Thème 1A: GÉNÉTIQUE ET ÉVOLUTION Chapitre 3 Introduction Chapitre 3 : L’EVOLUTION DE LA BIODIVERSITE La biodiversité des espèces et des individus à l’intérieur des espèces est le résultat à la fois de modifications de génomes, d’associations entre organismes et de la transmission de comportements. Nous avions défini l’espèce comme un ensemble d’individus qui se ressemblent, qui partagent un même caryotype, qui sont interféconds et qui ont une descendance fertile. Problématique Comment se forment et disparaissent les espèces au cours du temps? La définition de l’espèce est-elle aussi simple ? I. LES MODIFICATIONS DES POPULATIONS AU COURS DU TEMPS TP n°5 : Sélection et dérive Une population est un groupe d’individus de la même espèce, qui vivent dans une aire géographique assez proche, et qui sont donc susceptibles de se reproduire entre eux facilement. Pour comprendre l’histoire d’une population et sa composition à un moment donné, il faut faire appel à 2 mécanismes évolutifs : TP5: Sélection et dérive Introduction : Hypothèses: - Influence de l’environnement; - Hasard. TP5: Sélection et dérive La sélection naturelle : typica clairs Mutation C carbonaria sombres. sombres suie. carbonaria grande typica allèles prédateurs. environnement reproduire. carbonaria carbonaria typica adaptation Suie et SO2 Clairs. carbonaria industrialisées allèle augmenter C - La sélection naturelle correspond à la sélection de certains individus qui sont génétiquement avantagés dans un environnement donné. Ils ont donc plus de chance de se reproduire et de transmettre leurs allèles. Elle se traduit par une adaptation des populations à leur milieu au cours du temps. TP5: Sélection et dérive La dérive génétique: TP5: Sélection et dérive La sélection naturelle: Avant 1989, la sélection naturelle est défavorable aux individus à défenses (car ils sont tués par les braconniers et se reproduisent donc moins): la fréquence des individus sans défenses augmente (car non chassés). Parc national du Sud Luangwa 1989 Donc, si on interdit la chasse des éléphants à défenses et sans défenses dans un parc naturel, on observe une augmentation de la fréquence des 2 types d’éléphants, et à long terme la sélection naturelle devrait même privilégier la plus avantageuse (à défenses). TP5: Sélection et dérive La dérive génétique : En Afrique du Sud, la population d’Addo contient un pourcentage particulièrement élevé de femelles sans défenses (98 %). En 1931, 11 individus dont 50 % des femelles sont sans défenses. La diversité génétique (nombre d’allèles) est plus faible chez les éléphants du parc Addo (1 ou 2 allèles) que pour le parc Krueger ou les spécimens (3 à 6). - Formuler une (des) hypothèse(s) sur le mécanisme évolutif qui a conduit à la fréquence élevée des éléphants sans défenses dans le parc Addo. La fréquence des allèles, et donc des types d’individus, aurait évoluer de manière aléatoire, en s’accompagnant d’une perte de diversité génétique (disparition des allèles à l’origine des défenses), à cause du faible nombre d’individus en 1931. TP5: Sélection et dérive La dérive génétique : Donner un protocole dans ses grandes lignes et identifier les paramètres variables et fixés de la modélisation, ainsi que le(s) témoin(s). A l’aide du logiciel de modélisation « dérive », on fait des tirages aléatoires des allèles présents dans une population d’individus, génération après génération. - Paramètre fixe: le nombre d’allèles de départ (ex: 5 pour le gène A). - Paramètre variable: le nombre d’individus de la population de départ (10, 50, 100). Population témoin: 100 individus. - Formuler les conséquences attendues, si l’hypothèse est vraie. Si l’hypothèse est juste, on devrait observer une disparition de certains allèles dans les populations peu nombreuses. TP5: Sélection et dérive La dérive génétique : Résultats population de 10 individus: 1 allèle Résultats population de 50 individus: 2 allèles Résultats population de 100 individus: 5 allèles TP5: Sélection et dérive La dérive génétique : Réaliser une étude comparée des différentes situations envisagées. Dans chaque population d’individus, la fréquence des allèles varie de manière aléatoire de génération en génération (hasard de la fécondation). Dans une population importante (100 individus), les 5 allèles sont encore présents à la 15ème génération. Dans une population plus restreinte (10 individus), il ne reste plus qu’un seul allèle à la 15ème génération. Expliquer le mécanisme évolutif responsable de la divergence de ce caractère qui n’est pas sélectionné. Dans le parc Addo, le nombre d’individus (11) étant faible, le hasard a entrainé la disparition des allèles responsables de la croissance des défenses chez l’éléphant d’Afrique = dérive génétique. - La dérive génétique correspond à la variation aléatoire de la diversité des allèles au cours des générations dans une population. Son effet est d’autant plus important que la population est petite. L’évolution est la transformation des populations au cours du temps; elle résulte du hasard, des différences de survie (pression du milieu, concurrence entre êtres vivants, prédation) et du nombre de descendants. Comment relier l’évolution des populations à l’apparition et la disparition des espèces au cours du temps ? II. DE L’ÉVOLUTION DES POPULATIONS À L’ÉVOLUTION DES ESPÈCES 1. L’apparition de nouvelles espèces: Spéciation Livre: doc. 1 p.62 et doc.2 p.63 Guide d’exploitation : 1) Mâchoire Régime alimentaire Milieu de vie Reproduction Génétique A. zaliosus A. citrinellus petites dents pointues petites dents pointues + molaires biofilms, zooplancton et animaux biofilms, zooplancton et animaux + algues au large des bords du lac Les côtes du lac Pas d’hybridation possible Forts liens de parenté Tous ces éléments conduisent à l’idée qu’A. zaliosus résulte de la différenciation d’une sous-population d’A. citrinellus suite à l’exploitation d’un autre habitat à base de zooplancton et non d’algues. 2) Les glaciers et les chaînes de montagnes constituent des barrières possibles entre des populations. 3) En période glaciaire, les trois populations de sauterelles ne pouvaient se croiser. Cet isolement génétique fait que l’on pouvait considérer ces populations comme des espèces différentes possible évolution. Le recul des glaciers fait que ces populations peuvent se croiser lorsqu’elles se rencontrent. N’étant plus isolées génétiquement les unes des autres, ces populations ne forment donc actuellement plus qu’une seule espèce. Une nouvelle espèce apparaît si un nouvel ensemble d’individus s’individualise au sein d’une population: C’est ce qu’on appelle la spéciation*. Toute spéciation repose sur l’apparition d’un isolement reproductif* entre deux populations. Cet isolement reproductif entraîne donc un isolement génétique, donc plus d’échanges d’allèles possibles. *spéciation: processus évolutif qui aboutit à l’apparition d’une nouvelle espèce. *Isolement reproductif : incapacité à se reproduire, à avoir une descendance fertile, entre 2 populations. Cet isolement reproductif peut avoir lieu suite: - à un changement de comportement entre les 2 populations (parade nuptiale différente par exemple). - à un isolement géographique de deux populations. - À l’accumulation de mutations, donc de différences génétiques, qui empêchent la reproduction. 2. La disparition des espèces Doc: activité 3. L’arrivée de l’Homme sur l’île Maurice a entraîné la disparition du Dodo. Elle résulte de la destruction de l’habitat de cette espèce et de l’action de prédateurs. De nombreuses espèces ont disparu à la fin du Dryas récent, période qui correspond à un bref refroidissement climatique. Cette modification du climat a exercé une pression de sélection qui a entraîné la disparition de plusieurs espèces. Ainsi une espèce disparaît dès lors que tous les individus disparaissent. Les facteurs de disparition peuvent être climatiques ou anthropiques. Une espèce disparaît si l’ensemble des individus concernés disparaît, ou alors si ces individus cessent d’être isolés génétiquement. 3. Les limites de la notion d’espèce Livre: pages 60 et 61. Le concept d'espèce s'est modifié au cours de l'histoire de la biologie : d’abord associé à la ressemblance, puis à l’interfécondité. La définition de l’espèce donnée en introduction n’est pas satisfaisante car il existe de nombreux hybrides qui sont fertiles, alors que parents et hybrides sont considérés comme des espèces différentes. L’utilisation de la notion de population peut permettre de se sortir de ces situations délicates : Espèce = population d’individus suffisamment isolés génétiquement des autres populations, à un moment donné concept évolutionniste de Charles Darwin (XIXe siècle).