Lycée · Terminale · Enseignement scientifique
La biodiversité et l'évolution
Mesurer la biodiversité, comprendre les mécanismes de l'évolution et l'érosion actuelle du vivant — thème « Science, climat et société » (programme d'enseignement scientifique de Tle générale)
À propos de cette page
Définir et mesurer la biodiversité
La biodiversité désigne l'ensemble de la diversité du vivant. C'est une notion qui s'apprécie à trois échelles emboîtées.
- la diversité des écosystèmes (forêts, récifs coralliens, zones humides…) ;
- la diversité spécifique : le nombre et la répartition des espèces ;
- la diversité génétique : la variété des allèles au sein d'une même espèce.
Mesurer la biodiversité spécifique ne se résume pas à compter les espèces : on tient compte de leur abondance relative. Un milieu où une espèce domine très largement est moins « divers » qu'un milieu où plusieurs espèces sont équitablement représentées. On utilise des indices de diversité (richesse spécifique, indice de Shannon) pour quantifier cela.
La biodiversité, une grandeur qui varie dans le temps
La biodiversité n'est pas une donnée fixe : elle a varié tout au long de l'histoire de la Terre. L'état actuel n'est qu'une étape dans une longue évolution.
À l'échelle des temps géologiques, la diversité du vivant a globalement augmenté, mais elle a été ponctuée de cinq grandes crises d'extinction (dont la plus connue, à la limite Crétacé-Paléogène il y a 66 millions d'années, a vu disparaître les dinosaures non aviens). Chaque crise a été suivie d'une phase de diversification (radiation évolutive).
Les forces évolutives : mutation, sélection, dérive, migration
L'évolution est la modification, au fil des générations, des fréquences des allèles dans une population. On parle d'évolution de la structure génétique des populations. Quatre forces évolutives peuvent modifier ces fréquences.
| Force évolutive | Mécanisme | Effet sur la diversité |
|---|---|---|
| Mutation | Modification aléatoire de l'ADN | Crée de nouveaux allèles (source première de diversité) |
| Sélection naturelle | Survie/reproduction différentielle selon le phénotype | Oriente l'évolution (non aléatoire), favorise l'adaptation |
| Dérive génétique | Variation aléatoire des fréquences alléliques | Aléatoire, peut faire disparaître des allèles (surtout en petite population) |
| Migration (flux de gènes) | Échange d'individus entre populations | Homogénéise les populations, apporte de nouveaux allèles |
La sélection naturelle, moteur de l'adaptation
La sélection naturelle, décrite par Charles Darwin (1859), est la force évolutive non aléatoire. Elle repose sur trois conditions : une variabilité des individus, l'héritabilité de certains caractères, et un avantage reproductif conféré par certains phénotypes dans un milieu donné.
La sélection naturelle explique l'adaptation des populations à leur milieu. Mais attention : elle ne « cherche » pas la perfection, elle ne fait que trier des variations qui existent déjà, créées par le hasard des mutations.
La dérive génétique et l'effet de la taille de population
La dérive génétique est la variation aléatoire des fréquences alléliques d'une génération à l'autre. Elle résulte du simple hasard de l'échantillonnage des gamètes qui formeront la génération suivante.
Le modèle de Hardy-Weinberg : une référence pour détecter l'évolution
Pour savoir si une population évolue, on la compare à une population théorique « idéale » qui n'évolue pas : c'est le modèle de Hardy-Weinberg.
Pour un gène à deux allèles de fréquences $p$ et $q$ (avec $p + q = 1$), les fréquences génotypiques attendues à l'équilibre sont :
$$p^2 + 2pq + q^2 = 1$$
où $p^2$ est la fréquence des homozygotes pour le premier allèle, $q^2$ celle des homozygotes pour le second, et $2pq$ celle des hétérozygotes.
L'érosion actuelle de la biodiversité et l'action humaine
La biodiversité connaît aujourd'hui une érosion rapide. De nombreux scientifiques parlent d'une sixième crise d'extinction, qui se distingue des précédentes par sa vitesse et par sa cause principale : l'activité humaine.
Les principales pressions sont regroupées sous l'acronyme « HIPPO » :
| Pression | Description |
|---|---|
| Destruction des Habitats | Déforestation, urbanisation, agriculture intensive |
| Espèces Invasives | Introduction d'espèces qui déstabilisent les écosystèmes |
| Pollutions | Pesticides, plastiques, pollutions chimiques |
| Croissance de la Population humaine | Pression accrue sur les ressources |
| Surexploitation (Overharvesting) | Surpêche, chasse, prélèvements excessifs |
S'ajoute le changement climatique, qui déplace ou réduit les aires de répartition des espèces. Le taux d'extinction actuel est estimé de 100 à 1000 fois supérieur au taux naturel de fond.
Préserver la biodiversité : un enjeu scientifique et sociétal
Préserver la biodiversité n'est pas seulement un enjeu écologique : c'est aussi un enjeu économique, sanitaire et social. Les écosystèmes rendent des services écosystémiques indispensables.
La diversité génétique au sein des espèces est elle aussi cruciale : elle constitue un réservoir de capacités d'adaptation. Une population génétiquement diverse résiste mieux aux maladies et aux changements de l'environnement (lien direct avec la sélection naturelle).
- La biodiversité se mesure à trois échelles : écosystèmes, espèces, gènes ; on tient compte de la richesse et de l'abondance relative.
- La biodiversité varie dans le temps (5 grandes crises passées) ; l'érosion actuelle est rapide et causée par l'Homme (6ᵉ crise).
- L'évolution = modification des fréquences alléliques d'une population sous l'effet de 4 forces : mutation, sélection naturelle, dérive génétique, migration.
- La sélection naturelle est non aléatoire (avantage adaptatif) ; la dérive est aléatoire et d'autant plus forte que la population est petite.
- Le modèle de Hardy-Weinberg ($p^2 + 2pq + q^2 = 1$) décrit une population qui n'évolue pas : un écart révèle qu'une force évolutive agit.
- Préserver la biodiversité, c'est préserver les services écosystémiques et le réservoir d'adaptation que constitue la diversité génétique.
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