Les forces évolutives

Notions fondamentales : maintien des formes aptes à se reproduire, hasard/aléatoire, sélection naturelle, effectifs, fréquence allélique, variation, population, ressources limitées.

Vidéo d’introduction : les mécanismes d’évolution

TP : Modélisation de la dérive génétique et de la sélection naturelle

A/ Diversification d’une population au cours du temps

Une population est un ensemble d’individus d’une même espèce mais ne possédant pas les mêmes caractères, c’est à dire les mêmes combinaisons d’allèles pour leurs gènes.

Au sein d’une population il existe donc une diversité génétique correspondant à la fréquence de ces caractères et de ces allèles.

Dans les populations, les fréquences des caractères et des allèles évoluent de génération en génération selon 2 mécanismes :

a) La sélection naturelle – livre p74-75

A un instant donné, les individus d’une population ont une survie et une fertilité différentes selon les conditions du milieu (accès aux ressources alimentaires, compétition avec d’autres espèces, etc…). Ceux dont le phénotype est favorisé auront un plus grand nombre de descendants, et la fréquence des allèles qu’ils portent augmentera à la génération suivante. C’est le mécanisme de sélection naturelle.

Un exemple hyper classique à connaître : la Phalène du Bouleau (vidéo 6’44)

Pour qu’il y ait sélection naturelle, il faut donc qu’il y ait :

1. une variation initiale des phénotypes macroscopiques (ce sont eux sur lesquels s’exercera la sélection) au sein de la population. Exemple : phalènes claires et phalènes sombres qui existent déjà avant que la pollution ne survienne.
   
2. une pression de sélection, c’est à dire un tri entre les individus qui ont le phénotype avantageux (qui survivent) et ceux qui ne l’ont pas (qui meurent ou se reproduisent moins). Exemple : phalènes sombres mieux camouflées sur les troncs sombres : les prédateurs trient en mangeant les claires et en épargnant les sombres..
3. une augmentation de la fréquence des allèles avantageux dans la population : c’est la valeur sélective de ces allèles. Ils avantagent les individus qui les portent. Exemple, phalènes portant l’allèle F (codant le phénotype sombre) avantagées par rapport aux phalènes portant l’allèle sauvage (codant le phénotype clair).

Ce groupe d’élèves de 1ère a testé la sélection naturelle en TPE (vidéo)

• exercices 8p87 La phalène du Bouleau
• 9p87 Sélection lactase humaine
• exercice mésanges et lait
• exercice mimétisme des papillons Melinea
• voir parcours projet la résistance aux insecticides et la diffusion du Chikungunya en France

b) La dérive génétique – livre p72-73

La fréquence des allèles dont la présence est sans conséquence sur la fertilité et la survie des individus, varie d’une génération à l’autre sous le seul effet du hasard. C’est la dérive génétique.

La dérive génétique existe dans toutes les populations. Cependant,

• dans une grande population, le grand nombre d’individus porteurs d’un allèle, même rare, fait qu’aucun allèle ne disparaît. La probabilité d’avoir deux allèles récessifs identiques (ce qui pourrait faire apparaître un nouveau phénotype) est très faible : cela ne crée donc pas de diversité phénotypique.
• dans une petite population, le nombre réduit d’allèles fait que certains disparaissent et que la probabilité d’avoir deux allèles récessifs identiques (ce qui peut faire apparaître un nouveau phénotype) est très forte : cela crée donc de la diversité phénotypique, qui pourra accélérer la sélection naturelle sur ce nouveau caractère.

exercice 7p86 Drosophiles et taille de la population

Lors d’une migration, le hasard joue aussi un rôle dans la modification des populations : les émigrants emportant un échantillon aléatoire des allèles de la population initiale, la fréquence des allèles dans la nouvelle population ne sera pas la même que dans la population de départ. Cette forme particulière de dérive génétique est qualifiée d’effet de fondation (ou effet fondateur)

Hasard et sélection naturelle agissent simultanément sur la transformation des populations. Ce sont 2 mécanismes à l’origine de la diversité génétique et phénotypique des populations au cours des générations. On appelle évolution biologique ces modifications des populations.

Schéma bilan expliquant l’évolution d’une population :

B/ De l’évolution des populations à l’évolution des espèces : les mécanismes de spéciation – livre p76-77

TP Spéciation chez la crevette pistolet : suivre doc 2p76 du livre

fichier à télécharger alpheus.aln

Réaliser l’activité pour comprendre la notion de spéciation.

Au sein d’une même espèce, 2 populations isolées par une barrière géographique ou comportementale ont des échanges génétiques liés à la reproduction sexuée réduits et accumulent des différences génétiques. Au-delà d’un certain seuil, ces différences peuvent empêcher les individus de deux populations de se reproduire entre eux : il y a alors isolement reproducteur.

L’apparition d’une nouvelle espèce à partir d’une (ou deux) autres ancestrales, donc le processus à l’origine d’une nouvelle espèce, est appelé spéciation.

Sur l’exemple ci-contre, Goéland argenté et Goéland brun semblent deux espèces distinctes (non interfécondes) pourtant les populations circum-boréales sont toutes interfécondes entre elles. La spéciation commencée pendant les glaciations a été incomplète, les populations ont divergé mais insuffisamment pour séparer totalement une population de l’autre.

L’isolement reproducteur entre 2 populations est associé à un isolement génétique : il n’y a plus d’échanges d’allèles entre elles. Chaque population est alors considérée comme une nouvelle espèce, qui continuera à évoluer séparément, sous l’effet du hasard et de la sélection naturelle.

Schéma expliquant la spéciation.

L’évolution : des faits à la théorie – livre p78-79

Le lac Apoyo est un petit lac de cratère au Nicaragua (Amérique centrale). On y trouve deux espèces de poissons du même genre : Amphilophus citrinellus et Amphilophus zaliosus. On a constaté que ces deux espèces, bien que vivant dans le même lac, et bien que proches, ne s’hybrident jamais. On pense que ces deux espèces n’en formaient qu’une initialement, lors de la colonisation du lac.

La dérive génétique peut conduire à la spéciation

• si elle conduit à faire apparaître un nouveau phénotype, c’est à dire si elle crée de la diversité phénotypique (voir étape 1 de la sélection naturelle).
• si les populations divergent fortement sur le plan génétique, au point de ne plus pouvoir se reproduire entre elles. Exemple des souris de Madère

Schéma bilan :

Rappel des mots clés (qui doivent figurer dans toute explication) de la

• sélection naturelle : variation, pression de sélection, fréquences alléliques
• dérive génétique : petit effectif (effet fondateur), fréquences alléliques, hasard

• exercices 5p85 Geckos de Nouvelle-Calédonie
• exercice bactéries

Des difficultés peuvent persister dans la classification de groupes apparemment connus : hybrides fertiles dans la famille des félidés (article de Pour la Science « les félins, rois de l’hybridation » avril 2020)

6p86 Une plante hybride

• Un article expliquant l’évolution accélérée du COVID19 « Virus du Covid : l’humanité est son écosystème« 

L’évolution de la biodiversité au cours du temps s’explique par des forces évolutives s’exerçant au niveau des populations

Connaissances

La dérive génétique est une modification aléatoire de la fréquence des allèles au sein d’une population au cours des générations successives. Elle se produit de façon plus rapide lorsque l’effectif de la population est faible.

La sélection naturelle résulte de la pression du milieu et des interactions entre les organismes. Elle conduit au fait que certains individus auront une descendance plus nombreuse que d’autres dans certaines conditions. Toutes les populations se séparent en sous-populations au cours du temps à cause de facteurs environnementaux (séparations géographiques) ou génétiques (mutations conduisant à des incompatibilités et dérives). Cette séparation est à l’origine de la spéciation.

Objectifs :

on illustre la dérive génétique et la sélection sur une échelle de temps court afin de montrer que l’évolution peut être rapide.

Capacités

• Utiliser un logiciel de modélisation et/ou extraire et mettre en relation des informations pour illustrer la sélection naturelle et la dérive génétique sur des temps courts.
• Réfléchir sur les conséquences de l’apparition aléatoire de mutants sur la dynamique d’une population. – Situer dans le temps quelques grandes découvertes scientifiques sur l’évolution.
• Expliciter la démarche sur laquelle repose une théorie scientifique à partir du travail mené sur l’évolution dans ce thème. Précisions : sélection et dérive génétique sont abordées à partir d’un nombre limité d’exemples.

Lien vers activité : https://svt.ac-versailles.fr/spip.php?article545

http://philippe.cosentino.free.fr/productions/derivehtml5/

• Conférence de G. Lecointre sur Sélection Naturelle (1h51)
• Animation “phalènes du Bouleau” http://philippe.cosentino.free.fr/productions/phalenes/