Co-évolution et interactions biologiques

Exercice 1 — Restitution organisée de connaissances : la co-évolution, moteur d'adaptations réciproques
Corrigé — barème indicatif : introduction et plan 1 pt, mécanisme général de la co-évolution 1,5 pt, cas antagoniste 1,5 pt, cas mutualiste 1 pt, schéma 1 pt.

Introduction : les espèces vivent en interaction permanente. Lorsqu'une interaction est durable, chaque espèce exerce une pression de sélection sur l'autre : on parle de co-évolution. On montre d'abord le mécanisme commun, puis comment il diverge selon que l'interaction est antagoniste ou mutualiste.

1. Un mécanisme commun. La co-évolution repose sur les mécanismes de l'évolution : variation génétique (mutations, recombinaisons) au sein de chaque population, puis sélection naturelle des phénotypes les plus avantageux dans l'interaction. Chaque adaptation d'une espèce modifie la pression de sélection sur l'autre : il se forme une boucle de rétroaction. Chaque espèce évolue sous sa propre pression, sans finalité altruiste.

2. Interaction antagoniste : la course aux armements. Dans un couple prédateur-proie ou hôte-parasite, tout gain d'une espèce est un coût pour l'autre. Une attaque plus efficace sélectionne des défenses plus efficaces, qui sélectionnent à leur tour de meilleures attaques : escalade réciproque (course aux armements). Le principe de la Reine Rouge traduit qu'une espèce doit évoluer continuellement pour seulement maintenir sa valeur sélective relative.

3. Interaction mutualiste : la co-adaptation. Quand les deux espèces bénéficient de l'interaction (+/+), la sélection ajuste réciproquement leurs caractères vers une complémentarité de plus en plus fine (co-adaptation), par exemple entre une structure florale et la morphologie de son pollinisateur. L'évolution tend vers la stabilisation d'un ajustement mutuel plutôt que vers une escalade conflictuelle.

Conclusion : dans les deux cas, des pressions de sélection réciproques façonnent des adaptations couplées, mais l'antagonisme entretient une escalade alors que le mutualisme stabilise une complémentarité. La co-évolution est ainsi un moteur de diversification du vivant.

Schéma attendu : Espèce A varie → nouvelle pression de sélection sur B → B s'adapte → nouvelle pression sur A → A s'adapte… (boucle), avec une branche « antagoniste : escalade » et une branche « mutualiste : ajustement réciproque stabilisé ».

Exercice 2 — Raisonnement scientifique : une co-évolution hôte-parasite documentée
Corrigé — barème indicatif : Q1 1 pt, Q2 1 pt, Q3 2 pts, Q4 1 pt.

1. Le document 2 compare la même souche virale d'origine sur des hôtes de générations différentes : la mortalité passe de 99 % (départ) à 75 % (vingt ans plus tard). Comme le virus testé est identique, c'est l'hôte qui a évolué : la population mammifère a acquis une résistance accrue au virus (sélection des individus survivants, plus résistants, qui se sont reproduits).

2. Le document 1 compare la virulence des souches circulant dans la nature : de 99 % la première année à 50 % vingt ans plus tard. La baisse dépasse celle attribuable à la seule résistance de l'hôte (75 % avec la souche d'origine) : le virus a évolué vers une virulence réduite.

3. Le virus se transmet par des insectes piqueurs qui se nourrissent surtout sur les animaux vivants. Une souche très virulente tue l'hôte trop vite : l'hôte mort n'est plus piqué, le virus n'est plus transmis et est contre-sélectionné. Une souche moins virulente laisse l'hôte vivant et contagieux plus longtemps, donc plus piqué : elle se transmet davantage. La sélection naturelle favorise ainsi une virulence intermédiaire maximisant la transmission (théorie de la virulence optimale).

4. Sur une vingtaine d'années, on observe deux changements évolutifs réciproques et simultanés : l'hôte devient plus résistant, le parasite devient moins virulent, chacun exerçant une pression de sélection sur l'autre. C'est une co-évolution hôte-parasite, observable directement à l'échelle humaine.

Exercice 3 — Raisonnement scientifique : compétition et déplacement de caractères
Corrigé — barème indicatif : Q1 1 pt, Q2 1,5 pt, Q3 1,5 pt, Q4 1 pt.

1. En allopatrie, les deux espèces ont un bec de hauteur voisine (environ 9,5 mm). En sympatrie, les hauteurs divergent : une espèce atteint environ 12 mm, l'autre environ 7,5 mm. La coexistence est associée à une différenciation marquée des becs.

2. Là où les deux espèces coexistent, elles entrent en compétition pour les graines de taille intermédiaire. Les individus dont le bec dévie de la moyenne (plus grand ou plus petit) exploitent des graines moins disputées et survivent mieux : la sélection favorise dans chaque espèce des becs de tailles opposées, réduisant le chevauchement des niches alimentaires.

3. Il s'agit du déplacement de caractères (character displacement) : divergence des traits phénotypiques d'espèces apparentées là où elles coexistent, sous l'effet de la compétition interspécifique.

4. En spécialisant chaque espèce sur une catégorie de ressources différente (grosses vs petites graines), le déplacement de caractères sépare les niches écologiques. Les espèces n'occupent plus la même niche : le principe d'exclusion compétitive ne s'applique plus et la coexistence devient durable.

Exercice 4 — Co-évolution et biodiversité : co-spéciation
Corrigé — barème indicatif : Q1 1,5 pt, Q2 1,5 pt, Q3 1 pt.

1. La co-spéciation est le phénomène par lequel la spéciation d'un hôte entraîne la spéciation parallèle de son parasite ou symbionte. Sa signature est la congruence des arbres phylogénétiques (phylogénies en miroir) de l'hôte et du parasite : chaque branchement de l'un correspond à un branchement de l'autre.

2. Deux explications possibles des écarts : (a) des transferts d'hôtes (host switches), où un parasite colonise une nouvelle espèce hôte sans suivre la spéciation de son hôte d'origine ; (b) des extinctions de lignées de parasites ou des spéciations indépendantes (le parasite spécie sans que l'hôte ne spécie, ou inversement), qui découplent les deux arbres. (On accepte aussi : échec d'échantillonnage de certaines lignées.)

3. En créant des pressions de sélection nouvelles et des niches spécialisées, la co-évolution favorise l'apparition de caractères et d'espèces nouvelles (spéciation, co-radiation), et structure des réseaux d'interactions (pollinisation, mycorhizes, symbioses) dont dépend le fonctionnement des écosystèmes. Elle est donc à la fois un moteur de diversification et un facteur de maintien de la biodiversité.