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Que sont les changements évolutifs ?
L'évolution est un changement progressif et cumulatif des caractères héréditaires d'une population d'organismes au fil du temps. Ce changement se produit au cours de nombreuses générations. Les modèles de changement évolutif peuvent être observés grâce à différentes sources de preuves, notamment les fossiles, l'homologie, la biologie moléculaire et les observations directes.
Ces observations montrent que les formes de vie changent au fil du temps.
Quels sont les exemples de changements évolutifs observés ?
Dans cette section, nous allons discuter de quelques exemples de changements évolutifs.
Les pinsons de Darwin
Les pinsons de Darwin nous montrent des changements évolutifs qui conduisent à l'émergence de nombreuses espèces descendantes dotées d'adaptations à leur environnement spécifique.
Lors de ses voyages aux îles Galápagos, Darwin a trouvé plus d'une douzaine d'espèces de pinsons qui étaient très semblables en taille et en couleur, mais qui avaient des formes de bec variées. Darwin pensait que leurs becs uniques leur donnaient de meilleures chances de survie. Par exemple, certains pinsons avaient des becs larges et émoussés qui les aidaient à casser les noix et les graines, tandis que d'autres avaient des becs longs et pointus qui les aidaient à attraper les insectes.
Darwin a émis l'hypothèse que toutes les différentes espèces de pinsons des îles Galápagos provenaient d'une espèce mère qui avait colonisé les îles pour la première fois il y a des millions d'années. Darwin a expliqué qu'au fur et à mesure que les populations de l'espèce mère se répandaient d'une île inhabitée à l'autre, elles s'adaptaient à différentes niches écologiques et évoluaient rapidement en de nombreuses espèces descendantes.
Figure 1 : L'espèce mère de pinson a rapidement formé plusieurs nouvelles espèces de pinson avec des formes de bec et des habitudes alimentaires différentes. Source : Glossaire parlant de l'Institut national de recherche sur le génome humain, domaine public, via Wikimedia Commons.
Les papillons de nuit
Nous pouvons observer des changements évolutifs dans la coloration des pap illons de nuit poivrés comme un effet de leur environnement.
Les papillons de nuit ont évolué pour être soit très clairs, soit très foncés. Dans les zones rurales, elles sont très claires parce que les papillons de couleur plus foncée sont facilement visibles et sont donc plus vulnérables aux prédateurs. Dans les zones industrielles, elles sont très sombres parce que leur environnement est sombre et que les papillons de couleur claire sont plus vulnérables aux prédateurs.
Il reste peu de papillons de couleur moyenne parce qu'ils avaient moins de chances de survivre dans l'une ou l'autre zone.
Les cétacés
Les archives fossiles documentent les grands changements évolutifs qui ont entraîné l'apparition de nouveaux groupes d'organismes.
Par exemple, les fossiles montrent que les os du bassin et des membres postérieurs des ancêtres des cétacés disparus sont devenus plus petits au fil du temps, pour finalement disparaître complètement et se transformer en nageoires et en nageoires caudales.
En étudiant les archives fossiles, nous pouvons observer les changements évolutifs qui ont permis aux cétacés (un ordre de mammifères marins qui comprend les baleines, les dauphins et les marsouins) de se séparer des mammifères terrestres tels que les hippopotames, les cochons et les vaches.
Existe-t-il des observations directes des changements évolutifs ? Leschangements évolutifs peuvent également être observés directement chez les espèces dont le cycle de reproduction est rapide , comme les bactéries. Par exemple, lorsque des bactéries sont exposées à des antibiotiques, les individus sans résistance meurent rapidement. Les individus résistants à l'antibiotique sont capables de survivre et de se reproduire. Les caractéristiques de résistance sont alors transmises à d'autres individus de la population. Finalement, la population devient plus résistante.
Quels sont les agents ou les causes des changements évolutifs ?
Si au moins une descinq conditions est remplie, une population s'écarte de l'équilibre de Hardy-Weinberg, qui est l'état dans lequel une population n'évolue pas. Ces conditions sont décrites dans la section suivante.
Mutation
Une mutation est un changement dans la séquence des gènes de l'ADN.
Elle est la source ultime de nouveaux allèles (variantes d'un gène), qui déterminent le phénotype (traits observables) d'un organisme. Bien qu'il s'agisse de la source ultime de variation génotypique et phénotypique, le taux de mutation tend à être faible pour la plupart des organismes. Les mutations peuvent avoir trois conséquences possibles:
Une diminution de l'aptitude (moins de survie ou moins de descendants).
Augmentation de la condition physique (survie plus élevée ou plus de descendants)
Aucun effet sur l'aptitude
En fonction de son impact sur l'aptitude évolutive de la population, la mutation peut être favorisée ou sélectionnée. Au fur et à mesure que les mutations s'accumulent, la population évolue.
Accouplement non aléatoire
L'accouplementnon aléatoire pourrait changer la population en modifiant les fréquences des génotypes homozygotes et hétérozygotes.
L'accouplement non aléatoire se produit pour plusieurs raisons.
L'une d'entre elles pourrait être que l'organisme préfère des partenaires présentant des caractéristiques particulières.
Par exemple, les paons préfèrent s'accoupler avec des paons dont la queue est plus grande et plus colorée.
Une autre raison pour laquelle l'accouplement n'est pas aléatoire pourrait être que l'organisme préfère des partenaires ayant une similitude phénotypique avec lui-même.
Par exemple,les papillons Heliconius préfèrent s'accoupler avec des pairs qui ont des motifs de couleur similaires .
Figure 2 : accouplement entre deux papillons Heliconius aux couleurs similaires. Source : Holger Krisp, CC BY 3.0, via Wikimedia Commons.
Une autre raison pourrait être la séparation géographique. Les populations peuvent être réparties sur une grande surface, ce qui rend certains accouplements plus accessibles que d'autres.
La question de savoir si l'accouplement non aléatoire est considéré comme un agent d'évolution est sujette à débat, car les fréquences des allèles dans le pool génétique restent les mêmes. Les fréquences alléliques peuvent changer si ceux qui possèdent certains traits sont capables de se reproduire à un taux plus élevé, mais dans ce cas, la sélection naturelle sera également un agent d'évolution.
Flux de gènes
Leflux génétique est le mouvement desgènes d'une population à une autre.
Cela peut se produire lorsque des organismes migrent et se reproduisent avec une population différente ou lorsque du pollen ou des graines sont dispersés vers une population séparée géographiquement. Lorsque des organismes ou des gamètes entrent dans une population, ils peuvent apporter avec eux de nouveaux allèles ou desallèles existants , mais en quantité variable par rapport à ceux déjà présents dans la population.
Figure 3 : Comment le flux génétique peut se produire par le déplacement d'individus d'une population à une autre. Source : Tsaneda, CC BY 3.0, via Wikimedia Commons.
Par exemple, lespopulations continentales de la couleuvre d'eau du lac Érié (Nerodia sipedon) ont tendance à être baguées, tandis que leurs homologues insulaires n'ont pas de bagues ou ont des bagues intermédiaires. La coloration baguée permet aux serpents de se cacher dans les marais, mais elle désavantage les serpents qui vivent sur les îles.
On pourrait s'attendre à ce que, sous l'effet de la sélection naturelle, toute la population de serpents du lac Érié vivant sur des îles ne soit pas baguée. Mais ce n'est pas le cas car, chaque année, plusieurs serpents nagent du continent vers les îles, apportant avec eux des allèles de coloration baguée. Cela a empêché l'élimination complète des allèles de la coloration baguée de ces populations insulaires.Leflux génétique peut être un puissant agent d'évolution. Il a le potentiel de modifier la structure génétique de la population et d'introduire de nouvelles variations phénotypiques et génotypiques dans les populations de différentes zones géographiques.
Dérive génétique
Ladérive génétique fait référence à des événements fortuits qui provoquent des changements dans les fréquences des allèles.
Contrairement à la sélection naturelle, où les individus ayant des traits qui les aident à survivre dans leur environnement sont capables d'avoir plus de descendants grâce à ces traits, la dérive génétique fait changer les fréquences des allèles de façon aléatoire.
Nous allons examiner deux exemples de scénarios qui pourraient entraîner une dérive génétique.
Dans le premier scénario, disons qu'une tempête emporte quelques membres d'une population et les isole sur une autre île, où ils fondent une nouvelle population. Cela se produit sans discrimination, c'est-à-dire que les individus - et leurs allèles - qui sont transportés sont choisis au hasard. Cette nouvelle population insulaire aura un patrimoine génétique différent de celui de la population d'origine. C'est ce qu'on appelle l'effet fondateur.
Figure 4 : Comment l'effet fondateur modifie les fréquences des allèles d'une population. Source : Professeur Marginalia, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons.
Dans le deuxième scénario, disons qu'un incendie réduit considérablement la taille d'une population. Cela peut entraîner une perte de variation génétique, et les allèles peuvent être représentés de manière disproportionnée dans la population survivante. C'est ce qu'on appelle l'effet goulot d'étranglement.
Figure 5 : Comment un goulot d'étranglement modifie les fréquences des allèles d'une population. Source : Tsaneda, CC BY 3.0, via Wikimedia Commons.
Dans les deux scénarios, les allèles peuvent être surreprésentés ou sous-représentés dans la génération suivante.
La dérive génétique peut se produire quelle que soit la taille de la population, mais son impact est plus important dans les petites populations.
Effet fondateur: Lorsqu'un événement fortuit fait que quelques membres d'une population sont isolés géographiquement et qu'ils établissent une nouvelle population .
Effetgoulot d'étranglement: Lorsqu'un événement fortuit réduit drastiquement la taille d'une population.
La sélection naturelle
Lasélection naturelle est le principal mécanisme de l'évolution. Elle se produit lorsque des variations phénotypiques (ou variations de traits) entraînent des taux de survie et de reproduction différents parmi la progéniture. Les individus présentant des traits plus adaptés à l'environnement ont de meilleures chances de survie et de reproduction, et sont donc en mesure de transmettre ces traits à leur progéniture. Au fur et à mesure que ces traits s'accumulent, la population évolue.
Changements évolutifs - Points clés
- Les modèles de changement évolutif peuvent être observés grâce à différentes sources de preuves, notamment les fossiles, l'homologie, la biologie moléculaire et les observations directes. Ces observations montrent que les formes de vie changent au fil du temps.
- Si au moins une descinq conditions est remplie, une population s'écarte de l'équilibre de Hardy-Weinberg ou de l'état dans lequel une population n'évolue pas. Ces conditions sont :
- Mutation: un changement dans la séquence des gènes de l'ADN.
- Accouplement non aléatoire: préférence pour les partenaires ayant des traits particuliers ou une similarité phénotypique avec soi-même.
- Flux de gènes: mouvement de gènes d'une population à une autre.
- Dérive génétique: événements fortuits qui provoquent des changements aléatoires dans les fréquences des allèles.
- Sélection naturelle: les individus ayant des traits plus adaptés à l'environnement ont de meilleures chances de survie et de reproduction, et sont donc en mesure de transmettre ces traits à leur progéniture.
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