L’évolution : quels sont ses mécanismes ?

Dans les médias, le thème de la sixième extinction massive est de plus en plus abordée. Olwen a voulu via cet article de vulgarisation expliquer les mécanismes qui ont amené à la biodiversité actuelle (et qui continuent de s’exercer). Cela a pour but de sensibiliser sur le patrimoine vivant qui est en train de disparaître depuis 50 ans suite aux activités humaines (destruction des habitats, pollution, surexploitation, changement climatique…). Bonne lecture !

Nous considérons depuis 1971 que le vivant est constitué de 3 groupes : les bactéries, les archées et les eucaryotes.

La biodiversité actuelle est une minime partie de la biodiversité qui a vécu sur Terre. Mais il n’y a jamais eu autant d’espèces qu’aujourd’hui. Les organismes vivants sont le fruit de ce que l’on appelle l’évolution. L’évolution peut être définie comme la modification des caractères héritables (donc les fréquences alléliques) d’une population au cours des générations. Elle est ainsi responsable de l’origine, du maintien et de la diversité de la vie dans sa globalité !

La Théorie de l’évolution de Charles Darwin (L’Origine des espèces, 1859), est donc aujourd’hui la base de la science moderne.

Quelques définitions importantes

L’écologie est la science des interactions. L’environnement regroupe les facteurs biotiques (le vivant) et les facteurs abiotiques (non-vivant).

L’information génétique des êtres vivants est contenue dans leur génome. Chaque génome est différent, c’est le polymorphisme génétique. Ainsi, la constitution génétique d’un organisme est appelée génotype, et toute caractéristique d’un organisme est appelée phénotype (yeux bleus, grande taille…). 

Un génotype peut donner plusieurs phénotypes différents, et cela en fonction des conditions environnementales. C’est ce que l’on appelle la plasticité phénotypique (prenons pour exemple les reptiles ovipares où le sexe est déterminé par la température lors de l’incubation des oeufs chez la plupart des espèces. C’est un déterminisme thermosensible). Elle peut être adaptative ou non.
La plasticité phénotypique et le polymorphisme génétique donnent ce que l’on appelle la variation phénotypique, qui fait qu’aucun individu ne se ressemble.

Depuis l’apparition de la vie sur Terre, l’évolution repose sur 4 mécanismes. Nous allons les aborder ensemble, pour comprendre comment le vivant connaît une telle diversité.

La mutation

Les mutations sont toutes les modifications d’une séquence génétique (délétion, translocation, insertion, duplication). Elles apparaissent de façon aléatoire, c’est à dire qu’elle n’ont aucun lien avec leurs effets. L’environnement n’induit aucune mutation adaptative (par exemple l’oeil n’a pas été créé pour voir : les mutations qui sont apparues au hasard ont conduit à la vision).

Les mutations affectent tout le génome, génèrent des variations génétiques et phénotypiques, et sont donc à l’origine de la diversité. La plupart des mutations ont un effet délétère ou neutre, quelques rares mutations peuvent être favorables, c’est-à-dire apporter un atout quelconque à l’individu. Les effets phénotypiques sont faibles ou importants.

Une mutation est impliquée dans l’évolution si elle est transmise entre générations. Elle doit donc avoir lieu dans les cellules reproductrices (les cellules germinales), c’est à dire les gamètes mâles ou femelles, et ensuite ces gamètes doivent réussir à atteindre et participer à la fécondation.

La dérive génétique

Lors de la reproduction, il y a un échantillonnage aléatoire dans le pool des cellules reproductrices. De plus, la survie d’un organisme capable de se reproduire peut aussi résulter de phénomènes aléatoires (comme des catastrophes naturelles). Ainsi les gènes peuvent être transmis ou non à la descendance suite à ces événements liés au hasard. Tous les allèles sont affectés par la dérive. 

La dérive génétique est indépendante de l’effet de l’allèle, tout comme la mutation. Ce n’est pas une sélection.
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La dérive génétique a lieu dans toutes les populations, quelles que soient leur taille. Mais plus la population est petite, plus les variations peuvent être importantes (loi des grands nombres). Ainsi, un allèle sera fixé plus rapidement (tous les individus de la population le portent) ou disparaîtra !

La dérive s’exerçant dans des populations indépendantes favorise leur divergence génétique. Cela s’oppose donc au maintien de la variation au sein d’une population.

La fréquence des allèles chez les descendants varie aléatoirement au fil des générations.

Exemple en cas de catastrophe naturelle : la notion de bottleneck, ou goulot d’étranglement. C’est le même mécanisme lors d’un effet fondateur (quelques individus colonisent un territoire et se reproduisent entre eux) :

La sélection naturelle

Un individu a un taux de survie et un taux de fécondité dans un environnement donné. La fitness, ou valeur sélective, est la multiplication de ces deux taux. Plus un individu a une fitness élevée et plus sa survie et/ou sa reproduction est élevée dans cet environnement. Il est donc plus sélectionné qu’un individu qui aura une fitness plus basse. Son information génétique sera mieux transmise et ses gènes coloniseront petit à petit la population pour se fixer définitivement.

Les facteurs influençant la fitness sont appelés les pressions de sélection.

Trois conditions sont nécessaires à la sélection naturelle. Il y a d’abord l’hérédité du caractère, la variation du caractère (les caractères individuels héréditaires varient au sein de la population), et il y a une différence de fitness entre individus apportée par ce caractère. 

La migration

Il ne faut pas oublier dans tout cela que les différentes populations sont le plus souvent inter-connectées entre elles. Il y a des flux d’individus et donc des flux de gènes via l’émigration et l’immigration.

Les flux atténuent les différences de fréquences alléliques entre populations et diminuent la différenciation génétique.

Pour conclure, l’action conjointe de ces quatre mécanismes est donc responsable de la diversification de la vie depuis son apparition il y a 4.5 milliards d’années. Ce sont des phénomènes qui se déroulent sur des temps longs, à l’échelle de générations. Cela conduit à des spéciations, c’est à dire à l’apparition de deux espèces filles à partir d’une espèce mère. Une espèce est une lignée génétiquement isolée des autres, et ce définitivement.

Olwen Falhun