Évolution des génomes : Hardy-Weinberg, sélection et dérive

1. a)Introduction : une population évolue quand les fréquences de ses allèles changent ; il faut une référence pour repérer ce changement. Conditions : population de reproduction sexuée d’effectif infini, panmixie (unions et rencontre des gamètes au hasard), ni mutation, ni migration, ni sélection. Prévision : une part p des gamètes porte A, une part q porte a ; la rencontre au hasard donne AA avec la probabilité p², Aa avec 2pq (A venant de l’un ou de l’autre parent), aa avec q² ; la génération suivante produit des gamètes A avec la fréquence p² + pq = p(p + q) = p : les fréquences alléliques restent constantes et les génotypes valent p², 2pq, q². Intérêt : on compare effectifs observés et attendus (p²N, 2pqN, q²N) ; un écart net désigne un facteur qui éloigne de l’équilibre (unions non aléatoires, sélection, dérive, migration, mutation) ; le modèle permet aussi d’estimer q = √f(aa) pour un caractère récessif. Conclusion : aucune population réelle ne remplit ces conditions, d’où l’évolution inéluctable des génomes ; et une conformité au modèle montre seulement qu’aucun écart n’est détecté. (3)
2. b)Introduction : aucune population réelle ne remplit les conditions du modèle ; les facteurs qui l’en écartent n’agissent pas tous au même niveau. Facteurs qui modifient les fréquences alléliques : la mutation, seule source d’allèles nouveaux, aléatoire et rare (de l’ordre de 10⁻⁸ par nucléotide et par génération chez l’humain), effet direct très lent ; la sélection naturelle, tri orienté selon la valeur sélective dans un milieu donné (allèle de résistance favorisé par un herbicide ; avantage des hétérozygotes HbA/HbS là où sévit le paludisme), qui agit sur les phénotypes et donc mal sur un allèle récessif rare ; les préférences sexuelles, qui donnent plus de descendants aux porteurs d’un caractère choisi ; la dérive génétique, variation aléatoire due à l’échantillonnage des gamètes dans une population finie, d’autant plus forte que l’effectif est petit, jusqu’à la fixation ou la perte d’allèles (effet fondateur, goulot d’étranglement) ; la migration, qui rapproche les fréquences des populations qui échangent des individus (q′ = (1 − m) q + m q_M). Facteurs qui ne modifient que les fréquences génotypiques : l’appariement non aléatoire — unions entre semblables, entre apparentés, autofécondation (qui divise par deux la part des hétérozygotes à chaque génération) — crée un déficit d’hétérozygotes sans changer p et q ; à l’inverse, des unions entre individus différents créent un excès d’hétérozygotes. Conclusion : un test de Hardy-Weinberg détecte des écarts, mais il faut d’autres données (fréquences d’une génération à l’autre, effectif, milieu, migrations) pour identifier le facteur ; plusieurs facteurs se combinent souvent. (3)

Piège — Écrire que la sélection « crée » des allèles ou que les individus « mutent pour s’adapter » : les mutations sont aléatoires et préexistent, la sélection ne fait que trier.

1. a)2 000 copies du gène. Copies de A : 2 × 380 + 440 = 1 200, donc f(A) = 1 200 ÷ 2 000 = 0,6 ; copies de a : 2 × 180 + 440 = 800, donc f(a) = 0,4 ; contrôle : 0,6 + 0,4 = 1. (1,5)
2. b)AA : p² × N, avec p² = 0,36, soit 0,36 × 1 000 = 360 ; Aa : 2pq × N = 0,48 × 1 000 = 480 ; aa : q² × N, avec q² = 0,16, soit 0,16 × 1 000 = 160 ; total 1 000. (1,5)
3. c)On observe 440 hétérozygotes au lieu de 480 (déficit de 40, soit un douzième) et un excès des deux homozygotes (380 au lieu de 360, 180 au lieu de 160) : les écarts vont dans le même sens, la population ne semble pas à l’équilibre. Un déficit d’hétérozygotes signale des unions non aléatoires : l’autofécondation, possible chez cet œillet, divise par deux la part des hétérozygotes à chaque génération, sans changer les fréquences alléliques. (Un mélange de deux populations aux fréquences différentes donnerait le même effet.) (1,5)
4. d)C’est une migration : une part m = 0,25 des jeunes vient de la colline (q = 0,4). q′ = (1 − m) × q + m × q_M = 0,75 × 0,2 + 0,25 × 0,4 = 0,15 + 0,1 = 0,25. La fréquence du pré se rapproche de celle de la colline : le flux de gènes rapproche les populations qui échangent des individus. (1,5)

Méthode — Fréquences sur 2N copies, attendus p²N, 2pqN, q²N, puis le sens des écarts : un déficit d’hétérozygotes oriente vers des unions non aléatoires.

1. a)L et P se reproduisent à des saisons différentes (printemps, automne) et dans des lieux différents (rives, eau profonde) : leurs gamètes ne se rencontrent pas. C’est une barrière temporelle et écologique, donc prézygotique : elle agit avant la fécondation. (2)
2. b)En 1970, l’écart de fréquence de E1 entre L et P est de 0,55 − 0,45 = 0,10 ; en 2020, de 0,85 − 0,15 = 0,70 : les deux formes s’éloignent, dans des sens opposés. Si elles échangeaient beaucoup de gènes, la migration rapprocherait leurs fréquences ; leur divergence montre que les flux de gènes sont très faibles ou nuls dans le lac, ce que confirme le document 1. (2)
3. c)Sans flux de gènes, chaque forme évolue indépendamment : des mutations différentes y apparaissent au hasard ; la sélection, liée à son milieu de reproduction (eau peu profonde ou profonde, saison), trie des allèles différents ; la dérive agit séparément dans chacune. Les génomes divergent et des incompatibilités peuvent s’accumuler jusqu’à un isolement reproducteur complet, même si les deux formes se retrouvaient au même moment au même endroit : c’est une spéciation sympatrique. (2)
4. d)Arguments pour deux espèces : dans la nature, L et P n’échangent presque plus de gènes (documents 1 et 3) ; or le programme définit l’espèce comme une population suffisamment isolée génétiquement. Argument contre : en élevage, elles restent interfécondes, avec une descendance fertile (document 2) ; le critère d’interfécondité ne suffit donc pas à trancher. Conclusion : L et P sont à une étape intermédiaire d’un processus continu de spéciation ; selon le critère retenu, on parlera de deux formes d’une même espèce ou de deux espèces naissantes. (2)

Méthode — Dire d’abord où et quand agit la barrière (avant ou après la fécondation), puis vérifier dans les données si des gènes passent encore d’une population à l’autre.