1-A-3 - De la diversification des êtres vivants à l’évolution de la biodiversité

CC by-sa

, par Pascal COMBEMOREL

Le thème 1-A-1 a permis de montrer que les populations d’individus d’une même espèce se modifiaient constamment à cause de la reproduction sexuée : les enfants ne sont pas semblables aux parents. Cette diversité des êtres vivants est accentuée par les mécanismes mis en évidence dans le thème 1-A-2.

Dans ce nouveau thème, il s’agit de montrer comment évolue la biodiversité au cours du temps. La biodiversité, qui correspond à la diversité du vivant, peut-être étudiée à différents niveaux. On distingue :

  • la biodiversité des écosystèmes. Un écosystème est un milieu de vie caractérisé par ses conditions physico-chimiques, et qui est peuplé par des êtres vivants.
    Il existe sur Terre une grande diversité d’écosystèmes : les déserts chauds, les forêts tempérées, les lacs…
  • la biodiversité des espèces. Les scientifiques ont identifié à l’heure actuelle plus de deux millions d’espèces différentes, parmi lesquelles le coquelicot, le pigeon biset ou encore l’être humain. Beaucoup d’espèces restent à découvrir, notamment parmi les micro-organismes.
  • la biodiversité génétique qui correspond à la diversité des allèles au sein d’une espèce. Celle-ci explique que tous les individus d’une espèce soient différents car, grâce à la reproduction sexuée, ils possèdent des combinaisons uniques d’allèles (voir thème 1-A-1). Par exemple, si l’on considère le gène du groupe sanguin dans l’espèce humaine, certains individus possèdent la combinaison AA, d’autres la combinaison AO, etc.

Lorsqu’on étudie les espèces fossiles, on constate qu’elles sont différentes des espèces actuelles. Cette variabilité des espèces provient d’une modification de leurs gènes et allèles, et donc d’une modification de la biodiversité génétique. En outre, comme les espèces changent, les écosystèmes aussi varient au cours du temps. Cette modification de la biodiversité au cours du temps est appelée évolution.

Par quels mécanismes la biodiversité se modifie-t-elle au cours du temps ?

 La notion d’espèce

Le terme d’espèce est difficile à définir car plusieurs définitions peuvent être utilisées.

Le critère d’interfécondité

Si l’on utilise le critère d’interfécondité, on définit une espèce comme un ensemble d’individus capables de se reproduire entre eux, et dont les descendants sont eux-mêmes capables de se reproduire. Autrement dit, deux espèces différentes se caractérisent par leur isolement reproductif, c’est-à-dire leur incapacité à se reproduire.

Cette définition pose cependant un certain nombre de problèmes :

  • elle ne peut pas être utilisée pour les organismes à reproduction asexuée, les bactéries par exemple ;
  • elle ne peut être utilisée pour les espèces fossiles ;
  • elle est difficile à mettre en pratique : on n’a pas pu observer la reproduction de toutes les espèces décrites.

Le critère de ressemblance

Si l’on utilise le critère de ressemblance, une espèce se définit comme un ensemble d’individus aux phénotypes proches.
Le principal problème de cette définition est de poser une limite à la ressemblance. En effet, chez certaines espèces, les individus présentent des différences phénotypiques assez marquées alors qu’ils peuvent se reproduire ensemble. Dans d’autres cas, on peut avoir des individus aux phénotypes très proches mais qui ne peuvent se reproduire entre eux et font donc en réalité partie d’espèces différentes.

Le critère phylogénétique

Si l’on utilise le critère phylogénétique, une espèce définie comme une population d’individus suffisamment isolée génétiquement des autres populations. Une population d’individus identifiée comme constituant une espèce n’est définie que durant un laps de temps fini.

On dit qu’une espèce disparaît si l’ensemble des individus disparaît ou cesse d’être isolé génétiquement. Une espèce supplémentaire est définie si un nouvel ensemble s’individualise.

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Évolution des espèces et spéciation
Chaque rond représente un individu. Les flèches représentent les liens de parenté entre individus. Si deux populations ne peuvent plus se reproduire, on considère qu’il y a formation de deux nouvelles espèces.
Source : Pascal Combemorel. Licence CC-BY-SA

Le problème posé par cette définition est qu’elle est théorique : on ne peut pas en pratique suivre des populations d’individus sur plusieurs générations pour voir à partir de quel moment un isolement génétique se met en place.

Bilan

Différentes définitions du mot « espèce » coexistent. Selon les cas, on appliquera l’une ou l’autre de ces définitions.

L’écriture des noms d’espèces

Pour parler un langage commun lorsqu’ils parlent d’une espèce, les scientifiques la désigne par son nom scientifique. Par exemple, le nom scientifique de l’espèce humaine est Homo sapiens. Le premier mot correspond au nom de genre (ici Homo), le second au qualificatif d’espèce. Pour un même genre, il peut exister plusieurs espèces. Par exemple, Panthera tigris, le tigre et Panthera leo, le lion.

En typographie, les noms d’espèces s’écrivent en italiques. Lorsque l’on écrit à la main, il faut souligner le nom de l’espèce. Enfin, on peut abréger le nom de genre par sa première lettre suivie d’un point. Par exemple, H. sapiens ou P. tigris.

La notion de sous-espèce

Chez certaines espèces, on peut distinguer des sous-espèces, c’est-à-dire des populations d’individus interfécondes, mais qui se distinguent par quelques caractères (couleur du plumage, du pelage, comportements…).

Les notions de races et de variétés

Lorsque les individus d’une même espèce diffèrent à cause de la sélection artificielle menée par l’homme, on parle de races chez les animaux (par exemple, les races de chiens ou de chevaux) et de variétés chez les végétaux (par exemple les variétés de maïs ou de blés).

 Les mécanismes de l’évolution

La diversité des êtres vivants, une condition nécessaire à l’évolution

Les processus de diversification des êtres vivants (voir thème 1-A-2) sont responsables de la variabilité des individus au sein d’une population (une population est un ensemble d’individus appartenant à la même espèce). Les individus ne possèdent pas tous les mêmes caractères à cause de différences d’origine génétique ou non.

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La variabilité des individus
Cette image montre différents phénotypes chez des individus d’une même espèce : Donax variabilis. Cette variété des individus est indispensable pour qu’il y ait évolution. Sans celle-ci, tous les individus seraient identiques et se reproduiraient à l’identique : il n’y aurait pas d’évolution.
Source : Debivort depuis Wikimedia Commons. Licence CC-BY-SA

La sélection naturelle

Dans une population d’individus variés, certains possèdent des caractères avantageux, qui leur permettent de donner plus de descendants que les autres, car ils vivent plus longtemps et/ou se reproduisent plus souvent.

Un caractère est dit avantageux s’il permet de résister à une pression de sélection. Celle-ci peut être :

  • une condition physico-chimique du milieu : chaleur, froid, sécheresse…
  • une autre espèce : prédateurs, parasites ;
  • des individus de la même espèce : compétition pour les ressources alimentaires ou pour la reproduction par exemple.

Les caractères avantageux, appelés adaptations, tendent à se répandre dans la population : c’est la sélection naturelle.

Si les adaptations sont d’origine génétique, alors la sélection naturelle va faire augmenter la fréquence allélique de l’allèle à l’origine de cette adaptation dans la population. On peut dans ce cas dire que la sélection naturelle est le phénomène qui sélectionne des allèles donnant un avantage aux individus qui les portent.

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La sélection naturelle
On considère l’espèce « rond », formée d’individus qui diffèrent par leur couleur. Dans cet exemple, le prédateur, représenté par l’oiseau, mange spécifiquement les individus jaunes. La fréquence de ce caractère diminue donc dans la population. Le caractère jaune est ici désavantageux.
Source : Pascal Combemorel. Licence CC-BY-SA. Image d’oiseau par Zachary, depuis Clker.com, domaine public.

Dérive

La dérive correspond à la variation aléatoire de la fréquence d’un caractère dans une population, à cause du hasard lié à la transmission de ce caractère lors de la reproduction sexuée. La dérive agit sur tous les types de caractères, qu’ils soient avantageux, désavantageux, ou neutres.

Pour un caractère déterminé génétiquement, on parle de dérive génétique. Elle correspond à une modification aléatoire (au hasard) des fréquences alléliques au cours du temps.

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La dérive
À cause du hasard lié à la reproduction, des caractères peuvent se répandre dans une population ou au contraire disparaître. Dans cet exemple, le caractère « être de couleur rouge » disparaît, mais cela aurait pu être n’importe quel autre caractère.
Source de l’image : Pascal Combemorel. Licence CC-BY-SA. Image du dé par Ocal, depuis Clker.com, domaine public.

Les effets de la dérive génétique sont d’autant plus forts que l’effectif de la population est faible. Les caractères se fixent (tous les membres de la population l’ont) ou disparaissent plus rapidement dans une petite population que dans une grande population.

Bilan : l’évolution des espèces

Les phénomènes de diversification des êtres vivants sont responsables de la diversité des caractères observés dans une population à un instant t. La fréquence des caractères varie au cours du temps à cause de la sélection naturelle et de la dérive. Certains caractères vont se répandre dans la population tandis que d’autres vont disparaître. Les espèces se modifient donc au cours du temps.

 La spéciation

La spéciation correspond à la formation de deux nouvelles espèces à partir d’une espèce ancestrale. Il y a spéciation quand il y a isolement reproducteur de deux populations d’individus appartenant jusque-là à la même espèce.

  • l’isolement reproducteur peut provenir d’une séparation géographique des deux populations, on parle alors de spéciation allopatrique ;
  • l’isolement reproducteur peut également se faire entre deux populations qui vivent au même endroit, on parle de spéciation sympatrique. L’absence de reproduction peut provenir d’une variabilité des individus pour un certain nombre de caractères (comportements reproducteurs différents dans les deux populations par exemple) ou des modifications du génome (hybridation suivie de polyploïdisation par exemple).