Ce cours explique tous les mécanismes qui permettent l'évolution d'une espèce.
Ce cours est fait pour vous faire comprendre les différents processus évolutifs à deux échelles de temps : la macroévolution et la microévolution.
1. Concepts essentiels pour comprendre/étudier les caractéristiques
biologiques de espèces
- Les caractéristiques cellulaires, physiologiques, morphologiques, anatomiques,
développementaux, … sont le produit des processus évolutifs.
- Au sein des espèces, ces caractéristiques peuvent être :
- Fixées (=monomorphes) au niveau de l’espèce
- Variables (=polymorphes) entre individus/populations de la même espèce
- L’origine et le devenir des traits et de la variabilité/le polymorphisme de ces traits ne
peuvent être compris qu’à la lumières processus évolutifs.
Exemples pour l’espèce humaine :
- Traits fixés : Organisation anatomique, emplacement et fonctionnement des organes,
fonctionnement cellulaire …
- Traits variables : Taille des individus, couleur de la peau, des yeux … Certaines
caractéristiques métaboliques … (ex : la tolérance au lactose => développement sur
l’ent).
2. L’évolution contemporaine des organismes peut nous affecter directement
- Chez tous les organismes, certains traits sont actuellement en train d’évoluer
- Dans certains cas, cette évolution peut être très rapide
- Organismes à temps de génération très court (procaryote, virus, …)
Quizz :
Pour définir sa propre théorie, Darwin s’est basé sur ses observations naturalistes (et
d’autres)
Q : La sélection naturelle implique que les organismes essaient de s’adapter ?
Faux : ce n’est pas une volonté de l’organisme ou en lien avec une quelconque
‘force vitale’, mais l’environnement induit stochastiquement ou de manière récurrente une
sélection d’individus qui possèdent une meilleure survie et qui ont ainsi plus de chance
de transmettre leurs traits à la génération suivante.
,Résistance chez les bactéries
Q : Une mutation de résistance aux antibiotiques a-t-elle plus de chances
d’apparaitre dans un milieu où l’antibiotique est présent ?
- La résistance aux antibiotiques = un des exemples « fils rouge » de ce cours
- La probabilité qu’une résistance apparaisse par mutation est complètement
indépendante du milieu.
Q : Une mutation de résistance aux antibiotiques a-t-elle plus de chances de
persister dans un milieu où l’antibiotique est présent ?
- La persistance et les variations en fréquence d’une telle caractéristique dépend par
contre fortement du milieu.
- Effet de la sélection naturelle sur les fréquences des traits dans les populations
- On verra que des forces évolutives peuvent aussi entrer en jeu
Macroévolution
Q : La macroévolution s’intéresse …
- Aux espèces
(Microévolution :
=> Individus dans des
=> Populations d’une
=> Espèce généralement unique)
- Aux espèces et aux groupes d’espèces mais dans une structure qui permet de
rendre compte de leurs relations de parentés dans le temps, donc une
phylogénie.
- In fine, la microévolution est l’étude de la variabilité instraspécifique et la
macroévolution, l’étude de la variabilité interspécifique.
- Mais quels sont les processus qui différencient / rapprochent micro- et
macroévolution ?
L’histoire des espèces et de leurs traits
Q : Les nageoires d’un poisson et d’un dauphin sont analogues
Même fonction mais issue de structures distinctes présentes dans des groupes
phylogénétiques éloignés
=> Convergence fonctionnelle
=> S’oppose à l’homologie
Q : Chez une espèce ancêtre, un gène se duplique en deux gènes A et B. Chez l’une
des espèces descendantes on retrouve ces gènes A et B. Au sein de cette espèce
ils sont dits : paralogues.
La duplication d’un gène chez un ancêtre évolutif induit après le processus de
spéciation :
- A des gènes paralogues au sein d’une espèce descendante
- A des gènes orthologues entre espèces descendantes
On retrouve l’analogie chez des espèces non reliées phylogénétiquement.
,Evolution et amélioration / progrès ?
Q : Les organismes s’améliorent forcément grâce à l’évolution ?
Non : L’évolution ne va pas vers un mieux, n’a pas de but (= n’est pas linéaire), …
Elle exploite le domaine des possibles offert par des environnements changeants et
variables (= des niches écologiques).
Pour une espèce ou un groupe d’espèces elle exploite le domaine des possibles
offert par des environnements changeants et variables et des capacités et des
contraintes liées aux traits biologiques qui la/le définisse.
Les extinctions sont monnaie courante !! … mais le processus de spéciation peut le
compenser.
Mais attention : ceci ne remet pas en question qu’au sein d’une population ou d’une
espèce - parfois en relation avec d’autres espèces - la sélection naturelle darwinienne soit
un mécanisme / processus qui favorise la survie d’individus en ayant une meilleure valeur
sélective dans un environnement donné.
On peut interpréter ceci comme de l’amélioration.
Effet de l’espèce humaine sur l’évolution
Q : L’espèce humaine ne peut pas influencer l’évolution des autres espèces, car
c’est un phénomène lent.
- L’évolution est globalement un processus lent. L’apparition d’un trait et ses
variations en fréquence nécessitent souvent un grand nombre de générations.
- Néanmoins l’évolution peut être visible à notre échelle :
- Organismes à temps de générations court -> beaucoup de générations en peu de
temps ! (ex : Covid-19, bactéries…)
- Quand les forces évolutives sont puissantes, l’évolution peut être très rapide.
Nombreux exemples d’évolution de traits sous les effets de l’usage des antibiotiques, du
changement climatique, de l’intensité de la pêche / chasse…
- Exemple de l’évolution du temps de maturation sexuelle chez les poissons
Age de maturation sexuelle = un trait qui évolue sous l’effet de la sélection naturelle
Reproduction précoce -> Peu de ressources acquises avant la mise en place de la
reproduction.
Reproduction tardive -> Forte probabilité de mourir avant la mise en place de la
reproduction.
Objectifs de l’UE :
Appréhension des processus évolutifs à deux échelles de temps :
- Microévolution :
- A des relativement petites échelles de temps
- Compréhension des forces évolutives à l’œuvre à l’échelle des espèces et des
populations
- Macroévolution :
- A des échelles de temps plus grandes (géologiques)
- Compréhension des forces évolutives à l’oeuvre à l’échelle des espèces et des
groupes d’espèces
- Divergence, extinction, impact et lecture d’arbre(s) phylogénétique(s)
, - A l’interface entre les deux : les processus de spéciation.
Les traits et les bases génétiques de l’hérédité
- Les traits étudiés en biologie et en biologie évolutive
= caractères
= traits phénotypiques
Ex 1 : résistance à un antibiotique chez la bactérie E. coli
Ex 2 : couleur de pelage chez Peromyscus polionotus
Autres exemples : traits comportementaux, taille des individus, couleur des fleurs chez les
angiospermes
- Les traits sont essentiellement liés à l’expression de protéines (car rôle
métabolique/fonctionnel)
Repliements, associations avec d’autres chaînes polypeptidiques.
Les propriétés des protéines sont essentiellement liées à leur séquence d’acides aminés
- L’ADN contient l’information nécessaire à la synthèse des protéines
L’ADN en double hélice peut se représenter comme une séquence de bases azotées.
Objectifs de la biologie évolutive :
- Comprendre l’origine et le devenir de la variation des séquences d’ADN
- Cette variation de séquences se traduit dans certains cas par une variation de traits au
sein et entre les espèces
- Microévolution : l’évolution à « petites » échelles de temps
- Variation des séquences d’ADN, et des traits au sein des espèces
- Unité d’étude : la population = ensemble d’individus de la même espèce,
localisés dans un endroit donné, pouvant éventuellement se reproduire ensemble.
- 4 forces évolutives en jeu :
- Mutation
- Dérive
- Sélection
- Migration
- Processus très semblables dans l’ensemble du vivant.
- Nous aborderons ces processus dans le cas des espèces procaryotes (haploïdes), puis
des espèces eucaryotes (diploïdes).
Les 4 forces évolutives - Illustration dans le cas des organismes procaryotes
- Procaryotes = Bactéries et Archées
- ADN circulaire, en une seule copie dans la cellule
- Focus ici sur les bactéries
Exemple fil rouge :
Evolution de la résistance aux antibiotiques chez les bactéries (cf TD1)
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