À propos de cette page
Ce cours de spécialité svt en terminale sur « Évolution et sélection naturelle » suit le programme officiel de spécialité svt de terminale. Il présente les définitions, les propriétés et les méthodes essentielles, accompagnées d'exemples résolus pour bien comprendre. Au programme : Variation génétique au sein des populations, La sélection naturelle : principe et mécanismes, La dérive génétique et les effets stochastiques, Adaptation et valeur sélective. Chaque notion est expliquée pas à pas, puis mise en pratique grâce à des exercices interactifs, un QCM et une évaluation corrigée. Idéal pour réviser à son rythme, combler ses lacunes et progresser, en autonomie ou avec un professeur. Cours rédigé par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de terminale à réussir en spécialité svt.
Au programme
1 · Variation génétique au sein des populations
2 · La sélection naturelle : principe et mécanismes
3 · La dérive génétique et les effets stochastiques
4 · Adaptation et valeur sélective
5 · La spéciation : de la population à l'espèce
6 · Preuves et exemples de l'évolution
1Variation génétique au sein des populations
L'évolution est la modification des caractéristiques héréditaires d'une population au fil des générations. Elle repose sur l'existence d'une variation génétique au sein des populations, c'est-à-dire la coexistence de différents allèles pour un même gène.
Définition — Allèle. Un allèle est une version particulière d'un gène, résultant d'une mutation de la séquence d'ADN. Plusieurs allèles d'un même gène peuvent coexister dans une population (polymorphisme).
Les sources de variation génétique sont :
- Les mutations : modifications aléatoires de la séquence d'ADN (substitution, insertion, délétion). Elles sont le moteur ultime de la diversité génétique.
- La recombinaison génétique : brassage lors de la méiose (crossing-over, ségrégation indépendante des chromosomes), produisant de nouvelles combinaisons alléliques.
- Le flux génique : migration d'individus entre populations, apportant de nouveaux allèles.
Astuce. La fréquence allélique (ou fréquence d'un allèle) est la proportion de cet allèle parmi tous les allèles du gène dans la population. Si un gène a 2 allèles A et a dans une population de $N$ individus diploïdes, la fréquence de A est $p = \frac{\text{nombre d'allèles A}}{2N}$ et celle de a est $q = 1 - p$.
La loi de Hardy-Weinberg (1908) décrit l'équilibre des fréquences alléliques dans une population idéale (grande taille, panmixie, pas de mutation, pas de sélection, pas de migration). Si $p$ est la fréquence de A et $q$ celle de a, à l'équilibre : fréquence de AA $= p^2$, de Aa $= 2pq$, de aa $= q^2$.
Attention ! L'équilibre de Hardy-Weinberg est un modèle nul : il prédit ce qui se passerait sans évolution. Tout écart à cet équilibre indique qu'une force évolutive est à l'œuvre (sélection, dérive, migration, etc.).
2La sélection naturelle : principe et mécanismes
La sélection naturelle, théorisée par Charles Darwin (1859, De l'origine des espèces), est le processus par lequel certains individus ont une meilleure survie et/ou une meilleure reproduction que d'autres en raison de leurs caractéristiques héréditaires.
Définition — Sélection naturelle. La sélection naturelle agit sur les phénotypes (et indirectement sur les génotypes) : les individus dont le phénotype est le mieux adapté au milieu laissent davantage de descendants, augmentant la fréquence des allèles associés à ce phénotype dans les générations suivantes.
Trois conditions sont nécessaires à la sélection naturelle :
- Variation : il existe des différences phénotypiques entre individus d'une même population.
- Héritabilité : ces différences sont au moins partiellement transmissibles génétiquement.
- Différentiel reproductif : certains phénotypes ont un meilleur succès reproductif que d'autres.
| Type de sélection | Effet sur la variation | Exemple |
|---|
| Directionnelle | Déplacement de la moyenne vers un extrême | Résistance aux antibiotiques |
| Stabilisante | Réduction de la variance, maintien de la moyenne | Poids à la naissance chez l'Homme |
| Disruptive | Sélection des extrêmes, réduction des formes intermédiaires | Becs de pinsons des Galápagos |
Exemple classique : le mélanisme industriel chez la phalène du bouleau (Biston betularia). Avant la révolution industrielle, la forme claire (allèle typica) était majoritaire (camouflage sur lichens). Après l'industrialisation et le noircissement des troncs, la forme sombre (allèle carbonaria) a été favorisée car moins visible des prédateurs. Fréquence de carbonaria : < 2 % en 1850, > 90 % en 1900 dans les zones industrielles. Ce phénomène est une démonstration directe de la sélection naturelle.
Astuce. La valeur sélective (ou fitness, notée $w$) mesure le succès reproductif relatif d'un génotype. Un génotype avec $w = 1$ est le plus avantageux. Le coefficient de sélection $s$ mesure le désavantage : $w = 1 - s$. Plus $s$ est grand, plus la sélection est forte.
3La dérive génétique et les effets stochastiques
La dérive génétique est la variation aléatoire des fréquences alléliques d'une génération à l'autre, due à l'échantillonnage aléatoire lors de la reproduction. Contrairement à la sélection, elle est non déterministe.
Définition — Dérive génétique. La dérive génétique résulte du fait qu'une population a une taille finie. Les allèles transmis à la génération suivante sont un sous-échantillon aléatoire de ceux de la génération parentale. Les fluctuations sont d'autant plus grandes que la population est petite.
Deux phénomènes amplifient la dérive :
- Effet fondateur : une nouvelle population est fondée par un petit nombre d'individus, portant une fraction aléatoire et potentiellement non représentative de la diversité génétique de la population d'origine (ex. : Amish, populations insulaires).
- Goulet d'étranglement (bottleneck) : réduction drastique et temporaire de la taille d'une population (catastrophe naturelle, épidémie), suivie d'une expansion. La diversité génétique est réduite.
Attention ! La dérive génétique peut conduire à la fixation d'un allèle (fréquence = 1) ou à son élimination (fréquence = 0), même si cet allèle n'est pas particulièrement avantageux ou désavantageux. C'est particulièrement vrai dans les petites populations.
Exemple — Effet fondateur chez les Amish. Les communautés Amish de Pennsylvanie descendent d'un petit groupe de fondateurs européens (XVIIIe siècle). Certaines maladies rares (nanisme Ellis-van Creveld) sont bien plus fréquentes chez les Amish que dans la population générale, car un fondateur portait l'allèle responsable.
4Adaptation et valeur sélective
L'adaptation est le processus par lequel les populations évoluent sous sélection naturelle vers des phénotypes mieux ajustés à leur environnement. Elle résulte de l'augmentation de la fréquence des allèles augmentant la valeur sélective.
Définition — Adaptation. Une adaptation est un trait héréditaire qui augmente la valeur sélective (survie et/ou reproduction) d'un individu dans son environnement. Le terme désigne à la fois le processus évolutif et le résultat (le trait adapté).
La valeur sélective (fitness) intègre :
- La survie (sélection de viabilité) : probabilité d'atteindre l'âge de reproduction.
- La fécondité : nombre de descendants produits.
- La sélection sexuelle : succès dans la compétition pour les partenaires reproducteurs.
Astuce. Un allèle est dit neutre s'il n'affecte pas la valeur sélective ($s = 0$). Ces allèles évoluent uniquement par dérive génétique. La théorie neutraliste (Kimura, 1968) postule que la majorité des mutations sont neutres ou quasi neutres.
Exemple — Résistance aux insecticides chez les moustiques. L'utilisation massive d'insecticides exerce une pression de sélection forte. Les individus portant un allèle de résistance survivent et se reproduisent, augmentant rapidement la fréquence de cet allèle. En quelques générations, la population est majoritairement résistante (sélection directionnelle très forte).
L'adaptation peut être physiologique (métabolisme), morphologique (forme du bec, coloration) ou comportementale (chant nuptial, stratégies de fuite). Elle n'est jamais parfaite : elle est contrainte par l'histoire évolutive, les compromis (trade-offs) et les mutations disponibles.
5La spéciation : de la population à l'espèce
La spéciation est le processus par lequel une population se divise en deux ou plusieurs espèces distinctes. Elle implique l'établissement d'un isolement reproducteur entre populations.
Définition — Espèce (concept biologique, Mayr). Une espèce est un ensemble de populations naturelles réellement ou potentiellement interfécondes, productrices d'une descendance fertile, et qui sont reproductivement isolées des autres groupes.
On distingue deux grands modes de spéciation :
| Mode | Description | Exemple |
|---|
| Spéciation allopatrique | Isolement géographique (barrière physique) → divergence génétique → isolement reproducteur | Pinsons de Darwin aux Galápagos |
| Spéciation sympatrique | Divergence dans le même territoire (polyploïdie, sélection disruptive) | Polyploïdie chez les plantes (Spartina anglica) |
Les mécanismes d'isolement reproducteur peuvent être :
- Prézygotiques : empêchent la formation du zygote (isolement temporel, comportemental, mécanique, par gamètes).
- Postzygotiques : le croisement est possible mais la descendance est stérile ou inviable (ex. : mulet, hybride stérile entre cheval et âne).
Astuce. La polyploïdie (doublement du nombre de chromosomes) est un mécanisme de spéciation sympatrique très fréquent chez les plantes. Les hybrides polyploïdes peuvent être immédiatement isolés reproductivement de leurs parents.
6Preuves et exemples de l'évolution
L'évolution est une théorie scientifique solidement étayée par des preuves convergentes issues de plusieurs disciplines.
- Paléontologie : fossiles montrant la succession des formes au cours des temps géologiques (ex. : série d'ancêtres du cheval, Tiktaalik, ancêtre des tétrapodes).
- Anatomie comparée : organes homologues (même origine embryologique, fonctions différentes) et organes vestigiaux (réduction fonctionnelle, ex. : os du bassin chez la baleine).
- Biologie moléculaire : comparaison des séquences d'ADN et de protéines ; le code génétique est universel, preuve d'une origine commune. Les phylogénies moléculaires recoupent les phylogénies morphologiques.
- Biogéographie : distribution des espèces expliquée par l'évolution et la dérive des continents (ex. : faune endémique d'Australie, pinsons des Galápagos).
- Observation directe : évolution en temps réel (résistances bactériennes, mélanisme industriel, expérience d'évolution sur E. coli de Richard Lenski).
Exemple — Expérience d'évolution à long terme de Lenski (LTEE). Depuis 1988, 12 populations d'Escherichia coli sont cultivées en parallèle. Après plus de 75 000 générations, des adaptations convergentes (augmentation de la taille cellulaire, mutation du gène spoT) et des innovations rares (utilisation du citrate en présence d'O₂ dans une population) ont été observées, illustrant sélection naturelle, convergence et contingence historique.
Définition — Phylogénie. Une phylogénie est une représentation des relations de parenté évolutive entre groupes d'organismes (taxons). Elle est représentée sous forme d'arbre (cladogramme). Les groupes monophylétiques (clades) regroupent un ancêtre commun et tous ses descendants.
★À retenir
En bref :
• La variation génétique (mutations, recombinaison) est le substrat de l'évolution.
• La sélection naturelle favorise les allèles augmentant la valeur sélective ; elle est directionnelle, stabilisante ou disruptive.
• La dérive génétique (aléatoire) agit surtout dans les petites populations ; effet fondateur et goulet d'étranglement en sont des cas particuliers.
• L'adaptation est le résultat de la sélection ; la fitness intègre survie, fécondité et sélection sexuelle.
• La spéciation (allopatrique ou sympatrique) établit un isolement reproducteur entre populations divergentes.
• L'évolution est étayée par la paléontologie, l'anatomie comparée, la biologie moléculaire, la biogéographie et l'observation directe.