Exercices sur le chapitre 23

Évolution et Diversité du Vivant (101-NYA-05)

Bernadette Féry Automne 2007

Chapitre 23 Campbell, 3

édition

LE NÉODARWINISME OU THÉORIE SYNTHÉTIQUE DE L’ÉVOLUTION

Cours 9

Ernst Mayr (1942)

Georges Gaylord Simpson (1944) Theodosius

Dobzhansky (1937)

1. Naissance du Darwinisme

Darwin (1858). L'évolution est acceptée mais pas le mécanisme de la sélection naturelle. Darwin ne peut expliquer l’origine des variations des individus et comment celles-ci se transmettent. Les travaux de Mendel ne sont pas encore faits.

2. Le darwinisme est épuré

WEISSMANN (1883) prouve que l'hérédité des caractères acquis (auquel Darwin adhérait) est impossible en démontrant que les cellules du germen, transmissibles aux descendants, s'isolent très précocement des cellules du soma, non

transmissibles aux descendants, les seules aptes à acquérir des caractères acquis.

3. Réappropriation des lois de Mendel

En 1900, de Vries, Correns et von Tschermack redécouvrent les lois de Mendel chez les végétaux (en réalité, ils connaissaient le travail de Mendel). Ces travaux permettent de comprendre les raisons des variations observées par Darwin et comment elles se transmettent. Cependant, ces généticiens, à l'image de Mendel, croyaient que seuls les caractères discontinus étaient héréditaires (caractères qui varient du tout au tout comme les fleurs mauves ou blanches). Ors, les travaux de Darwin portaient sur des caractères variant de façon continue comme la longueur des poils (des caractères, on le sait aujourd’hui, dus à plusieurs paires d’allèles situés à des locus différents) et on ne croyait pas que ces variations étaient héréditaires. Le mendélisme et le darwinisme étaient en conflit.

1. Entre le darwinisme et le néodarwinisme

4. On cherche un autre mécanisme pour expliquer l’évolution : le mutationnisme

De Vries observe, en 1866, l'apparition soudaine de nouvelles espèces chez l'oenothère à grandes fleurs (Oenothera

l'agent de l'évolution (publication : Die

d’évolution par la mutation, produisant des variations soudaines, fortuites et héréditaires était diamétralement opposée à la vision darwinienne d'une évolution graduelle due à la sélection naturelle sur des variations

continues.

Hugo de Vries et le mutationisme Botaniste hollandais (1848-1935)

Soure Les mutations sont perçues dès le 18

siècle par Maupertuis puis Lamarck et Darwin mais de Vries, le premier, les nomme et les définit comme de brusques transformations spontanées et héréditaires et leur attribue un impact sur l’évolution des espèces.

5. Les travaux de recherche se poursuivent, les connaissances augmentent

Les progrès de la microscopie et des techniques de cytologie mènent à l’élaboration de la théorie chromosomique de l’hérédité, en 1902 (les gènes de

Morgan (1910).

6. Une nouvelle science voit graduellement le jour : la génétique des

populations (science qui étudie les variations génétiques des populations)

En 1908, Hardy et Weinberg, indépendamment l’un de l’autre, entreprennent des études en génétique des populations. Ils démontrent qu’une population qui n’évolue pas maintient la fréquence de ses allèles de génération en génération. La génétique des populations prendra véritablement son essor avec Ronald Fisher en 1930, « La théorie génétique de la sélection naturelle».

Il montre que la sélection naturelle favorise d’autant plus le maintien de certains allèles dans une population qu’ils procurent un avantage plus important.

De façon générale, avec la génétique des populations, les scientifiques

commencent à accepter l’idée que les lois de la génétique de Mendel sont compatibles avec les variations continues et la sélection naturelle de Darwin.

Le mendélisme et le darwinisme ne sont plus en conflit.

1

7. La théorie synthétique de l’évolution (théorie néodarwinienne) prend forme Une synthèse de la conception darwinienne de la sélection naturelle et de la théorie mendélienne de l’hérédité. (1930-1947) — Sewall Wright, Théodosius Dobzansky, Julian Huxley, Ernst Mayr, George G. Simpson, John B.S. Haldane (extrait)

• Sewall Wright (1889-1988). Identifie l'effet fondateur, effet d'échantillonnage lorsqu'une petite population se sépare d'un plus vaste ensemble, et la dérive génétique,

modification de la répartition des allèles au cours du temps liée aux petites populations.

• Theodosius Dobzhansky. Publie «La génétique et l’origine des espèces» en 1937.

Il découvre que les espèces ont tendance à posséder une grande variété de gènes, apparemment inutiles dans un environnement présent, mais apportant à l'espèce dans son ensemble une vaste diversité génétique, garantissant une adaptation efficace à de nouveaux environnements. Reconnaît la diversité génétique dans les populations.

• Julian Huxley. Publie «L’évolution, la synthèse moderne» en 1942. Il crée le terme de synthèse évolutive pour cette théorie qui unit les connaissances de toute la biologie [biochimie, biochimie de l'hérédité, génétique généalogique, génétique des populations, cytologie, physiologie du développement, biologies animale et végétale, écologie, éthologie, biogéographie, paléontologie, systématique], de la géologie

[radiochronologie et tectonique globale] et l'analyse mathématique.

• George Simpson (1902-1984). Apporte des arguments paléontologiques. Spécialiste de l’évolution des équidés, il distingue microévolution, macroévolution et mégaévolution pour rendre compte de l’apparition et de la divergence de nouveaux groupes aux différents niveaux de la classification (espèces, familles, classes, etc.). Il pensait qu’un processus unique et graduel permettait d’expliquer l’évolution à ces différents niveaux.

(lire)

8. La théorie synthétique de l’évolution à l’heure d’aujourd’hui

L’idée d’évolution n’est plus contestée aujourd’hui chez les biologistes mais ses modalités donnent encore lieu à controverse.

• La notion de sélection naturelle a dû être relativisée à la suite des travaux de Motoo Kimura (1924-1994) et de son école neutraliste montrant que certains

Années 1970 : neutralisme

• Le gradualisme de Simpson a été remis en question par Niles Eldredge et Stephen Jay Gould en 1972 avec leur théorie des équilibres ponctués et la distinction des mécanismes affectant micro et macroévolution. Selon ce

Années 1970 : modèle des équilibres ponctués

(lire)

2. La théorie synthétique de l’évolution (néodarwinisme) Élaborée en une quinzaine d’années (1930-1947)

Intègre la sélection darwinienne et l’hérédité mendélienne

Dite «synthétique de l’évolution» car elle amalgame de nombreux domaines scientifiques : génétique des populations, paléontologie, taxinomie et biogéographie.

Son grand apport : l’évolution se fait à l’échelle des populations et non à celle de l’individu.

Un résumé de la théorie néodarwinienne Une population évolue.

Suite à des petites modifications de la fréquence des allèles de son pool de gènes.

Sous l'effet de la sélection naturelle (principal mécanisme de l'évolution) mais aussi sous l'effet d'autres agents de l'évolution : dérive génétique, mutation et flux génétique.

De grands changements résultent de l'accumulation de ces petites modifications étalées sur de longues périodes.

Population

Groupe d'individus de la même espèce vivant sur un territoire donné et à un moment déterminé

Espèce

Ensemble de populations dont tous les membres ont le potentiel de se reproduire entre eux dans un environnement naturel

3. Vocabulaire

Mer de Beaufort

Alaska Yukon

Campbell : 494 (3^eéd.) — Figure 23.3

Aire de distribution des caribous de la rivière Porcupine

Aire de distribution des caribous de la rivière Fortymile

Microévolution

Modification, au cours des générations successives, des fréquences des allèles d'une population sous l'effet des agents de l'évolution

Apparition d'une nouvelle espèce comme résultat de la microévolution

2

13 locus occupés par l’allèle X₁ d’où la fréquence de l’allèle X₁ =13 /26 = 0,5

4 locus occupés par l’allèle X₂ d’où : X₂ = 4 /26 = 0,154

9 locus occupés par l’allèle X₃ d’où : X₃ = 9/26 = 0,346

Fréquence allélique Fréquence relative d'un allèle donné par rapport aux allèles de l'ensemble de la

population

La somme des allèles d'un locus égale 1 X₁ +X₂ + X₃ = 1 ou 0,5 + 0,154 + 0,346 = 1 Patrimoine génétique pour le locus X d’une population de 13 individus (26 locus au total)

X1 X1 X2 X1

X3 X2 X3 X1

X1 X1

X1 X1

X2 X3 X1 X3

X1 X3 X3 X3 X1 X1 X3 X2

X1 X3

1 2

3 4 5

6 7 8

9 10

12 11 13

Patrimoine génétique

(pool génétique, fonds génétique)

Ensemble des gènes que possède une population à un moment donné (tous les allèles de tous les locus de tous les individus de la population)

Fixation d'un allèle

Si un seul allèle occupe un locus donné, il y a fixation de cet allèle dans la population (tous les membres de la population portent deux allèles identiques).

4. Les agents de l’évolution de la théorie néodarwinienne

Agents qui modifient les fréquences alléliques d’une population causant ainsi de la microévolution

La dérive génétique

! Surtout dans les petites populations.

! Seuls quelques gamètes sont tirés pour produire les descendants.

! Dans ces gamètes, certains allèles peuvent avoir été tirés plusieurs fois et d'autres, pas du tout (erreurs d'échantillonnage des allèles dans les gamètes).

! Le patrimoine génétique de la génération parentale n'est pas fidèlement représenté dans la génération suivante.

5 plantes se 5 plantes se reproduisent reproduisent

Rr Rr rrrr RR

RR RRRR

RR

RR RRRR

RR RR RR RR RRRR RRRR RRRR

RRRR RRRR RRRR

RR RR

RR RR RR

RR RR RR

RRRR RRRR

RrRr RrRr RrRr

Rr Rr Rr Rr

RrRr RrRr rrrr

rr rr rr

rr

Dérive génétique chez une petite population de 10 individus

2 plantes se 2 plantes se reproduisent reproduisent

La fréquence des gènes change à chaque génération à cause du hasard

Campbell : 490 (2^eéd.) — Figure 23.4

Réduction de la taille d’une population par une catastrophe (feu, chasse intensive, glaciation, inondation …)

Cas des éléphants de mer

En 1898, la chasse a réduit une population de la côte mexicaine à 20 animaux. De plus, seuls les mâles dominants s’accouplent.

Maintenant la diversité génétique est très réduite et de plus, il y a fixation d'allèles pour 24 locus.

Deux causes de réduction de taille des population favorisant la dérive génétique !

Campbell : 501 (3^eéd.) — Figure 23.7

Effet d’étranglement Effet fondateur

Exemple des gens de Charlevoix et du Saguenay-Lac-Saint-Jean

Une petite population colonisatrice a quitté la Vendée et la Charente-Maritime en France pour s’installer à Québec. L’un ou plusieurs d’entre eux avaient un gène pour la dystrophie myotonique. Certains de leurs descendants ont ensuite fondé Charlevoix puis, quelques uns de ces derniers sont allés au Saguenay.

À l'heure actuelle, 5 maladies génétiques récessives sont très fréquentes au Saguenay Lac St-Jean

Thyrosinémie, ataxie de Charlevoix- Saguenay ou dystrophie myotonique(189/

100 000), fibrose kystique, acidose lactique et neuropathie sensitivo-motrice.

Naissance d’une petite population par migration de quelques individus vers un nouvel habitat (colonisation).

! Migration d'individus féconds entre des populations différentes.

L'immigration apporte des gènes et l'émigration en retire.

! Cause de la microévolution puisqu'il modifie la fréquence des allèles d'une population.

! Homogénise les diverses populations ce qui limite la formation de nouvelles espèces.

Campbell : 491 (2^eéd.) — Figure 23.6

Le nouveau visage américain issu du mélange des gènes des différentes races

Source Source

Le flux génétique

3

Source

! Facteur très important de l'évolution car fournit les nouveaux gènes, la matière brute de la sélection naturelle.

! Une mutation germinale (transmise à la génération suivante par un gamète) modifie immédiatement le pool génique de la population.

! Événement rare et le plus souvent néfaste.

! Effets quantitatifs plus importants chez les organismes à temps de génération court (bactéries et virus).

! Effet moins marqué chez les organismes à temps de génération plus long (animaux et végétaux).

La mutation

Fait apparaître les nouveaux gènes

! Les individus les mieux adaptés à leur environnement se reproduisent plus que les autres et contribuent davantage au patrimoine génétique de la descendance.

! La fréquence des bons gènes (par rapport au milieu) augmente graduellement dans la population, de génération en génération.

! La sélection naturelle entraîne l'adaptation d'une population à son milieu.

Source Source

La sélection naturelle

Augmente la fréquence des meilleurs allèles dans la population (les meilleurs par rapport au milieu)

Les accouplements non aléatoires

Modifient la fréquence des génotypes dans la population mais pas celle des allèles.

L'endogamie et l'homogamie ne sont pas une cause de microévolution puisqu’ils ne modifient pas le pool génique d’une population. Cependant, si certains des individus issus de ces croisements non aléatoires ont plus de chance de s'accoupler que d'autres (par sélection naturelle), il s'ensuivra une modification de la fréquence allélique dans la population descendante et par conséquent, de la microévolution. En conséquence, les accouplements non aléatoires sont un facteur potentiel de microévolution.

•

Croisement entre individus

certains caractères.

•

Répandu chez les animaux.

–Choisir le plus grand.

–Choisir le plus beau.

•

Croisement entre individus du

parenté.

•

Chez les espèces se dispersant peu, particulièrement dans le règne végétal.

–Consanguinité des familles royales.

–Autofécondation des plantes.

L’endogamie L’homogamie

5. La loi de Hardy-Weinberg

• Découverte en 1908.

• Par Hardy (Anglais) et Weinberg (Allemand), séparément.

• Prédit que lorsqu'il n'y a pas d'agents évolutifs à l'oeuvre, la population n'évolue pas car la fréquence des allèles ainsi que la fréquence des génotypes (déterminés par ces allèles) demeurent constantes de génération en génération.

En conséquence, le brassage des allèles résultant de la méiose et des aléas de la fécondation n'ont pas d'effet sur la

composition génétique globale d'une population.

Godfrey Hardy (1877-1947)

Wilhelm Weinberg (1862-1937)

Source Source

4

6. Démonstration de la loi de Hardy-Weinberg

MISE EN SITUATION

Une population mère de fleurs sauvages est constituée de 500 individus : 320

homozygotes rouges (RR), 160 hétéroygotes rouges (Rr) et 20 homozygotes blancs (rr)

Campbell : 486 (2^eéd.) — Figure 23.3 PATRIMOINE GÉNÉTIQUE DE LA

POPULATION PARENTALE

La somme des fréquences des allèles est 1 donc, 0.8 R + 0.2 r = 1

Ph Phéénotypesnotypes GéGénotypesnotypes Nombre de plants (total = 500) Nombre de plants (total = 500)

Nombre d

Nombre d’’allallèèles dans le pool gles dans le pool gééniquenique (total = 1 000)

(total = 1 000)

P = fréquence de R = 0,8 q = fréquence de r = 0,2 Fréquence des génotypes dans

la population

Fréquence des allèles dans la population mère

Suite

La fréquence des génotypes ainsi que celle des allèles «de la population fille» est la même que celles de la population mère. La population n’a pas évolué.

• Tous les individus de la population mère se reproduisent et font des gamètes.

• La fréquence des allèles R et r dans les gamètes est la même que celle de la population mère.

• L’union des gamètes se produit au hasard et tous, ont la même chance d’être fécondés.

Gamètes mâles Gamètes

femelles

Fréquence des génotypes Fréquence des allèles

PATRIMOINE GÉNÉTIQUE DE LA POPULATION FILLE

Lorsqu’il n’y a pas d’agents évolutifs à l’œuvre, une population maintient sa structure génétique de génération en génération.

En d’autres mots, les fréquences des allèles et des génotypes de la population se maintiennent de génération en génération.

En résumé

On dit d’une population qui n'évolue pas qu’elle présente l'équilibre d'Hardy- Weinberg.

(Équilibre panmictique)

7. Généralisation de la loi de Hardy-Weinberg pour une population où deux allèles seulement sont étudiés : A et a

p est la fréquence de l'allèle A et q est la fréquence de l'allèle a

En utilisant cette équation, on peut déterminer la fréquence d’un allèle, d’un génotype ou d’un phénotype dans la population.

(p+q) x (p + q) =

(p+q) x (p + q) = p

AA + 2pq Aa + q

aa = 1

Fréquence Fréquence Homozygotes Hétérozygotes Homozygotes des gamètes des gamètes dominants récessifs mâles femelles

Fréquence des génotypes de la génération

5

La fréquence des homozygotes récessifs est de 1 / 25 600 = 0,000 039 La fréquence du gène récessif q(p) est = ! 0,000 039 = 0,0062449 La fréquence du gène dominant p(P) est = 1- q(p) = 1 - 0,0062449 = 0,9937551

Les hétérozygotes 2 pq (Pp) = 2 (0,9937551 x 0,0062449) = 0,0124118 Donc 124 personnes 10 000 sont porteuses de la maladie au Québec Un bébé sur 25 600 souffre de phénylcétonurie au Québec, une maladie récessive (p). Supposons que la population du Québec présente l’équilibre de Hardy-Weinberg ; combien de personnes sont porteuses de la maladie ?

P = santé

p = phénylcétonurie Homozygotes

dominants Homozygotes

récessifs Hétérozygotes

p

PP + 2pq Pp + q

pp = 1 Application no 1

Chez le bétail Shorthon, trois génotypes sont possibles :

RR : animaux rougeâtre RR’ = animaux rouans R’R’ = animaux blancs Une population de Californie contient 324 rougeâtres, 432 rouans et 144 blancs. Supposant qu’elle présente l’équilibre de Hardy-Weinberg, quelle est la fréquence des gènes dans son pool génétique ?

On peut utiliser les homozygotes rougeâtres ou blancs pour le calcul mais pas les hétérozygotes rouans qui contiennent les 2 allèles à la fois.

Prenons les blancs.

La fréquence des animaux blancs = 144 blancs / 900 animaux = 0.16 La fréquence de l’allèle R’ = ! 0 .16 = 0.4

La fréquence de l’allèle R = 1 - 0.4 = 0.6

R = Rouge R’ = Blanc Homozygotes

rouges Homozygotes

blancs Hétérozygotes

p

RR + 2pq RR’ + q

R’R’ = 1 Application no 2

8. Les conditions d’application de la loi d’Hardy-Weinberg

! Les individus de la population sont diploïdes.

! Les individus se reproduisent selon un mode sexué. (Cette loi suppose la rencontre des gamètes.)

! Les couples se forment au hasard et tous ont la même chance de se reproduire.

! Pas de dérive génétique car la population est de grande taille.

(Les lois de la probabilité s'appliquent.)

! Pas de flux génétique. (Pas d'immigration de gènes ou d'émigration de gènes vers d'autres populations qui pourraient changer le pool génique.)

! Pas de mutations qui feraient apparaître de nouveaux allèles.

! Pas de sélection naturelle qui pourrait favoriser la transmission de certains allèles à la descendance au détriment des autres.

IL N'Y A PAS D'AGENTS ÉVOLUTIFS À L'ŒUVRE DANS LA POPULATION.

• Modèle qui n'existe pas dans la nature.

Impossible que toutes les conditions nécessaires à l'équilibre d'H-W soient présentes en même temps.

• Modèle théorique qui permet d'évaluer s'il y a de la microévolution dans une population.

On mesure la fréquence des allèles dans la population mère et l’on applique l'équation. Si la structure génétique de la population fille s'écarte de celle prédite par la loi, alors on sait qu'au moins un agent de l'évolution est à l'œuvre.

• Modèle théorique qui permet de prédire les coûts sociaux des maladies génétiques.

Si on connaît le pourcentage d'individus qui présentent une maladie récessive dans une population, on peut évaluer le nombre de transmetteurs sains puis prévoir la probabilité d'apparition de la maladie dans les générations futures. Si celle-ci est grande, on peut décider d'investir dans la recherche ou prévoir des budgets pour soigner les malades.

9. L’équilibre d’Hardy-Weinberg n’existe pas mais est utile

6

10. Compléments sur la sélection naturelle et sur la variation

! S'exerce sur les aptitudes de l'individu (aptitudes à se nourrir, à se défendre, à se reproduire, à …) donc sur le phénotype de l’individu.

! Comme le phénotype dépend du génotype, la sélection s'exerce indirectement sur le génotype (via le phénotype).

FOUS DU GALAPAGOS

ADN ARN Protéine

(Génotype)

(Phénotype) La sélection naturelle s'exerce sur le phénotype (l’apparence)

La sélection naturelle agit sur les individus, mais seules les populations évoluent

Campbell : 493 (3^eéd.) — Figure 23.2

Cas des herbes du pays de Galle qui sont résistantes aux métaux toxiques 1) Une mine est abandonnée ;

son sol est contaminé de métaux toxiques.

2) Des graines d’agrostis d’un champ voisin tombent sur les résidus : certaines germent car elles ont des gènes qui les rendent capables de tolérer les métaux, les autres ne germent pas.

3) Année après année, la population de graminées tolérante augmente. La population évolue.

Agrostis «résistants»

aux métaux toxiques Agrostis

«ordinaires»

Les individus sont incapables d’évoluer «génétiquement parlant». Ils ne font que transmettre leurs gènes lorsqu’ils le peuvent. De génération en génération, les caractères déterminés par ces gènes augmentent dans la population qui «évolue».

Source Source Une population ayant

beaucoup de variations génétiques a plus de chances de survivre qu’une autre population, moins variée.

Pourquoi ?

Elle a plus de chance que certains de ses individus possèdent les bons gènes qu’il faut pour faire face à leur environnement.

Plus une population montre de variations, plus la sélection naturelle a de chances de s'exercer

Cas du mélanisme industriel Source

Les phalènes claires ont été sélectionnées (éliminées) durant la révolution industrielle et la population est devenue sombre.

Éliminées (sélectionnées)

Phalènes survivantes

La sélection naturelle peut s'inverser

Après cette période, la phalène a repris sa forme claire parce que les phalènes sombres ont été sélectionnées

(éliminées).

7

Exemple des fleurs

! Les fleurs blanches aa sont plus dévorées que les fleurs rouges AA ou Aa et laissent 20% moins de descendants.

! La valeur adaptative des génotypes AA ou Aa est de 100% ou 1.

! La valeur adaptative du génotype aa est de 80% ou 0,8.

! Le coefficient de sélection du génotype aa est de 20% ou 0,2.

! Coefficient de sélection = coefficient d’élimination.

La sélection naturelle favorise les génotypes ayant la plus grande valeur adaptative (ceux qui laissent le plus de descendants)

Balanus, un crustacé, ne s'installe pas au-dessus d’une certaine zone de marée car il ne résiste pas à la dessication prolongée.

Facteur ?

Campbell : 1244 (2^eéd. ) — Figure 51.21

Ces Fous de Bassan luttent farouchement pour conserver leur petit territoire ce qui leur permet de s'accoupler par la suite.

Campbell : 1286 (2^eéd.) — Figure 53.2

Biotique : compétition Abiotique : eau Facteur ?

Les facteurs de sélection naturelle sont les facteurs qui interfèrent dans la vie d'un individu : relatifs au milieu physico-chimique (facteurs abiotiques) et relatifs aux vivants (facteurs biotiques)

Les variations héréditaires sont des caractères acquis par les membres d'une population au cours des générations successives pour s'adapter au milieu. Elles sont le résultat de la microévolution par la sélection naturelle et sont présentes dès la naissance.

Les variations non héréditaires sont des modifications physiques acquises par un organisme au cours de sa vie pour s'adapter aux conditions locales. Ces adaptations temporaires favorisent la survie de l'individu mais ne sont pas codées de façon spécifique dans le génome. Campbell : 1090 (1^eéd.) — Figure 47.7

La sélection naturelle ne s’exerce véritablement que sur les variations héréditaires

Campbell : 505 (3^eéd.) — Figure 23.12 La sélection directionnelle

change la moyenne des valeurs du caractère vers un des phénotypes extrêmes.

La sélection diversifiante favorise les deux phénotypes extrêmes.

La sélection

stabilisante élimine le deux phénotypes extrêmes.

Fréquence des individus dans la population d’origine

Les trois modes de sélection naturelle

8

Bec plus grand

Bec plus petit

Campbell : 498 (2^eéd.) — Figure 23.13

Directionnelle Exemple du pinson à bec moyen des îles Galápagos

Durant les années sèches, les graines sont rares ; le pinson se tourne vers les grosses graines pour survivre. Les pinsons à gros becs sont favorisés et transmettent leurs gènes. La taille moyenne du bec augmente dans la population. Durant les années pluvieuses, les petites graines sont abondantes et le caractère gros bec n’est plus un avantage. La taille moyenne du bec diminue.

Campbell : 498 (2^eéd.) — Figure 23.14

Exemple des pinsons du Cameroun

Les pinsons à plus petits becs survivent bien en mangeant des graines molles tandis que les pinsons à gros becs survivent bien en mangeant des graines dures qu'ils cassent.

Sélection ? Sélection ?

Diversifiante

Exemple des bébés humains

À la naissance, le poids varie entre 3 et 4 kg.

Les bébés trop petits ou trop gros ont plus de chance de mourir.

Source Sélection ? Stabilisante

Sélection ?

Exemple du saumon du Pacifique

Les mâles petits et furtifs arrivent à se reproduire ainsi que les mâles gros et batailleur.

Diversifiante

! Dérive génétique ! perte d'allèles par erreur d'échantillonnage

! Sélection stabilisante ! sélection du phénotype moyen

! Sélection directionnelle ! sélection d’un phénotype extrême

! Mutation ! nouveaux gènes

! Recombinaison génétique ! enjambements et assortiment indépendant

! Sélection diversifiante ! sélection des phénotypes extrêmes

! Sélection sexuelle ! choix du mâle par la femelle

! les allèles correspondant aux caractères choisis deviennent plus répandus au fil des générations

"Ne confèrent ni avantages ni désavantages.

"Se perpétuent de façon passive dans les

génotypes.

"Ne sont pas soumises à la sélection naturelle.

"La fréquence d'un allèle responsable d'une

variation neutre peut augmenter ou diminuer du simple fait de la dérive génétique.

"La variation des caractères "observables"

n'est habituellement pas neutre.

"La majorité des variations moléculaires sont

apparemment neutres.

"On peut détecter les variations moléculaires

par des méthodes biochimiques comme l'électrophorèse sur gel.

! La diploïdie ! soustrait les allèles récessifs à la sélection en la cachant dans les hétérozygotes (maintien des allèles défavorables dans la population)

! La réserve de variations neutres ! variations génétiques qui semblent avoir des effets négligeables sur le plan du succès reproductif (comme les empreintes digitales)

Facteurs qui diminuent la variation génétique au sein des populations

Facteurs qui augmentent la variation génétique au sein des populations

Facteurs qui maintiennent ou restaurent la variation génétique au sein des populations

Queue raccourcie

Queue coupée et recollée

Queue allongée Rapide

Lente

Données préalables :

Les mâles ont une queue plus longue que celle des femelles.

Expérience :

On trafique la queue des mâles : queue raccourcie, queue maintenue, queue allongée Résultat :

Plus la queue des mâles est longue, plus vite ils sont choisis par les femelles. Le choix des femelles a donc tendance à faire augmenter la longueur de la queue des mâles.

Purves : 463 (dernière éd. fr.) — Figure 20.11

Explications sur la sélection sexuelle

On présume que les caractères pour lesquels

sont choisis les mâles sont en corrélation avec un bon état de santé et une résistance aux agents pathogènes.

Campbell, éd. anglaise — 23-16x1

Une expérience pour illustrer le choix du partenaire sexuel en rapport avec la queue de l’hirondelle de grange

L’heureux élu Le laisser

pour contre

9

LE CLINE DES ACHILLÉES En haute altitude, la taille des plants est plus petite.

11. La variation génétique des populations se manifeste, le long d'un grand axe géographique, par un cline

La présence de caractères distincts selon la région signe une fréquence allélique modifiée. Causé par la dérive génétique ainsi que par la sélection naturelle qui varie d'une région à l'autre en raison des différences de l'environnement.

Campbell : 493 (2^eéd. Française) — Figure 23.8

LE CLINE DU TRÈFLE EUROPÉEN Les plants produisent du cyanure qui les protège des herbivores en leur donnant mauvais goût mais cela les rend plus fragiles au gel. Le trèfle présente donc un cline d'est en ouest.

La présence de variations génétiques entre les membres de la population locale pour un caractère donné se manifeste par des formes différentes pour ce caractère. Cas de polyallélies.

12. La variation génétique des populations se manifeste, à l’échelle locale, par du polymorphisme (polymorphisme local)

POLYMORPHISME DU PINSON DU CAMEROUN

Campbell : 498 (2^eéd.) — Figure 23.14

La sélection naturelle dite en fonction de l'hétérogénéité du milieu maintient des «gros»

becs et des «petits» becs. Les pinsons à plus petits becs mangent des graines molles et les pinsons à gros becs mangent des graines dures qu'ils cassent. La sélection favorise ces deux formes de bec car ainsi les oiseaux ont moins de compétition entre eux et survivent mieux.

POLYMORPHISME DES POISSONS MANGEURS D'ÉCAILLES(lac Tanganyika à l'est de l'Afrique centrale)

La sélection naturelle dite dépendant de la fréquence maintient des bouches «droite» et des bouches «gauche». Les poissons attaquent les écailles par la droite ou par la gauche. S’il n’y avait que des poissons qui attaquent à droite, le poisson attaqué s’habituerait et éviterait les attaques. C’est pourquoi la sélection favorise deux types de bouches.

Purves : 467 (dernière éd. fr.) — Figure 20.16

POLYMORPHISME DES PAPILLONS IMITANT DES PAPILLONS TOXIQUES (en Afrique)

La sélection naturelle dite dépendant de la fréquence maintient cinq phénotypes parmi les femelles du papillon imitateur. S’il y avait trop de papillons imitant la même espèce toxique, les oiseaux s’habitueraient au fait que des fois le papillon est bon et d’autres fois il est mauvais. Il prendrait donc la chance de les manger. C’est pourquoi la sélection favorise plusieurs formes chez les papillons imitateurs mais chaque forme est peu nombreuse.

POLYMORPHISME DES SERPENTS- JARRETIÈRES (dans un champ de l’Oregon)

Campbell : 446 (1^eéd. Française)

— Figure 21.6

La sélection naturelle dite en fonction de l'hétérogénéité du milieu maintient quatre colorations différentes chez ces

couleuvres. Ces variations favorisent la dispersion des serpents sur les différentes parcelles du territoire sans qu’ils ne se « compétitionnent » puisque chacun est adapté à un environnement un peu différent. Le partage des ressources est plus efficace.

Campbell : 449 (1^eéd. Fr.)

— Figure 20.10

(5) espèces toxiques (5)

formes du papillon imitateur

FIN

Lectures obligatoires et exercices à faire (édition no 3) Révision du chapitre, p. 510

Retour sur les concepts : 23.1, 23.2, 23.3 et 23.4 (2 à 4) Autoévaluations : 1 à 13

Intégration : 1 et 2

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Féry / A07 EXERCICES DU BLOC 2 : COURS 9 (ÉVOLUTION DES POPULATIONS) - 1 -

Exercices sur le chapitre 23

Exercice 1 : Évolution au présent

Au cours des cinquante dernières années, plus de 200 espèces d'insectes s'attaquant aux récoltes sont devenues fortement résistantes au DDT et à d'autres pesticides. En faisant appel à vos connaissances concernant les processus évolutifs, expliquez l'évolution rapide et étendue de cette résistance.

Exercice 2 : Unités de l’évolution

Quelles sont les plus petites unités susceptibles d'évoluer selon la théorie néodarwinienne ? ………

Pourquoi un individu est-il incapable d'évoluer ? (génétiquement parlant)

………

Exercice 3 : Types de facteurs sélectifs

Dans les cas ci-dessous, nommez le facteur sélectif en cause : compétition à l'intérieur de l'espèce, relation prédateur- proie ou qualité du sol et dites si ce facteur est biotique ou abiotique.

Facteur sélectif Facteur biotique ou abiotique Cas des phalènes du bouleau

Cas des graminées

Cas des pinsons du Cameroun

Exercice 4 : L’évolution conduit à l’adaptation

Dans les exemples précédents, quelles sont les individus les mieux adaptés ? a. Les phalènes durant la révolution industrielle ?

b. Les phalènes après la révolution industrielle ? c. Les graminées sur les résidus de la mine ? d. Les pinsons durant les années sèches ? e. Les pinsons durant les années pluvieuses ?

Exercice 5 : Fréquences alléliques

Dans une population de souris, on retrouve : 65 souris homozygotes BB (souris brunes), 43 souris hétérozygotes Bb (souris brunes) et 23 souris homozygotes bb (souris jaunes).

Quelle est la fréquence allélique : de l'allèle B ? de l'allèle b ? Quelle est la fréquence totale des allèles pour le locus B ?

Exercice 6 : Agents de l’évolution

a. Que font l'effet d'étranglement et l'effet fondateur sur le pool génique d'une population ?

b. Quel est le seul agent

de l'évolution à : 1. Fournir du nouveau matériel pour la sélection naturelle ?

2. Permettre l'adaptation d'une espèce à son milieu ?

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Féry / A07 EXERCICES DU BLOC 2 : COURS 9 (ÉVOLUTION DES POPULATIONS) - 2 - Exercice 7 : Modes de sélection naturelle

Quel est le mode de sélection naturelle des cas fictifs ci-dessous ? (diversifiante Div, stabilisante S ou directionnelle Drt) a. Les pinsons à gros bec et les pinsons à petit bec ont survécu plus que ceux à bec moyen.

b. Durant la révolution industrielle, les phalènes sombres ont survécu plus que les phalènes claires.

c. Après la révolution industrielle, les phalènes claires ont survécu plus que les phalènes sombres.

d. Les bébés de taille moyenne survivent plus que les bébés de grosse taille ou de petite taille.

e. Les balanes supportant de longues périodes de dessication survivent mieux que les autres.

f. Les balanes supportant l'immersion constante survivent mieux que les autres.

g. Les balanes supportant des périodes de dessication alternant avec des périodes d'immersion à part égale survivent plus mieux que les autres.

h. Les balanes supportant de longues périodes de dessication et les balanes supportant de longues périodes d'immersion survivent mieux que les autres.

Exercice 8 : Généralisations

Complétez à l’aide des expressions suivantes. tous les individus d’une population — deux individus a. Les lois de Mendel prédisent le résultat du croisement de diploïdes.

b. La loi d'Hardy-Weinberg prédit le résultat du croisement de .

Exercice 9 : Problèmes de génétique des populations

1. Dans la population, en moyenne, 3 personnes sur 10 000 souffrent de la maladie de Tay-Sachs, une incapacité à métaboliser certains lipides qui s'accumulent dans le cerveau et provoquent la mort ; c'est une maladie génétique

récessive. pp. 281 et 282

a) Quelle est la proportion de la population qui ne souffre pas de la maladie ? b) Trouvez la fréquence des allèles : Allèle T Allèle t c) Trouvez la fréquence des transmetteurs sains de la maladie. Tt =

2. Aux États-Unis, 1 personne sur 400 souffre de polydactylie (un doigt ou un orteil de plus), une anomalie génétique

dominante. (p. 282)

a) Quelle est la proportion de la population qui a un nombre normal de doigts et d'orteils ? b) Trouvez la fréquence des allèles : Allèle P Allèle p c) Quels sont les génotypes des transmetteurs de l'anomalie ? et Données pour les problèmes 3 et 4

• Le facteur Rhésus du sang est en rapport avec un antigène situé à la surface des globules rouges ; le gène R (dominant) amène la production de cet antigène alors que le gène r (récessif) n'amène pas sa fabrication.

• Le phénotype des individus qui possède cette protéine est qualité de positif (RH⁺) ; ceux qui ne l'ont pas sont dits négatifs (RH^-).

• Une personne RH⁺ peut être de génotypes « RR ou Rr », tandis qu'une personne RH^- est de génotype « r r ».

3. Soit une population où la fréquence de l'allèle R est de 0,7 et celle de l'allèle r est de 0,3 Quelle est la fréquence des phénotypes :

Phénotypes RH+ ? Phénotypes RH- ?

4. Soit une population de 6 000 000 individus dont 900 000 sont de facteur Rhésus négatif. (vieilles données concernant la population du Québec). Quelle est la fréquence des allèles :

Allèle R ? Allèle r ?

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Féry / A07 EXERCICES DU BLOC 2 : COURS 9 (ÉVOLUTION DES POPULATIONS) - 3 - Exercice 10 : Variations héréditaires et non héréditaires

Dites si c'est une variation héréditaire. (Oui ou non)

a. Les callosités sur les doigts suite à l'utilisation d'un instrument ? b. Les muscles développés par l'haltérophilie ?

c. Les pattes que le serpent a perdu au fil du temps ?

d. L'élargissement des feuilles du chêne dans les zones d'ombre de l'arbre ?

e. Les patelles (un coquillage) près des eaux superficielles battues par les vents ont une forme conique plus marquée que celles qui se développent plus en profondeur ?

f. Certaines graminées poussent sur des résidus de mine dont la concentration en plomb est létale pour les autres plants à moins de 20 m ?

Exercice 11 : Théories de l’évolution

Comment les scientifiques suivants expliquent-ils l'allongement du cou de la girafe et le mélanisme industriel ? Allongement du cou de la girafe Mélanisme industriel

Lamarck

Darwin et Wallace

Un partisan du néodarwinisme

Un créationniste

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