des feuilles des arbres.
• Si la nourriture est rare, les plus grands (cou et pattes) ont
un net avantage sur les plus petits.
• Les plus grands ont plus de chances de survivre; plus de
chances de se reproduire et de transmettre à leurs
descendants leur grande taille.
• De génération en génération, il y a une SÉLECTION des
plus grands.
• Avec le temps, il y a une tendance à l’allongement du cou
et des pattes dans la population.
N.B. Darwin n'a jamais cité cet exemple, il connaissait trop
peu ce cas. De plus, une autre explication est possible.
Voyez-vous laquelle?
Le crabe de Heike
Depuis, les pêcheurs rejettent à la mer tous
les crabes dont la carapace ressemble à un
visage de samouraï.
Japon, 24 avril 1185, bataille de
Dan-No-Ura.
L’armée du jeune empereur
Antoku, alors âgé de seulement
sept ans, est défaite lors d’une
bataille navale dans la mer du
Japon par le clan des
Minamoto. La grand-mère du
jeune empereur préfère se jeter
dans les vagues avec l’enfant
plutôt que de se rendre. Les
samouraïs de l’armée défaite
qui n’étaient pas tombés au
combat se jetèrent aussi à la
mer.
La phalène du bouleau (Biston betularia)
Forme pâle
Forme
mélanique
• Jusqu ’en 1848 (Angleterre), tous les
spécimens connus = forme pâle
• À la fin du XIXe siècle, 98% des individus =
forme mélanique
La phalène du bouleau (Biston betularia)
Forme pâle = bon camouflage sur les troncs d’arbres
couverts de lichen.
Forme mélanique = bon camouflage sur les troncs dépourvus
de lichens et noircis par la pollution.
À partir du milieu du XIXe
siècle, la pollution a fait
disparaître les lichens
des arbres et la suie les a
noircis.
• Dans les régions polluées, la sélection naturelle a
remplacé les pâles par la forme mélanique en
quelques années.
• Dans les régions où on a mis fin à la pollution, les
pâles sont redevenus majoritaires.
Autres exemples :
• Résistance aux antibiotiques des bactéries
• Pinsons de l’île Daphne Major aux Galápagos
Le pinson préfère manger des
graines petites et tendres faciles
à écraser.
Voir: Artificial Intelligence in the Lab
Lire : Changement de moeurs
Les années humides, ces graines
sont assez abondantes. Les
années sèches, les graines
deviennent plus rares, surtout les
petites. La diète contient alors
une proportion plus grande de
graines plus grosses et plus
dures. Il y a alors avantage des
oiseaux aux becs les plus
robustes. Ceux-ci deviennent
plus abondant.
Modes de sélection naturelle
• Sélection directionnelle
• Sélection stabilisante
• Sélection diversifiante
Directionnelle
Stabilisante
Diversifiante
Sélection directionnelle
Nuisible
Sélection stabilisante
Nuisible
Sélection diversifiante
Nuisible
Ex. Pinsons qui s’adaptent à se nourrir d’insectes (bec fin
avantageux) ou de graines (bec robuste avantageux).
Les becs fins qui se reproduisent entre eux donnent des rejetons à
becs fins mieux adaptés aux insectes.
Les gros becs qui se reproduisent entre eux donnent des rejetons à
gros becs mieux adaptés aux graines.
Les becs fins qui se reproduisent avec les gros becs donnent des
becs intermédiaires mal adaptés aux insectes comme aux graines.
Y a-t-il évolution actuellement dans
l’espèce humaine?
Pour qu’il y ait évolution, il faut :
• Diversité génétique
• Sélection naturelle
Est-ce le cas chez les humains ?
La sélection naturelle est-elle vraiment nécessaire?
La théorie darwinienne de l ’évolution
n’est pas complète:
• Lois de la génétiques ne sont pas connues.
• On ne sait rien de l’information génétique.
• Darwin ne peut expliquer d’où proviennent les
nouveaux caractères qui seront sélectionnés.
Découvertes en génétique au cours du XXe siècle
permettent de compléter la théorie:
Théorie synthétique de l’évolution
ou
Néo-darwinisme
Théorie synthétique de l’évolution
Mutations génétiques font apparaître de nouvelles
caractéristiques physiques.
Exemples:
• Mutation d’un gène codant pour une enzyme : permet la
formation d’un nouvel allèle codant pour une enzyme
possédant des propriétés différentes de l’ancienne.
• Mutation d’un gène intervenant dans le développement
embryonnaire (homéogène) permet de grandes
modifications physiques.
• Polygénie (multiplication des gènes dans le génome)
permet la formation de nouveaux gènes qui s’ajoutent aux
anciens.
Ex. évolution du lysozyme en alpha-lactalbumine
• Le lysozyme varie d’une espèce à l’autre. Cette
enzyme est présente chez tous les vertébrés.
• L’alpha-lactalbumine, une enzyme apparue avec les
mammifères (sert à synthétiser du lactose dans le lait)
ressemble beaucoup au lysozyme.
Lys. Homme – Lys. Souris : 28 différences
Lys. Homme - Lys. Poulet : 51 différences
Lys. Homme - Lactalbumine : 76 différences
Lys. Poulet - lactalbumine : 75 différences
Ligne 1: Lysozyme humain
Ligne 2: Lysozyme souris
Ligne 3: Lysozyme poulet
Ligne 4: Alpha lactalbumine
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Ex. Évolution de la résistance aux organo-phosphorés chez
le moustique Culex pipiens
Culex pipiens peut être
porteur du virus du Nil
L’AChE
(acétylcholinestérase)
mutée a peu d’affinité avec
l’insecticide tout en
conservant son affinité avec
l’acétylcholine.
L’AChE mutée est par contre moins efficace (sur l’A. choline) que la forme
normale  la forme mutante est nuisible s’il n’y a pas d’insecticide dans
l’environnement (c’est ce qu’on appelle le coût de la résistance) et
avantageuse s’il y en a. On ne retrouve les moustiques mutés que dans
les zones d’épandage.
N.B. Ce n’est pas l’insectivide qui a provoqué la
mutation responsable de l’AchE résistante à
l’insecticide.
La mutation existait peut-être bien avant l’invention des
insecticides.
Si elle est apparue après cette invention, c’est un pur
hasard.
Certains individus possédant deux
copies du gène de l’enzyme (suite à
une duplication du gène) ont acquis une
version mutée du gène (gène ace-1). Ils
possèdent donc une version normale
(efficace pour dégrader l’A. choline) et
une version mutée (résistante à
l’insecticide). Ils sont donc avantagés
que l’insecticide soit présent ou pas.
Ces moustiques se sont rapidement
propagés dans les zones où on utilise
des insecticides.
Le gène muté (ace-1) diffère du gène normal par un
nucléotide. Le changement provoque la substitution d’un acide
aminé du site actif par un autre acide aminé.
On connaît d’autres gènes
responsables de la
résistance. Ces gènes
codent pour des enzymes
(des estérases) qui
dégradent l’insecticide
avant qu’il ne puisse
parvenir à la synapse. Il y a
deux sortes d’estérases (les
A et les B). On ignore
actuellement à quoi servent
ces estérases dans le
moustique.
Le gène seul est peu efficace. On a vu apparaître (par hasard, ça n’a
rien à voir avec l’utilisation des insecticides) des formes mutantes
résistantes chez qui le gène était amplifié (augmentation de l’expression
suite à des modifications d’un gène régulateur ou multiplication en
plusieurs copies) ce qui en augmente l’expression et donc l’efficacité.
Ces moustiques se sont propagés dans les zones d’épandage des
organo-phosphorés.
Deuxième partie