Chapitre 2 : Diversification des êtres vivants et évolution – COURS

Chapitre 2 : Diversification des êtres vivants et évolution.

Introduction : 

Le brassage génétique et la fécondation contribuent à la production d’un individu original. Dans de rares cas, des erreurs de méiose (crossing over) additionnées à des mutations peuvent permettre une diversification génétique, aboutissant à des gènes ressemblants proches les uns des autres (familles multigéniques). Mais ce n’est pas le seul mécanisme de diversification des êtres vivants. Les processus impliqués dans cette diversification sont multiples. Par la suite, la sélection naturelle par la pression du milieu permet l’émergence ou non d’une nouvelle espèce.

Problème : Comment  la biodiversité se met en place et se modifie ?

Quels processus sont à l’origine de la diversification des êtres vivants ?

Comment définir une espèce ?

Comment les espèces peuvent-elles évoluer ?

I- Diversification des êtres vivants.

A- Processus de diversification des génomes

1) Variation de ploïdie

Alors que certaines espèces sont haploïdes, la plupart des espèces a une phase  diploïde dominante. Parfois, une espèce peut présenter plus de 2 lots de chromosomes, sans pour autant avoir d’anomalie apparente. On parle alors de polyploïdie :  

    • soit d’autoploïdie : si le nombre anormal de chromosomes a pour origine un doublement de chromosomes au sein d’une même espèce
    • Soit d’alloploïdie : si le doublement de chromosomes fait suite à une hybridation entre 2 espèces.

Si ces mécanismes de polyploïdisation sont relativement fréquents chez les végétaux, ils sont beaucoup plus rares chez les animaux.

d’après svt.ac-dijon.fr

Explication  : Dans la nature, des espèces relativement proches peuvent s’hybrider, mais dans ce cas la descendance, c’est à dire l’hybride, est stérile. Comme les lots de chromosomes provenant de chaque parent ne sont pas homologues, la méiose ne peut se dérouler, notamment parce que l’appariement des homologues est impossible. L’hybride est donc stérile. Oui mais voilà, si un doublement accidentel des chromosomes suit immédiatement l’hybridation, chaque chromosome retrouve un homologue. La méiose redevient possible, l’individu fertile, mais différent à cause de son nouveau génome.

2) Transferts horizontaux de gènes

Le transfert horizontal de gène, aussi appelé transfert latéral est un processus dans lequel un organisme incorpore le matériel génétique d’un autre organisme avec lequel il n’a aucun lien familial direct (père ou mère). Ce processus peut se produire par plusieurs mécanismes, et a lieu à grande échelle dans le monde des Procaryotes (bactéries).

Un exemple de transfert horizontal bactérien : 

Chez les Eucaryotes, le transfert ou hybridation du code génétique entre deux espèces est plus limité dû notamment au mécanisme de reproduction sexuée. En revanche il a lieu entre Eucaryotes et virus ou Eucaryotes et bactéries (C.F. : Activité l’exemple de la syncitine est à savoir).

Intégration du génome viral dans une cellule : 

3) Gènes du développement

Quand on compare le développement embryonnaire de différentes espèces, on s’aperçoit que l’organisme en construction passe par divers stade qui sont très proches d’une espèce à une autre.

Théorie de la récapitulation : On dit que l’embryogenèse récapitule la phylogenèse (les différents stades de l’évolution). La théorie de la récapitulation, aujourd’hui légèrement tombée en désuétude, a été initiée par Ernst Haeckel (1834-1919). Elle affirme que l’ontogenèse récapitule la phylogenèse, c’est-à-dire que le développement individuel d’un organisme se fait en reproduisant les étapes de l’évolution de certains de ses ancêtres.

Dans la pratique, l’énoncé de Haeckel n’était ni tout à fait vrai, ni tout à fait faux : chaque génération hérite bien du capital génétique ayant permis à la précédente de survivre. Est donc logiquement transmis sur plusieurs millions de générations ce qui est utile aux différentes phases du développement de l’embryon (ce qui inclut pour un mammifère son développement dans le milieu amniotique), mais ne sera pas conservé le bagage dont l’entretien serait inutile, et a fortiori nuisible. Si cette assertion est toujours controversée, il n’en demeure pas moins vrai que, durant l’embryogenèse, on voit en partie ce qu’était un embryon primitif.

A fortiori, quand on compare certains gènes responsables de la mise en place du plan d’organisation, appelés gènes homéotiques, on s’aperçoit qu’ils ont une forte homologie de séquence. Il doit donc s’agir d’une dérive de gènes ancestraux. Ces gènes homéotiques forment des complexes qui, s’ils ne sont pas exprimés dans le même ordre, ou s’ils s’expriment dans des territoires différents ou encore avec une intensité différente, vont aboutir à des morphologies différentes.

Par exemple, la mutation faisant apparaître une paire de pattes à la place des antennes touche un gène homéotique. Cette mutation fut observée pour la première fois en 1948.

Ainsi, chez la drosophile, certaines mutations entrainent le changement d’une partie du corps en une autre ou homéosis. On parle de transformation homéotique. Ces mutations ont donc été appelées mutations homéotiques et les gènes concernés ont pris le nom de gènes homéotiques.

D’après snv.jussieu.fr

B- Diversification sans modification de génôme

1) Symbiose

Des associations entre être vivants sont possibles dans la nature. On parle de symbiose. Il s’agit d’une relation permanente entre deux organismes d’espèces différentes et qui se traduit par des effets bénéfiques aussi bien pour l’un que pour l’autre. 

Le cas du lichen est un très bon exemple. Les êtres vivants ainsi associés (ici champignons et algues) exercent une influence réciproque et peuvent provoquer des modifications phénotypiques, juste par conjugaison de 2 génotypes différents. (comme la synthèse de pariétine chez le lichen)

d’après svtmarcq.e-monsite.com

Vues en TP : Symbiose bactéries et fabacées, symbiose mycorhizes, et symbiose vers de Roscoff et algues verte => Il faut savoir décrire les échanges entre les partenaires (au moins sur un exemple de votre choix).

D’autres associations sont possibles impliquant des champignons du sol et des racines d’arbre. Les bénéfices réciproques sont par exemple :

Pour résumer, les associations entre 2 organismes aboutissent le plus souvent à des bénéfices réciproques qui se traduisent par une nouvelle structure, parfois même à la production de nouvelles molécules ou même de nouveaux comportements.

 2) Comportements nouveaux

Chez les vertébrés, de nouveaux comportements peuvent se transmettre par voie non génétique, de génération en génération. L’apprentissage par imitation est ainsi à l’origine d’une diversification du vivant sans modification du génome.

Exemple des macaques du Japon : Ils lavent leurs patates douces, jouent avec des cailloux ou encore se baignent dans les sources d’eau chaude. Les macaques japonais affichent des comportements complexes qui ne relèvent pas de la génétique mais de la culture. Mais comment ces savoirs se transmettent-ils ? Un groupe de chercheurs tente de le comprendre en étudiant les réseaux sociaux qui structurent les groupes de singes. Voyage au Japon à la rencontre de nos cousins pas si lointains…

d’après CNRS 

II- Evolution de la biodiversité.

A- De la notion de population à la notion d’évolution

Une population est constituée d’individus de la même espèce qui vivent proche les uns des autres, qui se reproduisent le plus fréquemment entre eux et qui ne possèdent pas les mêmes combinaisons alléliques permettant ainsi des variations de phénotype. 

La fréquence d’allèles d’une population varie en permanence de génération en génération de façon aléatoire. On parle de dérive génétique. Les conditions du milieu (ou biotope) vont favoriser certains phénotypes par rapport à d’autres, ce qui augmentera leur fréquence (accès aux ressources, compétition, reproduction…). On parle alors de sélection naturelle.

Ainsi la dérive génétique et la sélection naturelle interviennent ensemble sur les modifications de population au cours des temps. Ce sont ces modifications de populations qui déterminent l’évolution.

 

B- Concept d’espèce

La biodiversité est la diversité du vivant, c’est-à-dire la diversité des espèces. Appartiennent à une même espèce des individus qui se ressemblent, qui possèdent le même stock chromosomique, qui peuvent se reproduire ensemble et dont la descendance est féconde. Au cours de l’histoire, la notion d’espèce s’est enrichie des découvertes, dont celles de la génétique et de l’évolution. Ainsi les critères phénotypiques et d’inter-fécondité font partie  intégrante de cette définition. La notion de flux de gènes s’est ajoutée ainsi que les comparaisons moléculaires permettant de définir une parenté. Les données de l’évolution sont donc aussi à intégrer.

C- Spéciation ou extinction

Au regard des populations, on peut considérer une espèce comme une population d’individus suffisamment isolés génétiquement d’autres populations. Ainsi, elle n’existe que pendant un temps limité. Si les individus de cette population disparaissent, le plus souvent pour des raisons de modifications de milieu, on parle d’extinction. Mais si un nouvel ensemble d’individus semble se singulariser, alors on parle de spéciation. Ce qui caractérisera définitivement la spéciation est l’isolement reproductif. On distingue entre autre 2 types de spéciation en fonction de cet isolement : 

    • ALLOPATRISME : Si l’isolement est géographique (modification du relief, du climat, ou du milieu), 2 populations vont évoluer indépendamment jusqu’à ce que la dérive génétique imprime des différences telles que si les 2 populations sont replacées ensemble, elles ne sont plus interfécondes.

    • SYMPATRISME : S’il n’y a pas d’isolement géographique, la sélection naturelle va favoriser des individus plus adaptés au milieu et donc leur reproduction entre eux. Il pourra donc y avoir coexistence de 2 populations qui si l’isolement reproductif est atteint, aboutit à deux espèces distinctes.

Conclusion : 

On voit au travers de ce chapitre que la biodiversité  trouve son origine dans la diversification génétique principalement, même si ce n’est pas la seule source de variation (symbiose et comportement). Cette biodiversité n’est pas statique et évolue au cours des temps. Des espèces disparaissent (extinction), d’autres apparaissent et s’individualisent (spéciation). Ainsi l’espèce apparait comme une entité statique, limitée dans le temps, mais avec une réalité statistique, difficile à définir notamment à cause des paramètres de l’évolution.

Une espèce peut donc 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.