Répondre aux questions suivantes qui permettront d'expliquer le mécanisme de la dérive génétique.
Sur quoi la dérive génétique repose-t-elle ?
La dérive génétique est un mécanisme qui repose sur un ensemble de phénomènes aléatoires qui peuvent modifier les fréquences alléliques d'une population au cours des générations.
La reproduction différentielle des individus du fait de contraintes environnementales ou physiologiques est le mécanisme sur lequel repose la sélection naturelle. L'apport de nouveaux allèles depuis une autre population est le mécanisme décrivant le phénomène de migration, tandis que l'apparition spontanée de nouveaux allèles décrit le phénomène de mutation.
Dans quel cas la dérive génétique a-t-elle une grande importance ?
La dérive génétique est d'autant plus forte que la population est faible. Dans une grande population non soumise à d'autres forces évolutives (migration, sélection naturelle, mutations), l'influence de la dérive génétique restera négligeable et les fréquences alléliques resteront stables.
Quelle classe d'allèle est la plus concernée par l'influence de la dérive génétique sur sa fréquence au sein de la population, en conditions « réelles » (avec mutation, migration et sélection naturelle) ?
Dans les conditions réelles, tous les allèles sont concernés par la dérive génétique puisque c'est un phénomène aléatoire. Cependant, la fréquence des allèles neutres est la plus influencée par la dérive génétique. En effet, la sélection naturelle agit sur les allèles positivement et négativement sélectionnés, dont la fréquence ne change donc pas d'une manière aléatoire (on dit qu'elle change de manière dirigée).
Qu'est-ce que la fixation d'un allèle au sein d'une population ?
Un allèle est dit fixé lorsque c'est le seul présent au sein d'une population : sa fréquence vaut 1. Si la fréquence d'un allèle est nulle, on parle de disparition. Ces deux phénomènes sont responsables d'une perte de diversité génétique au sein de la population, puisqu'ils reflètent une diminution du nombre d'allèles existant. Les mécanismes évolutifs de migration, de sélection naturelle et de dérive génétique, peuvent être à l'origine de ces phénomènes. La dérive génétique est cependant responsable de la fixation ou de la disparition d'allèle de manière aléatoire dans les populations réduites, notamment lors d'événement de colonisation (effet fondateur).
Tous les êtres vivants actuels sont constitués d'au moins une cellule, possédant un génome composé d'ADN. Le fonctionnement cellulaire repose sur la séquence nucléotidique de l'ADN, qui forme des gènes mais aussi des éléments permettant la modulation de l'expression génétique en fonction des paramètres environnementaux. Ainsi, le phénotype d'un organisme (ensemble des caractères observables d'un individu) est conditionné par son génotype (= composition allélique de son génome) et est modulé par son environnement (exemple : la teinte de peau d'un même humain est modifiée en fonction de son exposition au soleil, c'est le bronzage).
Or, au sein d'une même population tous les individus ne possèdent pas le même génotype, car différents allèles sont portés par les individus. Ces allèles sont présents en différentes proportions au sein de la population, et peuvent être responsables de modifications phénotypiques. Le modèle de Hardy-Weinberg décrit la transmission des allèles au sein d'une population idéale (effectif illimité, panmixie et pangamie) en l'absence de toutes forces évolutives (mutation, migration, sélection naturelle, dérive génétique). Ce modèle décrit rarement la réalité, et la comparaison entre les fréquences alléliques prédites par ce modèle et les fréquences alléliques réellement observées permet de comprendre quels mécanismes évolutifs sont à l'origines de ces différences.
L'un de ces mécanismes est la dérive génétique. Un allèle est porté par un individu est transmis à ses descendants suite à une reproduction avec un autre individu. Dans le modèle de Hardy-Weinberg, l'appariement des gamètes se fait de manière totalement aléatoire, et la répartition des allèles au sein de la génération suivante suit donc une loi de probabilité précise. L'effectif infini de la population permet de calculer la fréquence allélique de la génération suivante comme étant égale à l'espérance de cette loi de probabilité, sa variance étant nulle : on peut prédire exactement la fréquence allélique dans la population au fil des générations. Par exemple, lorsqu'on joue à pile ou face un très grand nombre de fois, la fréquence d'apparition de « face » sur l'ensemble des lancers est très proche de l'espérance qui vaut 0,5.
Cependant, plus la population a un effectif faible, plus la variance de la loi de probabilité augmente, et donc plus la fréquence allélique réelle peut prendre des valeurs différentes de l'espérance : plus la population diminue en effectif, plus il devient difficile de prédire la fréquence des allèles à la génération suivante. Par exemple, lorsqu'on joue à pile ou face sur quelques lancers, la fréquence d'apparition de « face » sur l'ensemble des lancers a de fortes chances d'être éloignée de l'espérance qui vaut 0,5. Cette variabilité se répercute d'ailleurs d'une génération à l'autre, de telle sorte que les fréquences alléliques changent rapidement au sein de la population, avec un risque de disparition (fréquence nulle, l'allèle n'existe plus et ne peut donc plus être transmis) ou de fixation (fréquence de 1, l'allèle est le seul existant au sein de la population). D'un point de vue moins mathématique, le hasard des accouplements entre individus, du nombre de descendants de chaque individu et la nature des allèles transmis à chaque descendant conduit à une variation des fréquences alléliques d'autant augmenté que la population est faible.
La dérive génétique est donc un phénomène aléatoire qui provoque la forte et rapide variation des fréquences alléliques au cours des générations. Son effet est d'autant plus fort que la taille de la population est faible, et s'observe notamment lors d'événement de colonisation où un petit groupe d'individus devient une population isolée (on parle d'effet fondateur). La dérive génétique s'exerce plus fortement sur les allèles neutres, qui ne sont pas soumis aux effets de sélection naturelle. D'autre part, en plus de ces deux phénomènes, les migrations et les mutations sont deux autres mécanismes évolutifs qui peuvent faire varier les fréquences alléliques au sein d'une population, et permettent la diversification des caractères de cette population.