Théorie de l'évolution : origine de la biodiversité - Cours de SVT Terminale S avec Maxicours - Lycée

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Théorie de l'évolution : origine de la biodiversité

Objectif(s)
Comment la biodiversité actuelle s’est-elle mise en place au cours de l’histoire de la Vie et de la Terre ?
La biodiversité spécifique est définie par le nombre d’espèces différentes qui peuplent un milieu. Plus ce nombre est élevé, plus la biodiversité est importante.
On définit une espèce comme un ensemble d’individus présentant des caractères communs et étant capables de se reproduire entre eux pour donner une descendance fertile.
Au sein d’une même espèce, il peut y avoir des populations qui isolent des individus de l’espèce dans un lieu géographique donné. Ces individus vont donc pouvoir se reproduire entre eux de façon préférentielle, ce qui va favoriser la transmission de certains allèles plutôt que d’autres.

1. La variabilité intra-espèces
Les individus d’une même espèce présentent des caractères communs, spécifiques à l’espèce, et des caractères propres, relatifs à chaque individu. L’ensemble de ces caractères forme le phénotype. Ce dernier définit la variabilité intra-espèce.

Tous les individus d’une même espèce ont en commun leur génome ; ils possèdent tous les mêmes chromosomes porteurs des mêmes gènes. Par contre, pour chaque gène, il existe des variants, les allèles, qui vont être à l’origine de la variabilité intra-espèce. Ils possèdent des génotypes différents.

Chaque allèle est caractérisé par sa fréquence (nombre de fois où il apparaît dans une population) qui varie d’une population à l’autre.


2. Les facteurs d'évolution des populations
a. Les facteurs génétiques
L’apparition de nouveaux allèles dépend des modifications aléatoires de la séquence des gènes au moment de la réplication : les mutations.

Si l'on suit, dans différentes populations d’une même espèce, la fréquence d’allèles ne subissant aucune pression de sélection (elles ne confèrent ni avantages ni inconvénients) au cours des générations, on constate que cette fréquence varie peu au sein d’une population nombreuse.

Par contre, elle est très variable lorsque la population présente un effectif restreint. Dans ce cas, l’allèle peut devenir très présent ou alors totalement disparaître.
C’est la dérive génétique. Lors d'un phénomène conduisant à la disparition d’un grand nombre d’individus, la dérive génétique peut entraîner la disparition ou au contraire l’émergence de certains allèles qui étaient peu représentés dans la population initiale sans qu'ils n'apportent un intérêt particulier pour la survie de l'espèce.
C'est donc un phénomène inverse de la sélection naturelle car l'émergence ou la disparition d'un allèle se fait de manière aléatoire.


Cas des éléphants du parc national Addo (Afrique du Sud).


Aujourd’hui, on compte au sein de la population d'éléphants du parc national Addo, 98 % de femelles sans défenses alors qu’elles étaient seulement 15 % en 1900 et 50 % en 1931.
Cette espèce a été la cible d’une chasse intensive au début du XXe siècle qui a fortement réduit son effectif. On ne comptait plus que 11 représentants en 1920 (8 femelles et 3 mâles). Le parc Addo fût créé en 1931 pour protéger ces individus en voie de disparition qui donnèrent naissance aux individus actuels.

Dans ce cas, la dérive génétique a conduit à l’appauvrissement du patrimoine génétique de l’espèce.
En effet, on constate que certains allèles sont présents chez tous les individus de l’espèce (répartie dans toute l'Afrique du Sud), par contre, un grand nombre d'autres allèles (présents chez d’autres espèces d’éléphants issues d’Afrique du Sud), ont totalement disparus du patrimoine génétique des éléphants du parc Addo.
Dans leur cas, on peut donc supposer que la réduction de leur population par la chasse a favorisé la perte d'un grand nombre d'allèles par dérive génétique. À long terme, ce type de processus peut conduire à l'apparition d'une nouvelle espèce par spéciation.

b. Les facteurs environnementaux
Cas de la phalène du bouleau.

La phalène du bouleau est un papillon de nuit présent en Angleterre. Il en existe deux espèces : une forme claire (Biston betularia) et une forme sombre (Biston carbonaria).
Entre 1830 et 1850, la répartition de ces deux formes de phalènes change. En 1830, on trouve surtout la forme claire alors qu’en 1850, la forme sombre devient majoritaire notamment dans les zones industrialisées où la pollution conduit au noircissement des troncs d’arbres et à la disparition du lichen. La phalène du bouleau a pour prédateur les oiseaux.
Sa couleur claire lui permet de se confondre avec le lichen des troncs d’arbres.

Expérience :
En 1955, on réalise une expérience de lâcher de phalènes dans deux zones différentes : une zone industrielle polluée et une zone rurale non polluée.
Observation :
On constate que dans la première, on recapture majoritairement des phalènes sombres alors que les phalènes claires ont été pour la plupart mangées par les oiseaux. Dans la zone non polluée, c’est l’inverse.
Interprétation :
Les formes sombres peuvent plus facilement échapper aux oiseaux en zone polluée car elles sont mieux camouflées et donc moins repérables. De même pour les formes claires en zone non polluée.
Ce sont les individus les plus adaptés qui survivent et peuvent donc se reproduire.

Ainsi, les modifications de l’environnement influencent l’évolution d’une population.
C’est le principe de la sélection naturelle proposé par Charles Darwin en 1859.

c. Les facteurs individuels
Cas l’Euplecte à longue queue.

L’Euplecte à longue queue est un oiseau vivant dans le Sud de l’Afrique. Le mâle possède des plumes formant une très longue queue.
Expérience :
On compare quatre groupes de mâles, un dont la queue n’a pas été modifiée (groupe témoin), un où la queue a été raccourcie (groupe 1), un où la queue a été coupée puis recollée (groupe 2) et un dont la queue a été rallongée (groupe 3).
On évalue leur succès reproducteur avant et après traitement.

Observation :
Avant traitement, le succès reproducteur est similaire entre les quatre groupes.
Après traitement, on constate que le groupe de mâles ayant le succès reproducteur le plus élevé est le groupe 3 et ceux dont le succès reproducteur est le plus faible sont les groupes 1 et 2.

Interprétation :
Ainsi, certains caractères peuvent conférer un avantage reproductif aux individus d’une espèce et augmenter leur probabilité de se reproduire.

Ceci vient renforcer l’effet de la sélection naturelle sur l’évolution des populations. Les mécanismes de recombinaison (crossing over), qui surviennent lors de la méiose, conduisent à des ré-associations d’allèles dans les gamètes qui peuvent favoriser ou non leur transmission à la descendance.

Ainsi, l’évolution d’une population dépend avant tout du hasard des mutations et des modifications environnementales. Les individus qui seront les plus aptes à survivre et à se reproduire (avantage reproductif) et qui présenteront un avantage sélectif dans le nouvel environnement transmettront préférentiellement leurs allèles à la descendance.
Si la population est restreinte, la combinaison de l’ensemble de ces processus conduira à la disparition ou l’émergence de certains allèles et donc à la modification du patrimoine génétique de la population.

L'essentiel
La théorie de l’évolution proposée par Charles Darwin repose sur la combinaison de plusieurs processus constituant les moteurs de l’évolution :

La sélection naturelle : les individus d’une même population n’ont pas tous le même avantage sélectif et le même succès reproducteur. Seuls ceux possédant ces deux critères pourront transmettre leur patrimoine génétique à la descendance.
La dérive génétique : chaque population est caractérisée par la fréquence de ses allèles. Dans des conditions où le milieu de vie est favorable, cette fréquence varie peu d’une génération à l’autre. Par contre, lorsque le nombre d’individus formant la population diminue de façon importante, certains allèles vont devenir prédominants et d’autres vont disparaître.

Les allèles résultent de mutations aléatoires survenant au cours de la réplication de l'ADN et qui modifient la séquence des gènes. Chaque individu est donc unique et peut transmettre à sa descendance sa propre combinaison d’allèles. Cette dernière peut être modifiée lors de la méiose au cours des recombinaisons qui surviennent au hasard entre les chromosomes d’une même paire.

Ainsi, le hasard joue un rôle fondamental dans l’histoire évolutive d’une population : lors des modifications non prévisibles du milieu de vie, les individus ayant acquis des allèles leur conférant un avantage sélectif et présentant un avantage reproductif seront les plus à même de se reproduire, favorisant ainsi la transmission de leur patrimoine génétique à la descendance et modifiant ainsi la fréquence des allèles dans la population.

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