evolution biologique - e-svt

1. Phylogénie des espèces :
1. HISTORIQUE :
La théorie de l’évolution présente des racines très anciennes, mais comme donnée scientifique,
la première grande théorie de l’évolution est celle de LAMARk qui dit : « Tout ce que la nature
a fait acquérir ou perdre aux individus par l’influence des circonstances auxquelles leurs races
se trouvent depuis longtemps exposées et par conséquent, de l’emploi prédominant de cet
organe ou d’un défaut constant d’usage de telle partie elle le conserve par la génération aux
nouveaux individus qui en proviennent. Pourvu que les changements acquis soient communs
aux deux sexes ou à ceux qui ont produit ces nouveaux individus » (philosophie zoologique
1809).
Cette théorie, appelée théorie de l’hérédité de l’acquis, a prédominé pendant la première
moitié du 19ème siècle. En effet, l’arrivé de DARWIN avec son livre (l’origine de l’espèce) publié
en 1859 a transformé le concept de l’évolution en la ramenant à la création des espèces les unes
des autres. En effet, il dit « Les espèces telles qu’on les voit aujourd’hui ne sont pas créées par
une force surnaturelle, mais, sont issues d’espèces précédentes » (L’origine des espèces)
Jusqu’à Darwin, l’évolution n’avait pas d’arguments solides sauf ceux de l’anatomie comparée.
Ainsi, Darwin s’est reposé sur l’idée de la sélection naturelle pour justifier sa théorie. A la fin du
19ème siècle et au début du 20ème siècle, le découverte des lois de la génétique a permis de
consolider la théorie de l’évolution puisqu’on a compris que la mutation relie l’information
génétique aux conditions de l’environnement ; c’est-à-dire, l’hérédité à la sélection naturelle.
Egalement, il est apparu nécessaire d’utiliser les acquis des autres sciences pour donner une
théorie dite synthétique de l’évolution.
Actuellement, on dit que chaque individu, bien qu’apparemment stable, porte en ses gènes
une prédisposition à des mutations lui donnant la capacité de s’adapter à de nouvelles
circonstances donc, d’être naturellement sélectionné.
2. Phylogénie des espèces :
a) Arguments anatomiques :
L’anatomie comparée s’intéresse à l’étude des organes et leur comparaison entre les
différentes espèces. De cette comparaison, on cherche, essentiellement, les ressemblances
(homologies = similitudes). La comparaison du membre antérieur chez six espèces différentes
montre que quelle que soit la fonction réalisée par cet organe, il est toujours divisé en trois
parties :



Le bras formé toujours d’un seul os : l’humérus.
L’avant-bras formé toujours de deux os : le cubitus et le radius.
La main formée toujours de trois types d’os : carpes, métacarpes et phalanges.
Ces homologies peuvent être expliquées si on admet que tous ces vertébrés avaient évolué à
partir d’un même ancêtre.
1
Les différences reviennent aux différences relatives aux fonctions de cet organe.
b) Arguments embryologiques :
L’embryologie est la science qui s’intéresse à l’étude des embryons, c’est-à-dire de la période
de la vie entre le zygote et le fœtus. La comparaison des embryons de cinq espèces
différentes en trois stades successifs permet de constater q’au début de leur formation,
tous les embryons se ressemblent dans leur formes et même dans leurs structures puisqu’ils
présentent tous des fentes branchiales quel que soit leur mode respiratoire à l’âge adulte.
Puis ces fentes persistent chez les poissons et disparaissent chez les animaux à respiration
pulmonaire. Ainsi, on est arrivé à penser que tous les vertébrés devraient provenir d’un
même ancêtre aquatique.
c) Arguments moléculaires :
Dans ce cas, on cherche à comparer des molécules. Pour cela, on utilise les
protéines puisqu’elles expriment l’information génétique. Ainsi, la comparaison
2
de l’insuline de trois espèces différentes de mammifères (bœuf, porc et cheval)
montre qu’il y a au moins 48 acides aminés parmi les 51 acides aminés de l’insuline
qui sont identiques. Cette forte similitude laisse comprendre que ces espèces
étaient détachées d’un ancêtre commun très proche.
En effet, l’ancêtre commun est d’autant plus proche que les différences sont plus faibles et
réciproquement. Cette comparaison permet, alors, de dresser l’arbre phylogénétique
suivant
II.Les
modalités de la formation de nouvelles espèces : la
spéciation
3
La spéciation est le processus par lequel deux espèces différentes se forment à partir
d'une seule. Elle implique une séparation entre deux populations de l'espèce originelle.
Elle s'accompagne le plus souvent de changements anatomiques majeurs.
1.La spéciation géographique :
La spéciation géographique se fait en deux étapes :
- L'isolement de deux populations appartenant à une même espèce suite à un
événement climatique ou géologique. Les échanges génétiques sont ainsi interrompus.
- L'accumulation indépendante de variations génétiques au sein de chacune des
populations par mutations ou brassage de la reproduction sexuée. Sous l'effet de la
dérive génétique et de la sélection naturelle (si les populations se trouvent dans des
conditions environnementales différentes), les deux populations divergent de plus en
plus.
Il y a spéciation à partir du moment où l'on observe la mise en place d'une barrière
d'isolement reproductif : la divergence est telle que les croisements entre les deux
populations sont rendus impossibles.
2. La spéciation par polyploïdie :
Il y a deux types de spéciation par polyploïdie :


Soit par autopolyploïdie : rencontre de gamètes à 2n chromosomes formés par méiose
anormale. Elle donne des individus à 4n chromosomes.
Soit par allopolyploïdie : hybridation suivie de polyploïdisation.
Ces polyploïdisations conduisent systématiquement à des spéciations car les individus
touchés ne pourront plus se reproduire avec les autres individus (diploïdes) de l'espèce. Il y a
donc à chaque fois mise en place d'une barrière d'isolement reproductif.
4
III. les mécanismes de l’évolution :
Les études basées sur les arguments précédents ont permis de dire que l’espèce n’est
pas immuable dans le temps et que les transformations graduelles de ses structures se
manifestent par une complexification croissante de ces fonctions et que la
diversification des espèces actuelles était faite à partir d’une espèce originelle dite
ancêtre commun.
Cette évolution revient à une activité de l’environnement (sélection naturelle) qui
affecte l’information génétique et qui devient, par conséquent, héréditaire (mutation)
1. LA MUTATION :
La mutation est un accident qui se fait au cours de la méiose et qui doit, souvent, être
accompagnée d’un isolement reproductif pour aboutir à la naissance de nouvelles
espèces.
1.1 La mutation génique :
La mutation génique est une mutation ponctuelle ; donc, elle a pour conséquence la
création de nouveaux allèles. Ainsi, on comprend que la mutation génique est
essentiellement une source de variabilité de l’espèce. Cependant, cette mutation peut
être accompagnée de la naissance de nouvelles espèces (spéciation) quand elle
s’accompagne d’un isolement reproductif.
5
1.2 La mutation chromosomique :
a) l’amplification génique :
Cette mutation désigne qu’a partir d’un gène ancestral on obtient par duplication
successives deux ou plusieurs copies de ce gène qui se distinguent par des mutations
ponctuelles.
b) la modification du caryotype :
Cette modification peut revenir à la fusion de chromosomes de sorte à modifier leur
nombre total chez l’espèce d’origine.
La mutation est un accident qui se fait au cours de la méiose et qui doit, souvent, être
accompagnée d’un isolement reproductif pour aboutir à la naissance de nouvelles
espèces.
2. LA SELECTION NATURELLE :
Les conditions de l’environnement étant changeantes, ceci favorise la persistance des
individus qui seront les mieux adaptés avec les nouvelles conditions.
Exemple : En Angleterre, au début du XIX ème siècle, un petit Papillon, la Phalène du
Bouleau, vivait dans les campagnes et se posait sur le tronc des Bouleaux. Ses ailes claires
tachetées de noir s'harmonisaient avec la teinte des Lichens qui croissaient sur les arbres.
Une forme noire existait mais elle était très rare. Elle fut signalée pour la première fois en
1848 dans la région de Manchester.
Forme claire (en bas) et
noirci.
forme sombre (en haut) sur un tronc
6
Tandis que la forme claire persistait dans les campagnes la forme noire prenait de
l'importance dans les zones industrialisées. On la trouvait sur les troncs noircis par la
fumée. Vers 1895, 98% des individus étaient de forme mélanique dans les régions
industrialisées. Des expériences ont montré qu'il s'agissait d'une mutation et que les
oiseaux se guidant principalement à la vue consomment beaucoup plus de papillons noirs
sur fond clair et de papillons clairs sur fond sombre. Ils ont donc éliminés les papillons les
plus visibles. C'est la sélection naturelle.
Le changement du milieu (ici le noircissement des troncs) a provoqué la modification de
l'espèce par intermédiaire de la sélection naturelle. Mais la sélection agit de la même
manière dans les deux situations (troncs clairs, troncs sombres) elle élimine les individus les
plus visibles, on dit les moins aptes, et favorise donc les individus les moins visibles.
Cet exemple simple permet de bien mettre en évidence le moteur de l'évolution : le
changement du milieu, la sélection naturelle étant sa courroie de transmission. Il montre
également que l'espèce doit disposer d'une certaine réserve de diversité dans son
information génétique (ailes noires ou ailes blanches) pour se maintenir dans un milieu
changeant. La sélection naturelle est responsable de l'adaptation. Elle permet de
comprendre comment les bactéries deviennent résistantes aux antibiotiques et les
moustiques résistants aux insecticides.
7
EVOLUTION BIOLOGIQUE
Idée de l’évolution (théorie de l’évolution) :
Les êtres vivants dérivent les uns des autres par des transformations graduelles
de leurs structures au cours des temps à partir d’un ancêtre commun.
Données actuelles
de l’évolution
Données anatomiques :
La ressemblance ou homologie d’organes
(membres, cœurs, …) entre divers
vertébrés, fonde la notion d’organes
homologues, cela suppose l’existence
d’un ancêtre commun à tous les
vertébrés. Les différences constatées sont
expliquées par des mutations affectant le
modèle ancestral en relation avec le mode
de vie et l’utilité de l’organe.
Données
embryologiques :
La ressemblance des
embryons des vertébrés
suppose une origine
commune et l’existence
d’un ancêtre commun.
Les poissons constituent les
formes les plus primitives
des vertébrés.
Données moléculaires :
Les ressemblances de molécules homologues
(hormones, enzymes, protéines, …) assurant une
même fonction biologique. Ces ressemblances
supposent l’existence d’une molécule ancestrale
chez un ancêtre commun codée par un gène
ancestral, donc une origine commune. Les
différences sont expliquées par des mutations
affectant le gène ancestral et conduisant à des
gênes homologues.
Mécanismes de
l’évolution
Les mutations
génétiques
Les mutations
géniques
Changement au
niveau de la
séquence d’ADN
(substitutions,
délétions ou
additions de bases
azotées) ce qui
engendre de
nouveaux allèles
d’où la diversité ou
polymorphisme au
sein de l’espèce. Pas
de changement de
caryotypes.
La sélection
naturelle
Les mutations
chromosomiques
Changement de la
structure des chr.
Amplification
génique :
Multiplication d’un
gène par duplication
accompagnée de
mutations
ponctuelles. Pas de
changement du
nombre des
chromosomes.
Changement du
nombre des chr.
Polyploïdie :
Multiplication du
stock
chromosomique
de 2n à 3n, 4n,
6n, … cas du blé.
Fusion de paires
de chromosomes
 Changement du
nombre des
chromosomes. Cas
de la drosophile.
Nouvelles espèces
Tri effectué par les
conditions de
l’environnement en
faveur des formes les
plus aptes à survivre
et à se reproduire. Les
formes qui ne
s’adaptent pas sont
éliminées.
La sélection naturelle
tend à augmenter ou à
diminuer la fréquence
d’un allèle selon sa
valeur adaptative avec
les conditions du
milieu.
La spéciation :
C’est l’éclatement d’une espèce ancestrale en deux ou plusieurs
nouvelles espèces isolées entre elles de point de vue reproduction.
La spéciation allopatrique :
La spéciation sympatrique :
S’effectue dans deux milieux différents, par isolement géographique.
Dans ce cas c’est la naissance d’une barrière géographique (bras de
mer, glaciation, changement climatique, …) qui conduit au partage de
l’espèce ancestrale en deux ou plusieurs populations dont chacune va
subir son destin et subir une évolution indépendante de l’autre
population. L’interruption des échanges génétiques entre les deux
populations d’une part, et l’effet des mutations géniques,
chromosomiques, et de la sélection naturelle d’autre part, peuvent
conduire à l’isolement reproductif entre les deux populations, qui
même lorsqu’elles se retrouvent dans une même aire géographique
après une période plus ou moins longue, elles ne reproduisent pas,
donc elles sont interstériles. La spéciation est alors achevée.
S’effectue dans un même milieu, par isolement
écologique, éthologique, physiologique,…dans ce
cas c’est la naissance d’une barrière biologique
suite à certaine mutation génétique qui conduit à
une barrière reproductive. Exemple : une certaine
mutation conduit au changement du
comportement de l’animal, ou au changement de
la structure de son appareil génital, ou au
changement de la structure des gamètes, …ces
barrières biologiques peuvent alors aboutir à un
isolement reproductif, d’où la naissance d’une
nouvelle espèce.