De la diversification des êtres vivants à l`évolution

Séquence 5
De la diversification des êtres vivants
à l’évolution de la biodiversité
Sommaire
Chapitre 1. Pré-requis
Chapitre 2. La diversité des populations
Chapitre 3. Notion d’espèce et diversité biologique
Synthèse
Exercices
Glossaire
Séquence 5 – SN02
1
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Chapitre
1
Pré-requis
Exercice 1
Mots croisés - Mobiliser le vocabulaire relatif à l’unité du vivant
Exercice 2
La notion de mutation - Communiquer
Exercice 3
Les mutations, source de diversité - S’informer et communiquer
Exercice 4
Les mécanismes à l’origine des mutations - Raisonner
Exercice 5
Le rôle de l’environnement sur les mutations - S’informer
Exercice 6
Corriger les affirmations incorrectes - Tester ses connaissances
Exercice 7
Question à réponses courtes - Tester ses connaissances
Exercice 8
Les bactéries résistantes et les antibiotiques - Raisonner
Exercice 1
Question
Mots croisés
Compléter le mot croisé ci-dessous et donner une définition du mot vertical découvert.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Séquence 5 – SN02
3
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1 : Unité structurale et fonctionnelle des êtres vivants.
2 : Élément chimique caractéristique des êtres vivants.
3 : Macromolécule essentielle du monde vivant (abréviation) support de
l’information génétique.
4 : Structure condensée porteuse de l’information génétique.
5 : Unité fonctionnelle de la molécule, définie en 3, organisant l’activité
cellulaire.
6 : Molécule constituée d’acides aminés reliés entre eux par des liaisons
peptidiques.
7 : Molécule biologique accélérant la vitesse d’une réaction biochimique.
8 : Séquences codantes des ARN pré-messagers.
9 : Action d’introduire un gène étranger par génie génétique dans un
organisme vivant.
10 : Étape de l’expression de certains gènes qui permet d’obtenir des
ARN messagers.
11 : Qualifie les molécules des êtres vivants.
12 : Élément de base des acides nucléiques. Il en existe 5 principaux qui
se différencient par leur base azotée.
13 : Reproduction conforme qui conserve l’information génétique chez
les organismes eucaryotes.
Exercice 2
La notion de mutation
Les molécules d’ADN sont relativement stables. Il arrive cependant, en
particulier au moment de la réplication, que des erreurs surviennent et
échappent aux mécanismes de contrôle existant au sein des cellules. Ce
sont des mutations.
Dans son ouvrage publié en 1901, « la théorie des mutations » Hugo de
Vries les définit comme « des variations brusques, discontinues et héréditaires »
Questions
Remplacer les adjectifs « brusques » et « discontinues » par deux
synonymes en expliquant votre choix.
Discuter l’emploi, par Hugo de Vries, du terme héréditaire pour qua-
lifier les mutations.
Proposer une définition pour le terme de mutation.
Exercice 3
Les mutations, source de diversité
Les cellules de l’organisme portent à leur surface des marqueurs spécifiques qui constituent pour chaque individu son système HLA. 3 gènes
4
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Séquence 5 – SN02
principaux codent pour ces marqueurs : HLA-A, HLA-B, HLA-C. On a identifié pour chacun de ces gènes plusieurs centaines de versions différentes. Ces gènes sont dits polymorphes.
Document 1
Fréquence de quelques versions du gène HLA-A (en %)
Pays
France
Japon
Pays de Galles
Malaisie
A01
13,2
0,2
21,1
2,1
A02
29,1
11,6
30,2
15,1
A03
13,2
0,2
13,3
1,9
A24
9,7
36,2
7
35,1
Allèles
Questions
Remplacer le mot « version » par le terme scientifique approprié et
donner sa définition.
En vous appuyant du document ci-dessus et vos connaissances,
rédiger un commentaire de quelques lignes expliquant comment les
mutations sont une source de diversité génétique pour les espèces.
Exercice 4
Les mécanismes à l’origine des mutations
Les thalassémies sont des affections congénitales touchant les gènes
de la famille de l’hémoglobine, protéine formée de 4 chaînes polypeptidiques : 2F et 2G.
Il existe de nombreux phénotypes thalassémiques.
Un logiciel, Anagène, d’analyse des séquences protéiques et nucléiques
permet d’étudier les séquences de 8 allèles à l’origine de thalassémies
(notées de Tha1 à Tha 8).
Les phénotypes thalassémiques envisagés ont pour origine l’absence de
synthèse d’une chaîne bêta fonctionnelle de l’hémoglobine.
Dans ce logiciel, seul le brin non transcrit de l’ADN est représenté.
Le logiciel permet de comparer les séquences nucléiques de l’allèle Hb A
(allèle sain qui sert de référence) aux séquences nucléiques des autres
allèles.
Nous avons retenu trois allèles de ce gène notés respectivement Tha1
nucléique, Tha4 nucléique et Tha7 nucléique.
Le résultat de cette comparaison est illustré dans le document 1. Seuls
les 56 premiers nucléotides sont représentés.
Séquence 5 – SN02
5
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Document
Comparaison avec alignement des séquences nucléotidiques de 4 allèles
codant pour la chaîne G de l’hémoglobine.
Aide à la lecture
du document :
Les
traits montrent les
identités.
Les
traits _
montrent les
discontinuités.
Question
Noter la ou les différence(s) entre les allèles mutés et l’allèle HbA et
identifier les types de mutations ponctuelles à l’origine de ces allèles.
Consigner vos résultats dans le tableau ci-dessous.
Caractéristiques Différence(s) observée(s) Nombre total
par rapport à la séquence de nucléotides :
Allèle
référente
(HbA : 444)
Exercice 5
Tha1
444
Tha4
443
Tha7
445
Type de
mutation
Rôle de l’environnement sur les mutations.
Afin de tester l’effet des rayons X, plusieurs populations de drosophiles
(mouches) sont soumises à des doses croissantes de rayonnements. Le
pourcentage de mutants dans chacune des populations est ensuite évalué par rapport à une population témoin n’ayant pas reçu de rayons X.
Les résultats de cette expérience sont donnés dans le document 1.
Document
Pourcentage de mutants dans une population de drosophiles en fonction
de la dose de rayons X reçue.
Nombre de mutants (%)
14
12
10
8
6
4
2
0
1
6
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Séquence 5 – SN02
2
3
4
Dose de rayons X (Kilorad)
5
Question
En vous appuyant sur le document 3, relever dans les affirmations suivantes, celles qui sont exactes et celles qui ne le sont pas
a. Le pourcentage de drosophiles mutantes augmente car le temps d’exposition de chaque population est plus important.
b. Les mutations sont des phénomènes spontanés.
c. L’exposition aux rayons X augmente la fréquence des mutations.
d. Les mutations ont pour seule origine l’exposition aux rayons X.
Exercice 6
Relever dans les affirmations suivantes, celles qui sont inexactes et les
corriger.
a. Les mutations ne se produisent que dans la partie codante de l’ADN.
b. Les mutations survenant dans les cellules somatiques d’un individu
sont transmises à ses descendants.
c. 2 allèles d’un même gène ont la même séquence nucléotidique.
d. Une mutation se traduit toujours par une modification de la séquence
nucléotidique.
Exercice 7
Questions à réponses courtes.
Donner la définition de polyploïdisation et expliquer son importance
dans les mécanismes de diversification des génomes.
Citer d’autres mécanismes à l’origine de la diversification génétique
du vivant.
Expliquer comment peuvent être générer des anomalies du nombre et
la structure des chromosomes.
Nommer des remaniements de structure du génome.
Après avoir dessiner une cellule animale, légender les organites et
donner des arguments permettant de dire que cette cellule est issue
d’une endosymbiose.
Citer des mécanismes permettant la diversification du vivant sans
modification des génomes.
Exercice 8
Les bactéries résistantes aux antibiotiques
Depuis que les antibiotiques sont utilisés en médecine pour combattre
les maladies liées à une infection bactérienne, des formes résistantes ne
cessent d’apparaître.
On cherche à savoir si les antibiotiques sont réellement à l’origine de la
formation de souches de bactéries résistantes.
Séquence 5 – SN02
7
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Document 1
Document 2
Prise d’un traitement antibiotique et présence dans l’organisme de bactéries sensibles ou non au traitement antibiotique.
jours
1
2
3
4
5
6
7
Prise
des antibiotiques
oui
oui
oui
oui
oui
oui
oui
Présence de
microbes moyennement sensibles
+++
+++
+++
++
++
+
Sensibles
+++
+++
++
+
Très sensibles
+++
+
+
jours
1
2
3
4
5
6
7
Prise
des antibiotiques
oui
oui
oui
non
non
non
non
Présence de
microbes moyennement sensibles
+++
+++
+++
+++
+++
+++
+++
Sensibles
+++
+++
++
+
Très sensibles
+++
+
+
Apparition des formes de résistances
Certaines souches bactériennes sont résistantes à un antibiotique,
d’autres non. C’est le cas de certaines bactéries de type Escherichia coli ;
résistantes à l’antibiotique céfotaxime ; qui produisent une enzyme, la
-lactamase, capable de détruire la céfotaxime. D’autres bactéries de
la même espèce possèdent cette enzyme, mais celle-ci est inefficace
contre la céfotaxime. À l’aide du logiciel anagène, on peut comparer les
séquences de la -lactamase pour deux bactéries, une sensible à la céfotaxime (SHV-1) et l’autre résistante (SHV-2).
Au sein des populations bactériennes, des souches résistantes à un antibiotique apparaissent spontanément mais avec des fréquences faibles.
Question
8
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Expliquer, à l’aide des documents, l’apparition de bactéries résistantes
aux antibiotiques.
Séquence 5 – SN02
Bilan du chapitre 1
La biodiversité évolue au cours du temps
La planète Terre se singularise par l’extraordinaire diversité des êtres
vivants qu’elle abrite ; ceux-ci occupant tous les milieux de vie même
les plus hostiles. Si cette biodiversité demeure relativement constante
à l’échelle d’une vie humaine, il en est autrement à l’échelle géologique.
Nous savons depuis le XVIIIe siècle et les recherches menées par les
paléontologues que la biodiversité se modifie au cours du temps sous
l’influence de nombreux facteurs ; la biodiversité actuelle ne représente
qu’une faible partie de la biodiversité ayant existé depuis l’origine de la
vie.
La diversité est sous-tendue par une unité témoignant d’une parenté
commune entre les êtres vivants
Amibes
Myxomycètes
Aquifex Thermotoga
Cytophaga
Planctomyces
Animaux
Protéobactéries
Champignons
Plantes
LUCA
Cilliés
4 milliards
d’années
(environ)
Flagellès
Trichomonades
Spirochètes
B. gram+
B. vertes
filamenteuses
Pyrodicticum
Thermoproteux
Microsporides
T. celer
Diplonomades
Methanococcus
Halophiles
Methanosarcina Methanobactérium
Bactéries
Archées
Eucaryotes
L.U.C.A.
Last Universal
Common Ancestor
Premier ancêtre à l’origine
de tous les êtres vivants
Cette diversité est cependant sous-tendue par une profonde unité que
l’on peut mettre en évidence au niveau cellulaire sur le plan structural mais également fonctionnel et dont témoignent, par exemple, les
expériences de transgénèse. Ainsi, la séquence des nucléotides de la
molécule d’ADN est le support universel de l’information génétique. Les
expériences de transgénèse impliquent également une similarité des
mécanismes de transcription et traduction chez tous les êtres vivants.
Ces caractères partagés par tous les êtres vivants témoignent de leur
étroite parenté dont cherche à rendre compte la phylogénie.
Séquence 5 – SN02
9
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La biodiversité s’exprime également à l’échelle génétique
Tous les individus appartenant à une même espèce possèdent les
mêmes gènes mais ne possèdent pas les mêmes versions ou allèles de
ces gènes. Deux individus de la même espèce ne peuvent donc pas posséder une même séquence nucléotidique pour l’ensemble de leur ADN.
Il existe donc une biodiversité génétique ; au niveau d’une espèce, elle
repose sur la diversité des allèles des différents gènes.
Des mutations aléatoires modifient la séquence nucléotidique de l’ADN.
La molécule d’ADN est une molécule relativement stable mais des
erreurs se produisent, en particulier, au moment de la réplication. Ces
changements dans la séquence nucléotidique à l’origine de nouveaux
allèles sont des mutations. Il importe de comprendre que ces mutations
sont aléatoires c’est-à-dire qu’elles ne répondent pas à une finalité particulière. Elles surviennent aussi bien dans les parties codantes (exons)
de l’ADN que dans les parties non codantes (introns)
Si certains facteurs du milieu (rayons X, gamma, UV…) augmentent la
fréquence des mutations, ils n’agissent pas sur la nature de la mutation
induite.
Si le terme de mutation est trop souvent associé aux maladies génétiques, il faut bien comprendre que les mutations sont également à l’origine de la diversité du vivant.
10
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Séquence 5 – SN02
Chapitre
2
A
La diversité
des populations
Pour débuter
Anciennement, on définissait une espèce comme étant un ensemble
d’individu se ressemblant, interféconds, ainsi que leur descendance.
Actuellement, cette notion d’espèce a été enrichie par l’idée que ces
individus évoluent conjointement sur le plan héréditaire.
Ces définitions de l’espèce découlent directement de l’envie de l’Homme
de tout classer, c’est-à-dire ranger, trier, discriminer… en fonction de critères préalablement définis.
Pendant longtemps, les classifications des êtres vivants ont obéi à des
motivations purement utilitaires.
Le XVIIIe siècle voit cependant apparaître les premières classifications
de l’Histoire Naturelle. Mais comment classer les animaux, les végétaux ?
On s’aperçut vite que la « meilleure « façon à l’époque était de se baser
sur des critères morphologiques de ressemblance.
Document 1
Extraits de divers travaux historiques
Carl von Linné (1707-1778) s’aperçut que quelle que soit la façon, et
elles étaient fort nombreuses, dont on envisageait de classer les plantes
(feuilles, racines, fleurs…), les scientifiques arrivaient toujours plus ou
moins aux mêmes familles de plantes.
Linné en déduisit qu’il existait une
et une seule « Classification Naturelle » qui, pour lui, ne pouvait
être due au hasard. C’est Dieu, « la
source et le timonier de toutes les
causes » qui créa cet « Ordre de la
Nature ». Linné en déduisit que les
espèces étaient fixes et ne pouvaient évoluer
Buffon (1707-1788)
« Puisque la reproduction est le seul moyen de déterminer les limites à l’intérieur desquelles les variétés
peuvent se développer, il convient de définir l’espèce
comme une collection de tous les corps organisés nés
les uns des autres ou de parents communs, et de ceux
qui leur ressemblent autant qu’ils se ressemblent
entre eux. »
C’est dans le but de découvrir cet
ordre divin que Carl Von Linné,
père de la taxinomie, a mis en place la classification binominale (genre
et espèce). Elle permet de se rendre compte du plan établi par Dieu (selon
Linné et d’autres scientifiques de son époque).
Séquence 5 – SN02
11
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Jean-Baptiste de Lamarck (1744-1829) :
Charles
Darwin
(1809-1882)
dans l’introduction à l’origine des
espèces :
« Je donne le nom d’espèce à toute collection d’individus qui, pendant une longue durée, se ressemblent
tellement par toutes leurs parties comparées entre
elles, que ces individus ne présentent que de petites
différences accidentelles …….Mais on ajoute à cette
définition, la supposition que les individus qui composent une espèce ne varient jamais dans leur caractère spécifique, et que conséquemment l’espèce a
une constance absolue dans la nature. C’est uniquement cette supposition que je me propose de combattre, parce que des preuves évidentes obtenues par
l’observation, constatent qu’elle n’est pas fondée. »
« …je suis pleinement convaincu
que les espèces ne sont pas
immuables : je suis convaincu
que les espèces appartiennent à
ce que nous appelons le même genre descendant
directement de quelque autre espèce ordinairement
éteinte… »
Darwin voit dans la notion d’espèce un simple découpage arbitraire puisque pour lui les êtres vivants sont
en constante évolution. Il est sceptique sur la notion
d’espèces « Il est vraiment comique de voir à quel
point sont diverses les idées qu’ont en tête les naturalistes lorsqu’ils parlent d’espèces… je vois dans le
terme d’espèces un nom arbitrairement donné par
commodité à un ensemble d’individus qui se ressemblent étroitement »
Ernst Mayr (1904-2005) propose une
définition de l’espèce basée sur des critères génétiques dans le cadre du néodarwinisme en 1942. « Les espèces sont
des groupes de populations réellement
ou potentiellement capables de se croiser et qui sont isolés des autres groupes
ayant les mêmes propriétés. ».
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Séquence 5 – SN02
« L’espèce est la collection des individus nés les uns des autres, ou de
parents communs et de ceux qui
leur ressemblent autant qu’ils se
ressemblent entre eux. »
Ses travaux sur les animaux fossiles démontrèrent que des espèces
d’animaux peuvent s’éteindre, ce
qu’on appelle aujourd’hui, la « mort
des espèces « et que la nature n’est
pas immuable : ce concept est révolutionnaire
pour l’époque. Mais s’appuyant sur la Bible,
Georges Cuvier n’imagine pas qu’il puisse exister une autre théorie que le créationnisme. Il
imagine toutefois une petite nuance : il n’y aurait
pas eu une création unique mais plusieurs, successives. Ces « re-créations » feraient suite à des
catastrophes planétaires (catastrophisme). Ce
qui peut dans son esprit expliquer les restes fossiles d’espèces éteintes. Pour Cuvier notre faune
actuelle n’est constituée que de survivants de la
faune originelle.
Une espèce est une population ou un
ensemble de populations dont les individus peuvent effectivement ou potentiellement se
reproduire entre eux et engendrer une descendance
viable et féconde, dans des conditions naturelles.
12
Georges Cuvier (1769-1832)
Aide
Question
Construire un tableau permet-
Trouver sur quels critères s’appui
chaque scientifique. Exemple :
critères morphologiques, interfécondité, origine divine ou évolutionniste.
tant de comparer l’approche de
chaque naturaliste pour expliquer ce qu’est une espèce.
À retenir
La définition biologique de l’espèce proposée en 1942 par Ernst Mayr est reconnue et utilisée
par la plupart des scientifiques :
Une espèce regroupe les individus pouvant se reproduire les uns avec les autres dans la nature
(même s’ils ne vivent pas sur le même territoire) et engendrant une descendance viable et
féconde.
L’idée d’espèce repose donc sur l’interfécondité entre les individus qui
la composent et l’isolement reproductif vis-à-vis des autres espèces plus
que sur la ressemblance morphologique.
Les espèces sont des entités reproductives
La conception biologique de l’espèce fait aujourd’hui presque l’unanimité, dans la mesure où elle inclut une propriété biologique réelle : la
reconnaissance spécifique des partenaires sexuels
La taxinomie classe les espèces en groupes subordonnés dans une hiérarchie : les espèces très apparentées figurent dans le même genre, les
genres présentant des similitudes sont regroupés dans une famille. Et
ainsi de suite.
Chats
Tigres
Chiens
Carnivores
Chiroptères
Mammifères
Poissons
Vertébrés
etc...
Chordés
etc...
Animaux
Végétaux
Eucaryotes
Procaryotes
etc...
etc...
etc...
Espèce
Ordre
Sous-embranchement
Embranchement
Règne
Domaine
Monde vivant
Attention, dans la classification actuelle, on ne parle plus de « poisson »
mais d’Ostéichtyens. On préfère parler de classe plutôt que de sousembranchement.
Séquence 5 – SN02
13
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La notion d’espèce est un concept crée par l’Homme afin de classer,
trier, ranger « dans des boîtes » les êtres vivants.
Ainsi, comme le dit Guillaume Lecointre, Directeur du département
« Systématique et évolution » du Muséum National d’Histoire Naturelle : « dans la nature, il n’y a pas d’espèces. Il n’apparaît que des barrières de reproduction. Les espèces, c’est nous qui les créons à partir
d’un modèle théorique » Revue Espèces n° 1-Septembre 2011
Si on s’appuie sur la définition de l’espèce proposée par Linné, on s’aperçoit que la notion d’espèce est conçue comme un modèle, un archétype.
Les individus « concrets » n’étant que des représentants plus ou moins
parfaits de cet archétype.
Tout écart par rapport à ce modèle sera donc interprété comme une
monstruosité, une aberration.
En caricaturant quelque peu, on peut rapprocher cette conception de la
fabrication d’objets en série selon un prototype prédéfini.
Cette conception ne permet pas de penser l’évolution c’est-à-dire l’apparition de nouvelles espèces. En effet, comprendre l’évolution implique
comme l’a fait Darwin de raisonner au niveau des populations. Ce ne
sont pas les espèces qui évoluent mais les populations.
Document 2
La répartition des Trilobites et Ammonites au cours des temps géologiques
Age en millions
d’années
Nombres de genre
de Trilobites
Nombres de genre
d’Ammonites
-570
0
-
-550
150
-
-480
320
-
-450
-
0
-400
-
10
-380
-
15
-370
50
-
-350
-
40
-300
-
45
-280
0
-
-260
-
30
-250
-
3
-240
-
120
-220
-
240
-130
-
420
-80
-
400
-60
14
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Séquence 5 – SN02
0
Document 3
Aire de répartition de quelques genres de Trilobites
Olenellus
Trinucléus
Scutellum
Agnostus
-540 à -520MA
-500 à -430MA
-480 à -360MA
-540 à -450MA
Paradoxides
Triarthrus
Calymène
Ptychoparia
-530 à -510MA
-500 à -430MA
-480 à -360MA
-530 à -510MA
Questions
Réaliser un diagramme de répartition des Trilobites et des Ammo-
nites en fonction du temps à partir du document 2.
Sur le graphique, indiquer :
la
date d’apparition des groupes.
l’époque de leur diversification et régression.
la date de leur disparition.
Replacer sur ce même gra-
–120Ma
disparition
phique les différents Trilobites
présentés dans le document 3.
Aide
méthodologique
Mon diagramme est réussi si :
il a un titre
l’échelle des axes (judicieusement choisie) est indiquée
les axes sont nommés
Ressource :
regression
Diagramme de
distribution
géologique du
foraminifère
endothyridés.
diversification
–420Ma
apparition
Séquence 5 – SN02
15
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Bilan
Le terme biodiversité est la contraction de l’expression « diversité biologique ». Elle reflète le nombre et la diversité des organismes vivants,
ainsi que leur évolution au cours du temps et d’un endroit à l’autre
L’étude de l’évolution des Trilobites et des Ammonites montre qu’au
cours du temps, les espèces se sont développées, diversifiées et bien
souvent éteintes, laissant place à d’autres espèces.
Comment la biodiversité actuelle peut-elle être le produit de l’évolution si
les espèces sont constituées d’individus se reproduisant à l’identique ?
B
Cours
1. Les variations au sein d’une population
Activité 1
Observer les variations au sein d’une espèce
Si nous prenons comme exemple l’Homme, celui-ci appartient à l’espèce
humaine, Homo sapiens. En observant bien un groupe d’êtres humains,
tel une foule, on peut observer que tous ces Hommes possèdent des
caractères spécifiques propres à l’espèce humaine, mais que tous les
individus sont différents les uns des autres, ils ont donc des caractères
propres à chaque individu.
Document 4
Enfants d’une même fratrie
Ainsi l’espèce humaine bien que présentant une grande diversité de
phénotypes constitue une seule espèce biologique : Homo sapiens car
les humains sont interféconds.
16
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Séquence 5 – SN02
Limites : La définition biologique ne peut s’appliquer aux espèces fossiles ni aux procaryotes qui n’ont pas de reproduction sexuée.
Questions
Légender le document 4 en indiquant en vert des caractères spéci-
fiques de l’espèce et en noir des caractères propres à l’individu.
À l’aide de vos connaissances de première, rappeler le lien génotype-
phénotype après avoir défini ces termes.
Une population étant un ensemble d’individus d’une même espèce
ayant des gènes identiques mais des allèles différents ; on cherche à
savoir comment se répartissent les allèles d’une population dans l’espace et dans le temps.
Activité 2
Quantifier les variations au sein d’une population
Document 5
Distribution mondiale de la fréquence des groupes sanguins.
Il est possible de mesurer la fréquence relative en % d’un allèle au sein
d’un individu.
Ce travail a été réalisé pour le gène codant pour le caractère groupe sanguin
au sein d’une population. Il existe 3 versions de ce gène : l’allèle A, B et O.
%
de la
population
ayant
l’allèle B :
Pourcentage de la population
qui possède l’allèle B :
15 à 20 %
0à5%
20 à 25 %
5 à 10 %
25 à 30 %
10 à 15 %
% de la
population
ayant
l’allèle A :
0-5
20-25
5-10
25-30
10-15
20-25
15-20
25-30
Séquence 5 – SN02
17
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Actuellement, l’allèle O est présent en proportion élevée : de 50 à 100 %.
Il est représenté à presque 100 % en Amérique du Sud, Mexique et au
Nord Ouest de l’Amérique du Nord.
Si le groupe sanguin O reste très majoritaire dans ces régions, on y trouve
tout de même tous les groupes sanguins représentés. Or, avant l’arrivée
de Christophe Colomb, tous les Amérindiens étaient uniquement de
groupe sanguin O.
Questions
À l’aide de vos connaissances,
écrire toutes les combinaisons
alléliques que peut posséder
un individu et son groupe sanguin correspondant.
Rappel
L’allèle O est récessif, les allèles
A et B sont codominants.
Aide
On note a//a une combinaison allélique. Chaque trait représentant un chromosome de la paire
d’homologie.
Le phénotype est inscrit entre crochet : [a]
Décrire la répartition des allèles A, B et 0 à la surface de la Terre et
proposer une hypothèse expliquant la répartition des allèles sur le
continent américain.
des individus de la
même espèce mais
génétiquement
différents
À retenir
Au sein d’une espèce, les gènes sont
les mêmes quel que soit l’individu. En
revanche, la combinaison allélique
est unique pour chaque individu, ce
qui est source de variabilité génétique.
Une population :
+
un territoire occupé
au même moment
par ces individus
En biologie, une population désigne
un ensemble d’individus d’une
même espèce, génétiquement différents, c’est-à-dire ne possédant pas les mêmes combinaisons d’allèles, vivant dans une aire géographique suffisamment restreinte pour permettre
potentiellement à tout membre du groupe de se reproduire avec tout autre membre du groupe.
Quels sont les facteurs pouvant être à l’origine d’une évolution des
populations ? Quelles sont les forces qui peuvent s’exercer sur la fréquence des allèles c’est-à-dire être à l’origine d’une augmentation ou
d’une diminution de la fréquence des allèles ?
18
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Séquence 5 – SN02
2. Les populations évoluent au cours du
temps
a. La variabilité génétique constitue le matériau de
l’évolution
Lors de la séquence 4, vous avez vu que le matériel chromosomique est
très malléable et que c’est au niveau moléculaire que se manifeste le
plus clairement l’aspect bricoleur de l’évolution.
Effectivement, sous l’effet du hasard, de nombreuses modifications du
génome peuvent se produire. Lors de la fabrication des gamètes ou lors
de divisions cellulaires, le nombre de chromosomes peut être multiplié
aboutissant à des cellules polyploïdes si l’ensemble du génome est touché.
Lors de crossing-over mal équilibrés au cours de la méiose, il peut y avoir
translocation, délétion ou insertion accidentelles de morceaux de chromosomes. Ces remaniements de structure des chromosomes peuvent se
traduire par l’apparition de morceaux de chromosomes surnuméraires
ou à l’inverse manquants.
Des anomalies plus ponctuelles telles les mutations touchent aléatoirement les gènes ou les parties non codantes des chromosomes. En
parallèle, il arrive parfois lors de la réplication de l’ADN que des gènes
soient copiés en plusieurs exemplaires. On dit que ces gènes sont dupliqués. Lorsqu’un de ces gènes subit par la suite une mutation, celle-ci
peut entraîner l’apparition de gène non fonctionnel, ou l’apparition
d’une nouvelle version de ce gène ayant une action neutre, favorisante
ou défavorisante. L’enchaînement de la duplication aléatoire de gène et
leur modification peut entraîner la formation de famille multigénique.
Enfin, le transfert horizontal de gène a contribué à la complexification
des génomes. Après séquençage du génome humain, on s’est aperçu
que celui-ci est constitué à 10 % de génome de rétrovirus. Ces gènes ont
été transférés entre différentes espèces de façon accidentelle par des
virus lors d’infection virale.
Lorsque ces anomalies touchent les cellules germinales, ces anomalies
du génome peuvent être transmises à la génération suivante. Toutes ces
modifications peuvent être à l’origine de maladies, tel le cancer voire
entraîner la mort de l’individu, être neutre ou à l’inverse lui conférer une
nouveauté évolutive qui selon son environnement pourrait être un avantage et qui sera alors transmise en plus grande proportion à la génération suivante.
Les modifications du génome sont le fruit du hasard et entraînent l’apparition de nouveaux allèles désavantageux, neutres ou encore avantageux à un moment donné. Mais un allèle dit désavantageux à un moment
donné pourrait devenir avantageux lors d’un changement du milieu de
vie. Cet allèle devenu par hasard avantageux sera à son tour transmis en
plus grande proportion à la génération suivante.
Séquence 5 – SN02
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De plus, plusieurs études ont d’ailleurs montré que les gènes dupliqués
forment le support permettant l’optimisation de certaines fonctions cellulaires, l’apparition de nouvelles fonctions, voire l’apparition de nouvelles espèces. Ils constituent aussi avec les pseudogènes un réservoir
potentiel de gènes pour l’évolution future d’une espèce.
Enfin, la reproduction sexuée permet un brassage intrachromosomique
et interchromosomique assurant ainsi un mélange des allèles d’origine
maternelle et paternelle. Lors de la fécondation, c’est encore le hasard
qui permet la rencontre entre deux pools de gènes parmi des milliers voir
des millions créant ainsi de nouvelles combinaisons d’allèles.
Depuis que l’étude se porte au niveau des populations et non plus juste au
niveau de l’espèce, des travaux ont porté sur la génétique des populations.
La loi de Hardy-Weinberg a été proposée au début du XXe siècle par le
mathématicien Hardy et le médecin Weinberg qui travaillaient sur la
génétique des populations
Dans une population d’effectif infini, où les individus se reproduisent
au hasard (sans choix par exemple d’un partenaire), sans migrations, ni
mutations, ni sélection naturelle ; les fréquences alléliques d’un gène
possédant deux allèles restent constantes d’une génération à la suivante.
L’équilibre de Hardy-Weinberg est le modèle théorique central de la
génétique des populations. Il fournit une référence pour l’étude de populations réelles dont le patrimoine génétique peut changer.
Cependant, alors que la loi de Hardy-Weinberg prédit l’existence d’une
population qui n’évolue pas et reste identique au cours du temps, on
s’aperçoit que les populations sont variables et évoluent.
Quelles sont les forces évolutives qui permettent une variation des
populations ?
b. Une modification de la fréquence des allèles en relation avec l’environnement : la sélection naturelle
Activité 3
Comprendre l’action de la sélection naturelle comme force évolutive
Document 6
La punaise à épaules rouges (Jadera haematoloma)
La punaise à épaules rouges encore appelée la punaise du savonnier est
un insecte phytophage se nourrissant des graines de la liane ballon (Cardiospermum corindum) mais elle colonise facilement d’autres espèces
de la famille des sapindacées.
Ce sont surtout les femelles qui se nourrissent de la graine du fruit
n’ayant pas atteint la maturité, en transperçant l’enveloppe de ce dernier avec leur rostre long et fin comme une aiguille. Avec leur rostre, elles
aspirent le contenu de la graine après l’avoir liquéfié.
20
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Séquence 5 – SN02
L’accès à cette ressource de nourriture est capital pour assurer la maturation des ovules de l’insecte et donc assurer la reproduction de celui-ci.
Au début du XXe siècle, on ne trouvait cette punaise que dans le sud de
la Floride et très ponctuellement dans le nord et le centre de cet état uniquement dans des régions où la liane ballon prospérait.
Dans les années 1930, on planta dans les villes un arbre d’ornementation, le savonnier élégant (Koelreuteria elegans). Il devint très commun
dans les villes du centre et du Nord de la Floride à partir des années 1950.
Dès l’implantation de ces arbres, on observa que les punaises du savonnier se nourrissaient des graines de ces arbres et que les populations
d’insectes se développaient fortement.
Document 6a
Punaise du savonnier se nourrissant sur le savonnier élégant, Koelreuteria elegans (a) et sur la liane ballon, Cardiospermum corindum (b)
Document 6b
Caractéristiques comparées des fruits du savonnier élégant, Koelreuteria
elegans et de la liane ballon, Cardiospermum corindum
Caractéristiques
Espèces
Fruit en coupe
(même échelle)
Distance moyenne minimale pour atteindre une
graine depuis la surface
Liane ballon
11,92mm
Cardiospermum corindum
Savonnier élégant
2,82mm
Koelreuteria elegans
Séquence 5 – SN02
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En 1988, une collecte de punaise sur les deux plantes hôtes à été réalisée. Deux populations de punaises ont été relevées : les punaises du
centre et Nord se nourrissant sur le savonnier élégant en absence de
liane ballon (a) et celles du Sud de la Floride se nourrissant sur la liane
ballon en absence de savonnier (b).
Spectre de taille du rostre de femelles de punaises du savonnier récoltées sur un Savonnier élégant, Koelreuteria elegans (a) et Liane ballon,
Cardiospermum corindum (b) en Floride.
Nombre de punaises
12
a
10
8
6
4
2
0
6
Questions
7
8
9
10
Longueur du rostre (mm)
11
12
Nombre de punaises
Document 6c
b
10
8
6
4
2
0
6
7
8
9
10
Longueur du rostre (mm)
11
Observer la répartition de la taille des rostres de la punaise du savonnier
dans les populations trouvées en Floride du Sud et du Nord en 1988.
Sachant que le rostre des punaises du savonnier trouvées dans le
Sud de la Floride dans les années 50 était d’une longueur moyenne
de 9,13 millimètres ; relever les changements observés au niveau des
populations de punaises après l’implantation du savonnier élégant
en Floride, aussi bien dans le Nord que dans le Sud.
Afin d’expliquer l’apparition de nouvelles populations de punaises dans
le nord et le centre de la Floride, on émit l’hypothèse d’un apport extérieur de punaises du savonnier à rostre plus court. Mais cette hypothèse
fut rapidement invalidée par la relative sédentarité de ces insectes. De
plus, toutes les punaises trouvées en Floride, que ce soit sur la plante
hôte indigène ou introduite présentent toutes un certain nombre de
caractères en commun comme les marques colorées spécifiques sur le
corps que l’on ne retrouve pas sur les populations qui auraient pu émigrer en Floride telles les punaises des Caraïbes ou du Yucatan.
Des expériences ont été réalisées en laboratoire afin de voir s’il existe
une influence de la plante hôte sur le développement du rostre de jeunes
punaises.
Document 6d
Taille du rostre de jeunes punaises en fonction de la plante hôte où ils
se développent.
Savonnier élégant
Koelreuteria elegans
Liane ballon
Cardiospermum
corindum
Koelreuteria elegans
Rostre court
Rostre long
Cardiospermum corindum
Rostre court
Rostre long
Plante hôte où ils sont nés
Plante hôte où est
réalisé le développement
Savonnier élégant
Liane ballon
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Séquence 5 – SN02
Question
En utilisant toutes les informations apportées par cette activité, pro-
poser une explication à ces variations de population de punaises en
Floride.
À retenir
La sélection naturelle est le phénomène par lequel certains caractères héréditaires favorables à la survie et à la reproduction de l’espèce sont préférentiellement transmis de générations en générations. Du fait de certaines
conditions de milieu, certains individus laissent plus de descendants que
d’autres. (Ils atteignent la maturité sexuelle et se reproduisent davantage).
La sélection naturelle est un mécanisme de « tri » des individus par l’environnement. Il dépend des conditions environnementales qui peuvent changer au cours du temps ! Ces changements de l’environnement ne sont pas
prévisibles. Cette évolution s’inscrit donc dans un contexte de populations
naturelles présentant une très forte variabilité.
La sélection naturelle conduit à une modification de la diversité génétique
des populations.
L’évolution d’une population est sa transformation, résultat de la différence
de survie et du nombre de descendants au sien d’une population.
c. Une modification aléatoire de la diversité des allèles
en relation avec la reproduction sexuée : la dérive
génétique
Activité 4
Utiliser des modèles mathématiques pour comprendre la dérive génétique.
Document 7
Utiliser une animation de simulation de dérive génétique
Cette animation est une modélisation de la dérive génétique par tirages
successifs avec remise.
Dans ce cas-là, la population est toujours de même taille de génération
en génération. Il y a remise de boule dans la population initiale puisque
l’on part du principe qu’un même individu peut donner naissance à plusieurs individus.
Dans un moteur de recherche taper les mots : « dérive génétique logiciel »
Choisir le site qui vous propose le logiciel de P. COSENTINO
Cliquer sur le document joint : l’animation se lance. Sinon, l’animation s’utilise directement sur le INTERNET sans cliquer sur le document joint.
Séquence 5 – SN02
23
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Pour
commencer, choisir une population à 2 couleurs, c’est-à-dire à
deux allèles, et de 6 individus et lancer le modèle. Tirer une boule : à
chaque tirage de boule, un allèle est choisi au hasard parmi le pool
d’allèles présent dans votre population de départ.
Puis tout tirer pour finir le tirage complet pour une génération.
Observer en combien de générations une des deux couleurs est éliminée. Recommencer plusieurs fois le travail et observer qu’elle couleur
est éliminée à chaque fois.
Recommencer
le travail pour des populations de 2, 10, 20 et 50 individus. Consigner vos résultats dans un tableau.
Faire
à nouveau le même travail mais en gardant une population fixe
de 10 individus et en changeant le nombre d’allèles : 3, 4 et 5.
Questions
À l’aide de vos connaissances, proposer des conditions permettant
le maintien génétique identique d’une population au cours du temps.
De telles conditions sont-elles réalisables dans la nature ? Justifier
votre réponse en donnant des exemples.
Indiquer les facteurs qui influencent la vitesse de modification de la
fréquence allélique au sein d’une population.
À retenir
Dans une population, la fréquence des allèles peut évoluer de façon aléatoire. Cette modification
est appelée dérive génétique.
On peut définir la dérive génétique comme étant l’évolution au sein d’une population ou d’une
espèce de la fréquence des allèles. Cette évolution des populations se fait sous l’effet du hasard.
Population initiale :
Individus ayant des
caractères différents
Individus qui laissent
des descendants
(hasards de la vie)
Nombre de descendants
de chacun
(hasards de la vie)
4
1
1
5
1
3
Les caractères
Descendants de la
population initiale
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Séquence 5 – SN02
ont disparu
La dérive génétique dépend de l’effectif de la population. Plus la population est restreinte, plus la modification de la fréquence allélique est
importante.
La diversité des allèles est l’un des aspects de la biodiversité. C’est une
modification aléatoire de la diversité génétique. En effet, la dérive génétique touche plutôt les allèles neutres ne conférant ni avantage, ni désavantage.
Cette dérive génétique est la conséquence d’un polymorphisme préexistant dans une population et du choix au hasard des allèles lors de la
reproduction sexuée.
Activité 5
Un cas extrême de la dérive génétique : l’effet fondateur
Document 8
La maladie de Steinert
Cette maladie est une affection généralisée héréditaire, qui associe
une cataracte particulière à des troubles neuro-musculaires. Elle atteint
souvent d’autres organes (cœur, glandes endocrines, système nerveux,
etc.).
La prévalence de la maladie (nombre de malades dans une population
donnée) est de 1 sur 20000 à 1 sur 25000. La maladie est présente partout dans le monde mais avec une prévalence très variable d’un pays
à l’autre. Par exemple elle est rare en Afrique mais très répandue chez
les Canadiens français du pourtour du lac St Jean (rive nord de Saint
Laurent) où la prévalence est de 1 sur 500 personnes.
La maladie est d’origine génétique. Elle est due à une anomalie d’un
gène nommée DMPK localisé sur le chromosome 19. Le gène responsable de la maladie de Steinert possède une région dans laquelle une
séquence de 3 bases (CTG) est répétée plusieurs fois : de 50 à 300 fois
chez la personne malade contre 5 à 37 répétitions chez le sujet sain.
La population du lac St Jean provient en grande partie de l’installation
d’une trentaine de familles françaises dans les années 1675-1750.
Ces colons avaient de nombreux
enfants (souvent 10 par famille)
et ont vécu en autarcie avant que
Côte nord
des échanges se produisent entre
Lac
cette région et le reste du Québec.
St Jean
Saguenay
Charlevoix
Québec
Québec
Montréal
Montréal
100 km
Séquence 5 – SN02
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Document 9
Des maladies plus fréquentes chez les Canadiens français vivant au Québec
AD : autosomique dominante, AR : autosomique récessive
Caractéristiques
Hérédité
Région avec la fréquence
la plus élevée
Rachitisme vitamine D-dépendante
de type I
AR
Charlevoix, Côte-Nord et
Saguenay-Lac-St-Jean
Dystrophie myotonique de Steinert
AD
Partout au Québec mais plus
fréquent au Saguenay-Lac-St-Jean
Dystrophie musculaire
oculo-pharyngée
AD
Région de Québec et Sagenay
Mucolipidose type II
AR
Charlevoix et
Saguenay-Lac-St-Jean
Ataxie de Charlevoix Saguenay
AR
Charlevoix et
Saguenay-Lac-St-Jean
Maladies
Question
En exploitant les documents 8 et 9 et en vous aidant du « point
science », proposer une hypothèse expliquant la prévalence de la
dystrophie myotonique dans cette région du Québec.
Point science
La dérive génétique s’exerce plus
facilement sur une petite population.
Deux situations peuvent mener à la
réduction de l’effectif d’une population :
L’effet fondateur
Isolement de certains
individus sur un
nouveau territoire
temps
Certains individus isolés de leur
population initiale s’implantent dans
un nouveau territoire et forment une
nouvelle population dont le patrimoine génétique n’est pas représentatif de la population initiale.
l’effet d’étranglement
Diminution
brusque de
la population
temps
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Séquence 5 – SN02
Une population est susceptible de
traverser occasionnellement des
périodes durant lesquelles seul un
petit nombre d’individus survivent.
Lors de ces goulets d’étranglement,
la variation génétique peut être
perdue par l’effet du hasard.
Questions
Proposer des causes (naturelles, artificielles) à la réduction soudaine
d’une population donnée.
En vous appuyant sur le schéma ci-dessus montrer quelles peuvent
en être les conséquences sur la génération survivante.
À retenir
Les populations ont toujours une taille limitée ce qui explique la fluctuation imprévisible des
fréquences alléliques d’une génération à l’autre, c’est la dérive génétique.
Cette dérive génétique est plus marquée lorsqu’une catastrophe naturelle ou l’intervention
humaine décime une partie d’une population (survie différentielle) ou lorsque des individus isolés de leur population d’origine s’implantent dans un nouvel environnement.
Cependant, l’échange génétique entre les populations tend à réduire les différences entre les
populations au fil du temps.
Il peut aboutir lors qu’il est important au partage du même patrimoine génétique par deux populations voisines.
Les humains voyageant de plus en plus, le flux génétique est devenu un important agent d’évolution des populations humaines jusqu’alors isolées.
La répartition des groupes sanguins du système ABO (A, B, AB ou O), tout comme la maladie de
Steiner, constitue un exemple de dérive génétique et de flux génétique.
Bilan du chapitre 2
La biodiversité reflète le nombre et la diversité des organismes vivants,
ainsi que leur évolution au cours du temps et d’un endroit à l’autre.
La biodiversité est à la fois la diversité des écosystèmes, la diversité des
espèces et la diversité génétique au sein des espèces.
La définition d’espèce est délicate. Elle repose sur des critères variés
comme les critères phénotypiques permettant de regrouper dans une
même espèce des individus ayant des caractères communs et à l’inverse
des caractères distincts de deux populations permettront de les séparer
en espèces différentes.
D’autres critères permettant de constituer des espèces sont les critères
biologiques tels que l’interfécondité. C’est-à-dire qu’une espèce est un
ensemble d’individus potentiellement capables de se reproduire entre
eux et d’engendrer une descendance viable et féconde dans des conditions favorables.
Cependant, l’existence d’une grande variabilité des individus au sein
d’une population ou la difficulté de s’assurer que deux individus sont
interféconds conduit parfois à des classifications erronées.
Séquence 5 – SN02
27
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Ainsi le concept d’espèce s’est beaucoup modifié au cours de l’histoire
biologique et reste un concept crée par l’Homme pour tout « ranger dans
des boîtes ».
Il est plus important de parler en termes de population, c’est-à-dire d’un
ensemble d’individus d’une même espèce vivante se perpétuant dans
un territoire donné.
Le patrimoine génétique d’une population (appelé aussi pool génique)
représente l’ensemble des gènes existants dans cette population à un
moment donné.
Sélection naturelle, flux génétique et dérive génétique sont les principaux acteurs de l’évolution des populations.
Sous l’effet de la pression du milieu, de la concurrence entre êtres
vivants (pour la nourriture, le territoire…) et du hasard la diversité des
populations change au cours des générations.
La dérive génétique modifie le patrimoine génétique d’une population
de façon d’autant plus importante que la population a un effectif faible.
La sélection naturelle n’agit que sur des variations existantes. Elle
accroît la fréquence de certains génotypes et adapte les organismes à
leur milieu au fil des générations
Contrairement à la dérive génétique, la sélection naturelle n’est pas liée
au seul hasard, mais aux variations des conditions du milieu.
L’évolution est la transformation des populations qui résulte de ces différences de survie et du nombre des descendants. Du fait de la sélection
naturelle et de la dérive génétique, les populations ne sont pas génétiquement « stables » dans le temps : la biodiversité génétique change au
cours du temps.
Ainsi, sous l’effet de la pression du milieu, de la concurrence entre êtres
vivants mais aussi sous l’effet du hasard ; la diversité des populations
change au cours des générations.
Schéma bilan
Sélection
naturelle
Effet
fondateur
Sélection
naturelle
Sélection
naturelle
Population
d’origine
Flux
génétique
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Séquence 5 – SN02
Effet
d’étranglement
Sélection
naturelle
Sélection
naturelle
Pour aller plus loin
La théorie synthétique de l’évolution qui prend en compte les populations
comme unité d’évolution est l’aboutissement des travaux de nombreux
scientifiques dans différents domaines de la biologie (généticiens, paléontologues, ornithologues, botanistes, mathématiciens…) depuis les années
40.
Les bases fondatrices sont la théorie de l’évolution par la sélection naturelle
de Charles Darwin et les données de la transmission des allèles de Mendel.
Aujourd’hui on essaie d’intégrer à cette théorie la découverte de changements génétiques causés par des mécanismes autres que la sélection naturelle.
Séquence 5 – SN02
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Chapitre
3
A
Notion d’espèce
et diversité biologique
Pour débuter
Précédemment, nous avons vu que la notion d’espèce est une notion
qui a évolué au cours du temps. Dans un premier temps, selon les idées
pré-évolutionnistes, l’espèce est une unité permanente et stable dont
tous les individus sont identiques et interféconds. D’après Carl Von
Linné (1736) « une espèce est un ensemble d’individus qui engendrent,
par reproduction, d’autres individus semblables à eux-mêmes. ….Nous
comptons aujourd’hui autant d’espèces qu’il y a eu au commencement
de formes diverses créées. » Ainsi, on pensait que le nombre d’espèces
trouvées étaient le même depuis les débuts de l’histoire de la vie.
Vint par la suite le concept évolutionniste qui ne considère plus comme
une anomalie toute variabilité des individus mais au contraire comme
étant un moteur de l’évolution. L’idée que les espèces ont un lien de
parenté émerge. Une espèce est donc un rameau de l’arbre phylogénétique du monde vivant.
Aujourd’hui
x
x
x
Une espèce
Extinction
Générations successives
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x x x x
Individus d'une
même espèce
vivant simultanément
Individus d'espèces
différentes vivant
simultanément
Individus
d'une même
généalogie
Croisement
entre individus
Visualisation de la notion d'espèce
À retenir
On voit donc que les espèces se renouvellent au cours des temps géologiques, ce qui signifie qu’une espèce est apparue à un moment donné,
qu’elle peut disparaître, et donc qu’elle a une durée de vie limitée. L’apparition de nouvelles espèces se fait toujours à partir d’espèces préexistantes.
30
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Séquence 5 – SN02
Pour définir l’appartenance d’un individu à une espèce, différents critères ont alors été définis :
Les critères phénotypiques : sont regroupés dans une même espèce
tous les individus ayant des ressemblances morphologiques fortes
qui permettent de regrouper des individus dans une même espèce,
Les critères reproductifs : les individus d’une même espèce peuvent
se reproduire entre eux et assurer une descendance fertile, ils sont
interféconds.
Les critères moléculaires : l’analyse de l’ADN permet de voir s’il y a
bien des flux de gènes mettant en évidence l’interfécondité au sein
d’une population.
Mais de la théorie à la pratique… pas si facile !
B
Cours
1. Revoir les critères pour définir une espèce
Activité 1
Trouver les limites des caractères utilisés pour définir une espèce
Document 1
La Spongieuse ou Bombyx disparate (Lymantria dispar) est un papillon
qui fait des ravages dans les forêts de chênes liège. Le dimorphisme
sexuel est considérable chez les imagos (adultes). Le papillon mâle est
brun, svelte et a des ailes développées. La femelle, blanche, avec un
gros abdomen ne vole pas.
Document 2
Drosophila persimilis et drosophila pseudo-obscura, deux espèces jumelles.
Les espèces D. persimilis et D. pseudo-obscura sont caractérisées par
une très forte ressemblance morphologique.
Séquence 5 – SN02
31
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Historiquement, ces deux taxons furent d’ailleurs initialement considérés comme deux formes de l’espèce D. pseudo-obscura : D. pseudo-obscura forme A (=D. pseudo-obscura), et D. pseudo-obscura forme B (=D.
persimilis).
Des croisements entre ces formes A et B ont été réalisés en laboratoire :
Croisement n° 1 : femelle A x mâle B, ou femelle B x mâle A =
mâles F1 stériles,
femelles F1 fertiles
Croisement n° 2 : femelle F1 x mâle B, ou femelle F1 x mâle A =
zygotes F2 souvent non viables, avec forte mortalité larvaire, longévité
et vigueur sexuelle des imagos très diminuées.
Une étude plus approfondie des caractères morphologiques, physiologiques et comportementaux de ces drosophiles a montré toutefois de
légères différences :
l’appareil copulateur mâle présente des dissemblances au niveau du
phallus,
la maturité sexuelle est acquise plus tardivement chez D. persimilis
(48 h, contre 36 h chez D. pseudo-obscura),
la période et l’intensité dans l’aigu du chant alaire des mâles déterminé par le chromosome X sont différentes entre les formes A et B,
un système enzymatique différent,
des niches écologiques distinctes, Drosophila persimis a une distribution plus nordique, elle se rencontre plus souvent à une altitude
élevée et montre une préférence pour les températures plus froides,
une émission d’odeur différente déterminante pour le choix du partenaire sexuel.
Les deux espèces représentent donc deux complexes génétiques différents même si les individus sont d’aspect très semblable : ce sont des
espèces jumelles.
Document 3
La mouche Rhagoletis pomonella
Les larves des Mouches du genre Rhagoletis se nourrissent de fruits et
les adultes de sucs, émis par la plante à la suite de blessure(s) ou de
nectar… En été, les femelles nord américaines de l’espèce Rhagoletis
pomonella pondent leurs œufs dans les fruits de l’Aubépine, hôte naturel de cette mouche.
Il y a 150 ans, les pommiers ont été introduits en Amérique du Nord.
Profitant de ces nouvelles ressources alimentaires, une population de R.
pomonella, a commencé à parasiter les pommiers.
Les œufs déposés sur les fruits deviennent des larves qui se nourrissent
des fruits et mémorisent leur odeur en se développant. Une fois adultes
les mâles et les femelles vont se reproduire sur le type de fruits où ils se
sont développés.
32
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Séquence 5 – SN02
La pomme parvenant à maturité avant le fruit de l’aubépine, la sélection a favorisé les larves se développant rapidement parmi celles qui
se nourrissent de pommes ; celles du pommier se développent en 40
jours contre 55 à 60 jours pour les larves se nourrissant des fruits de
l’aubépine.
Alors qu’en laboratoire, les Mouches du Pommier et celles de l’Aubépine se croisent facilement en donnant une descendance fertile ; dans la
nature les croisements entre les deux types sont peu fréquents.
Questions
À la lecture du document 3, lister les arguments en faveur de la clas-
sification de la mouche du pommier et de la mouche de l’aubépine
dans deux sous-espèces.
En utilisant les documents 1 à 3, compléter le tableau suivant :
Espèces
Lymantria dispar
Drosophila persimilis et
pseudo-obscura
Rhagoletis pomonella
Critères permettant
de distinguer deux
espèces
Limite du critère
Puis, discuter des limites de la notion d’espèce.
Sachant que l’un des critères pour définir une espèce est la capa-
cité d’interfécondité des individus au sein d’une population : placer
sur le schéma-ci-dessous, à l’aide du document 2, les mécanismes
prézygotiques (empêchant la formation du zygote) et postzygotiques
(empêchant le développement du zygote et l’apparition des imagos)
qui permirent de conclure que Drosophila persimilis et drosophila
pseudo-obscura sont deux espèces jumelles.
Séquence 5 – SN02
33
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Adulte
Adulte
Gamètes
Gamètes
Barrières
prézygotiques
Cellule œuf
(zygote)
Barrières
postzygotiques
Adulte
À retenir
La définition de l’espèce est délicate. Elle repose sur des critères variés qui permettent d’apprécier le caractère plus ou moins distincts de deux populations. Cependant, la grande variabilité
des individus au sein d’une population, tel le dimorphisme sexuel, peut conduire à des groupements erronés ou au contraire à des distinctions injustifiées.
Pour confirmer que des individus sont de la même espèce, il faut alors pouvoir s’assurer que ceuxci peuvent se reproduire entre eux et que leurs descendants sont fertiles. Ceci dit, ce critère reste
difficile à utiliser.
On peut donc conclure en disant que le concept d’espèce n’est pas si tranché.
Il est important de noter qu’une espèce a une durée de vie limitée. On parle d’extinction si l’ensemble des individus d’une espèce disparaissent À l’inverse, si une nouvelle population s’individualise, il y a apparition d’une nouvelle espèce, c’est la spéciation.
Quels sont les mécanismes conduisant à la formation de nouvelles
espèces ?
2. Les mécanismes conduisant à la formation de nouvelles espèces : la spéciation
a. La spéciation avec isolement géographique
Activité 2
Comprendre comment se fait la spéciation par isolement géographique
(allopatrique)
Document 4
Les pinsons des Galápagos de Darwin
Lors d’un voyage autour du monde, du 27 septembre 1831 au 2 octobre
1836 à bord du navire Beagle, Charles Darwin explore les côtes d’Amérique du Sud et quelques îles du Pacifique.
C’est à cette occasion que le naturaliste anglais découvre l’archipel des
Galápagos. C’est un ensemble de 13 îles principales et de nombreux
34
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Séquence 5 – SN02
îlots volcaniques récents (4 à 5 millions d’années). Elles sont situées à
965 kilomètres au large des côtes sud-américaines, isolées au milieu de
l’océan Pacifique.
Sur ces îles distantes de 70 à 80 km les unes des autres, ayant le même
climat, les mêmes origines géologiques et la même altitude, on retrouve
une flore et une faune très diversifiée. Mais le plus surprenant, c’est
qu’elles hébergent une profusion d’espèces différentes de celles du
continent et différentes d’une île à l’autre. Comparées aux peuplements
des continents, de nombreuses espèces semblent y manquer, notamment celles de grande taille, les prédatrices et les organismes ayant peu
de chance d’être accidentellement transportés sur l’océan.
Lors du recensement de la faune de ces îles, Darwin récolta plusieurs
espèces d’oiseaux aujourd’hui connus sous le nom générique de « pinsons de Darwin » (ou des Galápagos) Actuellement des analyses phylogénétiques plus récentes placent ces oiseaux dans la famille des thraupidés et il est plus rigoureux de les nommer « géospize ». Treize espèces
résident sur les îles Galápagos et une sur les îles Cocos. Ces oiseaux sont
tous de la même taille, entre 10 et 20 cm. Les plus importantes différences
entre ces espèces se trouvent dans la taille et la forme de leurs becs.
Document 4a
quelques pinsons des Galápagos et leur régime alimentaire
Document 4b
Pourcentage d’espèces endémiques de pinsons dans
différents groupes d’îles
Groupe d’îles d’espèces endémiques
I
5
II
14 à 33
III
36 à 67
IV
75
Une espèce est qualifiée d’endémique d’une région lorsqu’on ne
la trouve que dans cette région
géographique particulière (montagne, île, archipel, continent...).
Séquence 5 – SN02
35
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Groupe d’îles
Espèces présentes majoritairement
I
G. magnirostris, G. fortis, G. fuliginosa, G. scandans, G. difficilis
II
G. conirostris, G. fuliginosa
III
G. magnirostris, G. difficilis ; G. conirostris
IV
G. magnirostris, G. difficilis
Questions
Sachant que cet archipel d’origine volcanique était complètement
dépourvu de vie lorsqu’il a surgi de l’océan, émettre une ou plusieurs
hypothèses sur l’origine de la vie dans cet archipel.
Dans ses mémoires, « le voyage du Beagle », Charles Darwin écrivit :
« En observant cette graduation et la diversité de structure dans un
petit groupe d’oiseaux étroitement apparentés, on pourrait réellement imaginer qu’à partir d’une pauvreté originale d’oiseaux dans cet
archipel, une espèce a été sélectionnée et modifiée à différentes fins »
À l’aide de vos connaissances acquises lors de la séquence 4 et du
chapitre 2, imaginer un scénario permettant d’expliquer l’apparition
de ces 13 espèces de pinsons dans l’archipel des Galápagos à partir
d’un ancêtre commun.
Document 5
Des données plus récentes
Des études plus poussées ont été réalisées sur les pinsons de l’île de
Daphne Major. Cette petite île (34 hectares) centrale de l’archipel a permis un suivi précis des populations de pinsons résidentes. De plus, cette
île n’a jamais subi de perturbations d’origine humaine.
Parmi les diverses espèces de pinsons, l’étude s’est particulièrement
portée sur les pinsons à bec conique (genre Geospiza) dont le pinson
à gros bec (Geospiza magnirostris) et le pinson à bec moyen (Geospiza
fortis).
Document 5a
Héritabilité du caractère taille du bec chez le pinson à bec moyen
On peut mesurer l’héritabilité
d’un caractère en mettant en
relation la hauteur du bec des
parents et celle de leurs descendants chez le pinson à bec
moyen. Chaque point correspond à un couple parents/descendants.
36
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Séquence 5 – SN02
Évolution de l’abondance et de la dureté des graines ; de l’effectif de la
population de pinsons à bec moyen sur l’île de Daphne Major et de la
hauteur du bec dans la population de pinsons entre 1975 et 1979.
Document 5b
Indice de dureté
des graines
(unités arbitraires)
1600 Taille de la population
(nombre d’individus)
SECHERESSE
1400
SECHERESSE
1200
1000
800
600
400
200
Temps
Temps
J S N J MM J S N J MM J S N J MM J S N J
1975
1976
1977
1978
J S N J M M J S N J M M J S N J M M J S N J
1975
1976
1977
1978
12
Hauteur du bec
10,25 mm
10
9,75
9,5
9,25
SECHERESSE
8
6
4
Temps
2
Temps
J S N J MMJ S N J MMJ S N J MMJ S N J
1975
1976
1977
1978
Document 5c
Abondance des graines
(nombre de graine m-2) SECHERESSE
10
J S N J M M J S N J M M J S N J M M J S N J
1975
1976
1977
1978
Fruit de Tribulus cistoid
L’arbuste dominant sur l’île de
Daphne Major est le Tribulus cistoides. C’est une plante très résistante à la sécheresse. Elle produit
des fruits constitués de plusieurs
parties très fermement soudées
contenant chacune six grosses
graines.
À gauche : fruit entier ; à droite :
une partie de fruit.
Document 5d
Comparaison d’accès aux graines de Tribulus cistoides chez le pinson à
bec moyen et le pinson à gros bec
Il est important de noter que seuls les pinsons à bec moyen ayant un bec
d’au moins 11 mm de long peuvent briser les fruits de Tribulus cistoides.
Les pinsons ayant un bec de 10,5 mm n’y parviennent pas.
Conditions
d’accès
Pinson à bec
Temps nécessaire
pour briser le fruit
(secondes)
Nombre de graines
récoltées par fruit
Temps nécessaire pour récolter
les graines d’un fruit
(secondes)
Moyen
7
1-2
15
Gros
2
4-6
7
Séquence 5 – SN02
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En plus de la taille du bec selon l’espèce, on s’est aperçu que le sexe
de l’oiseau avait là aussi son importance. En effet, chez les pinsons terrestres, les mâles sont légèrement plus grands que les femelles et leur
bec est un peu plus grand aussi.
De ce fait, les mâles accèdent plus facilement à la nourriture que les
femelles et ils ont ainsi mieux surmonté la sécheresse. Sur les 180 survivants, 150 étaient des mâles (avant la sécheresse, le sexe ration était de
1/1). Le surnombre de mâles conduisit à une augmentation de la compétition entre mâles pour posséder un territoire. Là encore, ce sont les
plus gros mâles ayant un bec plus gros qui ont été avantagés et se sont
reproduits davantage, transmettant leurs caractères à leur descendance.
Questions
À l’aide de vos connaissances, rappeler les conditions pour que la
sélection naturelle ait lieu.
Retrouver dans le document 5 les types de sélections qui ont entraîné
des variations de la population de pinsons à bec moyen sur l’ile de
Daphne Major.
En utilisant le document 5, compléter le sénario commencé dans la
question 2.
Document 6
Les îles du Galápagos, un décor fluctuant et mouvant
Les îles des Galápagos sont des îles de volcanisme de point chaud.
Les premières îles ont été formées il y a 5 millions d’années. On pense
qu’au moment supposé où est arrivé le groupe fondateur des pinsons
des Galápagos, seules 5 îles étaient déjà émergées. Les premières îles
étant : Santa Cruz, San Cristobal, Espanola et Floreana ; et les dernières
îles sont : Fernandina et Isabela. Il y a donc eu un fort remaniement du
cadre géographique de l’archipel des Galápagos depuis l’arrivée du
groupe fondateur de pinsons.
En plus des remaniements géographiques, de fortes fluctuations climatiques ont eu lieu. Si les premiers pinsons sont arrivés il y a 3 millions
d’années, la végétation rencontrée à cette époque devait être de type
forêt tropicale humide. Par la suite, il y a eu un refroidissement et un
assèchement saisonnier qui s’est déroulé en trois étapes :
–2,5
millions d’années : fermeture de l’isthme de Panama entraînant
la mise en place de forts vents allant de la côte vers le large. (Ces vents
ont pu favoriser la colonisation des îles)
– 1,7 million d’années : refroidissement de la partie orientale du Paci-
fique
–
1 million d’années : installation d’un courant côtier saisonnier
chaud (El Nino) entraînant une alternance de période chaude et sèche
avec des périodes de forte humidité.
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Séquence 5 – SN02
Point science
Principe général de la spéciation allopatrique :
1 : population d’origine ayant une grande variabilité génétique.
2 : apparition d’une barrière géographique (barrière extrinsèque) par exemple la distance, une
chaîne de montagne, un milieu insulaire…
Si la barrière extrinsèque perdure suffisamment longtemps, les populations formées divergent :
elles évoluent indépendamment l’une de l’autre.
1
2
3
4
Si les populations se retrouvent en
contact :
3 : Elles ont divergé génétiquement, des barrières intrinsèques
(barrière pré-zygotiques et postzygotiques) se sont installées.
Les deux populations sont alors
isolées, elles ne peuvent plus se
reproduire entre elles : il y a apparition de deux nouvelles espèces
à partir d’une espèce ancestrale.
4 : Elles n’ont pas suffisamment
divergé, elles peuvent se reproduire entre elles. On peut parler
de sous-espèces.
Question
Sachant que des espèces, très proches au niveau phénotypique, se
côtoient à nouveau sur certaines îles de l’archipel mais qu’aucun
croisement n’a été observé dans la nature, finaliser le sénario commencé en question 2 et 5 en utilisant les informations apportées par
les documents 4 à 6 et en vous aidant du point science.
À retenir
Par des causes variées, une espèce ancestrale se retrouve fragmentée en plusieurs sous
ensembles qui évoluent indépendamment les uns des autres : c’est la radiation évolutive.
Cette évolution est permise par une grande variabilité de la population d’origine, des mutations
aléatoires, la dérive génétique plus importante si la population est petite et enfin sous l’action
de la sélection naturelle. Si les conditions environnementales de chaque sous ensemble sont
différentes, les pressions de sélections seront différentes. La sélection naturelle ne se fera pas
forcément sur les mêmes individus d’un groupe à l’autre.L’isolement géographique d’une population en deux sous populations constitue la spéciation allopatrique (« autre patrie »).
Si l’isolement géographique disparaît, les sous ensembles de population vont à nouveau se
rencontrer. Si ces deux sous ensembles peuvent encore se reproduire entre eux, les deux populations sont différentes mais n’ont pas beaucoup divergé. À l’inverse, si les deux sous ensembles
ne sont plus capables de se reproduire entre, on peut dire qu’il y a eu apparition de nouvelles
espèces, c’est la spéciation allopatrique.
Séquence 5 – SN02
39
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Pour aller plus loin
En 2004, une équipe de chercheurs de l’université de Harvard a mis en évidence une corrélation entre la taille du bec et l’activité du
gène Bmp4 au cours du développement chez
le pinson.
G. difficilis
G. fuliginosa
Plus le vert est intense et plus l’activité du
gène Bmp4 est importante.
G. fortis
G. magnirostris G. scandens
G. conirostris
Geospiza
Dans certains cas la spéciation peut intervenir sans séparation géographique des deux populations on parle alors de spéciation sympatrique.
b. La spéciation sans isolement géographique
Activité 3
Comprendre les mécanismes de la spéciation sans isolement géographique.
Document 7
L’émergence de nouvelles espèces par spéciation sympatrique : exemple
des tournesols américains
Au États-Unis, on ne compte pas moins de 67 espèces proches de tournesols toutes strictement américaines.
Parmi ceux-ci, on trouve le tournesol annuel (Helianthus annuus) qui est
l’ancêtre du tournesol cultivé, le tournesol à long pétiole (Helianthus
petiolaris) et le tournesol anormal (Helianthus anomalus).
40
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Séquence 5 – SN02
Document 7a
3 espèces de tournesols américains
Ces trois espèces ont une morphologie et une écologie différente. Le
tournesol annuel préfère les sols lourds et argileux tandis que le tournesol à long pétiole apprécie les sols sableux mais ils peuvent peupler
toutes sortes de milieu, à condition de ne pas être trop arides. Quant au
tournesol anormal, il se plaît sur des sols caillouteux ou sableux dans
des milieux désertiques.
La floraison du tournesol annuel et du tournesol à long pétiole n’est que
légèrement décalée dans le temps et les pollinisateurs ne semblent pas
faire de différence entre les deux espèces. Les hybridations sont donc
possibles.
Document 7b
Aires de répartitions de ces trois espèces de tournesols américains
Document 7c
Des données génétiques
Ces trois espèces de tournesols américains sont diploïdes. Elles possèdent toutes le même nombre de chromosomes : 2n=34.
Séquence 5 – SN02
41
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En observant les chromosomes de chaque espèce, on a pu dresser les
constats suivants :
Chromosomes 1, 2, 3, 4, 5 et 6 : identiques chez les trois espèces ;
Chromosomes 10, 11 : identiques à ceux du tournesol à long pétiole ;
Chromosomes 15 et 16 : identiques à ceux du tournesol annuel ;
Chromosomes 7, 8, 9, 12, 13, 14 et 17 : présentent de nouveaux
arrangements chromosomiques spécifiques de l’hybrides obtenus à
partir de cassures, fusions et duplication des chromosomes des tournesols annuels et à long pétiole.
De plus, le taux d’hybridation naturelle entre les espèces Helianthus
annuus et Helianthus petiolaris dans les zones où ils sont sympatriques
est de 4 à 15 %. Les hybrides de F1 sont semi-stériles. La variabilité du
pollen est inférieure à 10 % et la proportion d’ovules formant des graines
après fécondation est inférieure à 1 %.
Ceci dit, parmi les 1 % donnant des graines donc de nouvelles fleurs, le
taux de viabilité du pollen dans la F2 (génération suivante) augmente
atteignant les 13 à 97 %. Ces nouveaux hybrides sont donc fertiles entre
eux mais ne sont pas capables de se reproduire avec les espèces d’origine (H. annus et H. petiolaris).
Questions
Recenser 3 les critères permettant d’affirmer que H. annus, H. petio-
laris et H. anomalis sont bien trois espèces différentes.
Retrouver les barrières pré-zygotiques et post-zygotiques mises en
jeu dans ces trois espèces.
Résumer l’événement de spéciation sympatrique qui a conduit à l’ap-
parition de la nouvelle espèce : H. anomalus.
À retenir
42
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t2
B
t1
A
Séquence 5 – SN02
La spéciation sympatrique se fait par apparition d’une
nouvelle espèce (B) sur une aire de répartition chevauchante avec celle de l’espèce d’origine (A). Ce type
de spéciation suppose qu’une barrière intrinsèque
à la reproduction se mette en place très rapidement,
puisque les deux groupes sont en contact. Cette barrière
intrinsèque peut être, par exemple, une recombinaison
importante des chromosomes empêchant l’appariement des paires de chromosomes homologues lors de
la méiose. La formation des gamètes ne se fera alors pas
facilement, les hybrides deviennent fertiles.
Pour aller plus loin
Une autre barrière intrinsèque à la reproduction est le changement de ploïdie : par exemple un tétraploïde qui apparaît dans une population diploïde.
De nombreux cas existent chez les plantes à fleur et les fougères actuelles.
On pense que ces événements sont responsables de 2 à 4 % des événements de spéciation chez les plantes à fleur, et de 7 % chez les fougères.
L’un des problèmes rencontrés par les polyploïdes nouvellement formés
est le manque de partenaires pour la reproduction : un croisement entre un
individu diploïde et un individu tétraploïde donnera des triploïdes, qui ont
généralement une fécondité très réduite du fait de problèmes de ségrégation des chromosomes lors de la formation des gamètes.
Il arrive cependant que les triploïdes produisent des gamètes haploïdes,
diploïdes et triploïdes en très faible proportion. Ils peuvent alors produire avec
l’individu tétraploïde quelques descendants tétraploïdes ; les organismes
capables d’autofertilisation peuvent également contourner ce problème.
Bilan du chapitre 3
Une espèce peut être considérée comme un ensemble d’individus suffisamment isolés génétiquement. Cela nécessite la mise en place de barrières reproductrices pré-zygotiques et/ou post-zygotiques.
Une espèce supplémentaire est définie si un nouvel ensemble s’individualise. Les mutations aléatoires et autre modifications du génome sont
triées par le milieu qui sélectionne certains allèles qui se maintiennent
au cours des générations, c’est la sélection naturelle.
Les deux principaux modes de spéciation sont la spéciation allopatrique
et la spéciation sympatrique.
Dans la spéciation allopatrique une nouvelle espèce naît par isolement
géographique de la population mère. Cette population évolue par sélection naturelle et dérive génétique et des barrières reproductrices peuvent
apparaître empêchant l’interfécondité avec la population mère même si
les populations sont de nouveau en contact
Dans la spéciation sympatrique des variabilités des individus pour un
certain nombre de caractère (comportement alimentaire, sélection
sexuelle) ou des modifications accidentelles du génome (duplication,
fusion ou polyploïdie) peuvent entraîner un isolement reproducteur
d’une population au sein de la population mère sans qu’il y ait de barrière géographique entraînant l’émergence d’une nouvelle espèce.
L’émergence de nombreuses espèces qui vont occuper des niches écologiques différentes à partir d’un ancêtre commun qui survient fréquemment dans les archipels représente la radiation adaptative. La sélection
opère en faveur d’une divergence écologique entre des espèces parentes.
Séquence 5 – SN02
43
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Population avec apparition de nouvelles espèces
Temps
Dérive génétique et
sélection naturelle
Apparition de barrières
intrinsèques à la
reproduction
Barrière
géographique
Population à forte
variabilité génétique
= population initiale
Spéciation allopatrique
Spéciation sympatrique
La durée de vie moyenne d’une espèce est d’un million d’années. 99 %
des espèces ayant peuplées la Terre ont aujourd’hui disparu. Leur disparition laisse souvent une place pour de nouvelles espèces, occupant les
niches écologiques laissées vacantes.
Aujourd’hui
x
Une espèce
durée de vie de l’espèce
Extinction
Générations successives
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
Apparition par
spéciation
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
SPÉCIATION
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x x x x
Individus d'une
même espèce
vivant simultanément
Individus d'espèces
différentes vivant
simultanément
Individus
d'une même
généalogie
Croisement
entre individus
Visualisation de la notion d'espèce
Les activités humaines menacent la biodiversité de la Terre (le rythme
d’extinction des espèces s’est accru considérablement : il est 1000
fois supérieur à celui des 100 000 dernières années). De nombreuses
actions en faveur de la conservation de certaines régions de la planète
visent au soutien de zones riches en diverses espèces.
44
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Séquence 5 – SN02
S ynthèse
L’évolution des populations
Les variations des populations
Une population est un ensemble d’individus d’une même espèce vivante
se perpétuant dans un territoire donné.
Le patrimoine génétique d’une population (appelé aussi pool génique)
représente l’ensemble des gènes existants dans cette population à un
moment donné. Ce pool génétique varie au cours du temps, de génération en génération.
Les mécanismes à l’origine des variations de population
La dérive génétique est un échantillonnage aléatoire des gamètes participant à la fécondation, ce qui modifie la fréquence des allèles transmis de
génération en génération. La dérive génétique est donc un effet du hasard
agissant uniquement sur des allèles conférant des caractères neutres.
Elle modifie le patrimoine génétique d’une population de façon d’autant
plus importante que la population a un effectif faible.
Contrairement à la dérive génétique, la sélection naturelle n’est pas liée
au seul hasard, mais aux variations des conditions du milieu. Elle ne peut
avoir lieu que dans des populations ayant une grande variabilité génétique, c’est-à-dire transmise de génération en génération. Sous la pression du milieu, les caractères avantageux préexistants sont maintenus et
deviennent majoritaire dans la population d’origine, ils sont sélectionnés.
Milieu
Espèce
MUTATIONS
nouveaux
allèles
Population
Echanges possibles
d’allèles
Sélection
naturelle
Dérive
génétique faible
Milieu
autres MUTATIONS
nouveaux allèles
Barrière
reproductrice
Sélection
naturelle
FLUX GÉNÉTIQUE
(apport d'allèles)
au temps T0
EFFET
FONDATEUR
EFFET
D'ÉTRANGLEMENT
NOUVELLE
ESPÈCE
Dérive
génétique forte
petite
population
au temps T1
au temps T2
Séquence 5 – SN02
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Sélection naturelle, flux génétique et dérive génétique sont les principaux acteurs de l’évolution des populations.
Sous l’effet de la pression du milieu, de la concurrence entre êtres
vivants (pour la nourriture, le territoire…) et du hasard la diversité des
populations change au cours des générations.
L’évolution est la transformation des populations qui résulte de ces différences de survie et du nombre des descendants. Du fait de la sélection
naturelle et de la dérive génétique, les populations ne sont pas génétiquement « stables » dans le temps : la biodiversité génétique change au
cours du temps.
La notion d’espèce
La biodiversité est à la fois la diversité des écosystèmes, la diversité des
espèces et la diversité génétique au sein des espèces.
Une notion pré-évolutionniste
Dans un premier temps, on a considéré les espèces comme des entités
fixes définies par des critères morphologiques. Cette conception phénotypique a trouvé son apogée avec les travaux de Linné et l’établissement
de collections d’individus « typiques » de l’espèce.
Selon Cuvier, « une espèce peut être définie comme la collection de tous
les corps organisés nés les uns des autres ou de parents communs et de
ceux qui leur ressemblent autant qu’ils ne se ressemblent entre eux. »
Une espèce est donc une entité stable et permanente dans le temps.
Une notion évolutionniste
À partir des travaux de Darwin, on commence à accepter qu’il existe une
variabilité des individus au sein d’une même espèce. L’idée de filiation
entre les espèces émerge.
La définition la plus commune de l’espèce a été donnée par Ernst Mayr :
« les espèces sont des groupes de populations naturelles, effectivement ou potentiellement interfécondes, qui sont génétiquement isolées
d’autres groupes similaires ».
À cette définition, il a ensuite été rajouté que cette espèce doit pouvoir
engendrer une progéniture viable et féconde. Ainsi, l’espèce est la plus
grande unité de population au sein de laquelle le flux génétique est possible dans des conditions naturelles.
Des outils pour définir une espèce
La définition d’espèce est délicate. Elle repose sur des critères variés
comme les critères phénotypiques permettant de regrouper dans une
même espèce des individus ayant des caractères communs et à l’inverse
des caractères distincts de deux populations permettront de les séparer
en espèces différentes.
46
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Séquence 5 – SN02
D’autres critères permettant de constituer des espèces sont les critères biologiques tels que l’interfécondité. C’est-à-dire qu’une espèce est un ensemble
d’individus potentiellement capables de se reproduire entre eux et d’engendrer une descendance viable et féconde dans des conditions favorables.
Cependant, l’existence d’une grande variabilité des individus au sein
d’une population ou la difficulté de s’assurer que deux individus sont
interféconds conduit parfois à des classifications erronées.
D’autres critères peuvent donc être utilisés tels que des critères phylogénétiques (la plus petite lignée d’une population pouvant être définie par
une combinaison unique de caractères diagnostiques) ; des critères écologiques (groupe d’organismes partageant une même niche écologique)…
La formation de nouvelles espèces : la spéciation
Les barrières de reproduction entre les espèces
Une espèce supplémentaire est définie si un nouvel ensemble s’individualise, c’est-à-dire, si les individus sont suffisamment isolés génétiquement. Cela nécessite la mise en place de barrières reproductrices
pré-zygotiques et/ou post-zygotiques.
La mise en place de ces barrières reproductives se fait selon deux principaux modes de spéciation :
La spéciation allopatrique conduit à la formation d’une nouvelle espèce
par isolement géographique de la population mère. Cette population
évolue par sélection naturelle et dérive génétique et des barrières reproductrices peuvent apparaître empêchant l’interfécondité avec la population mère même si les populations sont de nouveau en contact.
temps 1
temps 2
Une population homogène
se développe dans un milieu
temps 3
Chaque groupe évolue
Un obstacle physique isole
indépendamment l'un de l'autre
un groupe par rapport à
et donne deux espèces distinctes
un autre
Cette schématisation concerne toute espèce vivante et non uniquement des singes qui ne sont là que
comme supports pédagogiques. Ce n’est en aucun cas la réalité de l’évolution de ces singes là.
La spéciation sympatrique permet l’apparition de nouvelles espèces si
des variabilités des individus pour un certain nombre de caractère (comportement alimentaire, sélection sexuelle) ou des modifications accidentelles du génome (duplication, fusion ou polyploïdie) entraînent un
isolement reproducteur d’une population au sein de la population mère
sans qu’il y ait de barrière géographique.
Séquence 5 – SN02
47
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temps 1
temps 2
temps 3
*
*
Une population homogène
se développe dans
un milieu
Un caractère nouveau est porté
Chaque groupe évolue
par certains individus (*) qui indépendamment l'un de l'autre
vont se reproduire entre eux et donne deux espèces distinctes
Cette schématisation concerne toute espèce vivante et non uniquement des singes qui ne sont là que
comme supports pédagogiques. Ce n’est en aucun cas la réalité de l’évolution de ces singes là.
Une durée de vie limitée pour une espèce
Une espèce n’existe que pendant une durée de temps finie. Dès l’apparition d’un ensemble d’individus génétiquement isolés, il y a spéciation :
naissance d’une nouvelle espèce mais lorsque l’ensemble des individus
d’une espèce disparaissent ou que ces individus cessent d’être isolés
génétiquement, il y a extinction de l’espèce.
Tous ces mécanismes se font à des vitesses plus ou moins rapides selon
l’environnement, le nombre d’individus de la population initiale, mais il
ne faut pas oublier que tous ces phénomènes sont graduels.
La sélection naturelle ne s’arrête jamais, c’est une perpétuelle évolution qui permet l’apparition de nouvelles espèces…
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Séquence 5 – SN02
E xercices
Exercice 1
Tester ses connaissances
Définir les termes suivants
a. population,
b. pool génique,
c. effet d’étranglement
Construire une phrase en utilisant les termes suivants :
a. Fréquence, allèle, milieu, sélection naturelle, population.
b. Dérive génétique, aléatoire, descendance,
c. Effet fondateur, allèles, population, population initiale.
Relever dans les affirmations suivantes, celles qui sont inexactes et
les corriger.
a. La sélection naturelle est un mécanisme ne reposant que sur le
hasard.
b. La dérive génétique est un mécanisme ne reposant que sur le hasard.
c. La sélection naturelle peut modifier la fréquence des allèles d’une
population.
d. Le mécanisme de la sélection naturelle implique des variations phénotypiques au sein d’une population donnée.
Choisir la ou les bonnes réponses.
A. On considère que deux animaux appartiennent à des espèces différentes quand ils :
□ sont géographiquement isolés.
□ vivent dans des habitats différents.
□ sont membres de populations différentes.
□ ne se ressemblent pas.
□ ne peuvent produire une descendance viable ou fertile.
Séquence 5 – SN02
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B. Lequel des facteurs suivants constituent la première étape de la spéciation allopatrique ?
□
□
□
□
L’hybridation.
L’isolement géographique.
L’isolement reproductif prézygotique.
La dérive génétique.
C. On appelle l’évolution de nombreuses espèces à partir d’un ancêtre
unique :
□ isolement géographique
□ radiation adaptative
□ spéciation sympatrique
D. La spéciation sympatrique est :
□ causée par une barrière géographique
□ l’apparition de plusieurs espèces à partir d’un ancêtre unique
□ l’apparition d’une nouvelle espèce dans l’aire de répartition de la
population mère
□ le processus qui a permis l’évolution de la plupart des espèces animales.
E. La construction d’une route a isolé une petite partie d’une population
de pucerons. Après quelques générations, la population isolée présente des différences génétiques radicales par rapport à la population initiale. Quelle est la cause la plus probable ?
□ Les mutations sont plus courantes dans un nouvel environnement
□ Par hasard, les fréquences alléliques des pucerons isolées différaient dès le départ des fréquences alléliques de la population
parentale, et une dérive génétique a eu lieu qui a accru les différences d’avec le patrimoine initial.
□ Le flux génétique (échange de matériel génétique au sein d’une
population) augmente dans un nouveau milieu.
□ Les membres d’une petite population ont tendance à migrer, ce qui
retire des allèles du patrimoine génétique.
Exercice 2
Document 1
Un mécanisme de la sélection naturelle
Des souris au phénotype différent.
Dans le sud de l’Arizona, au sud-ouest des États-Unis, vivent plusieurs
populations d’une même espèce de souris : la souris à abajoues. Ces
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Séquence 5 – SN02
souris présentent 2 phénotypes, pelage clair ou pelage sombre. Certaines populations habitent de vastes zones formées de sables et roches
claires tandis que d’autres évoluent dans des zones plus petites constituées d’anciennes coulées de laves sombres.
Quelque soit leur milieu de vie, ces souris ont pour principal prédateur,
le grand hibou à cornes, animal doté d’une excellente vision nocturne.
Si la coloration du pelage est contrôlée par plusieurs gènes, le gène
MCR1 dont on connaît deux allèles, D et d, semble jouer un rôle essentiel. L’expression de l’allèle D, allèle dominant, est à l’origine d’un pigment brun conférant au pelage sa teinte foncée.
Document 2
Fréquence (en %) de deux allèles gouvernant la couleur du pelage dans
deux populations de souris à abajoues de l’Arizona
Fréquence de l’allèle
D
d
Sombres
90
10
Clairs
8
92
Population sur sols
Question
Expliquer, en vous appuyant sur l’exemple ci-dessus et vos connais-
sances le mécanisme de la sélection naturelle.
Exercice 3
Avantage reproducteur et sélection sexuelle
En Afrique vit une espèce de passereau l’Euplecte à longue queue. Au
cours de l’année le plumage des mâles beige strié de brun et noir subit
au moment de la période de reproduction des transformations : il devient
entièrement noir (à l’exception d’une tache rouge à l’épaule) et la queue
s’allonge pour chez certains individus jusqu’à atteindre deux fois la longueur du corps.
La longueur des plumes est déterminée génétiquement.
Les mâles vivent sur des territoires bien définis et cherchent à attirer un
maximum de femelles en vue de s’accoupler. Les femelles construisent
ensuite un nid sur le territoire du mâle et s’occupent des petits.
Des expériences ont été menées pour savoir si la longueur des plumes
de la queue exerçait une influence dans le choix du partenaire.
Pour 3 populations de 9 mâles (notées A, B, C) chacune ayant la même
taille de queue et vivant dans des territoires de qualité similaire on a
compté le nombre de nids par mâles contenant des œufs ou des petits.
Les résultats sont présentés dans le graphique 1.
Séquence 5 – SN02
51
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Graphique 1
1.8
Nombre de nids
par mâle
1.6
Les mâles sont ensuite capturés :
1.4
On réduit la longueur de la queue
des mâles de la population A
On augmente artificiellement par
collage la longueur des plumes
de la queue des individus de la
population C
1.2
1
0.8
On garde la taille des plumes
pour la population B
0.6
Les résultats des observations
sur le recensement des nouveaux
nids sont présentés dans le graphique 2.
0.4
0.2
0
A
B
C
Graphique 2
1.8
Nombre de nids
créés après l’expérience
1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
A
Question
B
C
Montrer par une exploitation rigoureuse des documents que cette
expérience est un exemple de sélection sexuelle.
52
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Séquence 5 – SN02
Point méthode
La démarche expérimentale :
À partir d’une observation un problème se pose qui conduit à :
L’élaboration
d’une hypothèse, la conception d’une ou de plusieurs
expériences permettant de tester cette hypothèse (mise en place d’un
protocole détaillé).
Les
résultats de l’expérience (ce que je vois) sont présentés dans un
tableau ou un graphe.
Les
résultats sont interprétés à la lumière des connaissances (ce que
j’en déduis)
En conclusion l’hypothèse est ou n’est pas validée par l’expérience.
Exercice 4
Les cyprinodontidés de Death Valley
Death Valley aux états Unis a été formée il y a 10 000 ans par l’assèchement d’un grand lac dont il ne reste plus que quelques points d’eau
isolés de petite taille dans des failles profondes et étroites dont la température et la salinité sont variables. Dans l’un de ces points d’eau ; le
devil’s hole (caverne calcaire avec une eau à 34°C); ne vit qu’une seule
espèce de petits poissons de la famille des Cyprinodontidés le Cyprinodon diabolis. Cette espèce de poisson que l’on ne trouve nulle part
ailleurs au monde est très étudiée et sa population a fluctué selon les
années menaçant même de disparaître.
Les différentes espèces de cyprinodontidés recensées dans la Death Valley (Cyprinodon salinus milleri, Cyprinodon diabolis…) descendent d’une
même population ancestrale qui s’est fragmentée après l’assèchement
du lac. Aujourd’hui, en laboratoire on observe aucune interfécondité
entre ces différentes espèces.
Nevada
Californie
Vallée de
la mort
Séquence 5 – SN02
53
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Questions
Justifier le fait que C diabolis soit une nouvelle espèce.
Proposer un scénario évolutif en accord avec les données et vos
connaissances pouvant expliquer l’existence de Cyprinodon diabolis.
Vous devez utiliser un vocabulaire scientifique adapté.
Exercice 5
La radiation évolutive adaptative : Le cas des archipels
Les îles d’Hawaï issues d’un volcanisme de point chaud sont de plus en
plus récentes au fur et à mesure que l’on se dirige du Nord-ouest vers le
Sud-est. L’île d’Hawaï est la plus récente (moins de un million d’années)
et se situe à 3500km des côtes de l’Amérique du Sud.
Document 1
Carte des îles d’Hawaï
Kauai
Oahu
Niihau
Molokai
Honolulu
Maui
Lanai
Kahoolawe
AMÉRIQUE
DU
NORD
ASIE
Hawaii
HAWAÏ
AUSTRALIE
60 km
Chaque île de l’archipel présente des conditions climatiques de température et de pluviométrie très variées.
La plante emblème de l’archipel est connue sous le nom de sabre
d’argent (silverswords) : En réalité c’est un groupe de plantes appartenant à la famille des Astéracées comprenant 28 espèces réparties en 3
genres (Argyroxiphium, Dubautia et Wilkesia). Ces espèces sont toutes
issues d’une espèce ancestrale, venant d’Amérique du Nord, qui a colonisé une des îles de l’archipel il y a environ 5 millions d’années.
54
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Séquence 5 – SN02
Document 2
Silverswords, endémique de l’île de Maui.
Question
Sachant que les îles étaient vierges à leur forma-
tion, proposer un scénario évolutif pouvant expliquer la diversité constatée à Hawaï.
Expliquer l'origine des nombreuses espèces d’as-
téracées observées.
Exercice 6
Les souris sylvestre des États-Unis
On connaît 4 populations de souris sylvestres vivant aux États-Unis dans
les Rocheuses.
Ces 4 populations sont séparées géographiquement.
Document 1
Aire de répartition de 4 populations de souris sylvestres
Les souris se reproduisent habituellement dans leurs zones de cohabitation.
Questions
Nommer les populations qui se croisent.
En vous basant sur la définition de l’espèce biologique : doit-on par-
ler d’espèce ou de population ?
Les populations artemisiae et nebrascensis ne se croisent pas même si
leurs aires de répartition se touchent.
Peut-on parler d’espèce dans ce cas là ?
Que faudrait-il pour que l’on puisse considérer artémisiae et
nebracensis comme deux espèces distinctes ?
Séquence 5 – SN02
55
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Exercice 7
Questions
Barrière
L’isolement reproductif
Associer à chaque exemple proposé une barrière reproductive en précisant le type d’isolement.
prezygotique
Isolement temporel :
L’accouplement ou la floraison ont
lieu à des moments différents de la
journée ou de l’année.
Isolement écologique :
Les populations vivent dans des
habitats différents ou ne se rencontrent jamais.
Isolement éthologique :
Aucune attirance sexuelle entre
mâles et femelles
Isolement mécanique :
Incompatibilité structurale des
organes sexuels empêchant l’accouplement ou la pollinisation.
Isolement gamétique :
Les gamètes mâles et femelles ne se
rencontrent pas ou ne survivent pas
Barrière
postzygotiques
Non viabilité des hybrides : les
hybrides meurent ou n’atteignent
pas la maturité sexuelle.
Stérilité des hybrides
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Séquence 5 – SN02
A. Les fous à pied bleus des îles Galápagos
s’accouplent après une parade nuptiale
unique à leur espèce : le mâle lève les
pieds bien haut pour montrer aux femelles
leur couleur bleu vive.
B. En Amérique du Nord l’habitat de la moufette tachetée occidentale recoupe celui
de la moufette tachetée orientale mais
l’une se reproduit à la fin de l’hiver l’autre
à la fin de l’été
C. Des espèces de salamandre du genre
Ensatina vivent dans les mêmes habitats
et peuvent s’hybrider occasionnellement
mais les hybrides sont frêles.
D. Le mulet animal, robuste et stérile, est né
du croisement d’un âne et d’une jument.
E. Deux espèces de serpent jarretière appartenant au genre Thamnophis vivent dans
la même région, cependant une espèce est
surtout aquatique, l’autre terrestre.
F. Les gamètes des oursins rouges et des
oursins pourpres libérés dans l’eau de mer
sont incapables de fusionner : Une protéine, la bindine, présente à la surface des
spermatozoïdes, a une structure différente
dans les 2 espèces.
G. Chez les libellules, les mâles possèdent
une grande pince à l’extrémité du long
abdomen, destinée à un ancrage solide
sur la femelle durant l’accouplement. Au
centre de cette pince, on observe de courts
appendices, de formes différentes selon
l’espèce, qui correspondent exactement
à une sorte d’évidement chez la femelle,
formant ainsi un système de verrouillage
à la manière de « serrure et clef ».
Glossaire
Glossaire des séquences 4 et 5
Acide aminé
Molécule possédant une fonction acide (radical –COOH) et une fonction
amine (radical –NH2).
Addition
Mutation d’un gène par ajout (insertion) d’un ou de plusieurs nucléotides
dans la séquence.
ADN
Acide désoxyribonucléique. Macromolécule formée de 2 brins. Chaque
brin est une séquence de 4 nucléotides différents caractérisés par
leur base azotée : A, C, T et G. Les 2 brins sont associés sur toute leur
longueur par complémentarité de bases : A en face de T et C en face de
G.
ARN
Acide ribonucléique. Macromolécule constituée d’un seul brin formée
par l’enchaînement de 4 bases : A, U, C et G
Agent
mutagène
Agents chimiques, physiques (UV, rayons X, rayons émis par des éléments radioactifs), ou biologiques qui favorisent l’apparition de mutations.
Agent
pathogène
Agent qui peut causer une maladie.
Allèle
Version d’un gène localisé sur le même site (=locus) d’un chromosome.
Les allèles d’un même gène se différencient par leur séquence de
nucléotides.Allèle dominant : Version d’un gène qui s’exprime c’est-àdire est à l’origine d’un caractère même s’il n’est présent qu’en un seul
exemplaire.
Allèle récessif
Version d’un gène qui ne s’exprime que si cet allèle est présent en deux
exemplaires. Un allèle sur chaque chromosome homologue.
Apprentissage
Modifications d’un comportement à la suite d’expériences particulières.
Archées ou
archéobactéries
Groupe de procaryotes renfermant des bactéries vivant dans des milieux
extrêmes.
Bactériophage
(=phage)
Virus infectant une bactérie.
Barrière
postzygotique
Isolement reproductif qui après la fécondation empêche le zygote
hybride de devenir un adulte fécond et viable.
Séquence 5 – SN02
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Barrière
prézygotique
Isolement reproductif qui empêche l’accouplement entre espèces ou qui
entrave la fécondation.
Biodiversité
Diversité des êtres vivants qui peuplent la Terre. La biodiversité peut
se décliner à différentes échelles : écosystèmes, populations, espèces
mais également génétique.
Brassage
interchromosomique
Mise en place de nouvelles combinaisons alléliques du fait de la
séparation au hasard des paires de chromosomes homologues lors de
la première division de méiose.
Brassage
intrachromosomique
Formation de nouvelles combinaisons d’allèles par échanges de fragments entre les chromatides non sœurs des chromosomes homologues
lors de la première division de méiose.
Caryogamie
Au cours de la fécondation d’un ovule par un spermatozoïde, fusion des
2 pronucléus (noyau de l’ovule et du spermatozoïde).
Caryotype
Garniture chromosomique d’une cellule. Représentation des paires de
chromosomes d’une cellule selon leur forme et leur taille.
Cellules
germinales
Cellule sexuelle ou gamète et cellules à l’origine de ces gamètes
Cellule
somatique
Cellule autre qu’une cellule germinale. Exemple : neurone, cellule
musculaire,cellule hépatique.
Centromère
Chiasma
Zones de contacts entre les chromatides de chromosomes homologues
appariés que l’on observe parfois lors de la première division de méiose.
Chromatide
Une chromatide est formée d’une molécule d’ADN. Un chromosome
peut être constitué d’une chromatide (chromosome simple) ou de deux
chromatides (chromosome double). Dans ce cas, les deux chromatides
sont reliées par le centromère.
Chromatides
sœurs
Formes répliquées d’un chromosome qui sont unies par le centromère
avant de se séparer pendant la mitose ou la deuxième division de
méiose.
Chromatine
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Zone de jonction entre les 2 chromatides d’un même chromosome.
État décondensé de l’ADN lors de l’interphase.
Chromosome
Structure condensée de l’ADN. Un chromosome est formé d’une ou deux
chromatides selon le moment du cycle cellulaire.
Crossing-over
ou
enjambement
Échange de fragments de chromatides entre chromosomes homologues
lors de la première division de méiose
Crossing-over
inégal
Au cours de ce phénomène, les échanges de matériel génétique entre les
chromosomes homologues appariés ne sont pas symétriques. Un des deux
chromosomes perd une certaine quantité d’ADN qui est gagnée par l’autre.
Séquence 5 – SN02
Chromosome
homologue
Chromosome identique en taille et en forme portant les mêmes gènes
aux mêmes loci mais pas forcément les mêmes allèles.
Clade
Groupe d’espèces qui comprend une espèce ancestrale et tous ces
descendants.
Code génétique
Système de correspondance entre la séquence de nucléotides d’un
gène et la séquence d’acides aminés de la protéine qu’il code. Le code
génétique est redondant et universel.
Codon
Séquence de 3 nucléotides ou triplet, portée par l’ARNm correspondant
à un acide aminé ou à un codon stop ou non-sens. Il existe 64 codons
différents.
Conjugaison
Phénomène de transfert de matériel génétique entre une bactérie
donneuse et une bactérie receveuse.
Croisement-test
Croisement d’un individu obtenu en F1 avec un l’un des deux parents
portant les allèles récessifs du gène étudié.
Crossing over
(=enjambement)
Cycle cellulaire
Échange en principe réciproque de portions de chromatides non sœurs
entre chromosomes homologues au cours de la prophase1 de méiose.
Cycle de
développement
Suite d’étapes se déroulant depuis le moment où un organisme est
conçu jusqu’au moment où il produit ses propres descendants.
Délétère
Qualifie un allèle défavorable pour l’individu, et susceptible d’être
contre-selectionné.
Délétion
Perte d’une partie du matériel génétique. Elle peut concerner la perte
d’un couple de bases ou d’une portion plus large d’un chromosome.
Ensemble des étapes se déroulant dans une cellule depuis sa formation
jusqu’à sa division. Il comporte une interphase durant laquelle il y a
réplication de l’ADN et une mitose correspondant à sa division en deux
cellules filles.
Dérive génétique Modification aléatoire des fréquences des allèles d’un gène codant pour
un caractère neutre au sein d’une population de génération en génération.
Diploïdie
État d’une cellule ou d’un organisme qui possède 2n chromosomes.
Drépanocytose
Maladie héréditaire du sang se caractérisant par la synthèse d’une
hémoglobine anormale rigidifiant les hématies. Également nommée
anémie falciforme.
Duplication
génique
Doublement d’un gène à l’issu par exemple d’un crossing over inégal
entre deux chromatides non sœurs.
Effet fondateur
Perte de la diversité génétique au sein d’une population suite à un
isolement d’un petit nombre d’individus
Séquence 5 – SN02
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Effet
d’étranglement
Phénomène se produisant lorsqu’une population est fortement réduite
sur au moins une génération.
Épissage
Étape de maturation d’un ARNm. Elle correspond à l’élimination des
introns (séquences non codantes) d’un ARM pré messager et à la
soudure des exons (parties codantes).
Endémique
Espèce que l’on ne trouve que dans une région précise du globe.
Endocytose
Capacité de certaines cellules à réaliser une invagination de leur
membrane plasmique et à intégrer des particules extérieures à l’intérieur
d’une vésicule membranaire formée par la membrane plasmique
retournée.
Endosymbiose
Symbiose dans laquelle l’un des organismes vit à l’intérieur des cellules
d’un autre.
Endosymbiote
Cellule procaryote ou eucaryote qui vit à l’intérieur d’une autre cellule ou
d’un autre organisme.
Espèce
Ensemble d’individus apparentés présentant des caractéristiques
morphologiques, physiologiques,…communes et dont les individus se
ressemblent entre eux plus qu’ils ne ressemblent à d’autres ensembles
équivalents. Ces individus doivent de plus avoir ensemble dans les
conditions naturelles une descendance commune fertile.
État ancestral
État primitif d’un caractère qui préexiste à une innovation évolutive le
concernant.
État dérivé
État d’un caractère né d’une innovation évolutive ayant affecté un
caractère ancestral.
Eubactéries
Division des bactéries qui regroupe les bactéries classiques par
opposition aux Archées.
Eucaryote
Type de cellule possédant un noyau différencié et des organites intra
cytoplasmiques. On l’oppose à la cellule procaryote sans noyau ni
organites.
Évolution
Histoire biologique, depuis les premiers microorganismes jusqu’à la
grande diversité des organismes actuels.
Famille
multigénique
Ensemble de gènes apparentés (séquence nucléotidique similaire à plus
de 25 %) résultant probablement de duplications suivies de mutations
d’un gène ancestral.
Fécondation
Étape de la reproduction sexuée : union d’un spermatozoïde et d’un
ovule aboutissant à la formation de la cellule-œuf ou zygote qui donnera
par mitoses successives l’individu entier.
Flux génétique
Fœtus
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Échange de matériel génétique entre deux populations.
Stade de développement intra-utérin chez les mammifères qui succède
à l’embryon à partir du deuxième mois de grossesse.
Séquence 5 – SN02
Fréquence
allèlique
Gamète
Rapport au sein d’une population du nombre d’exemplaires de l’allèle
considéré au nombre total d’allèles au même locus.
Cellule reproductrice mâle ou femelle obtenue par méiose.
Gamétogenèse
Étape de la reproduction sexuée permettant de passer de la phase
cellule diploïde à la phase cellules haploïdes ou gamètes.
Gène
Séquence d’ADN situé à un endroit précis d’un chromosome (locus)
appelée à être transcrit en ARNm puis traduit en protéine.
Gène ancestral
Gène à l’origine d’une famille multigénique regroupant des gènes
homologues.
Gène du
développement
Gènes intervenant dans la mise en place du plan d’organisation au cours
du développement embryonnaire
Gènes
indépendants
Gènes liés
Gènes portés par des chromosomes de paires différentes.
Gènes portés par les 2 chromosomes d’une même paire.
Génotype
Ensemble des gènes porté par les chromosomes.
Haploïde
Se dit d’un organisme ou d’une cellule qui ne possède qu’un lot de chromosomes homologues. Les gamètes sont des cellules haploïdes.
Hémoglobine
Pigment respiratoire des hématies de la plupart des vertébrés constitué
de 4 sous unités dont chacune possède un groupement hème portant en
son centre un ion ferreux qui assure la fixation du dioxygène.
Hétérochronie
Modification de la vitesse et/ou de la durée du développement chez un
organisme.
Hétérozygote
Individu possédant 2 allèles différents pour un même gène. Ex : (A//B)
Homozygote
Individu possédant 2 allèles identiques pour un même gène. Ex : (A//A)
Homologue
Qualifie des gènes qui présentent des similitudes au niveau de leur
séquence nucléotidique témoignant ainsi d’une origine commune. Les
similitudes entre gènes s’interprètent comme le résultat d’une ou plusieurs duplications à partir d’un gène ancestral.
Hybridation
En génétique, croisement entre deux individus différant par un ou plusieurs caractères héréditaires.
Insertion
Voir addition.
Interphase
Étape du cycle cellulaire (notée S) correspondant à l’état décondensé de
l’ADN sous forme de nucléofilaments constituant la chromatine diffuse.
Durant l’interphase a lieu la réplication de l’ADN.
Inversion
Cassure d’un morceau de chromosome suivie de sa ressoudure au
même endroit mais de façon inversée.
Séquence 5 – SN02
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Loi de HardyWeinberg
Dans une population d’effectif infini où les individus se reproduisent au
hasard et en l’absence de migrations, de mutations, de sélection naturelle les fréquences alléliques d’un gène possédant deux allèles restent
constantes d’une génération à l’autre.
Méiose
Division cellulaire caractéristique des cellules eucaryotes qui permet
après deux divisions successives d’obtenir 4 cellules haploïdes à partir
d’une cellule diploïde.
Mitochondrie
Organites des cellules eucaryotes ou est synthétisé la majorité de l’ATP.
Mitose
Étape de la division d’une cellule mère en deux cellules filles succédant
à l’interphase. Elle comporte 4 étapes (prophase, métaphase, anaphase,
télophase) permettant une conservation qualitative et quantitative de
l’information génétique dans les cellules filles.
Mutation
Modification spontanée ou provoquée de la séquence nucléotidique
d’un gène. Une mutation conservée d’un gène est à l’origine d’un nouvel
allèle de ce gène.
Mutation
faux sens
Mutation qui se traduit par le remplacement d’un acide aminé par un
autre. Elle est conservatrice quand elle ne modifie pas les propriétés du
polypeptide.
Mutation
neutre
Mutation qui échappe à la sélection naturelle et qui se répand de façon
aléatoire (dérive génétique) dans la population.
Néoténie
Anomalie du développement entraînant un ralentissement de la vitesse
du développement ou de la croissance qui conduit à un adulte possédant un phénotype larvaire ou juvénile.
Nucléotide
Molécule unitaire d’un acide nucléique. Il en existe 4 qui diffèrent par la
nature de leur base azotée : A, C, G et T pour l’ADN ou U pour l’ARN.
Phénotype
Caractères d’un individu résultat de l’expression du génotype. Il
s’exprime au niveau moléculaire, cellulaire et macroscopique. Noté
conventionnellement [ ]
Polyallélisme
État d’un gène qui existe sous différents allèles issus de mutations de ce
gène.
Polymorphisme
Lorsqu’un trait phénotypique existe sous plusieurs formes ou qu’un
gène possède plusieurs allèles.
Polypeptide
Molécule formée d’un assemblage d’acides aminés reliés par des
liaisons peptidiques.
Polyploïdie
Lorsqu’un individu possède plus de deux jeux de chromosomes. Le polyploïde a un nombre de chromosomes multiple du nombre haploïde (n) et
supérieur à 2.
Pool génique
Ensemble des allèles d’un ou plusieurs gènes au sein d’une population
ou d’une espèce et, par extension, ensemble de tous les allèles de tous
les gènes appartenant à une population.
62
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Séquence 5 – SN02
Population
Groupes localisés d’organismes de la même espèce vivant dans une aire
géographique donnée à un moment déterminé. Une population équivaut
à une collection d’allèles des différents gènes d’une espèce.
Prévalence
Nombre des cas de maladies, d’accidents, de suicide, etc., qui surviennent dans une population donnée, sans distinguer entre les cas
nouveaux et les cas anciens.
Pression de
sélection
Facteur du milieu, conditions physico-chimiques ou interaction avec
d’autres organismes vivants, qui contrôle le succès de reproduction de
certains individus vis-à-vis d’autres individus.
Procaryote
Cellule formée d’un seul compartiment et, donc, dépourvue de noyau et
d’organites. D’un point de vue évolutif on distingue les Archées et les
Eubactéries.
Protéine
Polypeptide de plus de 20 acides aminés.
Recombinaison
génétique
Brassage des gènes entraînant l’apparition dans la descendance de
nouvelles combinaisons d’allèles par rapport aux combinaisons des
parents.
Recombiné
Qualifie un individu présentant une combinaison de caractères différents de ces parents.
Réplication
Duplication de l’ADN lors de la phase S de l’interphase cellulaire. Le
chromosome passe alors d’une à deux à deux chromatides
Reproduction
sexuée
Mode de reproduction caractérisé par deux phénomènes fondamentaux
et complémentaires, la méiose et la fécondation qui assurent le maintien du caryotype au cours des générations. À l’issue de la reproduction
sexuée, les nouveaux individus possèdent une combinaison d’allèles
originale et unique.
Sélection
naturelle
Phénomène par lequel certains individus au sein d’une population
laissent plus de descendants que d’autres. L’évolution résulte entre
autre de la modification des fréquences alléliques causée par la
sélection naturelle.
Sélection
sexuelle
Spéciation
Sélection naturelle visant la reproduction.
Formation d’une espèce au cours de l’Évolution.
Spéciation
allopatrique
Spéciation qui a lieu à cause d’une séparation géographique d’une
population.
Spéciation
sympatrique
Spéciation qui se déroule sans isolement géographique d’une population.
Spéciation due à un changement dans le patrimoine génétique d’une
sous population qui se retrouve en isolement reproductif au sein de
l’aire de distribution de la population mère.
Séquence 5 – SN02
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Substitution
Mutation d’un gène par remplacement d’un nucléotide dans la séquence.
Symbiose
Association nutritionnelle obligatoire entre deux organismes d’espèces
différentes.
Symbiote
Qualifie un organisme associé à un autre dans une relation de type symbiotique
Taxon
Groupe d’organismes formant une unité bien délimitée à chaque niveau
hiérarchique de la classification.
Thalassémie
Maladie sanguine héréditaire sévère dont les symptômes sont proches
de ceux de la drépanocytose.
Transduction
Transfert de gènes d’une bactérie à une autre par l’intermédiaire de certains virus (bactériophages ou phages) qui ont la capacité d’infecter les
bactéries.
Transformation
bactérienne
Intégration d’une séquence d’ADN présente dans son environnement
par une bactérie.
Transfert
horizontal
Transfert de gènes d’un organisme à un autre appartenant à des espèces
différentes.
Translocation
Transfert d’un chromosome ou d’une partie de celui-ci sur un autre
chromosome. Elle est équilibrée quand la totalité du matériel génétique
est conservée et déséquilibrée dans le cas contraire.
Zygote
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Cellule œuf diploïde résultat de l’union de deux gamètes haploïdes.
Séquence 5 – SN02