Évolution dans les populations

Quelle est la définition de l'évolution d'une population ?

Une population est un groupe d'individus de la même espèce qui habitent la même zone et peuvent se reproduire entre eux pour donner une descendance viable. L'évolution d'une population se définit comme suit :

La plus petite échelle de changement évolutif se produit sous la forme d'une modification des fréquences des allèles dans une population au fil des générations. C'est ce qu'on appelle la microévolution. Les processus évolutifs peuvent également donner naissance à de nouvelles espèces et à des groupes taxonomiques supérieurs. C'est ce qu'on appelle la macroévolution.

La figure 1 ci-dessous fait la distinction entre la micro-évolution et la macro-évolution.

Que sont les allèles ? Qu'est-ce que la variation génétique ?

Une condition préalable à l'évolution à quelque échelle que ce soit est la variation génétique, ou les différences dans la composition génétique des individus d'une population.

Chaque individu vivant contient de l'ADN composé de gènes. Un gène est un segment d'ADN qui code pour un caractère spécifique. Un caractère peut être monomorphe ou polymorphe :

• Un caractère monomorphe n'a qu'une seule forme. Cela signifie que la séquence de paires de bases correspondant à ce caractère est toujours la même.

• Un caractère polymorphe a plusieurs formes. Cela signifie que ce caractère possède plusieurs versions de séquences de paires de bases.

Les variations d'un gène sont appelées allèles.

Les traits phénotypiques peuvent être discrets ou continus:

• Lestraits discrets se produisent selon le principe du "ou bien, ou bien". Ces traits sont généralement déterminés par le locus (ou emplacement ) d'un seul gène , dont les différents allèles codent pour des phénotypes distincts .

  • Par exemple, une personne peut avoir des allèles de gaucher ou de droitier.

• Lescaractères continus se présentent comme des gradations dans un continuum. Ces traits sont généralement déterminés par deux gènes ou plus .

  • La taille humaine et la couleur de la robe des chevaux sont des exemples de caractères continus.

Un individu possédant deux allèles différents pour un locus donné est dit hétérozygote, tandis qu'un individu possédant deux allèles identiques pour ce locus est dit homozygote.

Tous les individus d'une population sont homozygotes pour un allèle s'il n'existe qu'un seul allèle pour un locus donné dans cette population, auquel cas on dit que l'allèle est fixé dans le patrimoine génétique. Les individus peuvent toutefois être homozygotes ou hétérozygotes si deux allèles ou plus sont présents pour un certain locus dans une population.

Chaque allèle a une fréquence spécifique dans une population. L'ensemble de tous les allèles d'une population est appelé son patrimoine génétique.

Les biologistes n'étudient pas seulement les fréquences des allèles d'une population, mais aussi les fréquences des génotypes qui en résultent, ce que l'on appelle lastructure génétique dela population .En identifiant la structure génétique d'une population, les biologistes peuvent supposer la distribution des phénotypes.

Quels sont les types d'évolution au sein d'une population ?

Les conditions environnementales actuelles déterminent si un caractère est avantageux ou non. Ces facteurs qui affectent la survie et la reproduction sont connus sous le nom de pressions sélectives.

Comme une population peut être séparée géographiquement et soumise à des pressions sélectives différentes, les deux populations peuvent évoluer dans des directions différentes, ce qui donne lieu à deux populations génétiquement distinctes. Avec le temps, cela peut conduire à la spéciation, ou à l'émergence de nouvelles espèces. Ce modèle d'évolution est appelé évolution divergente.

L'évolution divergente peut être observée dans la façon dont les organes reproducteurs varient parmi les plantes à fleurs : alors que certaines espèces partagent des anatomies de base, elles ont des formes différentes parce qu'elles s'adaptent à des environnements et à des relations écologiques différents.

D'autre part, des organismes qui ne sont pas étroitement liés les uns aux autres peuvent présenter des traits phénotypiques similaires. Ces similitudes apparaissent parce qu'ils sont exposés à des pressions sélectives similaires, un modèle d'évolution appelé évolution convergente. On peut l'observer chez les oiseaux, les chauves-souris et les insectes volants, qui ont tous des ailes bien qu'ils ne soient pas étroitement apparentés.

Comment savoir si une population évolue ?

Si les fréquences des allèles et des génotypes restent constantes d'une génération à l'autre, on dit que la population se trouve dans un équilibre de Hardy-Weinberg, un état dans lequel une population n' évolue pas.

Une population doit remplir cinq conditions pour être en équilibre de Hardy-Weinberg :

1. Pas de mutations

2. accouplement aléatoire

3. Pas de sélection naturelle

4. Taille de la population extrêmement importante

5. Pas de flux génétique

Il est rare que toutes ces conditions soient réunies. Ainsi, les fréquences des allèles et des génotypes sont généralement en constante fluctuation.

Quels sont les mécanismes de l'évolution dans les populations ?

La violation de l'une des cinq conditions requises pour l'équilibre de Hardy-Weinberg peut entraîner une modification des fréquences des allèles ou des génotypes, ce qui est le moteur de l'évolution d'une population. Ces déviations sont les mutations, l'accouplement non aléatoire, la sélection naturelle, la dérive génétique et le flux génétique. Nous aborderons brièvement les deux premières. Plus tard, nous approfondirons les trois dernières, qui sont les principales causes de l'évolution des populations.

Les mutations

De nouveaux allèles peuvent être formés à la suite d'une mutation, qui est un changement aléatoire de la séquence de nucléotides dans l'ADN d'un organisme. Les mutations peuvent avoir un impact positif ou négatif sur la survie ou le succès reproductif d'un organisme, tandis que d'autres mutations peuvent n'avoir aucun impact.

Lesmutations nuisibles sont sélectionnées contre et sont rapidement éliminées de la population. En revanche, les mutations bénéfiques ont tendance à augmenter en fréquence au fil du temps. Les mutations neutres peuvent s'attarder car elles ne sont pas affectées par la sélection naturelle. L'accumulation de mutations au fil du temps fait évoluer les populations.

Cependant, les mutations sont rares, de sorte qu'un changement d'une génération à l'autre risque d'être très faible.

Accouplement non aléatoire

Si des individus s'accouplent dans un sous-ensemble spécifique de la population, les fréquences des génotypes homozygotes et hétérozygotes changent.

L'accouplement non aléatoire peut se produire par choix du partenaire ; par exemple, les femelles pies ont tendance à choisir des partenaires dont la queue est plus grande et plus colorée. Il existe également des espèces dont les individus préfèrent s'accoupler avec des partenaires présentant des similitudes phénotypiques avec eux-mêmes, une forme de choix de partenaire appelée accouplement assortatif.

• L'emplacement physique peut également être à l'origine d'un accouplement non aléatoire, car les membres peuvent ne pas avoir un accès égal les uns aux autres.

Bien que l'accouplement non aléatoire puisse affecter la fréquence des génotypes, il n'a pas d'effet direct sur la fréquence des allèles.

Les trois principales causes de l'évolution d'une population

Étant donné que les nouvelles mutations sont relativement rares et que l'accouplement non aléatoire n'a pas d'effet direct sur les fréquences des allèles, on considère que les violations des trois autres conditions sont à l'origine de la plupart des changements évolutifs.

La sélection naturelle

Lorsque les individus d'une population ont des traits héréditaires différents, ceux dont les traits confèrent une meilleure survie et un meilleur succès reproductif ont tendance à produire plus de descendants. Cela signifie que les traits bénéfiques seront transmis à la génération suivante à un taux plus élevé que les traits nuisibles.

En d'autres termes, les caractères bénéfiques sont sélectionnés pour, tandis que les caractères nuisibles sont sélectionnés contre. En favorisant les allèles bénéfiques, la sélection naturelle peut conduire à une évolution adaptative - unprocessus dans lequel les caractéristiques qui améliorent la survie ou le succès reproductif tendent à devenir plus répandues au fil du temps.

Dérive génétique

La dérivegénétique est le terme qui désigne le phénomène par lequel le patrimoine génétique et la structure génétique d'une population changent de façon aléatoire d'une génération à l'autre à la suite d'événements fortuits, en particulier dans les petites populations.

La dérive génétique se produit généralement en raison de l'effet fondateur ou de l'effet goulot d'étranglement.

• Effet fondateur : un petit nombre d'individus séparés d'une population plus importante peut créer une nouvelle population dont le patrimoine génétique est distinct de celui de la population d'origine. Supposons que quelques individus d'une population soient emportés par une tempête sur une île non peuplée. Comme la tempête ne déplace que quelques individus (et leurs allèles) de la population principale, le patrimoine génétique de la nouvelle population ne sera représenté que par les gènes et les allèles des "fondateurs".

• Effet goulot d'étranglement : une population peut être considérablement réduite à la suite d'un événement environnemental brutal comme un incendie ou une inondation. L'effet goulot d'étranglement peut être provoqué par une forte diminution de la taille de la population. Par pur hasard, certains allèles peuvent être surreprésentés, d'autres sous-représentés, et d'autres peuvent même être complètement absents parmi les survivants.

Ladérive génétique peut entraîner une perte d'allèles (et donc de variations génétiques) au sein d'une population, ce qui peut alors influencer l'efficacité avec laquelle une population s'adapte aux changements de l'environnement. Elle peut également entraîner la fixation d'allèles nuisibles (ou atteindre une fréquence de 100 %) dans de très petites populations. Certains allèles peuvent également remplacer complètement d'autres allèles au fil du temps.

Ainsi, même en l'absence de forces sélectives externes, la dérive génétique peut faire en sorte qu'une population devienne deux populations divergentes.

Flux génétique

Leflux génétique - letransfert d'allèles d'une population à une autre en raison du déplacement d'individus fertiles ou de leurs gamètes - peut également modifier la fréquence des allèles.

Par exemple, une population qui migre dans une autre région et s'accouple avec des individus de la population locale introduit ses allèles dans la population locale.

En transférant des allèles entre les populations, le flux génétique peut réduire les différences génétiques entre les deux populations et, s'il est suffisamment important, peut conduire à la combinaison des deux populations en une seule population avec un pool génétique partagé.

L'environnement a-t-il un impact sur l'évolution d'une population ?

En plus des mécanismes énoncés précédemment, lavariance environnementale peut également constituer une force évolutive. Les conditions environnementales ont une influence sur les phénotypes tels que la coloration et même le sexe.

Laséparation géographique peut également entraîner des variations phénotypiques entre les populations. Des différences graduelles entre les populations d'une espèce peuvent être observées à travers un gradient écologique ; une telle variation géographique est appelée cline.

Par exemple, la période de floraison des plantes à fleurs peut différer en fonction de leur emplacement sur la pente d'une montagne ; c'est ce qu'on appelle un cline altitudinal (Fig. 2).

S'il existe un flux de gènes entre les populations, les individusdes deux populations présenteront probablement des changements phénotypiques graduels le long de la cline. Au contraire, si le flux génétique est restreint, les individus peuvent présenter des changements plus radicaux et même aboutir à une spéciation.

Quels sont les exemples d'évolution d'une population ?

Examinons des exemples d'évolution d'une population chez l'homme et chez la mouche des fruits.

Évolution d'une population humaine

En 1814, quinze colons britanniques ont établi une colonie sur Tristan da Cunha, un groupe de petites îles situées à mi-chemin entre l'Afrique et l'Amérique du Sud. Il s'avère que l'un des colons possède un allèle récessif de la rétinite pigmentaire, un type de cécité qui touche les individus homozygotes.

À la fin des années 1960, les quinze colons avaient 240 descendants, dont quatre étaient atteints de rétinite pigmentaire. Dans cet exemple, nous pouvons voir comment l'effet fondateur a conduit à une fréquence plus élevée d'un allèle causant une maladie sur Tristan da Cunha par rapport aux populations dont les fondateurs étaient originaires.

Évolution d'une population de drosophiles

Au début des années 1930, les drosophiles prélevées dans la nature avaient une fréquence d'allèle de 0 % pour un allèle qui confère une résistance aux insecticides comme le DDT. Cependant, chez les mouches collectées après 1960 - après plus de 20 ans d'utilisation du DDT - la fréquence de l'allèle est passée à 37 %.

Soit cet allèle s'est développé entre 1930 et 1960 à la suite d'une mutation, soit il était présent en 1930 mais extrêmement rare. Dans un cas comme dans l'autre, l'augmentation de la fréquence de ce gène a très probablement été causée par le DDT, un poison puissant qui exerce une pression de sélection importante sur les populations de mouches qui y sont exposées.