Les mécanismes de l'évolution
La variabilité génétique des populations
La variabilité génétique est la matière première de l'évolution. Sans elle, il n'y aurait pas de différences entre individus sur lesquelles la sélection naturelle pourrait agir.
- Mutations : Ce sont des modifications aléatoires et héréditaires de la séquence de l'ADN. Elles peuvent être spontanées (erreurs de réplication) ou induites (agents mutagènes).
- Les mutations peuvent être :
- Silencieuses : Ne changent pas la protéine produite.
- Faux-sens : Changent un acide aminé, ce qui peut altérer la fonction de la protéine.
- Non-sens : Introduisent un codon stop prématuré, produisant une protéine tronquée.
- Délétions, insertions, duplications de gènes, etc.
- La plupart des mutations sont neutres ou délétères. Cependant, une mutation bénéfique, même rare, peut conférer un avantage adaptatif dans un environnement donné et se répandre dans la population.
- Les mutations peuvent être :
- Recombinaison génétique : Ce mécanisme se produit lors de la reproduction sexuée, en particulier pendant la méiose (formation des gamètes).
- Il s'agit du mélange des allèles des parents pour former de nouvelles combinaisons chez la descendance.
- Deux processus majeurs :
- Brassage intrachromosomique (crossing-over) : Échange de fragments entre chromosomes homologues.
- Brassage interchromosomique : Répartition aléatoire des chromosomes paternels et maternels dans les gamètes.
- La recombinaison génétique augmente considérablement le nombre de combinaisons possibles d'allèles, créant ainsi une diversité génotypique importante au sein d'une population.
- Dérive génétique : C'est une modification aléatoire de la fréquence des allèles au sein d'une population, sans lien avec un avantage sélectif.
- Elle est particulièrement significative dans les petites populations, où le hasard a un impact plus important.
- Effet fondateur : Lorsqu'un petit groupe d'individus se sépare d'une population plus grande pour en fonder une nouvelle. La nouvelle population aura une diversité génétique réduite et des fréquences alléliques différentes de la population d'origine.
- Goulot d'étranglement : Une réduction drastique et temporaire de la taille d'une population (par exemple, suite à une catastrophe naturelle). La population survivante peut avoir une représentation aléatoire et appauvrie des allèles originaux.
- La dérive génétique peut fixer des allèles neutres ou même légèrement délétères, ou faire disparaître des allèles bénéfiques, contrairement à la sélection naturelle qui est directionnelle.
La sélection naturelle
La sélection naturelle est le moteur principal de l'évolution adaptative. Elle explique comment les organismes sont bien adaptés à leur environnement.
- Pression de sélection : Ce sont les contraintes de l'environnement qui influencent la survie et la reproduction des individus.
- Exemples : Prédation, disponibilité des ressources (nourriture, eau, abri), maladies, température, compétition pour les partenaires.
- Ces pressions déterminent quels individus sont les mieux équipés pour survivre et se reproduire.
- Avantage sélectif : Un individu possédant un trait héritable qui lui permet de mieux survivre et/ou de se reproduire davantage que les autres dans un environnement donné a un avantage sélectif.
- Cet avantage se traduit par une descendance plus nombreuse, transmettant ainsi plus fréquemment ses allèles "avantageux" à la génération suivante.
- Exemple classique : Le mélanisme industriel chez la phalène du bouleau. Dans les zones polluées, les papillons sombres étaient camouflés sur les troncs noircis par la suie, tandis que les papillons clairs étaient plus visibles et mangés par les oiseaux. Ils avaient un avantage sélectif.
- Adaptation : C'est le résultat de la sélection naturelle. Une adaptation est un trait héritable qui confère un avantage fonctionnel et qui est devenu commun dans une population grâce à la sélection naturelle.
- Les adaptations augmentent la "fitness" (valeur sélective) d'un organisme dans son milieu.
- Exemples : Le camouflage, les épines des cactus pour réduire la perte d'eau, le bec des oiseaux adapté à un type de nourriture.
- L'adaptation n'est pas parfaite et est toujours relative à un environnement donné. Ce qui est un avantage dans un milieu peut devenir un désavantage dans un autre.
La spéciation
La spéciation est le processus par lequel de nouvelles espèces apparaissent à partir d'espèces préexistantes. C'est le mécanisme clé de l'augmentation de la biodiversité.
- Isolement reproducteur : C'est la condition essentielle pour que deux populations divergent et deviennent des espèces distinctes. Si des individus ne peuvent plus se reproduire entre eux et produire une descendance fertile, ils sont considérés comme des espèces différentes.
- Barrières prézygotiques (empêchent la formation du zygote) :
- Isolement géographique (les populations ne se rencontrent pas).
- Isolement écologique/habitat (occupent des niches différentes dans la même zone).
- Isolement temporel/saisonnier (périodes de reproduction différentes).
- Isolement comportemental (parades nuptiales différentes).
- Isolement mécanique (incompatibilité des organes reproducteurs).
- Isolement gamétique (les gamètes ne peuvent fusionner).
- Barrières postzygotiques (le zygote se forme mais la descendance n'est pas viable ou fertile) :
- Viabilité réduite des hybrides (meurent jeunes).
- Fertilité réduite des hybrides (stériles, comme le mulet).
- Dégradation des hybrides (les générations suivantes deviennent de moins en moins viables/fertiles).
- Barrières prézygotiques (empêchent la formation du zygote) :
- Spéciation allopatrique : C'est le modèle le plus courant de spéciation. Il se produit lorsque deux populations d'une même espèce sont séparées par une barrière géographique infranchissable (montagne, rivière, océan).
- Chaque population évolue indépendamment sous l'effet de mutations, de la dérive génétique et de pressions de sélection différentes.
- Au fil du temps, les différences génétiques s'accumulent au point que, même si la barrière géographique disparaît, les individus ne peuvent plus se reproduire entre eux.
- Spéciation sympatrique : Ce type de spéciation se produit lorsque de nouvelles espèces émergent sans isolement géographique, au sein de la même aire de répartition.
- C'est plus fréquent chez les plantes (par polyploïdie : multiplication de jeux de chromosomes).
- Chez les animaux, cela peut se produire par isolement écologique (par exemple, une population se spécialise sur une nouvelle ressource alimentaire), isolement comportemental (choix du partenaire) ou temporel.
- La polyploïdie est une cause majeure de spéciation sympatrique rapide chez les végétaux.
Flux de gènes et hybridation
Le flux de gènes et l'hybridation sont des processus qui peuvent soit entraver la spéciation, soit y contribuer dans certains contextes.
- Migration : C'est le mouvement d'individus (et donc de leurs allèles) entre différentes populations.
- La migration a tendance à homogénéiser les fréquences alléliques entre populations, réduisant ainsi les différences génétiques et s'opposant à la spéciation.
- Si le flux de gènes est suffisant, il peut empêcher la divergence génétique nécessaire à la formation de nouvelles espèces.
- Introgression : C'est le transfert d'allèles d'une espèce à une autre via des croisements interspécifiques (hybridation) suivis de rétrocroisements avec l'une des espèces parentales.
- L'introgression peut introduire de nouveaux gènes dans une population, augmentant sa variabilité génétique et potentiellement sa capacité d'adaptation.
- Exemple : Le transfert de gènes de résistance aux maladies entre espèces végétales cultivées et sauvages.
- Barrières à la reproduction : Ces barrières, déjà mentionnées pour la spéciation, sont essentielles pour maintenir l'intégrité des espèces.
- Elles empêchent ou limitent les croisements interspécifiques et la dilution des patrimoines génétiques distincts.
- Cependant, en l'absence de barrières complètes, l'hybridation peut se produire.
- L'hybridation peut parfois créer de nouvelles espèces (spéciation hybride), notamment par allopolyploïdie chez les plantes, où un organisme hybride double son nombre de chromosomes, devenant ainsi fertile mais isolé reproductivement de ses parents.


