L`évolution des espèces.

L’origine de la vie et l’évolution des
espèces
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Plan de l’étude
• 1.0 L’origine de la vie
• 2.0 Historique du concept de l’évolution des
espèces
• 3.0 Les preuves à la base du concept de
l’évolution des espèces
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1.0 L’origine de la vie
D’où vient la vie???
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1.1 L’origine de la vie
Il était une fois …
• 13,7 milliards d’années : la théorie du Big bang
• 4,56 milliards d’années : la formation de la Terre
• 3,5 – 4 milliards d’années : l’apparition des
premières formes de vie (procaryotes) :
archéobactéries, bactéries
Stromatolithes
Sharks Bay (Australie
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2,7 milliards d’années : apparition de l’oxygène dans
l’atmosphère : par les cyanobactéries (procaryotes
photosynthétiques). Cela crée progressivement une couche
d’ozone qui rend la vie possible en dehors de l’eau, car la
couche d’ozone protège des UV.
2,1 milliards d’années : apparition des eucaryotes
unicellulaires. Les eucaryotes seraient apparus à la suite
de « l’ingestion » de procaryotes. (endosymbiose)
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1,2 milliard d’années : apparition des
pluricellulaires (colonies).
500 millions d’années : apparition des animaux.
4 500 millions
d’années
3 500
2 500
Premiers
procaryotes
Premiers
eucaryotes
Précambrien
543
250
Paléozoïque
65
Mésozoïque Cénozoïqu
e
Formation
de la Terre
Vie terrestre
543
488
Cambrien
444
416
Reptiles
Arthropode
s
Premiers
vertébrés
marins
Ptérosaure
Oiseaux
Homo
habilis
Abeille
Plantes à
fleurs
Premiers
vertébrés
terrestres
360
Primate
Tyrannosaur
e
300
Ordovicie Silurien Dévonien Carbonifère
n
Vie
aquatique
Trilobites
Plantes
terrestres
Mammifère
s
251
Permie
n
200
Trias
145
Jurassique
Amphibiens
Ammonite
65
Crétacé
23
Paléogèn Néogène
e
Poisson osseux
Baleine
primitive
Tortue
Nautile
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500 millions d’années :
• colonisation des milieux
terrestres.
• Apparition des végétaux.
(déshydratation)
50-60 millions d’années : apparition
des mammifères. (fin du Crétacé)
5 millions d’années : apparition de
l’Homme.
(les impactes sur son environnement)
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1.2 Vers l’explication de l’origine de la vie
• Origine extraterrestre (météorites) des molécules prébiotiques :
les poussières interstellaires contiennent des molécules
organiques (acides aminés, bases azotées, lipides, glucides).
• Origine atmosphérique des molécules prébiotiques :
– Atmosphère réductrice : (voir Miller et Urey).
– Atmosphère neutre : des expériences ont permis de mettre en évidence
la synthèse d’acides aminés en conditions neutres.
• Origine hydrothermale des molécules prébiotiques : les
cheminées hydrothermales sont des milieux chauds et
réducteurs.
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1.2 La synthèse abiotique des molécules (la
terre primitive)
Est-ce que les conditions qui prévalaient sur Terre
étaient favorables à l’apparition de la vie?
Oparin et Haldane (postulent en même temps)
• Exercice sur l’expérience de Miller-Ulrey
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L’expérience de Miller-Ulrey
Les gaz primitifs (H2O,
H2, CH4 et NH3)
Décharges électriques
Un tube réfrigérant
Acides aminés, eau
http://www.youtube.com/watch?v=ujp3I
djmu4s
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Comment la vie serait-elle apparue sur
Terre?
Les étapes menant à la formation des cellules
1. Synthèse abiotique et fusion des
monomères en polymères
2. Formation de protobiontes (agrégats)
3. ARN autoréplicateur
4. Formation de protéines enzymes pouvant
faire la synthèse des protéines
5. Formation de l’ADN
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2.0 Un bref historique du concept de
l’évolution des espèces
• 2.1 Le fixisme
• 2.2 Le transformisme
• 2,3 Le darwinisme
• 2.4 Le néodarwinisme
• 2.5 L’épigénétique
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Question
• Une population de renards migre vers le Nord-duQuébec. Au début de cette migration, l'épaisseur de
leur fourrure est, en moyenne, de 2,5 cm. Après 30
générations, l'épaisseur moyenne de la fourrure des
renards est de 3,5 cm, ce qui constitue une
augmentation de 40 %. Comment expliquez-vous ce
changement?
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Un peu d’histoire
Platon
Aristote
-400
Cuvier
É. Darwin
1700
1800
Lamarck
1900
2000
Genèse
Hutton
Smith
Lyell
Darwin
Wallace
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2.1 Fixisme
• Platon et Aristote (384-322 av. J.-C)
– L’évolution est impossible puisque le monde est
immuable et les espèces sont parfaites.
– L’échelle des êtres (scala naturae)
– Carl Von Linné
(classification binominale)
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Genèse jusqu’au 17e siècle
Créationnisme :
Dieu a créé les espèces de manière individuelle
et définitive en 6 jours.
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Vers le transformisme
George Cuvier (fin 18e siècle)
• Père de la paléontologie
• Croit à l’immuabilité des espèces
Cependant
– Observe des espèces dans les différentes strates
fossiles.
– Catastrophisme
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Vers le transformisme (fin 18e siècle)
Hutton
Gradualisme
Smith
Principe de succession
faunique
Lyell
Uniformitarisme
Trois géologues qui ont étudié les strates
rocheuses et les fossiles.
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2.2 Le transformisme
• Au cours 18e siècle plusieurs considéraient que la vie
avait évolué en fonction des changements de
l’environnement dont Érasme Darwin auteur de
Zoonomia.
– Transformation des espèces par amélioration
croissante de l’efficacité des espèces (besoins
vitaux).
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2.2 Le transformisme
• Jean-Baptiste Monet, Chevalier de Lamarck
(1744-1829)
• Philosophe-Botaniste-Zoologiste
Hypothèse transformiste (1809)
1) Force interne qui pousse au changement
2) Les espèces se succèdent en lignées évolutives continues et
infinies
3) Les caractères acquis sont héritables
4) Accumulation de variation aboutit à la formation d’une
nouvelle espèce
5) La terre est âgée et l’origine de la vie est due à des processus
abiogènes
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Évolution de la girafe selon Lamarck
Le cou de l’ancêtre de la girafe
était court
Pour atteindre le feuillage situé
en hauteur sur les arbres la girafe
étire son cou et ses pattes durant
des générations.
Le cou de la girafe devient ainsi
progressivement plus long, ce qui
lui permet de se nourrir.
Ce caractère est héréditaire.
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2.3 Darwinisme
•
•
•
•
Charles Darwin (1809-1882)
abandonne ses études en médecine.
Charles Darwin 1840
Il poursuit des études en théologie et en sciences naturelles.
Il s’embarque sur le HMS Beagle pour cartographier les
régions du littoral de l’Amérique du Sud à l’âge de 22 ans.
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Les observations de Darwin :
• Des fossiles qui diffèrent des espèces actuelles, mais
leur ressemblent.
• Les espèces proches géographiquement se
ressemblent plus que les espèces trouvées dans des
milieux similaires sur d’autres continents.
• Les espèces de régions différentes d’Amérique du
Sud se ressemblent souvent entre elles.
• Il remarque que les espèces endémiques des îles
ressemblent à celles qui vivent sur le continent en
Amérique du Sud.
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Une espèce mère de géospize a colonisé une île des Galapagos et
s’est ensuite retrouvée dans différentes îles. Les populations ont
évolué différemment d’une île à l’autre.
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Au retour de son voyage
• 1837 : début rédaction de Transmutation
• 1838 : Mise au point de la théorie de l’évolution
• 1858 : lettre de Alfred Russel Wallace.
• Publication un mois plus tard de la théorie Darwin-Wallace
• 1959 : publication de l’Origine des espèces
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Dans L’Origine des espèces :
1. Les espèces ne sont pas stables; ils montrent des variations de
forme plus ou moins importantes.
2. Il naît plus de descendants qu’il n’est nécessaire. Si tous les
descendants des espèces survivaient et se reproduisaient, la
Terre serait submergée.
3. Les populations conservent en général des effectifs à peu près
stables. Cet équilibre, qui est réglé par un taux de natalité et
de mortalité, n’est pas dû au hasard, mais à l’aptitude de
certains individus à survivre.
4. Tous les organismes descendent avec modification d’un
ancêtre commun.
5. L’évolution est graduelle.
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Les arguments de Darwin en résumé
• La sélection artificielle (plantes ou animaux domestiques)
• Dans la nature :
1. Les membres d’une population diffèrent par leurs
caractères héréditaires
2. Les espèces peuvent produire une descendance plus
importante que le support du milieu et une partie de cette
descendance ne peut survivre et se reproduire
3. Les individus qui présentent des caractères héréditaires
qui leur confèrent une plus grande chance de survie et de
reproduction dans un environnement donné tendent à
laisser une plus grande descendance.
4. De génération en génération la capacité inégale de survie
et de reproduction entraîne une accumulation de
caractères favorables dans la population
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Évolution de la girafe selon Darwin
Dans une population de girafes la longueur du cou varie selon les
individus
Si la nourriture est rare, la sélection naturelle favorise les
individus dont le cou et les pattes sont allongés et qui peuvent se
nourrir plus facilement et mieux se reproduire
De génération en génération, il y a une Sélection des plus grands
Après plusieurs générations la population est toujours variable,
mais elle montre un accroissement de la longueur du cou et des
pattes. Ce caractère est héréditaire.
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2.4 Le néodarwinisme
Le néodarwinisme est une version plus sophistiquée du
darwinisme, car il opère l’intégration des connaissances de
différents domaines, dont la phylogénétique, la paléontologie, la
biogéographie et l’écologie à la théorie de la sélection naturelle.
Ceci explique les raisons de l’appellation de la théorie : Théorie
synthétique de l’évolution.
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2.5 L’épigénétique
Une « seconde synthèse »
• Il existe trois sources de caractères héréditaires
1. Modèle standard de génétique classique sur l’ADN et l’ARN.
2. L’hérédité épigénétique due essentiellement à des
modifications de la chromatine, à la méthylation de l’ADN et
au rôle de l’ARN interférent.
3. Un système dû, par exemple, à des modifications
hormonales.
Selon ces théories, les variations héréditaires ne sont pas toujours
dues à des variations qui se produisent au hasard et qui sont
contrôlées par la sélection naturelle. Elles peuvent résulter
d’instructions directes données par les facteurs de
l’environnement.
Situez votre conception de départ
Certains termes associés aux différents concepts de l’évolution
Darwin
Lamarck
Besoin, nécessité, but, utilité
Viabilité, pression de l’environnement,
sélection naturelle, disparition
d’individus moins bien adaptés
Disparition des organes par le non-usage Provenance des organes expliquée par la
(l’absence de nécessité)
génétique, notions d’avantages et de
désavantages (retour à l’organe néodarwinien)
Variation à la suite de changements
Variation dans la population avant les
environnementaux
changements environnementaux
Transmission du caractère avantageux à Transmission à la descendance de
sa descendance
certains caractères avantageux qui
deviendront de plus en plus fréquent
dans la population au fil des générations
L’évolution est progressive et dirigée
vers un but précis, vers un organisme
plus complexe, meilleur
Apparition de nouveaux caractères
pouvant être avantageux se fait par
l’entremise de mutations aléatoires sur
les gènes (néo-darwinien)
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3.0 Les preuves à la base du concept
d’évolution
• La théorie de l’évolution
de Darwin repose sur
différentes preuves.
Archaeopteryx
32
3.1 Similitude avec des structures
vestigiales
• Homologie versus analogie
– Structures homologues (organes vestigiaux)
• Arbre phylogénétique (voir figure 22.17)
– Données anatomiques
– Données de séquençage
Exemple de l’origine et l’évolution de l’oeil
argument des antiévolutionnistes (sélection naturelle ne peut
pas expliquer la formation)
Gène Pax6 présent dans la plupart des taxa. (rôle dans le
système nerveux)
• Évolution convergente
– Caractéristiques analogues
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Homologies embryonnaires
• Les stades de développement
chez plusieurs espèces
présentent des similitudes qui
supportent l’idée de l’évolution
à partir d’un ancêtre commun.
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Structures vestigiales chez la baleine
Le pubis et le fémur
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3.2 Les archives fossiles
• Les archives fossiles témoignent
du passé en démontrant que
les organismes étaient différents
de ceux actuels. En plus, des changements évolutifs
survenus chez divers groupes.
• Les fossiles sont une preuve importante à la théorie
de l’évolution puisqu’il est possible de constituer des
séries de fossiles pour expliquer les changements
évolutifs
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3.2 Les archives fossiles
Un organisme peut se fossiliser si :
• Il est recouvert de sédiment avant
d’être complètement décomposé
• Il doit être en absence d’oxygène
• Les molécules organiques sont progressivement
remplacées par des dépôts minéraux dans les roches
sédimentaires
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Strates géologiques (roches
sédimentaires)
Datation relative : L’ordre dans lequel les
espèces apparaissent dans les strates
sédimentaires.
Récent
Série fossile
Ancien
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Strates géologiques
• 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 disposés 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.
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3.3 La biogéographie et la dérive des
continents
L’influence du déplacement
des plaques tectoniques
La position des continents
influence la répartition des
organismes ainsi que leur
évolution.
41
42
3.4 La microévolution
• Le cas de la phalène du bouleau (Biston betularia)
Forme pâle
Forme mélanique
• Jusqu’en 1848 (Angleterre), tous les spécimens sont de forme pâle
• À la fin du XIXe siècle, presque tous les individus sont de forme
mélanique
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Les phalènes de bouleau (Biston betularia)
• La forme pâle : bon pour se camoufler sur les troncs d’arbres
couverts de lichen
• La forme mélanique : bon pour se camoufler sur les troncs
d’arbres sans lichen et noircis par la polution
Dans les régions polluées la sélection naturelle a remplacé
la forme pâle par la forme mélanique en quelques années
Dans les régions où l’on a mis fin à la polution la forme pâle
est redevenue en plus grand proportion dans la population
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