Thème 1A genetique et evolution chap3 De la diversification des êtres vivants à l’évolution de la biodiversité

Il y a des variations entre les individus : à chaque génération, les descendants diffèrent de leurs parents et diffèrent entre eux.

Tous les êtres vivants sont différents Diversité des EV Diversité au niveau écosystème, espèce, individu Diversité génétique

intro : Les biologistes essayent de relier les connaissances acquises dans ce domaine, aux données fournies par l’étude de la répartition des espèces actuelles et fossiles, pour comprendre comment des espèces peuvent apparaître ou évoluer au cours des générations. - Comment des mutations peuvent-elles être favorables ou défavorables à la survie de l’espèce ? - Pourquoi certaines mutations n’ont-elles pas d’impact sur l’évolution des espèces ? Par exemple ,Comment les caractères spécifiques de la lignée humaine sont-ils apparus ?comment évolue une population? Objectif de méthodes : exploitation de données et synthèse

Mécanismes de spéciations

voici la répartition des phénotypes au début du XIXème siècle : Des mutations génétiques favorables ou défavorables.=environnement et diversité La phalène du bouleau (Bistron bétularia ) (p131) est un papillon de nuit d’environ 15mm de long qui passe ses journées immobile sur le tronc des arbres et les murs et dont les principaux prédateurs sont les oiseaux. Il existe deux formes interfécondes : une forme claire (typica) et une forme noire ou mélanique(carbonaria) apparue au XIXème siècle dans une région industrialisée en Angleterre. Une étude génétique a montré l’existence de plusieurs allèles contrôlant ces phénotypes dont 2 principaux : l’allèle sombre « C+ » dominant et l’allèle claire « C » récessif. voici la répartition des phénotypes au début du XIXème siècle : 1) Identifier les facteurs du milieu qui modifient la répartition des différents phénotypes du phalène. 2) Proposer une hypothèse qui explique comment l’action de ces facteurs sélectionne les innovations génétiques les plus favorables. 3) Confronter votre hypothèse avec l’expérience p131doc: b 4) en conclusion :expliquer le phénomène de la sélection naturelle d’une variabilité génétique en le mettant en relation avec le titre d’un livre de Jacques Monod : « le hasard et la nécessité ».

Selection naturelle

Forme pâle Forme mélanique

régions industrielles % de formes claires (typica) % de formes sombres (carbonaria) régions industrielles (polluées dont les arbres sont recouverts de suie) 5 95 régions rurales (dont les arbres ont des troncs clairs car recouverts de lichen) 80 20

La phalène du bouleau (Biston betularia) Forme pâle = bon camouflage sur les troncs d’arbres couverts de lichen. Forme mélanique = bon camouflage sur les troncs dépourvus de lichens et noircis par la pollution. À partir du milieu du XIXe siècle, la pollution a fait disparaître les lichens des arbres et la suie les a noircis. Dans les régions polluées, la sélection naturelle a remplacé les pâles par la forme mélanique en quelques années. Dans les régions où on a mis fin à la pollution, les pâles sont redevenus majoritaires.

Variation de la fréquence des allèles selon les conditions du milieu La phalène du bouleau (Biston betularia) Au départ quelle couleur? allèle sombre et allèle clair Puis : Sélection d’un allèle en fonction du milieu Variation de la fréquence des allèles selon les conditions du milieu

Mutations sélection - Ensuite : sont elles avantageuses ou pas ? Donc : -d’abord des Mutations (- quelles innovations peuvent avoir un impact évolutif ? Celles qui sont présentes dans les cellules germinales) -comment arrivent-elles ? Par hasard !!!!!!!!! (où, qd, comment????) - Ensuite : sont elles avantageuses ou pas ? Des conditions du milieu! Ça dépend ……. = nécessité !!!!! sélection (monod)

= Théorie de DARWIN Actuellement, NEODARWINISME

Geospiza fortis Geospiza magnirostris Camarhynchus parvulus Gros bec adapté au cassage des graines qui tombent au sol. Attrape des insectes avec son bec.

Autre exemple: drépanocytose et paludisme Allèle HbS = allèle avantageux ou pas en fonction du milieu

sélection naturelle dérive génétique

B) D’autres innovations sélectivement neutres= hasard !!. Nathanp59,n°3 ou tpNUM ? « La théorie neutraliste est construite sur le fait qu’il n’est pas nécessaire que les mutants possèdent un avantage sélectif pour que certains d’entre eux diffusent dans la population. Si les mutants sont sélectivement identiques aux formes préexistantes desquelles ils dérivent , leur devenir est le fruit du hasard et leur fréquence augmente ou décroît de façon aléatoire au fil du temps » Motoo Kimura , théorie neutraliste de l’évolution, ed Flammarion -1) Illustrer cette définition par un exemple pris dans votre cours. (doc) -2) Rappeler également pourquoi on peut dire la vitesse d’évolution d’une molécule est globalement constante (doc). ? -3) Pourquoi certaines mutations n’ont-elles pas d’impact sur l’évolution des espèces ? -4) tester le logiciel derive et expliquer l’effet sur la frequence allelique de l’effectif de la population. -5) qu’en déduire quant à formation d’une nouvelle espèce

Ces mutations peuvent se fixer et s’accumuler au cours du temps Des mutations neutres Ex: ABO Des mutations qui ne modifient pas l’activité de la molécule et ne procurent aucun avantage ou désavantage aux individus qui en héritent Ces mutations peuvent se fixer et s’accumuler au cours du temps KIMURA (mathématicien japonais Xxème siècle)

Dérive génétique: Les mutations arrivent par hasard Dans les petites populations leur incidence est importante Donc dérive génétique par rapport à la population initiale Donc une nouvelle espèce se forme

De la diversification des êtres vivants à l'évolution de la biodiversité La biodiversité a été définie et présentée comme produit et étape de l'évolution. Dans les classes précédentes, il a été montré que des individus porteurs de diverses combinaisons génétiques peuvent différer par leurs potentiels reproducteurs (plus grande attirance sexuelle exercée sur le partenaire ; meilleure résistance à un facteur du milieu, aux prédateurs ; meilleur accès à la nourriture, etc.). Cette influence, associée à la dérive génétique, conduit à une modification de la diversité génétique des populations au cours du temps. Bilan : la biodiversité et sa modification. Sous l'effet de la pression du milieu, de la concurrence entre êtres vivants 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 de descendants.

Notion d’espèce

Groupe d’individu interfécond qui ont une descendance fertile. Qu'est-ce qu'une espèce? Population ou groupes de populations dont les membres peuvent se reproduire entre eux dans la nature Groupe d’individu interfécond qui ont une descendance fertile. DONC = groupes d'individus qui s'échangent des gènes Organismes à reproduction non sexuée. Difficulté de vérifier en pratique l'interfécondité. Cas limites

le pizzly : un hybride fertile ?

La diversité du vivant est en partie décrite comme une diversité d'espèces. La définition de l'espèce est délicate et peut reposer sur des critères variés qui permettent d'apprécier le caractère plus ou moins distinct de deux populations (critères phénotypiques, interfécondité, etc.). Le concept d'espèce s'est modifié au cours de l'histoire de la biologie. Une espèce peut être considérée comme une population d'individus suffisamment isolés génétiquement des autres populations . Une population d'individus identifiée comme constituant une espèce n'est définie que durant un laps de temps fini. On dit qu'une espèce disparaît si l'ensemble des individus concernés disparaît ou cesse d'être isolé génétiquement. Une espèce supplémentaire est définie si un nouvel ensemble s'individualise.

Modes de spéciation

Espèce et spéciation une définition de l’espèce à élargir: une espèce n’est définie que dans un laps de temps donné « une espèce peut être considérée comme une population d’individus suffisamment isolés génétiquement des autres populations …» « une espèce supplémentaire est définie si un nouvel ensemble s’individualise » (Guide critique de l’évolution – G. Lecointre –Ed. Belin) La spéciation se définit donc comme une perte des relations (pb par rapport à l’image de « barrière » )

Il peut y avoir spéciation s'il y a isolement génétique : barrière qui empêche un groupe d'individus de se reproduire avec le reste de la population. Peromyscus maniculatus

Elle est alors devenue une nouvelle espèce. Une nouvelle espèce naît après qu'une population se soit retrouvée isolée sur le plan géographique de sa population ancestrale. À mesure que son patrimoine génétique évolue (dérive génétique, sélection naturelle et mutations), elle peut devenir incapable de se reproduire avec l'espèce ancestrale (en isolement reproductif). Elle est alors devenue une nouvelle espèce. Se fait au bout de milliers ou millions d’années. Le plus important mode de spéciation chez les animaux. L’entrave au flux génique entre la population mère et la population scissionniste est une barrière géographique (isolement géographique)

Un exemple La spéciation allopatrique de l'écureuil-antilope dans le Grand Canyon (au Colorado) A. harrisi A. leucurus Barrière géographique

Mécanismes de l’évolution Evolution en réseaux Mécanismes de l’évolution Exemple de l’hybridation des tournesols sauvages : 2n = 34 Sympatriques « Anormal » = hybride « annuel » x « long pétiole » Exigences écologiques différentes Hybridation reproductible en laboratoire Tournesol annuel tournesol tournesol à long pétiole anormal

Evolution en réseaux Mécanismes de l’évolution Exemple de l’hybridation-polyploïdisation du blé: cf tp

stasipatrique  remaniements chromosomiques Ex. Souris de Madère, du Pô…

Barrières reproductives

Barrières Reproductives. Les fous à pieds bleus des Galápagos ne s’accouplent qu’après une parade nuptiale bien précise 1 Comportementales Isolement éthologiquePas le bon comportement. Autre : pas le bon chant Pas le bon rythme

2 Géographiques Isolement écologique Pas dans le même habitat Le campagnol des champs vit dans les champs Le campagnol des rochers vit sur les rochers

3 Chronologiques Isolement temporel Ne se reproduisent pas en même temps Le doré noir se reproduit en juin. Le doré jaune se reproduit en avril

4 Anatomiques Isolement mécanique Isolement gamétique Tout comme, souvent, l’anatomie florale est adaptée à un pollinisateur particulier, les insectes d’espèces voisines qui tentent de s’accoupler ne peuvent pas le faire de façon efficace car leurs organes génitaux ne concordent pas. Isolement mécanique Pas la bonne forme Principe de la clé et de la serrure Isolement gamétique Les gamètes mâles et femelles ne se rencontrent pas ou ne survivent pas Les gamètes libérés par les mâles des poissons ne fécondent que les oeufs de leur espèce

5 Prézygotiques Ce sont tous les mécanismes entraînant la stérilité de l'union entre les individus d'espèces différentes. La mortalité des gamètes par isolement gamétique : les gamètes ne se reconnaissent plus suite à des mutations de certaines protéines de surface. La mortalité des zygotes par avortement et non-développement de l'embryon.

6 Postzygotiques Non-viabilité des hybrides Les zygotes hybrides ne se développent pas normalement ou n’atteignent pas la maturité sexuelle. Rana catesbeiana Rana pipiens Père = Âne Mère = Jument Père = Étalon Mère = Ânesse Stérilité des hybrides Les hybrides ne produisent pas de gamètes fonctionnels Mulet Bardot Déchéance des hybrides La progéniture des hybrides est malingre ou stérile Cas des cotonniers. Gossypium herbaceum

bilan

A l’origine de la spéciation : un isolement reproductif géographique : pinsons de Darwin… - écologique : habitats des campagnols… éthologique : reconnaissance du chant (pouillots)… - chromosomique : souris de Madère…

1.Arrêt des échanges génétiques 2.Evolution des mécanismes d'isolement reproductif 3.Accumulation de différences génétiques, comportementales et morphologiques 1.Dérive Génétique 2.Mutations nouvelles 3.Sélections naturelle différenciée

Bilan : 4 grandes forces évolutives : -Sélection : fait le tri des variants -Mutation : injecte de la variabilité -Dérive : ajoute une part de hasard et diminue la diversité des petites populations -Migration : introduit de la diversité

Il peut y avoir spéciation s'il y a isolement génétique : barrière qui empêche un groupe d'individus de se reproduire avec le reste de la population. Le groupe isolé peut diverger génétiquement au point de ne plus pouvoir se reproduire avec le reste de la population = nouvelle espèce. Dérive génétique Mutations nouvelles Sélection différente

Une espèce peut être considérée comme La diversité du vivant est en partie décrite comme une diversité d'espèces. La définition de l'espèce est délicate et peut reposer sur des critères variés qui permettent d'apprécier le caractère plus ou moins distinct de deux populations (critères phénotypiques, interfécondité, etc.). Le concept d'espèce s'est modifié au cours de l'histoire de la biologie. Une espèce peut être considérée comme une population d'individus suffisamment isolés génétiquement des autres populations. Une population d'individus identifiée comme constituant une espèce n'est définie que durant un laps de temps fini. On dit qu'une espèce disparaît si l'ensemble des individus concernés disparaît ou cesse d'être isolé génétiquement. Une espèce supplémentaire est définie si un nouvel ensemble s'individualise. »

Culture des Macaques japonais de Koshima Evolution non génétique Culture des Macaques japonais de Koshima Lavage de patates transmis par imitation depuis 1953 Uniquement sur l’île de Koshima 1 individu 80% de la population en 5 ans Diversification : roulage, assaisonnement Evolution non génétique

Evolution non génétique Culture des Chimpanzés : Culture Taï : percuteur / bâton à fourmis Culture Gombe : bâton à fourmis / pas de percuteur Culture Mahale : pas de percuteur ni de bâton … Pas d’argument écologique expliquant ces différences

mutations et gènes du développement   mutations et gènes du développement L’apparition des caractères propres à l’homme moderne serait due à une modification de la vitesse et de la durée de certaines phases de son développement, phénomène appelé hétérochronie Des mutations affectant les gènes du développement (notamment les gènes homéotiques ) peuvent avoir des répercussions sur la chronologie et la durée relative de la mise en place des caractères morphologiques. De telles mutations « petites causes » peuvent induire des décalages (ralentissement ou accélération) de certaines phases du développement et provoquer des modifications importantes du plan d’organisation.. A partir des documents proposés trouver comment les caractères de la lignée humaine sont apparu

Remarque : il existe bien des bipédies chez les Primates – la bipédie humaine n’en est qu’une « variante » avec ses caractéristiques