Comprendre l'Evolution 2012 Ch6
L'évolution des populations se produit parce que les individus d'une population sont en possession de caractères héritables différents, et que seule une partie de ces individus accède à la reproduction, les caractères les plus adaptés à l'environnement sont de préférence conservés par la sélection naturelle. Par ailleurs, le hasard de la reproduction sexuée rend partiellement aléatoire les caractères qui seront transmis, par ce qu'on appelle l'effet de dérive génétique. Ainsi, la proportion des différents caractères d'une population varie d'une génération à l'autre, conduisant à l'évolution des populations.Il s'agira donc de montré les mécanismes de l'évolution des populations.
Comment peut-on définir la notion de génétique des populations?
Tout d'abord, la chose/règle la plus importante pour le monde vivant est tout simplement la diversité génétique; en effet, dans toutes les populations, les gènes sont représentés sous plusieurs formes alléliques et chaque individu est hétérozygote (c'est à dire qu'un individu a deux allèles différents pour un même gène).
La génétique des populations c'est l'étude des conséquences ou des effets des diverses forces évolutives sur la répartition de la diversité génétique au sein des populations et entre populations. La génétique des populations propose des hypothèses et développe des modèles théoriques d'évolution des fréquences alléliques et génotypiques.
Qu'est-ce que la loi de Hardy-Weinberg?
Cette loi de Hardy-Weinberg définit un principe simple selon lequel une population n'évolue pas pour autant que certaines conditions (des conditions d'équilibre) soient réunies. La loi de Hardy-Weinberg peut se résumer de la manière suivante: dans une population de grande taille où règne la panmixie (c'est à dire que les individus sont répartis de manière homogène au sein de la population et participent, à la formation de la génération suivante), qu'il n'y a pas de migrations, pas de sélection, pas de mutations et pas de dérive génétique, et que les fréquences alléliques mais aussi les fréquences génotypiques restent relativement stables, alors cette population n'évolue pas. (exemple p.78 du livre)
Quels sont les facteurs d'évolution des populations?
L'apparition de nouveaux caractères se caractérise par une mutation et une recombinaison génétique, ou en d'autres termes remaniement chromosomique. Mais l'apparition de nouveaux caractères ne se déroule que dans un individu, pas dans l'espèce entière. Il faut, pour que ce nouveau caractère se propage, un effet de la sélection naturelle et/ou de la dérive génétique.
Qu'est-ce que c'est que les mutations et les recombinaisons du matériel génétique?
Les mutations géniques affectent la structure du matériel génique au sein d'un seul gène. Les mutations sont dues à des erreurs lors de la réplication de l’ADN et peuvent très bien être à l’origine de l’apparition d’allèles nouveaux. Si cette mutation porte sur un seul nucléotide, on parle alors de mutation ponctuelle. Cela dit, ces mutations peuvent aussi atteindre la structure des chromosomes, c'est le cas de la délétion, de l'insertion, de la duplication ou encore de la translocation de segments entre les chromosomes, c'est-à-dire un échange de matériel chromosomique entre des chromosomes non homologues. On peut également voir des modifications du nombre de chromosomes dues à des ajouts, des pertes, des fusions ou des fissions de chromosomes.
En quoi les migrations sont elles facteurs d'évolution?
Il y a souvent des échanges entre populations, car elles ne sont pas complètement fermées, ce qui crée un mélange génétique, une modification des fréquences alléliques et génotypiques. Les migrants peuvent apporter de nouveaux allèles et peuvent ainsi aider à une augmentation de la variabilité génétique de la population d'origine. Nous pouvons parler de flux de gènes quand il y a un événement migratoire à chaque génération. Un très bon exemple qui illustre les flux de gènes, est l'expérience de Glass et Li (1953): pour cette expérience, ils ont mesuré la fréquence d'un allèle (allèle r) chez les Blancs et chez les Noirs aux USA (les résultats étaient de 0.028 pour les Blancs et 0.446 pour les Noirs). Ils ont alors comparé ces résultats avec ceux des Noirs de l'Afrique de l'Ouest, où la fréquence était de 0.630! Ils arrivent donc à une première hypothèse, que dans cette région de l'Afrique, la fréquence d'allèle n'a pas variée au cours des 200-300 dernières années. Il y a donc aussi une réduction de fréquence de l'allèle rchez les noirs américains, Glass et Li pensent que cette réduction à commencer dès l'instant où les Noirs ont été introduit dans les colonies américaines et que cela à continuer de diminuer jusqu'à aujourd'hui. Grâce à une formule, ils ont déterminer que pour chaque génération, 3.6% des gènes de la population noire américaine ont été remplacés par des gène provenant de la population blanche.
Quel est le processus de la sélection naturelle?
Dans une population, la contribution à la conception de la génération suivante n'est pas équivalente pour tout le monde. La fitness ou valeur sélective et la fréquence d'un génotype ou d'un phénotype dépend de plusieurs facteurs, et surtout de la survie et de la fécondité. Un allèle mutant n'est pas, en général, avantageux, car la sélection naturelle fera en sorte de réduire sa fréquence pendant les générations qui suivent; on appelle cette sélection, la sélection directionnelle. Elle agira plus rapidement, étant donné qu'un allèle mutant développe un comportement plus prononcé de dominance sur l'allèle sauvage.
De quoi parle-t-on lorsque nous parlons de dérive génétique?
Tout d'abord, il est important de signaler que la loi de Hardy-Weinberg n'est applicable qu'aux populations de grandes tailles. Mais dans la nature, divers facteurs font que les populations ont une taille réduite: le comportement territorial, niches écologiques création de sous-groupes isolés, réduction saisonnière du nombre d'individus. Dans ce genre de situation, nous parlons de changement aléatoire de la constitution génétique d'une population (variation au hasard de la fréquence des allèles des gènes au court du temps)ou de manière plus simple de dérive génétique. Donc, sous l'effet de mutations et de la sélection naturelle, les populations évoluent et voient de nouveaux génotypes apparaître et se maintenir selon des équilibres. Au fil des années et des générations, la dérive génétique et la sélection naturelle peuvent amener des populations isolées à acquérir des caractéristiques propres, comme le nanisme (exemple des éléphants nains de Sicile)ou le gigantisme (varan de Komodo). Pour ce qui est des mutations neutres (pas d'avantage sélectif, ni de caractère défavorable), seule la dérive génétique sera responsable de leurs variations de fréquences.
Comment fonctionnent l'isolement des populations et la spéciation?
Tout d'abord, il faut introduire la notion de spéciation, la spéciation c'est tout simplement l'apparition d'une nouvelle espèce à partir d'une espèce ancestrale.
Remaniements chromosomiques et spéciations, de quoi s'agit-il?
Lors des changements évolutifs, il peut y avoir des modifications de structure ou du nombre de chromosomes. On peut observer des inversions de segments ou des translocations, des échanges de segments entre chromosomes. Ces phénomènes peuvent isoler des populations et être favorables à l'apparition de nouvelles espèces. On observera donc chez des individus issus d'un croisement entre un individu "normal" et un individu présentant des modifications de structure de chromosomes, que des problèmes d'appariements des chromosomes, lors de la méiose, formeront des gamètes anormalement constitués.
Des fissions ou des fusions peuvent donner suite à des modifications du nombre de chromosomes (exemples p.85 du livre). L'allopolyploïdisation est un autre mécanisme de spéciation, surtout chez les végétaux. Les allopolyploïdes ont des chromosomes qui proviennent d'espèces diploïdes proches, mais différentes. D'un croisement entre des espèces diploïdes, on obtiendra donc un hybride stérile, dû à l'addition des assortiments chromosomiques.
On peut également retrouver la duplication. Elle est due à un crossing-over inégal ou à un événement de rétrotransposition. Lorsqu'un gène est dupliqué, l'une des deux copies peut évoluer librement, et donc acquérir une nouvelle fonction. Ces successions de duplications vont former des familles multigéniques (exemples pp. 86-87).
Quel importance évolutive ont les gènes homéotiques et les autres gènes de contrôle?
Nous pouvons trouver chez les animaux ainsi que chez les plantes des mutations impressionnantes qui apparaissent dans des endroits étranges, c'est ce qu'on appelle l'homéose. Nous avons pu avoir un aperçu lors de la conférence de .., où nous avons pu voir des mutations chez des drosophiles, certaines ayant des ailes à l'emplacement des yeux, etc. A chaque fois, le phénotype mutant est dû à la mutation d'un seul gène. Ces gènes ayant subit des mutation sont appelés gènes homéotiques. Ces gènes contrôlent le processus de morphogénèse - ce qui détermine la forme, la structure des tissus, des organes et organismes - lors du développement embryonnaire de la drosophile. Ils possèdent également une séquence presque invariable de 180 nucléotides en commun, ce qu'on appelle l'homeobox. Ce dernier est composé de 180 paires de bases codant 60 acides aminés formant un domaine protéique, l'homéodomaine, qui est capable de se lier a l'ADN.
Il y a, chez les vertébrés, des gènes Hox qui constituent un sous-groupe de gènes homeobox. Aujourd'hui, on considère que cette famille multigénique dérive de gènes très anciens, qui par duplications et remaniements successifs, ont joué un rôle majeur dans l'évolution des animaux en modifiant leur plan d'organisation.
Chez les plantes à fleurs, il y a également des mutations homéotiques qui affectent des gènes de contrôle du développement. Ils ne possèdent pas d'homeobox, mais la MADSbox. Ils encodent des facteurs de transcription, des protéines nécessaires à l'initiation ou à la régulation de la transcription, qui se lient à l'ADN par leur motif peptidique MADS.
Qu'est-ce que l'ADN mitochondrial?
En fait, l'ADN mitochondrial est une molécule d'ADN circulaire qui se trouve dans la mitochondrie. Cette molécule code pour une partie des protéines et des ARN spécifiques au fonctionnement de la mitochondrie. Les avantages d'utiliser l'ADN mitochondrial pour l'analyse de la diversité génétique de nos ancêtres, réside dans le fait que les mitochondries sont transmises uniquement par la mère, il mute à fréquence élevée (donc évolue rapidement) et qu'il est présent en plusieurs milliers de copies par cellule (ce qui facilite son étude). Cela permet donc de suivre des populations en comparant le degré de similarité de leur ADN mitochondrial.
Grâce à des comparaisons de séquences des régions hypervariables, des chercheurs ont pu montré que les populations humianes qui sont sur terre aujourd'hui seraient donc issues d'une population ancestrale unique trouvant son origine en Afrique(de plus que c'est en Afrique que l'on rencontre la plus grande diversité d'ADN mitochondriaux, ce qui explique que l'homme a vécu plus longtemps en Afrique).
Pendant près de 12'000 ans, l'homme moderne a côtoyer l'homme de Neandertal (bien que maintenant cette espèce soit éteinte), et ces deux espèces ont longtemps été considérées comme deux sous-espèces interfertiles de l'espèce Homo sapiens. On s'est dès lors interessé de savoir si l'homme moderne possède dans son patrimoine génétique un héritage de l'homme de Neandertal. C'est alors qu'on à comparé ces séquences d'ADN mitochondriaux (régions hypervariables)provenant d'hommes actuels, d'hommes préhistoriques ainsi que de Cro-Magnon. Les résultats ont pu ainsi nous donnés les réponses suivantes: les séquences de Cro-Magnon sont très proches de celles des hommes préhistoriques et de celles des hommes modernes. Par contre, elles se distinguent nettement des Néandertaliens, ce qui fait que ceux-ci seraient donc une famille indépendante; et donc deux espèces distinctes: Homo sapiens et Homo neanderthalensis.
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