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Des individus tous différents
Au sein d'une espèce, les individus varient : couleur des yeux, groupe sanguin, taille, résistance à une maladie. Certains caractères sont héréditaires (transmis par les parents via l'ADN), d'autres acquis au cours de la vie (cicatrice, muscles, bronzage, langue parlée) et ne se transmettent pas. Beaucoup dépendent des deux : la taille est héréditaire et influencée par l'alimentation.
Le caryotype (photographie des chromosomes rangés par paires) permet de repérer une anomalie de nombre : trois chromosomes 21 au lieu de deux dans la trisomie 21.
Gènes et allèles
Chaque chromosome d'une paire porte le même gène au même endroit : un individu possède donc deux allèles de chaque gène, un reçu de chaque parent. S'ils sont identiques, l'individu est homozygote ; s'ils sont différents, hétérozygote, et l'un peut s'exprimer seul (dominant) tandis que l'autre reste caché (récessif).
| Allèles portés (génotype) | A/A ou A/O | B/B ou B/O | A/B | O/O |
| Groupe sanguin (phénotype) | A | B | AB | O |
Pour le gène du groupe sanguin, A et B sont dominants sur O, et A et B s'expriment tous les deux ensemble (codominance). Deux parents de groupe A peuvent avoir un enfant O s'ils sont tous deux A/O.
Les mutations, source de nouveaux allèles
- Origine : erreurs lors de la copie de l'ADN avant chaque division (rares, mais des milliards de copies) ; agents mutagènes : UV du soleil, fumée de tabac, radioactivité, certains virus.
- Effets : le plus souvent aucun (la protéine ne change pas ou la zone n'est pas utilisée) ; parfois défavorable (mucoviscidose, drépanocytose : une seule lettre changée) ; rarement avantageux dans un milieu donné.
- Transmission : une mutation n'est héréditaire que si elle touche les cellules reproductrices. Une mutation dans une cellule de peau (mélanome) n'est pas transmise aux enfants.
Méiose et fécondation : le brassage
La reproduction sexuée fabrique des individus uniques à partir des allèles des deux parents.
| Brassage à la méiose | Pour chaque paire, le gamète reçoit au hasard l'un des deux chromosomes : 2 × 2 × … × 2 = 223, soit plus de 8 millions de gamètes différents possibles par personne. En plus, les chromosomes d'une paire échangent des morceaux avant de se séparer (crossing-over) : encore plus de combinaisons. |
| Brassage à la fécondation | N'importe quel spermatozoïde avec n'importe quel ovule : 8 millions × 8 millions ≈ 70 000 milliards de cellules-œufs possibles pour un même couple. |
Aucun enfant n'a le même génome qu'un frère ou une sœur (sauf les vrais jumeaux, issus d'une seule cellule-œuf). Le brassage ne crée pas d'allèles nouveaux : il recombine ceux qui existent.
La sélection naturelle trie les allèles
Dans une population, chaque allèle a une fréquence. Si les porteurs d'un allèle survivent ou se reproduisent un peu mieux que les autres dans un milieu donné, cet allèle devient plus fréquent à chaque génération : c'est la sélection naturelle, décrite par Darwin en 1859 sans connaître les gènes.
| Résistance aux antibiotiques | Dans une population de bactéries, quelques-unes portent par mutation un allèle de résistance. L'antibiotique tue les autres ; les résistantes se multiplient (une division toutes les 20 min). En quelques jours, la population est résistante. Chaque traitement inutile sélectionne des résistances. |
| Phalène du bouleau | Papillon clair devenu majoritairement sombre dans les régions industrielles anglaises noircies par la suie (fin du XIXe siècle), puis redevenu clair après la dépollution. |
| Drépanocytose | L'allèle muté de l'hémoglobine est grave chez les homozygotes, mais protège les hétérozygotes du paludisme : il reste fréquent là où sévit le paludisme, rare ailleurs. |
Le hasard aussi : la dérive génétique
Dans une petite population, la fréquence d'un allèle peut changer par simple hasard des naissances et des morts, sans qu'il soit avantageux ou nuisible : c'est la dérive génétique. Un allèle rare peut disparaître, un autre devenir majoritaire.
Sélection et dérive agissent ensemble : la sélection oriente, la dérive brouille, d'autant plus fort que la population est petite. C'est pourquoi les espèces réduites à quelques individus perdent vite leur diversité génétique.
De la génétique à l'évolution
| Mutation | crée de nouveaux allèles, au hasard |
| Brassage (méiose, fécondation) | combine les allèles en individus tous différents |
| Sélection naturelle | trie : les allèles favorables dans le milieu deviennent plus fréquents |
| Dérive | fait varier les fréquences au hasard dans les petites populations |
| Isolement + temps | deux populations divergent jusqu'à ne plus pouvoir se croiser : spéciation |
L'être humain utilise ces mécanismes depuis 10 000 ans : la sélection artificielle a tiré du chou sauvage le chou-fleur, le brocoli et le chou de Bruxelles, et du loup toutes les races de chiens, en choisissant à chaque génération les reproducteurs. Il les subit aussi : la résistance aux antibiotiques est une évolution que nous provoquons, et que nous freinons par un usage raisonné (pas d'antibiotique contre un virus, traitement suivi jusqu'au bout).
- ADN → chromosomes (46 = 23 paires, XX/XY) ; un gène = un caractère, des allèles = ses versions ; deux allèles par gène, dominant ou récessif.
- Mutation : changement aléatoire de l'ADN, nouvel allèle ; héréditaire seulement dans les cellules reproductrices.
- Méiose (46 → 23, brassage) et fécondation (23 + 23, au hasard) : chaque individu est unique.
- Sélection naturelle : les allèles avantageux dans un milieu deviennent plus fréquents (résistances, phalène, drépanocytose).
- Dérive : le hasard change les fréquences dans les petites populations.
- Mutation + brassage + sélection + isolement = évolution des espèces.
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