L’évolution des populations ou microévolution La sélection naturelle agit sur les individus, mais c’est la population qui évolue Collège Lionel-Groulx

Collège Lionel-Groulx Plan du cours Génétique des populations et équilibre d’Hardy-Weinberg La matière première de l’évolution Les moteurs de l’évolution Les types de sélection naturelle La « fitness » La sélection sexuelle Organismes parfaits? La spéciation, un bref aperçu La diversité du vivant 3 domaines 5 règne Collège Lionel-Groulx

Microévolution: génétique des populations Darwin observait des changements à long terme entre les espèces Il ne connaissait pas les notions de génétique derrière ces changements Microévolution: changement dans la composition génétique d’une population Population: groupe d’individus d’une même espèce capable de se reproduire Collège Lionel-Groulx

Patrimoine génétique et fréquence allélique Patrimoine génétique = ensemble des gènes possédés par une population Certains gènes possèdent plus d’un allèle, d’autres non. L’évolution consiste en un changement au niveau des fréquences alléliques Celle-ci ne change pas s’il n’y a pas de sélection naturelle par rapport au gène en question Collège Lionel-Groulx

Équilibre d’Hardy-Weinberg Fréquence allélique prévisible lorsque: Population extrêmement grande Pas de flux génétique Pas de mutation Accouplement aléatoire Pas de sélection naturelle Avec les proportions… p2 + 2pq + q2 = 1 AA + 2Aa + aa = 1 Collège Lionel-Groulx

Collège Lionel-Groulx Question Si on dit qu’au Québec, environ 0,0415% des naissances donnent un enfant qui a la fibrose kystique (maladie récessive), quelle est la fréquence des homozygotes dominants, quelle est la fréquence des porteurs de la maladie et quelle est la fréquence des allèles récessifs? Collège Lionel-Groulx

Collège Lionel-Groulx Homoz. dom. = 95,97% Porteurs ≈ 4% Fréquence des allèles récessifs ≈ 2% Collège Lionel-Groulx

La matière première de l’évolution Évolution = impossible si tous les individus sont des clones La diversité génétique est donc primordiale!!! D’où vient cette diversité entre individus? Collège Lionel-Groulx

Sources de diversité génétique Variations alléliques grâce aux: Mutations ponctuelles Mutations chromosomiques: réarrangement de l’ADN Duplications, délétions, translocations La recombinaison des allèles grâce à: La méiose La procréation sexuée Collège Lionel-Groulx

Collège Lionel-Groulx Moteur de l’évolution L’évolution = changement de fréquence allélique Quelles sont les « forces » qui engendrent ce changement? La sélection naturelle: force principale La dérive génétique: fruit du hasard! Effet fondateur Effet d’étranglement Le flux génétique entre populations Collège Lionel-Groulx

Collège Lionel-Groulx La sélection naturelle est le seul processus qui permet une adaptation à l’environnement Collège Lionel-Groulx

Collège Lionel-Groulx L’effet fondateur La fréquence allélique d’une nouvelle colonie n’est pas nécessairement le reflet de celle de la population d’origine Exemple: ataxie de Charlevoix-Saguenay et fibrose kystique Collège Lionel-Groulx

Effet d’étranglement: catastrophe Changement de fréquence allélique Collège Lionel-Groulx

Flux génétique Le processus du « métissage » Des allèles peuvent être gagnés dans une population par des migrations L’arrivée de nouveaux allèles change la fréquence allélique

Effets de la sélection naturelle sur la variation de phénotype Collège Lionel-Groulx

La « fitness », c’est plus que la loi du plus fort… Meilleur camouflage Meilleure fécondité Attirer des pollinisateurs Plus grande longévité Meilleur accès à la nourriture Habileté à trouver des abris Plusieurs paramètres influencent le succès reproductif Analyse coût/bénéfice Collège Lionel-Groulx

L’évolution des caractères sexuels secondaires: la sélection sexuelle Deux types de sélection sexuelle: La sélection intrasexuelle Habituellement chez les mâles Compétition pour permettre un meilleur accès aux partenaires sexuels La sélection intersexuelle Les femelles exercent habituellement le choix de partenaire Préférence pour des traits masculins éclatants et comportements impressionnants Collège Lionel-Groulx

Sélection intrasexuelle Collège Lionel-Groulx

Sélection intersexuelle Collège Lionel-Groulx

Exemple de caractère sexuel secondaire chez les humains Mesdemoiselles, laquelle préférez-vous? Taille moyenne du pénis Humain: 12,7 – 17,8 cm Chimpanzé: 7,6 cm Gorille: 2,5 cm !!! 2 Forme 1 ou forme 2??? 1 Collège Lionel-Groulx

Collège Lionel-Groulx La nature est tellement parfaite que l’évolution par la sélection naturelle ne peut pas agir sans force extérieure Est-ce vraiment le cas? Collège Lionel-Groulx

Collège Lionel-Groulx Organismes parfaits? La sélection naturelle ne connaît pas l’avenir La sélection naturelle fait du nouveau à partir du vieux: agit comme un bricoleur Exemple de la photosynthèse Collège Lionel-Groulx

Collège Lionel-Groulx Organismes parfaits? Exemple de l’absorption du nitrate Effet beigne Exemple du menton La dentition est une caractéristique qui évolue rapidement L’os mou évolue plus vite que l’os dur de la mâchoire Collège Lionel-Groulx

Des organismes parfaits? L’évolution est limitée par des contraintes historiques De nombreuses adaptations sont des compromis Le hasard et la sélection naturelle interagissent La sélection ne peut que modifier des variations existantes Collège Lionel-Groulx

Comment expliquer la diversité des espèces? Processus de la spéciation: un bref aperçu Collège Lionel-Groulx

X La notion d’espèce Ressemblances physiques Interfécondité Sturnella magna Sturnella neglecta

Collège Lionel-Groulx La spéciation Deux types de spéciation Allopatrique: territoire différent Sympatrique: même territoire Il y a beaucoup plus d’exemples de spéciation allopatrique Collège Lionel-Groulx

Collège Lionel-Groulx Rythme de spéciation L’évolution est graduelle selon Darwin Les archives géologiques démontrent plutôt le contraire Naissance de la notion d’équilibre ponctué (Gould) Si une espèce acquièrent la majorité de ses caractéristiques en 50,000 ans, en verront nous la trace dans les fossiles? Collège Lionel-Groulx

Diversité du vivant 5 grands règnes, vraiment? Proposition qui est encore à l’étude 5 grands règnes, vraiment? Ce que l’on vous a enseigné Depuis 1977, on reconnaît 6 règnes Qui, eux, sont maintenant compris à l’intérieur de 3 grands domaines

Collège Lionel-Groulx Diversité du vivant Les 3 domaines n’ont pas évolués de façon complètement indépendante… Collège Lionel-Groulx

Arbre phylogénétique comprenant les 3 domaines et les 4 règnes des eucaryotes Note: les relation phylogéniques des Végétaux, des Animaux et des Mycètes par rapport aux Protistes (encadré) est actuellement sous débat scientifique . Le règne des Protistes est appelé à disparaître pour devenir plusieurs règnes (2 ou 3) plus petits car il regroupe une trop grande diversité d’organisme qui sont classés ensemble simplement parce qu’ils sont petits… Végétaux Protistes Mycètes Animaux Eubactéries Archéobactéries

L’évolution des 5 règnes

Les premiers habitants Eubactéries Archaebactéries

Les eubactéries Premier domaine apparu sur terre Les eubactéries sont les premiers vivants à avoir peuplé la Terre il y a environ 4,1 milliards d’années. Ce sont des procaryotes (absence de compartimentation/membrane interne) Possèdent des propriétés communes aux archées de par leur structure cellulaire et distinctes de par leur génome. Ont une paroi cellulaire composée au moins partiellement de peptidoglycanes

Les archéobactéries Deuxième domaine apparu sur Terre Les archéobactéries sont des procaryotes possédant des membranes cellulaires très résistantes pouvant survivre à des conditions climatiques extrêmes (extrémophiles). Mécanisme de réplication de l’ADN des archées est plus proche de celui des eucaryotes que de celui des bactéries. Sont les précurseurs des eucaryotes.

Les eucaryotes Troisième domaine apparu sur Terre Comprend les règnes des protistes, mycètes, animaux et végétaux Les eucaryotes constituent un groupe d’organismes unicellulaires ou pluricellulaires définis par leur structure cellulaire plus complexe que celle des procaryotes. Comparativement aux archéobactéries, ils possèdent des organites divisant l’espace cellulaire en zones dont la fonction est définie, tel que le noyau.

Les protistes Majoritairement unicellulaires Peuvent vivre groupés en colonies Principalement retrouvés dans les milieux aquatiques, mais aussi dans certains habitats terrestres humides Beaucoup vivent une forme de relation symbiotique avec d’autres organismes vivants (mutualisme, parasitisme, etc.) Très grande diversité quant au mode de nutrition: autotrophes, hétérotrophes ou mixotrophes

Les eumycètes Presque tous pluricellulaires Ce sont des hétérotrophes par absorption Ce sont également des décomposeurs qui transforment la matière organique en matière inorganique. Dû à leur mode de nutrition, ils vivent une forme de relation symbiotique avec d’autres organismes vivants (mutualisme, parasitisme, etc.) Ont une paroi cellulaire formée de chitine

Les animaux Ce sont des pluricellulaires hétérotrophes (majoritairement par ingestion) Seuls les animaux possèdent du tissu nerveux et musculaire Se reproduisent de façon sexuée (pour la plupart) Emmagasinent leur énergie sous forme de glycogène et de graisses N’ont pas de paroi cellulaire (les arthropodes ont de la chitine mais elle sert pour leur exosquelette)

Les végétaux Ce sont des organismes pluricellulaires qui se nourrissent de façon autotrophe (photosynthèse) sauf exception Possèdent des structures complexes grâce à la spécialisation de certaines de leurs cellules Majoritairement terrestre Emmagasinent leur énergie sous forme d’amidon Ont pour ancêtres les algues vertes aquatiques Ont une paroi cellulaire composée de cellulose

Les menaces à la biodiversité Destruction d’habitat Espèces envahissantes Changements climatiques Pollution Braconnage Nous sommes au cœur de la 6ième extinction massive, 1000x plus rapide que celle des dinosaures… Collège Lionel-Groulx

Collège Lionel-Groulx Histoire de la vie… Collège Lionel-Groulx