Chap VII : De la diversification des êtres vivants à l’évolution de la biodiversité

 

  • On parle de La biodiversité actuelle … celle du passé,…des espèces nouvellement apparues…….. les espèces rares…, les espèces menacées…, les espèces en voies d’extinction

Qu’est que la biodiversité ? Rappels :

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  • La biodiversité est le produit et une étape de l’évolution en une période donnée du temps et dans un espacé délimité.
  • Elle résulte des capacités de reproduction et de survie de certains individus.
  • Cette influence associée au hasard de la transmission des gènes (la dérive génétique) conduit à une modification de la diversité génétique des populations au cours des temps.
  • Au sein d’une espèce, les populations comprennent des individus divers, qui diffèrent par leurs allèles et leurs caractères.
  • Les individus avec des phénotypes résultant de différentes combinaisons génétiques (transmises par leurs parents) peuvent différer par leurs potentiels reproducteurs :

plus grande attirance sexuelle exercée sur le partenaire

meilleure résistance à un facteur du milieu

meilleure résistance aux prédateurs

meilleur accès à la nourriture

  • La diversification des êtres vivants résulte à la fois :
    • de modifications du génome,
    • d’associations entre différents organismes
    • de la transmission de comportements.
  • L’évolution de la diversité des individus puis des populations au cours du temps peut conduire à l’émergence ou à la disparition d’espèces.

 

Pb I: Les populations peuvent –elles se modifier au cours des temps  ?

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1- les  mécanismes de diversification du au hasard

Les effets du hasard sont présentés dans leur diversité et de manière hiérarchisée.

La dérive génétique est replacée dans ce contexte comme l’un des effets possibles du hasard.

Plus une population est petite, plus l’effet de la dérive génétique est important.

D’autres  phénomènes  aléatoires  peuvent  avoir  un  impact  sur  l’évolution  des  êtres vivants ; c’est le cas des perturbations majeures imprévisibles comme les incendies, les inondations, les éruptions volcaniques ou, plus rarement, les conséquences d’un impact météoritique.

Lors d’une crise biologique, de nombreux groupes d’êtres vivants disparaissent.

Ils laissent ainsi des niches écologiques libres ; celles-ci peuvent alors être occupées par des êtres vivants ayant survécu à la crise biologique.

Ainsi la disparition des dinosaures a libéré des niches écologiques qui ont ensuite été occupées par des mammifères. Conclusion :

La disparition des dinosaures a donc permis l’essor des mammifères.

 

 Bilan

Une population est un ensemble d’organismes vivant au même endroit, au même moment, et pouvant se reproduire entre eux.

Dans une population, tous les individus ne sont pas identiques.

On peut ainsi décrire une population par la fréquence des différentes formes d’individu ( et donc d’allèles) qui la constituent.

Au cours des générations, les fréquences des différentes formes peuvent changer : les populations évoluent.

Ces fréquences changent sous l’effet de:

 la sélection naturelle ( Sous l’effet de la pression du milieu, de la concurrence entre les êtres vivants )

du hasard 

 L’évolution est la transformation des populations qui résulte de ces différences de survie et du nombre de descendants.

 

Pb II : les populations peuvent –elles se modifier sous l’effet de l’environnement ?

II- les modifications sous l’effet de l’environnement : La sélection naturelle

un exemple de survie sous l’effet de la pression de l’environnement Poly et q 1 et 2 p 64

Doc. 1 :

La fréquence des phalènes du bouleau de couleur claire ou foncée varie en fonction des caractéristiques l’environnement. Dans les régions où les arbres sont couverts de lichens clairs,  les phalènes claires  sont moins repérées par  les  prédateurs ; elles ont alors une durée de vie plus longue et une descendance plus importante.

Leur  fréquence  augmente,  alors  que  la  fréquence  des  formes  foncées  diminue

Dans les régions où les arbres présentent une écorce foncée, les phalènes foncées sont moins repérées par les prédateurs ; elles ont une durée de vie plus longue et par conséquent une descendance plus importante. Leur fréquence augmente, alors que celle des formes claires diminue.

Conclusion :

en fonction des caractéristiques de l’environnement, la survie et la reproduction des deux formes de phalène n’est pas la même : cela se traduit par des différences de la fréquence de ces deux formes.

Doc. 2 :

La sélection naturelle est un mécanisme qui se produit si les trois conditions citées sont réunies.

–  Il existe une variation entre les individus de la population : les fleurs peuvent être bleues ou jaunes.

–  Ces variations sont héritables: les fleurs bleues donnent en principe des fleurs bleues, et les fleurs jaunes donnent en principe des fleurs jaunes.

–  Ces  variations  sont  corrélées  à  une  variation  du  succès  reproducteur :  les  fleurs jaunes ont une descendance plus abondante que les fleurs bleues. On dit que les fleurs jaunes ont un avantage sélectif.

Conclusion :  la fréquence des fleurs jaunes évolue : c’est ce qu’on appelle la sélection naturelle.

Il en est de même pour l’exemple des phalènes :

–  Il existe une variation entre les individus : les phalènes peuvent être claires ou sombres.

–  Ces variations sont héritables : la couleur des phalènes est déterminée génétiquement.

–  Ces variations sont corrélées à une variation du succès reproducteur : en fonction des conditions environnementales, les phalènes des deux formes ont une survie et une reproduction différentielles.

Conclusion :  l’abondance relative des deux formes de phalène évolue sous l’effet de la sélection naturelle.

L’origine  de  la variation  est totalement déconnectée des  conditions  de  l’environnement dans lesquelles s’exprime cette variation : dans le cas des phalènes, ce n’est pas la présence ou l’absence de lichen sur les arbres qui est la cause de l’apparition de la mutation responsable de la variété foncée.

Bilan

  • A un instant donné, les individus d’une population ont une survie et une fertilité différente selon les conditions du milieu (accès aux ressources alimentaires, compétition avec d’autres espèces, etc.).
  • Ceux dont le phénotype est favorisé ont un plus grand nombre de descendants et la fréquence des allèles qu’ils portent augmentera la génération suivante.
  • C’est le mécanisme de sélection naturelle.
  • Hasard et sélection naturelle agisse simultanément sur la transformation des populations.
  • Ce sont deux mécanismes à l’origine de modifications de la diversité génétique et phénotypique des populations au cours de génération.
  • On appelle évolution biologique ces modifications des populations.

 

PbIII :Comment les populations évoluent-elles pour donner de nouvelles espèces ?  DM

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III- De l’évolution des populations d’une espèce a l’évolution de cette espèce

exemple 1 :  l’histoire d’une population d’éléphant : Q 1, et 3 p 66-67

Doc. 1 :

Il existe des éléphants avec défenses alors que d’autres individus en sont dépourvus et que ce caractère est déterminé génétiquement.

Dans une population sauvage d’Afrique (en Ouganda en 1930), seuls 2 % des individus femelles sont sans défenses. En effet, la sélection naturelle favorise les individus pourvus de défenses puisque celles-ci servent à la recherche de nourriture, à la protection des petits et à la victoire dans les combats.

Doc. 2 :

En Zambie, entre 1969 et 1989, le nombre total d’éléphants a diminué (de 35 000 à 6 000) et le pourcentage d’éléphants femelles sans défenses a très nettement augmenté (de 10 à 37 %).

Pendant cette période, les populations ont été décimées par des braconniers à la recherche de l’ivoire des défenses. Conclusion :  la sélection naturelle est dans ce cas défavorable aux individus à défenses (ceux-ci sont tués et se reproduisent donc moins) et la fréquence des individus sans défenses augmente.

Entre 1989 et 1993, les tendances s’inversent : le nombre d’éléphants augmente et le pourcentage d’éléphants femelles sans défenses diminue.

En 1989, la Zambie a signé un traité interdisant le commerce de l’ivoire et a créé des réserves afin de protéger les éléphants.

Leurs conditions de vie redeviennent similaires à celles décrites dans le document 1 pour des populations sauvages.

La sélection naturelle est à nouveau favorable aux individus à défenses et leur fréquence augmente (le pourcentage d’individus sans défenses diminue).

Doc. 3 :

En Afrique du Sud, la population d’Addo contient un pourcentage particulièrement élevé de femelles sans défenses (98 %).

Entre 1900 et 1931, le nombre d’éléphants a très fortement diminué et le pourcentage de femelles sans défenses a augmenté. On retrouve la même tendance que celle observée entre 1969 et 1989 en Zambie. Pour la population d’Addo, la cause est différente car, entre 1919 et 1920, un chasseur professionnel a réduit la population à 11 individus.

Parmi ces 11 individus, 50 % des femelles étaient sans défenses. Ces 11 individus sont à l’origine de la population d’Addo actuelle qui vit dans le parc, construit pour les protéger. Il y a donc eu un fort effet fondateur à l’origine de cette population.

Elle compte aujourd’hui 400 individus et 98 % de femelles sans défenses. Dans les conditions de vie régnant dans ce parc, la sélection naturelle n’explique pas ce très fort pourcentage. Celui-ci est simplement dû à l’effet de la dérive génétique s’exerçant sur une population réduite.

La seconde partie de ce document montre les fréquences de différents allèles pour deux locus (ces portions d’ADN ne sont pas codantes) dans trois populations.

La diversité génétique  est  ici  représentée  par  le nombre d’allèles  présents  dans  une  population.

Dans la population sauvage du parc Kruger, chaque locus présente cinq allèles.

Dans la population Addo, il n’existe qu’un seul  allèle pour le locus LA 5 et deux allèles pour le locus LA 4. Ainsi, la population d’Addo a la diversité génétique la plus faible (et une diversité génétique très faible dans l’absolu).

On retrouve ici un des effets de la dérive génétique, à savoir une perte de diversité génétique.

Doc. 3 :

Les politiques  de conservation  des  espèces  reposent  sur  les connaissances biologiques et écologiques que nous avons des espèces.

Pour protéger une espèce, il est nécessaire de suivre l’évolution du nombre d’individus mais également de suivre la diversité génétique, puisqu’une faible diversité génétique peut être un signe de danger pour une population.

 

Synthèses  sur les éléphants sans défenses

  • Dans certaines populations, les femelles avec défenses sont avantagées (pour chercher la nourriture ou défendre les petits) : la sélection naturelle prédit alors que leur fréquence doit être élevée. (expl Ouganda)
  • Dans d’autres populations, les femelles sans défenses sont avantagées (car non chassées par les braconniers) ; la sélection naturelle prédit que leur fréquence doit être plus élevée que dans les populations sauvages. C’est le (expl Zambie.)
  • Dans d’autres populations, dont le nombre d’individus a été brutalement réduit, la fréquence des types d’individus devient aléatoire, mais s’accompagne d’une perte de diversité génétique.
  • Dans le cas de la population d’Addo, les individus sans défenses étaient surreprésentés dans la population des survivants.
  • La dérive génétique explique alors la fréquence très élevée des femelles sans défenses dans cette population.

 

Exemple 2  Les populations de souris de Madère poly

Exemple 3 :  Le pouillot verdâtre

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Bilan

  • Au sein d’une même espèce, de populations isolées par une barrière géographique ou comportementale ont des échanges génétiques liés à la reproduction sexuée réduits et accumulent des différences génétiques.
  • Au-delà d’un certain seuil, ces différences peuvent empêcher les individus de deux populations de se reproduire entre eux : il y alors isolement reproducteur.
  • Les causes de ce dernier sont, par exemple, l’absence de reconnaissance des champs nuptiaux, le décalage des périodes de reproduction ou la stérilité des individus hybrides.
  • L’isolement reproducteur entre deux populations est associé un isolement génétique : il n’y a plus d’échange d’allèles entre elles.
  • Chaque population est alors considérée comme une nouvelle espèce, qui continuera à évoluer séparément, sous l’effet du hasard et de la sélection naturelle.
  • Le processus à l’origine de la formation d’une nouvelle espèce se nomme spéciation.

 

Pb IV : Quels sont les critères pour définir une espèce ?  

IV-Les concepts pré et post Darwinien de l’espèce : points communs et différences

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DM poly Exo et p.68 et 69 :

  1. Donner la définition typologique et la définition biologique d’une espèce.
  2. Construire un tableau présentant les avantages et les problèmes posés par chacune de ces définitions de l’espèce.

P68-69

Doc. 1 :

  • En biologie, le concept d’espèce permet de recenser les êtres vivants.
  • Au cours de l’histoire de la biologie, ce concept s’est modifié et  a répondu à  différentes définitions.

Doc. 1 et 2 :

  • Le concept pré-darwinien de l’espèce propose que cette entité regroupe tous les êtres vivants qui se ressemblent, se reproduisent et produisent des descendants qui leur ressemblent La variation est considérée comme une anomalie.
  • Le concept post-darwinien de l’espèce repose sur la notion de parenté et de variabilité au cours du temps. Ce concept peut inclure la ressemblance mais pas nécessairement.
  • Cette évolution du concept d’espèce converge actuellement vers une définition théorique consensuelle.
  • Une espèce est à présent définie comme un rameau indépendant du réseau généalogique des êtres vivants. Son existence est temporaire.

Doc. 3 :

  • La définition théorique de l’espèce n’est pas opérationnelle.
  • Comment savoir  concrètement si deux individus ou deux populations d’individus appartiennent ou non à la même espèce ?
  • Il faut déterminer des critères permettant de tester des hypothèses d’appartenance à une même espèce.
  • Ces critères peuvent être d’ordre phénétiques ou morphologiques.
  • Ainsi, deux individus qui se ressemblent appartiennent à la même espèce et deux individus qui ne se ressemblent pas n’appartiennent pas à la même espèce.
  • On perçoit toute la subjectivité de tels critères.
  • Par exemple !
  • le mâle et la femelle de l’espèce Orgyia recens ne se ressemblent pas du tout et pourtant ils appartiennent bien à la même espèce.
  • Les fourmis Formica lugubris et Formica paralugubris se ressemblent et étaient considérées comme appartenant à la même espèce jusqu’à ce qu’en 1996, des données moléculaires prouvent qu’il existait deux sous-ensembles ne se mélangeant pas ; ces deux sous-ensembles constituent désormais les deux espèces distinctes citées.
  • Ces critères peuvent être d’ordre biologique.
  • Si deux individus peuvent se reproduire et engendrer une descendance féconde dans des conditions naturelles, alors ils appartiennent à la même espèce.
  • Cependant, Aythya ferina et Aythya fuligula appartiennent à deux espèces différentes (comme leurs noms l’indiquent) bien qu’ils puissent se reproduire entre eux. Cependant, étant donné les exigences écologiques de ces deux oiseaux, les hybrides sont très rares.
  • Chaque critère utilisé est plus ou moins pertinent dans un contexte donné, mais présente aussi des limites.
  • Des individus peuvent être morphologiquement différents mais interféconds donc appartenir à une même espèce.
  • Le critère d’interfécondité a aussi ses limites : dans le monde végétal notamment, les hybrides sont très fréquents.

Définition typologique à utilise les critères de ressemblance : un individu appartient à une espèce s’il ressemble au « type » de l’espèce (individu de référence placé dans la collection d’un musée).

Définition biologique à repose sur des critères d’interfécondité : deux individus sont de la même espèce s’ils peuvent se reproduire entre eux et avoir une descendance fertile.

Avantages et problèmes posés par ces deux définitions :

Avantages Problèmes posés
 

Définition

typologique

– critère rapidement identifiable – des êtres vivants qui se ressemblent beaucoup donnent pourtant des descendants « inféconds » (Buffon)

– espèces jumelles sont identiques, mais aucun descendant viable (droso)

 

Définition

biologique

– critère pas toujours vérifiable dans la nature (nombre de spécimens, périodes de reproductions inconnues ou aléatoires,…) – individus d’espèces différentes peuvent se reproduire entre elles et avoir une descendance fertile = hybrides (crocotte = chien-loup ou jaglion)

– des individus issus d’espèces différentes peuvent s’hybrider en captivité

– impossibilité de définir les espèces fossiles

 

 

 

 

 

Bilan :

  • Une espèce peut-être définie comme des individus interféconds naturellement et dont la descendance l’est aussi
  • Donc une espèce peut être considérée comme une population d’individus suffisamment isolés génétiquement des autres populations
  • Tous les critères permettant de prouver cette indépendance peuvent êtres utilisés pour définir une espèce : données morphologiques, moléculaires, biologiques, etc.
  • Autrement dit : Une espèce est un rameau généalogique d’individus indépendant des autres rameaux du réseau des êtres vivants.
  • une espèce disparait si l’ensemble des individus concernés disparaît ou cesse d’être isolé.
  • Une espèce disparaît si tous les individus qui la composent meurent sans avoir eu de descendant ou si son isolement génétique cesse par rupture de l’isolement reproducteur (apparition d’hybrides fertiles issus de croisement avec une autre espèce).
  • Une espèce est donc définie dans le temps.

 

 

A lire DM autres Exemples de spéciation voir polycopié:

Fiche de révision :

Savoir définir et connaître ;

-les caractéristiques principales de biodiversité (et ses 3 niveaux de définition)

– dérive génétique effet de fondation évolution biologique

– sélection naturelle mutation population fréquence allélique et allèle

  • Citer les mécanismes pouvant changer la fréquence des allèles dans les populations
  • Distinguer les mécanismes faisant apparaître de nouveaux gènes et ceux changeant la fréquence des allèle

Avoir conscience :

  • que l’évolution n’est pas orientée et les espèces évoluent encore aujourd’hui – que tous les processus agissent de façon conjointe et simultanée sur les populations
  • de l’importance des facteurs environnementaux sur l’évolution
  • des conséquences possibles d’un faible diversité génétique dans les populations – de la nécessité de l’existence d’une diversité/variablilité au préalable dans les processus évolutifs
  • que le potentiel reproducteur est variable selon les individus et qu’il dépend de la survie de l’individu (plus ou moins longue) et du nombre de ses descendants. Les individus ayant le meilleur potentiel reproducteur dans un milieu donné ont plus de descendants et leurs allèles sont transmis plus fréquemment. Savoir définir : espèce (connaître l’évolution des différentes définitions), spéciation, spéciation sympatrique, spéciation allopatrique, effet fondateur, isolement reproducteur
  • Connaître l’utilité de définir des espèces et la définition typologique et biologique de l’espèce
  • Connaître les différents critères nécessaires pour identifier une espèce et les limites de ces critères (critère morphologique (de ressemblance), critère d’interfécondité, critère génétique, critère comportemental, critère écologique…)
    • Avoir conscience qu’une espèce est définie de façon limitée dans le temps.
  • Avoir conscience que la définition d’espèce est délicate et que celle-ci a évolué au cours de l’histoire de la biologie.
  • Savoir expliquer comment les espèces apparaissent en s’appuyant sur un exemple précis et comment elles disparaissent (disparition de l’ensemble des individus ou fin de l’isolement génétique)
  • Savoir expliquer la spéciation sympatrique et spéciation allopatrique
  • Savoir écrire un nom d’espèce : genre avec une majuscule et nom d’espèce sans majuscule (ex Homo sapiens)

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