Lycée · Terminale · Spécialité SVT
Évolution et sélection naturelle
Mécanismes de l'évolution, sélection naturelle et adaptation des populations (programme de Terminale spécialité SVT)
À propos de cette page
Variation 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.
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.
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 $= q^2$.
La 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.
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 |
La 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.
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.
Adaptation 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.
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.
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.
La 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.
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).
Preuves 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).
- 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.
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