Pourquoi certains oiseaux ont-ils un bec court alors que d'autres ont un bec long ? Darwin a expliqué les similitudes et les différences entre les différentes formes de vie par sa théorie de l'évolution par la sélection naturelle. Voyons ce qu'est la sélection naturelle, comment elle fonctionne et quelles formes elle prend.
Définition de la sélection naturelle
La sélection naturelle décrit le changement de la fréquence des allèles d'une population (pool génétique) en faveur des individus qui sont mieux adaptés pour survivre aux pressions de sélection. Ces organismes abritent des allèles avantageux et, par conséquent, un phénotype favorable qui augmente leurs chances de survie. Par conséquent, ils continueront à se reproduire et à créer une descendance qui héritera de l'allèle avantageux.
Sélection naturelle : processus par lequel les individus possédant des traits qui les aident à survivre dans leur environnement sont capables de se reproduire davantage grâce à ces traits.
Pool génétique : la collection totale d'allèles de tous les gènes dans une population.
Darwin
Entre 1831 et 1836, Charles Darwin a navigué avec le H.M.S Beagle vers les îles Galápagos. Darwin a remarqué que les plantes et les animaux étaient similaires d'une île à l'autre, mais qu'ils possédaient certaines caractéristiques qui les distinguaient des autres. Ses observations sur les pinsons en sont la meilleure illustration (Figure 1).
Fig. 1 - Comparaison des becs de quatre espèces de pinsons des Galápagos (Public domain).
Darwin a remarqué que les pinsons des Galápagos avaient une taille et une couleur similaires, mais des formes de becs et des habitudes alimentaires différentes. Il a ensuite émis l'hypothèse que les différentes espèces de pinsons des Galápagos ont un ancêtre commun, mais qu'ils ont changé au fil du temps pour s'adapter à leurs différents habitats. La principale différence réside dans la forme de leur bec, qui s'est adapté à la nourriture dont ils disposaient.
Ces observations sont devenues le fondement de la théorie de l'évolution par la sélection naturelle que Darwin a présentée dans son livre, L'Origine des espèces (On the Origin of Species en anglais).
Darwin a utilisé un arbre pour dépeindre l'histoire de la vie (Figure 2). À partir d'un tronc commun, il se ramifie dans différentes directions. Il montre comment les organismes sont liés par des ancêtres communs et comment les organismes évoluent au fil du temps. Darwin s'en est servi pour expliquer comment les organismes sont apparentés malgré des différences majeures de morphologie.
Fig. 2 - Croquis réalisé par Charles Darwin en 1837. Il s'agit du premier arbre phylogénétique (Public domain).
Wallace
Bien que moins connu que Darwin, un autre scientifique a contribué à la théorie de l'évolution par sélection naturelle. Comme Darwin, Alfred Russel Wallace était un naturaliste qui a parcouru le monde et observé différentes espèces de plantes et d'animaux.
À partir de ses observations, Wallace a émis l'hypothèse en 1855 que les formes de vie évoluent, mais il n'avait pas d'explication sur les raisons de cette évolution. Puis, en 1858, alors qu'il souffrait de paludisme, il s'est soudainement rendu compte que les formes de vie évoluent en s'adaptant à leur environnement spécifique.
Fort de cette prise de conscience, Wallace s'est rapproché de Darwin, et tous deux ont discuté de leurs observations et de leurs idées sur l'évolution et la sélection naturelle. Puis, en 1859, Darwin a publié son livre, L'Origine des espèces.
Bien que la théorie de l'évolution soit souvent attribuée uniquement à Darwin, Wallace mérite également d'être crédité pour ses contributions.
Théorie de l’évolution
La sélection naturelle est un processus par lequel les individus possédant des traits qui les aident à survivre dans leur environnement sont capables de se reproduire davantage grâce à ces traits. En termes plus simples, il s'agit de la « survie du plus apte ».
La capacité inégale de survivre et de se reproduire signifie que les individus possédant de meilleures caractéristiques seront plus nombreux que ceux possédant des caractéristiques moins favorables. Au fil du temps, la composition génétique de la population change progressivement, un processus connu sous le nom d'évolution. C'est pourquoi la sélection naturelle est le mécanisme de l'évolution.
Darwin a montré que l'évolution par la sélection naturelle est à l'origine de la diversité des formes de vie.
Évolution : un changement progressif et cumulatif des traits héréditaires d'une population d'organismes. Ce changement se produit au cours de nombreuses générations.
Comment fonctionne la sélection naturelle ?
La sélection naturelle fonctionne selon trois principes :
la plupart des traits sont transmis du parent à la progéniture ;
il y a plus de descendants que ce que leur environnement peut supporter, ce qui entraîne une compétition ;
les variations phénotypiques (ou variations des traits) entraîneront des taux de survie et de reproduction différents parmi la progéniture. Les individus dont les traits sont plus adaptés à l'environnement ont de meilleures chances de survie et de reproduction et, par conséquent, peuvent transmettre ces traits à leur progéniture.
Les pressions sélectives sont des facteurs externes qui affectent les chances de survie d'un organisme dans son environnement. Les pressions sélectives peuvent soit augmenter, soit diminuer l'occurrence d'un trait dans une population à un moment donné.
Les pressions sélectives comprennent :
la disponibilité des ressources, telles que la nourriture et l'espace ;
les conditions environnementales, telles que la température et l'accès géographique ;
les facteurs biologiques, tels que les prédateurs et les maladies.
Prenons l'exemple des tortues géantes des îles Galápagos. Elles se nourrissent de feuilles, et dans certaines îles, ces tortues ont tendance à avoir le cou court car la végétation est facilement accessible. Cependant, sur les îles où règne la sécheresse, elles ont tendance à avoir un long cou parce qu'elles doivent l'étirer pour atteindre les branches et autres végétaux plus hauts.
Dans ce scénario, la disponibilité de la nourriture est une pression sélective. Comme leur nourriture est rare sur la terre ferme, les tortues à long cou ont un taux de survie et de reproduction plus élevé, ce qui augmente l'occurrence des longs cous comme trait dans la population locale.
Les pressions sélectives ne sont pas constantes puisque les conditions peuvent changer. Cela signifie que ce qui peut être favorable dans un environnement à un moment donné peut ne pas l'être dans un autre.
C'est pourquoi la variation génétique est importante. Les populations présentant une plus grande variation génétique sont plus résilientes, car il est probable qu'un ou plusieurs individus possèdent les traits nécessaires pour survivre aux nouvelles conditions, qu'il s'agisse de changements climatiques, de maladies ou de l'évolution de leurs prédateurs.
Types de sélection
Il existe trois principaux types de sélection :
la sélection stabilisante ;
la sélection directionnelle ;
la sélection divergente ou disruptive.
Dans la section suivante, nous allons aborder chaque type de sélection naturelle :
La sélection stabilisante
La sélection stabilisante réserve le trait moyen en sélectionnant contre les traits extrêmes. Elle favorise la majorité moyenne de la population. Elle fonctionne principalement sur les traits qui sont contrôlés par plus d'un gène. Cela signifie que ce que nous voyons est généralement un mélange de gènes.
Si la température ambiante est constante, une fourrure trop longue ou trop courte sera un désavantage. Il fera soit trop chaud, soit trop froid.
Le poids de naissance des humains est également un exemple classique de sélection stabilisatrice. Les bébés trop petits ont tendance à être faibles et à avoir des complications de santé, tandis que les bébés trop gros ont tendance à avoir des problèmes pour passer par le canal de naissance. Si cela était peut-être vrai dans le passé et dans les pays en développement, les temps ont changé avec l'amélioration de la médecine. Les bébés trop petits peuvent être incubés pendant quelques semaines, tandis que les bébés trop grands peuvent naître par césarienne.
Sélection directionnelle
La sélection directionnelle modifie les traits d'une population en favorisant un trait extrême.
Certains traits sont discrets : ils sont exprimés comme distincts et séparés (comme la couleur des yeux). Pour les traits discrets, la sélection directionnelle favorise une variété (par exemple, uniquement les yeux marron).
D'autres traits sont continus : ils sont exprimés sous la forme d'un large éventail de valeurs (comme la longueur de la fourrure). Pour les traits continus, la sélection directionnelle favorise la valeur la plus élevée ou la plus faible (par exemple, uniquement la fourrure longue).
La sécheresse sur les îles Galápagos a exercé une pression sélective directionnelle sur les tortues des Galápagos. Les tortues à cou court étaient incapables d'atteindre la végétation haute, et la sélection directionnelle a fait que la population a développé un cou plus long.
Sélection divergente
La sélection divergente favorise plusieurs phénotypes extrêmes plutôt que des phénotypes intermédiaires et constitue la forme de sélection la moins courante. Ce type de sélection se produit lorsque les phénotypes extrêmes ont plus de succès que les formes intermédiaires dans le même habitat.
Les papillons de nuit sont soit très clairs, soit très foncés. Dans les zones rurales, ils sont très clairs, car les papillons de couleur plus foncée sont facilement visibles et sont donc plus vulnérables aux prédateurs. Dans les zones industrielles, ils sont très sombres parce que leur environnement est sombre et que les papillons de couleur plus claire sont plus vulnérables aux prédateurs. Il reste peu de papillons de couleur moyenne après la sélection divergente.
Évolution
L'évolution est le changement des caractéristiques héréditaires des populations sur plusieurs générations. Ceci est rendu possible par la sélection naturelle agissant sur la variation au sein d'une population. Grâce à l'évolution, les populations peuvent s'adapter aux conditions de leur environnement.
L'évolution est différente de la spéciation, un processus évolutif par lequel des populations évoluent pour devenir des espèces différentes.
Variabilité génétique
La variabilité génétique est cruciale pour que l'évolution se produise. L'adaptation ne serait pas possible sans variabilité, car l'environnement change au fil du temps. À un moment donné, dans une grande population présentant un large éventail de phénotypes, tous les individus ne seront pas adaptés de manière optimale à l'environnement actuel. Cependant, certains de ces individus posséderont des allèles bien adaptés à différentes conditions. Lorsque les conditions environnementales changent, ces individus survivront et transmettront leurs gènes.
Que se passe-t-il lorsqu'une population devient trop petite ?
À l'inverse, une petite population présentant une faible variabilité génétique pourrait ne pas survivre à de tels changements. Il se peut qu'il n'y ait tout simplement pas d'individu qui possède un phénotype adapté aux nouvelles conditions.
Le hasard peut également affecter les allèles qui sont transmis à la génération suivante dans une petite population ; au fil du temps, certains allèles peuvent être perdus ou favorisés de manière aléatoire. La dérive génétique est le changement graduel des fréquences des allèles dans une population, dû au hasard plutôt qu'à la sélection naturelle. C'est pourquoi les petites populations sont beaucoup plus vulnérables aux changements soudains de leur environnement. Plus une population est petite, plus ses chances de survie sont faibles.
Sélection naturelle - Points clés
La sélection naturelle est un processus par lequel les individus possédant des traits qui les aident à survivre dans leur environnement sont capables de se reproduire davantage grâce à ces traits.
L'évolution est le changement graduel et cumulatif des traits héréditaires d'une population d'organismes. Ce changement se produit au cours de nombreuses générations.
La sélection naturelle est le mécanisme de l'évolution.
Les pressions sélectives sont des facteurs externes qui affectent les chances de survie d'un organisme dans son environnement.
Il existe trois principaux types de sélection : la sélection stabilisante, directionnelle et divergente.
Dans les petites populations, la sélection naturelle et la dérive génétique influencent la modification de la fréquence des allèles d'une population.
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