Lycée · 1ʳᵉ · Spécialité SVT
Diversification génétique et évolution
Mutations, brassages et sélection naturelle — mécanismes à l'origine de la diversité du vivant (programme de 1ère Spécialité SVT)
À propos de cette page
Les mutations, source de diversité allélique
La mutation est toute modification de la séquence nucléotidique de l'ADN. Elle constitue la source première de diversité génétique, car elle crée de nouveaux allèles absents dans la population.
On distingue plusieurs types de mutations ponctuelles :
| Type | Description | Exemple |
|---|---|---|
| Substitution | Remplacement d'une base par une autre | A→G dans un codon |
| Insertion | Ajout d'un ou plusieurs nucléotides | Décalage du cadre de lecture |
| Délétion | Perte d'un ou plusieurs nucléotides | Décalage du cadre de lecture |
Les mutations surviennent de façon aléatoire et non orientée : elles ne se produisent pas en réponse aux besoins de l'organisme. Certains agents physiques ou chimiques (agents mutagènes : rayons UV, rayonnements ionisants, certaines molécules chimiques) augmentent le taux de mutation.
Pour être transmise à la descendance, une mutation doit affecter les cellules germinales (celles qui donneront les gamètes). Les mutations somatiques (dans les cellules du corps) ne sont pas héritées.
Schéma : du mécanisme de mutation à la création d'un nouvel allèle.
Le brassage génétique lors de la méiose
La méiose est la division cellulaire qui produit les gamètes. Elle génère une diversité allélique considérable grâce à deux mécanismes de brassage.
2.1 Brassage interchromosomique
Lors de la méiose I, les paires de chromosomes homologues se séparent de façon indépendante. Chaque gamète reçoit une combinaison aléatoire des chromosomes d'origine maternelle ou paternelle. Pour une espèce à $n$ paires de chromosomes, on obtient $2^n$ combinaisons possibles. Chez l'Homme ($n = 23$), cela donne $2^{23} = 8{,}4 \times 10^6$ combinaisons.
2.2 Brassage intrachromosomique (recombinaison)
Durant la prophase I, les chromosomes homologues s'apparient (formation des bivalents) et échangent des segments entiers par enjambement (crossing-over). Ce phénomène sépare des allèles qui étaient liés sur le même chromosome et crée de nouvelles associations alléliques (haplotypes recombinés).
Les deux niveaux de brassage lors de la méiose.
La fécondation amplifie la diversité
La fécondation est la fusion d'un gamète mâle et d'un gamète femelle pour former un zygote diploïde. Elle constitue un troisième niveau de diversification génétique.
Lors de la fécondation, deux gamètes se rencontrent de façon aléatoire parmi des millions. Si chaque parent peut produire plus de $8 \times 10^6$ types de gamètes différents (uniquement grâce au brassage interchromosomique), le nombre de combinaisons possibles chez la descendance dépasse $8 \times 10^6 \times 8 \times 10^6 = 64 \times 10^{12}$, c'est-à-dire des centaines de milliards de génotypes différents.
La reproduction sexuée génère donc une diversité génétique bien supérieure à la reproduction asexuée (clonage), qui ne produit que des génotypes identiques à celui du parent.
La dérive génétique
Dans une population de taille finie, la fréquence des allèles peut varier d'une génération à l'autre de façon aléatoire, indépendamment de la valeur sélective des allèles. C'est la dérive génétique.
La dérive génétique est d'autant plus forte que la population est petite. Dans une grande population, les fluctuations se compensent et les fréquences restent stables. Dans une petite population, un allèle peut disparaître (fixation de l'autre) par pur hasard, sans être défavorable.
Simulation de dérive génétique : dans une petite population, un allèle peut se fixer (fréquence = 1) par hasard.
La sélection naturelle
La sélection naturelle est le mécanisme par lequel certains individus survivent et se reproduisent mieux que d'autres en raison de leurs caractères héréditaires. Elle a été formulée par Charles Darwin au XIXe siècle.
La sélection naturelle nécessite plusieurs conditions :
- Il existe une variabilité phénotypique au sein de la population.
- Cette variabilité est au moins partiellement héréditaire (génétique).
- Certains phénotypes confèrent un avantage reproductif dans l'environnement donné.
La sélection naturelle peut être :
| Mode | Effet sur la population |
|---|---|
| Directionnelle | Favorise un extrême du phénotype (ex. : résistance aux antibiotiques) |
| Stabilisatrice | Favorise les phénotypes intermédiaires, élimine les extrêmes |
| Diversifiante | Favorise les deux extrêmes, peut conduire à la spéciation |
Mutations neutres, délétères et avantageuses
Toutes les mutations ne sont pas soumises de la même façon à la sélection naturelle. On les classe selon leur effet sur la valeur sélective :
| Type de mutation | Effet sur la valeur sélective | Devenir dans la population |
|---|---|---|
| Délétère | Réduit la survie ou la reproduction | Éliminée par sélection (purificatrice) |
| Neutre | Pas d'effet sur le phénotype | Fréquence déterminée par dérive génétique |
| Avantageuse | Augmente la survie ou la reproduction | Sélectionnée positivement (fréquence augmente) |
L'accumulation de mutations neutres au cours du temps constitue l'horloge moléculaire : le taux de divergence entre deux séquences d'ADN permet d'estimer le temps de séparation entre deux lignées (utilisé en phylogénie).
Bilan : mécanismes évolutifs et diversification du vivant
La diversification génétique du vivant résulte de l'interaction de plusieurs mécanismes :
- Mutations : créent de nouveaux allèles (matière première de l'évolution).
- Brassages méiotiques : réorganisent les allèles dans les gamètes.
- Fécondation : crée des combinaisons alléliques nouvelles à chaque génération.
- Dérive génétique : fait fluctuer les fréquences alléliques de façon aléatoire, surtout dans les petites populations.
- Sélection naturelle : oriente l'évolution en favorisant les allèles avantageux dans un environnement donné.
Carte mentale des mécanismes qui génèrent et orientent la diversité génétique.
Ces mécanismes agissent à des échelles de temps différentes : les mutations et les brassages se produisent à chaque génération ; la dérive et la sélection modifient les fréquences alléliques sur de nombreuses générations.
- Les mutations créent de nouveaux allèles (substitution, insertion, délétion).
- La méiose brasse les allèles : brassage intrachromosomique (enjambement) et interchromosomique (ségrégation indépendante).
- La fécondation aléatoire augmente encore la diversité.
- La dérive génétique = variation aléatoire des fréquences alléliques, forte dans les petites populations.
- La sélection naturelle favorise les allèles avantageux : l'environnement « choisit » les phénotypes.
- Mutations neutres → horloge moléculaire ; mutations avantageuses → adaptation.
Cours particuliers de spécialité svt à Marseille, en présentiel ou à distance — un prof qui s'adapte à ton rythme et reprend ce qui coince.
Prof de SVT à Marseille · Cours particuliers au lycée · Aide aux devoirs