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Cours 4 : Les forces évolutives et leurs conséquences sur les populations
(liens séance 1 - séance 2 - séance 3 - séance 5 - séance 6)
Tests / rappels séance 3
Population : ...
Quels sont les effets des processus de diversification sur les populations ?
Programme de la séance 4
III / Les forces évolutives et leurs conséquences sur les populations
0 / Montrer l'existence de nombreux variants issus de mutations aléatoires et spontanées
1 / Définir la notion de sélection naturelle, la caractériser et en expliquer les effets sur les populations ;
2 / Définir et expliquer la notion de valeur sélective ;
3/ Expliquer les conditions du modèle de population idéale de Hardy-Weinberg ; analyser une situation d’évolution biologique expliquant un écart par rapport au modèle de Hardy-Weinberg ;
4 / Caractériser la dérive génétique et ses effets mesurables sur les populations ;
À partir d’un logiciel de simulation, expliquer l’impact d’un faible effectif de population sur la dérive génétique et l’évolution rapide des fréquences alléliques ;
5/ Définir et expliquer à partir d’un exemple concret les mécanismes de la coévolution ;
6 / Expliquer les effets des migrations et de l’effet fondateur.
0 / Montrer l'existence de nombreux variants issus de mutations aléatoires et spontanées
Expérience de Luria et Delbrück (années 1940) : déterminer si les mutations sont induites par le milieu ou si elles sont aléatoires et indépendantes du milieu, en étudiant l'apparition de bactéries résistantes à des bactériophages.
Extrait de Biologie et Géologie, BCPST1 et 2, Dunod
Expérience 1 : Culture unique de grand volume => résultat : variance faible
Expérience 2 : Cultures séparées de petits volume => résultat : variance élevée
Comme la variance des petites cultures est élevée, on en déduit que les mutations se produisent indépendamment des conditions du milieu et présentent un caractère spontané.
L'expérience de Luria et Delbrück montre que les mutations apparaissent de façon spontanée et aléatoire au cours des divisions cellulaires. Elle démontre que la mutation précède la sélection du phénotype, l'environnement intervient après, favorisant l'une ou l'autre des mutations.
1 / Définir la notion de sélection naturelle, la caractériser et en expliquer les effets sur les populations
"La sélection naturelle recherche, à chaque instant et dans le monde entier, les variations les plus légères; elle repousse celles qui sont nuisibles, elle conserve et accumule celles qui sont utiles. "
"Les espèces qui survivent ne sont pas les espèces les plus fortes, ni les plus intelligentes, mais celles qui s’adaptent le mieux aux changements"
"La sélection naturelle agit uniquement au moyen de la conservation des variations utiles à certains égards "
"J'ai donné à ce principe, en vertu duquel une variation si insignifiante qu'elle soit se conserve et se perpétue, si elle est utile, le nom de sélection naturelle " C. Darwin, L'origine des espèces, 1859.
La sélection naturelle est un tri orienté des variants qui favorise la survie des individus les plus aptes dans des conditions de milieu données (= individus présentant la meilleure adaptation aux conditions du milieu)
Jeu sérieux Phalènes
L'exemple de la phalène du bouleau (Biston betularia) et la découverte du mélanisme industriel est une des premières démonstrations de la sélection naturelle.
Dans cet exemple, la prédation est le mécanisme principal de sélection.
La migration, notamment des mâles, permet d'expliquer le maintien de formes non adaptées à l'un des environnements.
=> Trouver à manger (/compétition pour les ressources), ne pas se faire manger (/prédation), se reproduire (/sélection sexuelle, succès reproducteur) sont les principaux mécanismes de sélection.
2 / Définir et expliquer la notion de valeur sélective
La valeur sélective (valeur adaptative ou fitness, notée w) décrit la capacité d'un individu d'un certain génotype à se reproduire. Elle exprime la probabilité de transmission des allèles à la génération suivante.
La valeur sélective absolue d'un génotype s'évalue en calculant le rapport de l'effectif des descendants des individus ayant ce génotype par rapport aux effectifs des individus parents ayant ce génotype.
Elle est liée à deux facteurs : la viabilité (=probabilité de survie jusqu'à la reproduction) et la fertilité (=nombre de descendants)
La valeur sélective peut être relative, calculée par rapport à celle du génotype de plus haute valeur sélective absolue.
On distingue plusieurs types de sélection des phénotypes selon leurs valeurs sélectives : sélection directionnelle, stabilisatrice ou divergente.
Les trois types de sélection naturelle. Une population de souris présentant une variation quantitative de la coloration du pelage peut être affectée par trois types de sélection : (A) directionnelle, (B) divergente, (C) stabilisante. Les flèches blanches représentent les pressions de sélection exercées contre certains phénotypes.
3/ Expliquer les conditions du modèle de population idéale de Hardy-Weinberg ; analyser une situation d’évolution biologique expliquant un écart par rapport au modèle de Hardy-Weinberg ;
L'équilibre de H-W : Manuel TSpé Belin
"L'équilibre de Hardy-Weinberg" est un principe mathématique qui permet de prévoir, dans certaines conditions, l'évolution des fréquences alléliques.
On suit l'évolution de la fréquence de deux allèles d'un gène.
On note p la fréquence du premier et q la fréquence du deuxième tels que p+q=1
Dans le cas d'un croisement de deux individus hétérozygotes (voir échiquier) on obtient dans la descendance :
- Des homozygotes du premier allèle de fréquence p2
- Des hétérozygotes de fréquence 2pq
- Des homozygotes du deuxième allèle de fréquence q2
Avec dans la descendance p2+2pq+q2=1
Les fréquences des allèles dans la descendance est identique à celles des parents (...)
Si certaines conditions sont respectées (croisements au hasard, pas de mutation, pas de sélection, pas de migration grande population), les fréquences alléliques sont stables au fil des générations : la population suit l'équilibre de Hardy-Weinberg.
Les écarts à l'équilibre de H-W : Manuel TSpé Belin
4 / Caractériser la dérive génétique et ses effets mesurables sur les populations ;
À partir d’un logiciel de simulation, expliquer l’impact d’un faible effectif de population sur la dérive génétique et l’évolution rapide des fréquences alléliques ;
La dérive génétique entraîne des variations aléatoires dépendant de la taille des populations. Elle est la seule à s'exercer sur des variants génétiques neutres : la dérive génétique explique le polymorphisme important observé dans les populations pour des allèles neutres. Elle conduit à la perte ou à la fixation des allèles et ainsi à une perte de diversité génétique.
Expérience de Buri (1956) : Etude de la fréquence d'allèles qui affectent la couleur des yeux dans une petite population de drosophiles (Drosophila melanogaster) sur plusieurs générations.
Résultats : la fréquence des allèles varie au hasard au fil des générations
En absence de sélection, l'expérience montre que c'est l'effectif réduit de la population qui conditionne l'évolution des fréquences alléliques. Ces fluctuations uniquement liées au hasard sont qualifiées de dérive génétique.
Un exemple d'activité avec Edu'Modèles :
Eléphants sans défense, effet de la pression de sélection (braconnage) ou dérive génétique ?
5/ Définir et expliquer à partir d’un exemple concret les mécanismes de la coévolution ;
La coévolution décrit les transformations qui se produisent au cours de l’évolution entre deux espèces (coévolution par paire) ou plus de deux espèces (coévolution diffuse) à la suite de leurs influences réciproques.
Ce phénomène de coévolution s’observe dans différents cas :
coévolution compétitive entre espèces antagonistes : système hôte-parasite, ou proie-prédateur ;
coévolution coopérative entre espèces mutualistes.
La coévolution peut également avoir lieu entre individus de sexes différents au sein de la même espèce via la sélection sexuelle.
Le sphinx et l'orchidée (Docs sciences - Canopé) ; Activité proposée
6/ Expliquer les effets des migrations et de l’effet fondateur.
Les migrations permettent d'apporter de nouveaux allèles d'une population à une autre. De nouveaux allèles apparaissent ainsi dans une population, à l'instar des mutations. Les migrations sont sources de diversité génétique.
Exemple des migrations de phalènes et de la lignée humaine ; exemple de la digestion du lactose
Les migrations humaines lues dans les génomes
L'effet de fondation est un cas de dérive génétique lié à un goulot démographique (réduction drastique de l'effectif avec réduction de la diversité) : à partir de quelques individus isolés ou suite à une migration, une nouvelle population peut s'établir. Du fait du hasard de l'échantillonnage, la composition allélique des migrants peut être très différente de la population d'origine, avec une évolution très divergente si l'isolement se maintient. L'effet de la dérive génétique a été amplifié.
Exemple de dérives génétiques et effet fondateur (Ac Créteil ; programme de 2nde)
Quelques ressources
Jérôme OSTER, Professeur Formateur de SVT
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