Évolution et sélection naturelle

Exercice 1 — Calcul et interprétation des fréquences alléliques
Corrigé :
1. Nombre total d'allèles = 2 × 200 = 400.
Nombre d'allèles A = (2 × 50) + (1 × 100) = 200 → p = 200/400 = 0,5.
Nombre d'allèles a = (2 × 50) + (1 × 100) = 200 → q = 200/400 = 0,5.
2. Fréquences attendues H-W : AA = p² = 0,25 → 0,25 × 200 = 50 ; Aa = 2pq = 0,50 → 100 ; aa = q² = 0,25 → 50.
Les fréquences observées (50/100/50) sont exactement celles prédites → population à l'équilibre de Hardy-Weinberg.
3. Si un écart existait (ex. : déficit en hétérozygotes), on pourrait invoquer : sélection contre les hétérozygotes, consanguinité, ou accouplement assortatif. Si excès d'hétérozygotes : surdominance possible.

Exercice 2 — Sélection naturelle et adaptation
Corrigé :
1. La valeur sélective (w) mesure le succès reproductif relatif d'un génotype par rapport au génotype le plus avantageux (w = 1). Le coefficient de sélection s mesure le désavantage : w = 1 − s. Un allèle dont les porteurs ont w = 0,8 a s = 0,2.
2. C'est une sélection directionnelle intense : l'antibiotique élimine sélectivement les bactéries sensibles (désavantage maximal : w ≈ 0), tandis que les bactéries résistantes survivent et se reproduisent. La fréquence de l'allèle de résistance augmente rapidement vers 1.
3. La sélection naturelle agit sur la variation existante : elle modifie les fréquences alléliques mais ne crée pas de nouveaux allèles. Seules les mutations (et la recombinaison) créent de nouveaux variants génétiques. La sélection trie, elle ne génère pas.

Exercice 3 — Dérive génétique et effets stochastiques
Corrigé :
1. Dans une population de N = 20 (40 allèles), l'échantillonnage aléatoire à chaque génération peut modifier fortement les fréquences alléliques ; un allèle peut se fixer ou disparaître rapidement. Dans une population de N = 10 000, la dérive est négligeable : les fluctuations aléatoires sont très faibles et les fréquences restent proches des valeurs initiales. La dérive est d'autant plus forte que N est petite.
2. L'effet fondateur survient quand un petit groupe d'individus colonise un nouveau territoire : ils ne représentent qu'un sous-échantillon aléatoire de la diversité génétique d'origine. Exemple : les communautés Amish de Pennsylvanie, fondées au XVIIIe siècle par un petit nombre d'Européens. La maladie d'Ellis-van Creveld (nanisme) y est bien plus fréquente que dans la population générale car l'un des fondateurs portait l'allèle responsable.

Exercice 4 — Spéciation et isolement reproducteur
Corrigé :
1. Spéciation allopatrique : séparation géographique des populations, qui divergent sous l'effet de la sélection et de la dérive, jusqu'à l'isolement reproducteur. Ex. : pinsons de Darwin aux Galápagos (colonisation d'îles différentes, becs diversifiés selon les ressources alimentaires).
Spéciation sympatrique : divergence sans isolement géographique, par exemple par polyploïdie. Ex. : Spartina anglica, allopolyploïde apparu au XIXe siècle par hybridation entre deux espèces de Spartina, suivi d'un doublement chromosomique.
2. L'hybride viable mais stérile illustre un isolement reproducteur postzygotique (après fécondation). Il ne peut pas conduire à une nouvelle espèce car il est stérile : il ne peut pas transmettre son génotype à une descendance. Seule une descendance fertile permet la continuation de l'évolution et la constitution d'une nouvelle espèce.

Exercice 5 — Preuves de l'évolution et phylogénie
Corrigé :
Toute combinaison de trois preuves est acceptable, par exemple :
• Paléontologie : les fossiles montrent la succession des formes au fil des ères géologiques et l'existence de formes de transition (ex. : Tiktaalik, intermédiaire entre poissons et tétrapodes).
• Anatomie comparée : les organes homologues (même origine embryologique, fonctions différentes, ex. : membre antérieur du dauphin, de la chauve-souris, de l'Homme) révèlent un ancêtre commun. Les organes vestigiaux (ex. : os du bassin chez la baleine) indiquent la réduction progressive d'organes ancestraux devenus inutiles.
• Biologie moléculaire : l'universalité du code génétique et la comparaison des séquences d'ADN/protéines permettent de construire des phylogénies et confirment l'origine commune de tous les êtres vivants. Plus deux espèces sont proches phylogénétiquement, plus leurs séquences sont similaires.
• Observation directe (si choisie) : mélanisme industriel, résistances bactériennes, expérience LTEE de Lenski → l'évolution est observable en temps réel.