Les causes de l’évolution de la biodiversité au cours du tempsCours

L'évolution de la biodiversité au cours du temps s'explique par deux forces. L'une est dirigée par l'environnement : c'est la sélection naturelle. L'autre est aléatoire : c'est la dérive génétique. Ces deux forces sont en partie à l'origine des variations génétiques et morphologiques des individus dans une population au cours des générations.
Lorsque les différences entre les individus d'une même population sont trop importantes pour qu'ils puissent continuer à se reproduire entre eux, alors des espèces nouvelles apparaissent : c'est la spéciation. Cette dernière se met en place suite à une modification génétique et/ou environnementale.

I

Les sources de sélection dans une population

Les deux grandes forces évolutives à l'origine des sélections d'individus et d'allèles des populations sont la sélection naturelle et la dérive génétique. La sélection naturelle conserve les individus les plus aptes à se reproduire dans une population au cours des générations. La dérive génétique conserve aléatoirement certains allèles dans une population.

A

La sélection naturelle

La sélection naturelle est un processus dirigé par l'environnement. L'environnement sélectionne les individus les plus aptes à se maintenir et à se reproduire.

Certains individus dans une population ont un avantage dans la reproduction. Lors de la reproduction, ils ont plus de chances de transmettre leurs caractères génétiques que les individus présentant un désavantage. Les ressources de l'environnement varient au cours du temps. Lorsque ces ressources se raréfient, elles peuvent conduire à la diminution de certaines espèces, c'est également la sélection naturelle. C'est en 1859, que Charles Darwin a exposé la théorie de la « sélection naturelle » dans son ouvrage, L'Origine des espèces.

Sélection naturelle

La sélection naturelle est un tri naturel des êtres vivants exercé par une pression de sélection. Lorsqu'une population est soumise à une contrainte (on parle de « pression de sélection »), les êtres vivants qui sont les moins gênés par cette contrainte sont avantagés par rapport aux autres et vont progressivement les remplacer.

Un épisode de sécheresse a frappé l'environnement des pinsons. Avant la sécheresse, on constate que les individus à petit bec étaient plus abondants que les individus à grand bec. Après la sécheresse ce sont les individus avec un grand bec qui sont devenus majoritaires. La population de pinsons a donc subi une variation des effectifs. 

sélection naturelle exemple sécheresse pinsons petits becs

© Wikimedia Commons

À la suite de la sécheresse, les pinsons à petit bec deviennent moins adaptés au nouvel environnement car la quantité de petites graines a diminué. À l'inverse, les pinsons à grand bec deviennent plus adaptés car ils peuvent consommer des grosses graines. La sélection naturelle favorise les pinsons à gros bec qui se reproduisent davantage puisqu'ils sont mieux adaptés.

Effectif

Un effectif est le nombre d'individus ou nombre d'allèles dans une population.

Maintien des formes aptes à se reproduire

Le maintien des formes aptes à se reproduire correspond aux individus dans une population qui ont le plus de chances de reproduire. En effet, ils ont une valeur sélective élevée comparés aux individus qui ont moins de chances de se reproduire.

B

La dérive génétique

La dérive génétique est un processus aléatoire. La dérive génétique agit sur plusieurs allèles d'un même gène. Ces allèles ne donnent ni avantage ni désavantage, on dit qu'ils sont neutres. La fréquence de certains allèles va évoluer de façon aléatoire au cours des générations. Ce choix aléatoire se fait lors de la reproduction des individus. La dérive génétique est plus marquée dans les populations à faible effectif.

Dérive génétique

La dérive génétique est un mécanisme de l'évolution qui aboutit à la création d'une nouvelle espèce à partir d'une population d'individus. Elle repose sur la variation aléatoire des fréquences alléliques au sein d'une population et au cours des générations.

dérive génétique processus aléatoire

On simule l'évolution de 2 allèles d'un même gène au cours du temps sur 50 générations. On choisit un allèle rouge et un allèle bleu. Initialement, il y a autant d'allèle bleu que rouge : chacun des deux allèles a une fréquence initiale de 50 %. Puis on suit l'évolution des fréquences des allèles au cours des générations sur 2 simulations :

  • Dans la première simulation, l'allèle bleu a atteint une fréquence de 100 %. À l'inverse, l'allèle rouge disparaît de la population (sa fréquence atteint 0 %).
  • Dans la deuxième simulation, c'est l'inverse, l'allèle rouge a atteint une fréquence de 100 %.

 

On peut donc en déduire que le processus de sélection des allèles au cours du temps est aléatoire, c'est la dérive génétique.

processus sélection allèle aléatoire dérive génétique

On reproduit la même simulation mais en augmentant l'effectif d'allèles dans la population avec 100 allèles :

  • Dans la première simulation, l'allèle bleu a atteint une fréquence de presque 100 %. À l'inverse, l'allèle rouge disparaît de la population (sa fréquence atteint presque 0 %).
  • Dans la deuxième simulation, c'est l'inverse, l'allèle rouge a atteint une fréquence plus forte et l'allèle bleu a baissé.

 

On peut en déduire que la dérive génétique sélectionne les allèles aléatoirement plus rapidement dans les petites populations (comme dans les simulations 1 et 2) que dans dans les grandes populations (comme dans les simulations 3 et 4).

Fréquence allélique

Pour un gène donné, la fréquence allélique est la proportion d'un allèle de ce gène comparé à l'ensemble des allèles du gène dans la population.

II

La spéciation ou l'apparition de nouvelles espèces

Une espèce apparaît quand deux sous-populations d'une même population initiale ne peuvent plus se reproduire entre elles. Cette barrière de reproduction peut apparaître suite à une modification de l'environnement et/ou une modification génétique. On parle de spéciation. 

A

Définition spéciation

Spéciation

La spéciation est l'apparition de nouvelles espèces

B

La spéciation par changement d'environnement

La spéciation, apparition d'une nouvelle espèce, peut se faire à cause d'un changement climatique qui sépare deux sous-populations d'une même population. 

Une population initiale peut former deux sous-populations lors d'une modification de l'environnement (l'apparition d'une chaîne de montagne, d'un glacier ou d'un océan) qui sépare la population initiale en deux sous-populations. Les deux sous-populations séparés par ce changement d'environnement forment deux espèces distinctes puisque la reproduction entre elles est devenue impossible.

L'éléphant d'Afrique et l'éléphant d'Asie partagent un ancêtre commun éléphant. Cette espèce ancestrale a colonisé l'Asie et l'Afrique, séparant cette même espèce en deux sous-populations. Aujourd'hui, l'éléphant d'Afrique et l'éléphant d'Asie forment deux espèces différentes. Chacun d'eux évolue sur des continents différents. Ces deux espèces d'éléphants ne peuvent pas se reproduire ensemble.

spéciation changement environnement

© Wikimedia Commons

C

La spéciation par modifications génétiques

La spéciation, apparition d'une nouvelle espèce, peut se faire à cause de modifications génétiques, qui conduisent l'isolement des individus porteurs de ces modifications.

Certaines modifications génétiques dans une population peuvent conduire à l'isolement reproductif des individus porteurs de la modification génétique (l'apparition d'une mutation ou de nouveaux gènes chez certains individus d'une population peut les isoler des autres individus).

Ces individus ne peuvent plus se reproduire avec le reste de la population. Ils vont alors former une nouvelle espèce s'ils peuvent se reproduire entre eux.

spéciation modification génétiques

© Wikimedia Commons

Questions fréquentes

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