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Définition de la dérive génétique
Toute population peut être soumise à la dérive génétique, mais ses effets sont plus importants dans les petites populations. La réduction spectaculaire d'un allèle ou d'un génotype bénéfique peut diminuer l'aptitude globale d'une petite population parce qu'il y a peu d'individus qui possèdent ces allèles au départ. Il est moins probable qu'une grande population perde un pourcentage important de ces allèles ou génotypes bénéfiques. La dérive génétique peut réduire la variation génétique au sein d'une population (par l'élimination d'allèles ou de gènes) et les changements que cette dérive produit sont généralement non adaptatifs.
Ladérive génétique est un changement aléatoire de la fréquence des allèles au sein d'une population. C'est l'un des principaux mécanismes à l'origine de l'évolution.
Un autre effet de la dérive génétique se produit lorsque les espèces sont divisées en plusieurs populations différentes. Dans cette situation, lorsque les fréquences des allèles au sein d'une population se déplacent en raison de la dérive génétique, les différences génétiques entre cette population et les autres peuvent augmenter.
Habituellement, les populations d'une même espèce diffèrent déjà par certains traits car elles s'adaptent aux conditions locales. Mais comme elles appartiennent toujours à la même espèce, elles partagent un grand nombre de traits et de gènes. Si une population perd un gène ou un allèle qui était partagé avec d'autres populations, elle diffère désormais davantage des autres populations. Si la population continue à diverger et à s'isoler des autres, cela peut éventuellement conduire à la spéciation.
Dérive génétique et sélection naturelle
La sélection naturelle et la dérive génétique sont toutes deux des mécanismes qui peuvent conduire à l'évolution, ce qui signifie qu'elles peuvent toutes deux provoquer des changements dans la composition génétique des populations. Cependant, il existe des différences importantes entre les deux. Lorsque l'évolution est guidée par la sélection naturelle, cela signifie que les individus les mieux adaptés à un environnement particulier ont plus de chances de survivre et de donner naissance à un plus grand nombre de descendants présentant les mêmes caractéristiques.
La dérive génétique, en revanche, signifie qu'un événement aléatoire se produit et que les individus survivants ne sont pas nécessairement mieux adaptés à cet environnement particulier, car des individus mieux adaptés peuvent être morts par hasard. Dans ce cas, les individus survivants moins adaptés contribueront davantage aux générations suivantes, et la population évoluera donc en s'adaptant moins bien à l'environnement.
Par conséquent, l'évolution induite par la sélection naturelle entraîne des changements adaptatifs (qui augmentent les probabilités de survie et de reproduction), tandis que les changements causés par la dérive génétique ne sont généralement pas adaptatifs.
Types de dérive génétique
Comme nous l'avons mentionné, la dérive génétique est courante au sein des populations, car il y a toujours des fluctuations aléatoires dans la transmission des allèles d'une génération à l'autre. Il existe deux types d'événements considérés comme des cas plus extrêmes de dérive génétique : les goulets d'étranglement et l'effet fondateur.
Goulot d'étranglement
Lorsqu'il y a une réduction soudaine de la taille d'une population (généralement causée par des conditions environnementales défavorables), nous appelons ce type de dérive génétique un goulot d'étranglement.
Pense à une bouteille remplie de boules de bonbons. La bouteille contenait à l'origine 5 couleurs différentes de bonbons, mais seules trois couleurs ont traversé le goulot d'étranglement par hasard (ce que l'on appelle techniquement une erreur d'échantillonnage). Ces boules de bonbons représentent les individus d'une population, et les couleurs sont des allèles. La population a subi un goulot d'étranglement (comme un incendie de forêt) et les quelques survivants ne portent plus que 3 des 5 allèles originaux que la population possédait pour ce gène (voir Fig. 1).
En conclusion, les individus qui ont survécu à un goulot d'étranglement l'ont fait par hasard, sans lien avec leurs caractéristiques.
Figure 1. Un goulot d'étranglement est un type de dérive génétique où il y a une diminution soudaine de la taille d'une population, ce qui entraîne une perte d'allèles dans le pool génétique de la population.
Les éléphants de mer du Nord(Mirounga angustirostris) étaient largement répandus le long de la côte pacifique du Mexique et des États-Unis au début du 19e siècle. Ils ont ensuite été fortement chassés par l'homme, réduisant la population à moins de 100 individus dans les années 1890. Au Mexique, les derniers éléphants de mer persistaient sur l'île de Guadalupe, déclarée réserve pour la protection de l'espèce en 1922. Étonnamment, le nombre d'éléphants de mer a rapidement augmenté pour atteindre une taille estimée à 225 000 individus en 2010, avec une recolonisation étendue de la majeure partie de son ancienne aire de répartition. Un rétablissement aussi rapide de la taille de la population est rare parmi les espèces menacées de grands vertébrés.
Bien qu'il s'agisse d'une grande réussite pour la biologie de la conservation, des études montrent qu'il n'y a pas beaucoup de variation génétique entre les individus. Par rapport à l'éléphant de mer du Sud(M. leonina), qui n'a pas été soumis à une chasse aussi intensive, les éléphants de mer du Sud sont très appauvris d'un point de vue génétique. Un tel appauvrissement génétique est plus souvent observé chez les espèces menacées de taille beaucoup plus petite.Dérive génétique Effet fondateur
L' effet fondateur est un type de dérive génétique dans lequel une petite fraction d'une population se sépare physiquement de la population principale ou colonise une nouvelle région.
Les résultats d'un effet fondateur sont similaires à ceux d'un goulot d'étranglement. En résumé, la nouvelle population est significativement plus petite, avec des fréquences d'allèles différentes et probablement une variation génétique plus faible, par rapport à la population d'origine (Fig. 2). Cependant, un goulot d'étranglement est causé par un événement environnemental aléatoire, généralement défavorable, tandis qu'un effet fondateur est principalement causé par la séparation géographique d'une partie de la population. Dans le cas de l'effet fondateur, la population d'origine persiste généralement.
Figure 2. La dérive génétique peut également être causée par un événement fondateur, lorsqu'une petite fraction d'une population se sépare physiquement de la population principale ou colonise une nouvelle région.
Le syndrome d'Ellis-Van Creveld est fréquent dans la population amish de Pennsylvanie, mais rare dans la plupart des autres populations humaines (une fréquence d'allèle approximative de 0,07 chez les Amish contre 0,001 dans la population générale). La population amish est issue de quelques colonisateurs (environ 200 fondateurs venus d'Allemagne) qui étaient probablement porteurs du gène à une fréquence élevée. Les symptômes comprennent des doigts et des orteils supplémentaires (appelés polydactylie), une petite taille et d'autres anomalies physiques.
La population amish est restée relativement isolée des autres populations humaines, se mariant généralement avec des membres de leur propre communauté. Par conséquent, la fréquence de l'allèle récessif responsable du syndrome d'Ellis-Van Creveld a augmenté chez les Amish.
L'impact de la dérive génétique peut être fort et à long terme. Une conséquence fréquente est que les individus se reproduisent avec d'autres individus très semblables génétiquement, ce qui entraîne ce que l'on appelle la consanguinité. Cela augmente les chances qu'un individu hérite de deux allèles récessifs nocifs (des deux parents) dont la fréquence était faible dans la population générale avant l'événement de dérive. C'est ainsi que la dérive génétique peut éventuellement conduire à une homozygotie complète dans les petites populations et amplifier les effets négatifs des allèles récessifs nuisibles.
Examinons un autre exemple de dérive génétique. Les populations sauvages de guépards ont appauvri la diversité génétique. Bien que de grands efforts aient été déployés dans les programmes de récupération et de conservation des guépards au cours des quatre dernières décennies, ils sont toujours soumis aux effets à long terme des dérives génétiques antérieures qui ont entravé leur capacité à s'adapter aux changements de leur environnement.
Les guépards(Acinonyx jubatus) n'occupent plus qu'une infime partie de leur aire de répartition originelle en Afrique orientale et australe et en Asie. L'espèce est classée comme étant en danger par la liste rouge de l'UICN, et deux sous-espèces sont classées comme étant en danger critique d'extinction.
Des études estiment que les populations ancestrales ont subi deux dérives génétiques : un effet fondateur lors de la migration des guépards en Eurasie et en Afrique depuis les Amériques (il y a plus de 100 000 ans), et le second en Afrique, un goulot d'étranglement coïncidant avec les extinctions de grands mammifères au Pléistocène supérieur (dernier retrait glaciaire il y a 11 084 à 12 589 ans).En raison des pressions anthropiques exercées au cours du siècle dernier (telles que le développement urbain, l'agriculture, la chasse et l'élevage pour les zoos), on estime que la taille de la population de guépards a diminué de 100 000 en 1900 à 7 100 en 2016.Les génomes des guépards sont homozygotes à 95 % en moyenne (contre 24,08 % pour les chats domestiques consanguins, qui ne sont pas en danger, et 78,12 % pour le gorille des montagnes, une espèce en voie de disparition). Parmi les effets néfastes de cet appauvrissement de leur patrimoine génétique, on peut citer une mortalité élevée chez les juvéniles, des anomalies dans le développement des spermatozoïdes, des difficultés à parvenir à un élevage durable en captivité et une grande vulnérabilité aux épidémies de maladies infectieuses. Une autre indication de cette perte de diversité génétique est que les guépards sont capables de recevoir des greffes de peau réciproques d'individus non apparentés sans problème de rejet (habituellement, seuls les vrais jumeaux acceptent des greffes de peau sans problème majeur).Dérive génétique - Principaux enseignements
- Toutes les populations sont sujettes à la dérive génétique à tout moment, mais les petites populations sont plus impactées par ses conséquences.
- La dérive génétique est l'un des principaux mécanismes de l'évolution, avec la sélection naturelle et le flux génétique.
- Les principaux effets que la dérive génétique peut avoir au sein des populations (en particulier les petites populations) sont des changements non adaptatifs de la fréquence des allèles, une réduction de la variation génétique et une différenciation accrue entre les populations.
- L'évolution induite par la sélection naturelle tend à conduire à des changements adaptatifs (qui augmentent les probabilités de survie et de reproduction) tandis que les changements causés par la dérive génétique sont généralement non adaptatifs.
- Un goulot d'étranglement est causé par un événement environnemental aléatoire, généralement défavorable. Un effet fondateur est principalement causé par la séparation géographique d'une petite partie de la population. Les deux ont des effets similaires sur la population.
- Les événements extrêmes de dérive génétique peuvent avoir un impact à long terme sur une population et l'empêcher de s'adapter à d'autres changements des conditions environnementales, la consanguinité étant une conséquence courante de la dérive génétique.
1. Alicia Abadía-Cardoso et al, Molecular Population Genetics of the Northern Elephant Seal Mirounga angustirostris, Journal of Heredity, 2017.
2. Laurie Marker et al, Une brève histoire de la conservation des guépards, 2020.
3. Pavel Dobrynin et al, L'héritage génomique du guépard africain, Acinonyx jubatus, Genome Biology, 2014.
https://cheetah.org/resource-library/
4. Campbell et Reece, Biologie 7e édition, 2005.
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