Evolution Chap7

Gène, épigenèse et évolution
Paul & Yann

COMMENTAIRE GÉNÉRAL : Chapitre complexe et bien vulgarisé, il manque les sources et des illustrations pertinentes pour étayer votre texte. Alexandre Zimmerli 28 février 2010 à 23:15 (UTC)

Que propose Darwin pour rendre compte de l'évolution des espèces vivantes ?

Darwin propose une théorie sur l'évolution des espèces vivantes qu'on décline schématiquement en 3 points:

• La variation est présente au sein de toute population d'individus d'une espèce donnée.
• Si une sélection s'exerce sur certains variants,
• Une évolution de cette population au fil des générations en découle.

Qu'est-ce que la pangenèse?

Dans la vie de tous les jours, il suffit d'observer la ressemblance entre parents et enfants pour déduire que les caractères physique sont héréditaires, cependant le mécanisme responsable de l'hérédité a été méconnu jusqu'à une époque récente. D'après une théorie dit de pangenèse élaborée pour la première fois par les Grecs anciens, le sperme qui est responsable de (ou plutôt a un rapport avec) la procréation est constitué de particules provenant de différentes parties du corps (les pangènes). L'idée fut reprise par Jean-Baptiste Lamarck. D'après le Lamarckisme, les caractères acquis d'un individu comme par exemple la musculature après une exercice physique seront transmis à sa progéniture. La théorie de la pangenèse ainsi que certain aspect du Lamarckisme est accepté par Charles Darwin et y compris certains scientifiques du XIXème siècle.

Quelle est son mécanisme?

Ces pangènes qui sont présent dans tous les organes se libère dans le sang pour rejoindre les appareilles reproducteurs. Il s'accumuleront par la suite dans les gamètes pour ainsi donné forme à un "petit homme" incorporé dans ces gamètes possédant les nouvelles caractéristiques si variation il y a.

Quelle est l'hypothèse des pangènes?

Darwin n'avait pas les connaissances nécessaires pour expliquer la transmission des variations. La théorie des pangènes lui permet seulement d'appréhender la transmission de ces variations.

• L'expansion:

Le vivant croie dans son milieu et s'y multiplie, on appelle ce phénomène l'expansion. L'individu s'alimente avec des matières prises dans le milieu. Des individus conservent de manière remarquable une identité qui leur est propre et génèrent des descendants de leur espèce grâce, notamment, au milieu.Le vivant est capable de maintenir ses caractéristiques qui lui sont propres et de les transmettre de manière trans-générationelle et ce, indépendamment du milieu.

• La constance:

La constance est la propriété évidente de la fixité du vivant qui nous permet la taxonomie. La recherche cherche à comprendre la source de cette identité conservée (hérédité) durant la croissance et la multiplication.

• La variation:

La multiplication du vivant n'est pas une reproduction à l'identique. Le vivant est soumis, à la fois, à la constance et à la variation. La variation joue le rôle central du processus d'évolution. Nous reprendrons, par la suite, différents facteurs de variation, dont l'épigénétique.

Le gène est-il une unité d'évolution ?

Le gène est une unité structurale du vivant. Elle constitue une partie de l'acide désoxyribonucléique (ou ADN) spécifique à la production de protéines par de nombreuses étapes échelonnées. C'est à dire qu'à partir de l'ADN on synthétise l'acide ribonucléique (ARN) ou des chaînes polypeptidiques. La transcription des protéines se fait en deux étapes c'est-à-dire la transcription d'un ADN en ARN messager et la traduction d'un ARN messager en protéine. La protéine est nécessaire au vivant car elle est considérée comme le "bâtisseur" cellulaire.

Le grand intérêt qu'apporte les gènes dans le chapitre de l'évolution est présent notamment dans la transmission des caractères de parents à enfant. Mendel et Morgan ont observé ce phénomène sur leurs expériences. Mendel en observant le phénotype des petits pois et Morgan en observant la couleur des yeux des drosophiles. Ce phénomènes vient des allèles. Les allèles sont des formes différentes d'un gêne. Par exemple les allèles à l'origine d'un caractère héréditaire donné occupe un locus précis (position) sur un certain chromosome.

La grande difficulté pour Darwin étant la compréhension de la disparité des caractères chez les hybrides. Cette théorie est bien expliqué grâce à la génétique de Mendel et la théorie des allèles pouvant expliquer les différents phénotypes observés chez deux individu issus de parents différents. Théorie que l'on place facilement dans l'explication de la variation.

L'un des facteurs de l'évolution consiste en une mutation pouvant survenir à n'importe quel étape du processus de la production des protéines. Si un gène possède une mutation dans un de ses nucléotides, la transcription et la traduction se fera par rapport de ce nucléotide et donc la protéine créera quelques chose de nouveau dans notre organisme, c'est-à-dire que cette nouvelle protéine aura peut-être un impact sur le phénotype. Par exemple l'évolution chez l'Homme a été observée dans la disposition du système nerveux et la taille et le volume du cerveau qui a augmenté au fil des millénaires.

L'évolution des espèces n'est pas uniquement concernée dans la transmission verticale (de parents à enfant) mais aussi dans la transmission horizontale (ou transfert génétique cf. chapitre 9) mais pour le moment nous resterons sur la voie de transmission verticale.

De ce long processus évolutif, nous pouvons supposer l'existence d'un ancêtre originel commun à tous. Dans la première édition de l'ouvrage l'origine des espèces, Darwin n'emploie pas le terme d'évolution avant la fin lui préférant un autre mot exprimant de meilleur manière ce processus: la descendance modifiée. La conception darwinienne se présente sous la forme d'une arbre généalogique. D'un même tronc jaillissent plusieurs branches ayant elles-mêmes de multiples ramifications. On suppose que chaque fourche se trouve l'ancêtre de plusieurs lignées ceci représenté aujourd'hui grâce à la taxinomie.

Reprenons donc la mutation qui est source de variation et la condition nécessaire à l'évolution adaptative. Cette évolution adaptative a été observée pendant le voyage de Darwin sur le Beagle. Il comprend rapidement qu'il existe un lien entre l'apparition des espèces et l'adaptation à leur environnement. Des scientifiques sont parvenu à prouver plus tard ce phénomène chez les Géospizes des Galapagos. Ces oiseaux se distinguent surtout par leur bec qui s'est adapté à la nourriture présente sur leur île. Selon Ernst Mayr, biologiste de l'évolution, les caractéristiques des individus d'une population peuvent varier énormément. Il n'existe en aucun cas deux individus identiques. Ces variation sont héréditaires. Les individus qui sont plus aptes à affronter leur environnement peuvent produire vraisemblablement plus de descendants que les autres. Ce processus permet d'expliquer les fourches dans l'arbre généalogique de l'évolution. Ce phénomène est souvent observé chez les bactéries. Il arrive que les bactéries soient complètement insensibles aux antibiotique. Surement grâce à un processus d'évolution adaptative. Cependant il faut concevoir l'évolution adaptative comme étant hasardeuse. Ce phénomène a été démontré par le travail classique de Luria et Delbrück: [1] qui nous montre bel et bien le hasard impliqué dans ce procédé évolutif.Cela consiste en un changement d'un individu suite par exemple à l'action d'un mutagène. Il modifie l'être vivant et transmet la mutation à sa descendance si le nouveau caractère est sélectionnable et donc nécessaire à la survie de l'espèce.

Cette théorie n'est cependant pas dogmatique dans le sens qu'il existe d'autres théories pouvant expliquer l'évolution et la sélection naturel. Il y a une sélection dite directe qui se fait en une étape et transmet la mutation à sa descendance. Peu importe le résultat. Et une sélection cumulative est une sélection qui se fait progressivement. Chaque génération se reproduit en subissant une petite mutation qu'elle transmet à sa descendance. La sélection naturelle extrait les meilleurs mutants pour assurer la survie de l'espèce.

Les mutations sont-ils propre à un seul type d'organisme?

Théoriquement, il n'est pas concevable d'admettre que les mutations sont propres à un seul type d'organisme. Si l'on observe la classification systématique du vivant, nous pouvons observer des similitudes entre tous les être vivant. Cette similitude nous permet dans un premier temps d'imaginer que nous sommes tous issus d'une cellule primaire et que cette cellule primaire a évolué pour donner la multitude d'organismes existant sur Terre. Prenons par exemple LUCA (Last Universal Common Ancestor). Si nous observons un arbre phylogénétique de la vie, nous pouvons constaté que LUCA a donné naissance suite à l'évolution à trois groupes majeurs: Les bactéries, les archées et les eucaryotes. l'évolution résultant d'une modification d'une base dans l'ADN (élément constitutif du vivant. Le génophore (chromosome circulaire baignant dans le cytoplasme) des procaryotes subit également des mutations tout comme le matériel génétique des cellules eucaryotes se trouvant chez les organismes complexes et les amibes.

Quel est le rôle du gêne dans le développement?

En voulant placer l'évolution à l'échelle d'un organisme pluricellulaire, nous pouvons constater qu'il existe des variation par rapport à la cellule primaire. C'est-à-dire que la variation survient notamment dans le phénomène appelé différenciation cellulaire. Pour expliquer ce phénomène, on serait tenter d'utiliser comme hypothèse la mutation pour expliquer cette différenciation cellulaire mais cette hypothèse est cependant obsolète car les mutation sont rare pendant le développement d'un organisme. De plus la séquence d'ADN est strictement identique en grande majorité. La grande question posée est alors de comprendre comment cela se fait qu'il y ait des phénotype si différent alors que le génotype est identique.

Chez la plupart des organismes multicellulaires, le développement se produit à partir d'un zygote, celui-ci possèdent des cellules qui ont structure et une fonction propres. Par exemple, les Animaux possèdent des cellules musculaires qui leur permettent de se déplacer. La cellule ne constitue que l'un des niveaux de l'organisation biologique. Les cellules similaire sont regroupé en tissus, les tissus en organes, ainsi de suite. Le mécanisme du développement embryonnaire doit donc mener non seulement à la création de différents type de cellules mais également à la formation de structures d'ordre supérieur ayant une configuration en trois dimension. Tout celà, étant le résultat d'un seul gène, le gène batisseur qui est identique dans tous les organismes. De plus la question de la transmission d'un phénotype sans modification du génotype est est au coeur de la problématique de la différenciation.

Le processus de différenciation cellulaire qui consiste en une modulation d'expression des gènes. Les gènes exprimés par une cellule dépendent de son origine embryonnaire, du stade de développement de l’organisme, de l’environnement du tissu ou de la cellule et des fonctions à remplir. Il arrive que cette différenciation soit contrôlée par une onco-protéine. Les enzymes qui transcrivent l'ADN ont la lourde tâche de repérer les gènes qu'il faut au moment voulu.

Il intéressant d'observer que des cellules aussi différentes dans notre organisme aient toutes le même ADN et descendent toute d'une même cellule, le zygote. La différenciation cellulaire reflète la synthèse de différentes protéines dans divers type de cellule. Par exemple il se forme deux type de cellules dans l'épiderme: des cellules qui produisent un poil absorbant (ou trichoblastes) et les cellules qui n'en produisent pas. La différenciation dépend dans une large mesure de la régulation de l'expression génique. Les cellules contenant le même génome ont des destinées différente car certains gènes s'expriment à des moments précis de leur différenciation. Par exemple dans une cellule stomatique (orifice présent dans l'épiderme des végétaux), il y a des gènes responsables de la programmation de l'autodestruction du protoplaste de cellule du xylème (tissu végétale) mais ce gène ne s'exprime pas. Dans une cellule de xylème, ces gènes s'exprime mais seulement à un moment précis de la différenciation, après que la cellule se soit allongée et ait produit une paroi secondaire.

Qu'est-ce que l'épigénétique?

L'épigénétique est l'étude des caractères, tel que les changements des états de transcription des gènes, qui sont héritable au cours des divisions cellulaire et qui implique aucune modification dans l'ADN. Ces charactères ont la particularité d'être réversible, c'est-à-dire reprogrammable.

Dans notre cas, nous ne pouvons en aucun cas parler de génotype mais plutôt d'épigénotype car le génotype ne diffère en aucun cas. L'épigénotype consisten en une modification ou un ensemble de modifications épigénétiques correspondant à un état de transcription particulier d’un gène (expression ou répression).

Les facteurs de contrôle "trans" sont des protéines ou ARN du cytoplasme qui a pour but de se fixer sur un élément CIS de l'ADN (site de reconnaissance) qui donnera une lieu à une transcription.

La régulation en cis fait intervenir des séquences spécifiques alors que la régulation en trans fait intervenir des protéines se fixant sur les séquences cis.

Lorsque les facteurs de contrôle interagissent avec les éléments de la séquence cis, le résultat est une transcription particulière (un phénotype). Les interaction entre facteurs et élément peuvent être affecté par des mutation génique. Il peut y avoir des effets chaotique dans une unique population si les partenaire trans sont présent à faible nombre et/ou a faible affinité avec les affecteurs trans. Ce qui expliquerait certaines malformation.

Notion d'épigénome? Illustrez avec des exemplesAlexandre Zimmerli 28 janvier 2010 à 10:20 (UTC)

Qu'est-ce la notion d'EVO-DEVO?

Aujourd'hui, l'épigénétique est au centre de l'explication de la variation individuelle. Avant, on parlait du gène comme le déterminant unique. A l'heure actuelle, on réserve une place à un nouveau concept pour rôle épigénétique, le concept de "module". On appelle "module" un réseau dynamique et modifiable en fonction de la nature des partenaires (éléments du réseau), de l'intervention d'autres partenaires et du milieu. Un même module aura des applications diverses. On parle aussi d'interacton comme une unité-module du phénotype. On lui donne une place intermédiaire épigénétique entre le gène et ses effets phénotypiques. Or la transmission transgénérationnelle des variations épigénétiques n'est pas stable. En effet, l'épimutation s'efface après un délai générationnel.

Cependant, des données intéressantes pourraient indiquer une transmission épigénétique aidant la sélection et l'évolution. Par exemple, si une population possède de nombreux variants épigénétiques, cela peut permettre la survie de certains individus dans des cas de stress temporaire. D'une certaine manière, on ressuscite la théorie des gemmules d'Aristote reprise par Darwin.

La recherche tend, de nos jours, à répondre à une question bien précise: Comment les caractères épigénétiques sont-ils transmis?