Séquence 5 - svtjalenques.files.wordpress.com · mutations sont une source de diversité génétique pour les espèces. ... 1 Donner la définition de polyploïdisation et expliquer

1Séquence 5 – SN02

Séquence 5

Sommaire

Chapitre 1. Pré-requis

Chapitre 2. La diversité des populations

Chapitre 3. Notion d’espèce et diversité biologique

Synthèse

Exercices

Glossaire

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

© Cned - Académie en ligne


Chapitre

1 Pré-requis

Exercice 1 Mots croisés - Mobiliser le vocabulaire relatif à l’unité du vivant

Exercice 2 La notion de mutation - Communiquer

Exercice 3 Les mutations, source de diversité - S’informer et communiquer

Exercice 4 Les mécanismes à l’origine des mutations - Raisonner

Exercice 5 Le rôle de l’environnement sur les mutations - S’informer

Exercice 6 Corriger les affirmations incorrectes - Tester ses connaissances

Exercice 7 Question à réponses courtes - Tester ses connaissances

Exercice 8 Les bactéries résistantes et les antibiotiques - Raisonner

Mots croisés

Compléter le mot croisé ci-dessous et donner une définition du mot ver-tical découvert.

Exercice 1

Question

123456789

10111213


4 Séquence 5 – SN02

1 : Unité structurale et fonctionnelle des êtres vivants.

2 : Élément chimique caractéristique des êtres vivants.

3 : Macromolécule essentielle du monde vivant (abréviation) support de l’information génétique.

4 : Structure condensée porteuse de l’information génétique.

5 : Unité fonctionnelle de la molécule, définie en 3, organisant l’activité cellulaire.

6 : Molécule constituée d’acides aminés reliés entre eux par des liaisons peptidiques.

7 : Molécule biologique accélérant la vitesse d’une réaction biochimique.

8 : Séquences codantes des ARN pré-messagers.

9 : Action d’introduire un gène étranger par génie génétique dans un organisme vivant.

10 : Étape de l’expression de certains gènes qui permet d’obtenir des ARN messagers.

11 : Qualifie les molécules des êtres vivants.

12 : Élément de base des acides nucléiques. Il en existe 5 principaux qui se différencient par leur base azotée.

13 : Reproduction conforme qui conserve l’information génétique chez les organismes eucaryotes.

La notion de mutation

Les molécules d’ADN sont relativement stables. Il arrive cependant, en particulier au moment de la réplication, que des erreurs surviennent et échappent aux mécanismes de contrôle existant au sein des cellules. Ce sont des mutations.

Dans son ouvrage publié en 1901, « la théorie des mutations » Hugo de Vries les définit comme « des variations brusques, discontinues et héré-ditaires »

1 �Remplacer les adjectifs « brusques » et « discontinues » par deux synonymes en expliquant votre choix.

2 �Discuter l’emploi, par Hugo de Vries, du terme héréditaire pour qua-lifier les mutations.

3 �Proposer une définition pour le terme de mutation.

Les mutations, source de diversité

Les cellules de l’organisme portent à leur surface des marqueurs spéci-fiques qui constituent pour chaque individu son système HLA. 3 gènes

Exercice 2

Questions

Exercice 3



principaux codent pour ces marqueurs : HLA-A, HLA-B, HLA-C. On a iden-tifié pour chacun de ces gènes plusieurs centaines de versions diffé-rentes. Ces gènes sont dits polymorphes.

Fréquence de quelques versions du gène HLA-A (en %)

PaysAllèles

France Japon Pays de Galles Malaisie

A01 13,2 0,2 21,1 2,1

A02 29,1 11,6 30,2 15,1

A03 13,2 0,2 13,3 1,9

A24 9,7 36,2 7 35,1

1 �Remplacer le mot « version » par le terme scientifique approprié et donner sa définition.

2 �En vous appuyant du document ci-dessus et vos connaissances, rédiger un commentaire de quelques lignes expliquant comment les mutations sont une source de diversité génétique pour les espèces.

Les mécanismes à l’origine des mutations

Les thalassémies sont des affections congénitales touchant les gènes de la famille de l’hémoglobine, protéine formée de 4 chaînes polypepti-diques : 2a et 2β.Il existe de nombreux phénotypes thalassémiques.Un logiciel, Anagène, d’analyse des séquences protéiques et nucléiques permet d’étudier les séquences de 8 allèles à l’origine de thalassémies (notées de Tha1 à Tha 8).Les phénotypes thalassémiques envisagés ont pour origine l’absence de synthèse d’une chaîne bêta fonctionnelle de l’hémoglobine.

Dans ce logiciel, seul le brin non transcrit de l’ADN est représenté.Le logiciel permet de comparer les séquences nucléiques de l’allèle Hb A (allèle sain qui sert de référence) aux séquences nucléiques des autres allèles.

Nous avons retenu trois allèles de ce gène notés respectivement Tha1 nucléique, Tha4 nucléique et Tha7 nucléique.Le résultat de cette comparaison est illustré dans le document 1. Seuls les 56 premiers nucléotides sont représentés.

Document 1

Questions

Exercice 4



Comparaison avec alignement des séquences nucléotidiques de 4 allèles codant pour la chaîne β de l’hémoglobine.

Noter la ou les différence(s) entre les allèles mutés et l’allèle HbA et identifier les types de mutations ponctuelles à l’origine de ces allèles. Consigner vos résultats dans le tableau ci-dessous.

Caractéristiques

Allèle

Différence(s) observée(s) par rapport à la séquence

référente

Nombre total de nucléotides :

(HbA : 444)

Type de mutation

Tha1 444

Tha4 443

Tha7 445

Rôle de l’environnement sur les mutations.

Afin de tester l’effet des rayons X, plusieurs populations de drosophiles (mouches) sont soumises à des doses croissantes de rayonnements. Le pourcentage de mutants dans chacune des populations est ensuite éva-lué par rapport à une population témoin n’ayant pas reçu de rayons X. Les résultats de cette expérience sont donnés dans le document 1.

Pourcentage de mutants dans une population de drosophiles en fonction de la dose de rayons X reçue.

Document

Aide à la lecture du document :

E Les traits - montrent les identités.

E Les traits _ montrent les discontinuités.

Question

Exercice 5

Document

1 2 3 4 5Dose de rayons X (Kilorad)

14

12

10

8

6

4

2

0

Nom

bre

de m

utan

ts (%

)



En vous appuyant sur le document 3, relever dans les affirmations sui-vantes, celles qui sont exactes et celles qui ne le sont pas

a. Le pourcentage de drosophiles mutantes augmente car le temps d’ex-position de chaque population est plus important.

b. Les mutations sont des phénomènes spontanés.

c. L’exposition aux rayons X augmente la fréquence des mutations.

d. Les mutations ont pour seule origine l’exposition aux rayons X.

Relever dans les affirmations suivantes, celles qui sont inexactes et les corriger.

a. Les mutations ne se produisent que dans la partie codante de l’ADN.

b. Les mutations survenant dans les cellules somatiques d’un individu sont transmises à ses descendants.

c. 2 allèles d’un même gène ont la même séquence nucléotidique.

d. Une mutation se traduit toujours par une modification de la séquence nucléotidique.

Questions à réponses courtes.

1 �Donner la définition de polyploïdisation et expliquer son importance dans les mécanismes de diversification des génomes.

2 �Citer d’autres mécanismes à l’origine de la diversification génétique du vivant.

3 �Expliquer comment peuvent être générer des anomalies du nombre et la structure des chromosomes.

4 �Nommer des remaniements de structure du génome.

5 �Après avoir dessiner une cellule animale, légender les organites et donner des arguments permettant de dire que cette cellule est issue d’une endosymbiose.

6 �Citer des mécanismes permettant la diversification du vivant sans modification des génomes.

Les bactéries résistantes aux antibiotiques

Depuis que les antibiotiques sont utilisés en médecine pour combattre les maladies liées à une infection bactérienne, des formes résistantes ne cessent d’apparaître.

On cherche à savoir si les antibiotiques sont réellement à l’origine de la formation de souches de bactéries résistantes.

Question

Exercice 6

Exercice 7

Exercice 8



Prise d’un traitement antibiotique et présence dans l’organisme de bac-téries sensibles ou non au traitement antibiotique.

jours 1 2 3 4 5 6 7

Prise des antibiotiques

oui oui oui oui oui oui oui

Présence de microbes moyenne-

ment sensibles+++ +++ +++ ++ ++ +

Sensibles +++ +++ ++ +

Très sensibles +++ + +

jours 1 2 3 4 5 6 7

Prise des antibiotiques

oui oui oui non non non non

Présence de microbes moyenne-

ment sensibles+++ +++ +++ +++ +++ +++ +++

Sensibles +++ +++ ++ +

Très sensibles +++ + +

Apparition des formes de résistances

Certaines souches bactériennes sont résistantes à un antibiotique, d’autres non. C’est le cas de certaines bactéries de type Escherichia coli ; résistantes à l’antibiotique céfotaxime ; qui produisent une enzyme, la β-lactamase, capable de détruire la céfotaxime. D’autres bactéries de la même espèce possèdent cette enzyme, mais celle-ci est inefficace contre la céfotaxime. À l’aide du logiciel anagène, on peut comparer les séquences de la β-lactamase pour deux bactéries, une sensible à la céfo-taxime (SHV-1) et l’autre résistante (SHV-2).

Au sein des populations bactériennes, des souches résistantes à un anti-biotique apparaissent spontanément mais avec des fréquences faibles.

�Expliquer, à l’aide des documents, l’apparition de bactéries résistantes aux antibiotiques.

Document 1

Document 2

Question



Bilan du chapitre 1

La biodiversité évolue au cours du temps

La planète Terre se singularise par l’extraordinaire diversité des êtres vivants qu’elle abrite ; ceux-ci occupant tous les milieux de vie même les plus hostiles. Si cette biodiversité demeure relativement constante à l’échelle d’une vie humaine, il en est autrement à l’échelle géologique.Nous savons depuis le XVIIIe siècle et les recherches menées par les paléontologues que la biodiversité se modifie au cours du temps sous l’influence de nombreux facteurs ; la biodiversité actuelle ne représente qu’une faible partie de la biodiversité ayant existé depuis l’origine de la vie.

La diversité est sous-tendue par une unité témoignant d’une parenté commune entre les êtres vivants

Cette diversité est cependant sous-tendue par une profonde unité que l’on peut mettre en évidence au niveau cellulaire sur le plan structu-ral mais également fonctionnel et dont témoignent, par exemple, les expériences de transgénèse. Ainsi, la séquence des nucléotides de la molécule d’ADN est le support universel de l’information génétique. Les expériences de transgénèse impliquent également une similarité des mécanismes de transcription et traduction chez tous les êtres vivants.Ces caractères partagés par tous les êtres vivants témoignent de leur étroite parenté dont cherche à rendre compte la phylogénie.

Amibes Aquifex ThermotogaCytophaga

Planctomyces

Protéobactéries

Spirochètes

B. gram+

B. vertesfilamenteuses

Myxomycètes

Champignons

Plantes

Cilliés

Flagellès

Trichomonades

MicrosporidesDiplonomades

Pyrodicticum

Thermoproteux

HalophilesMethanosarcina Methanobactérium

MethanococcusT. celer

4 milliardsd’années(environ)

Animaux

LUCA

L.U.C.A.Last UniversalCommon AncestorPremier ancêtre à l’originede tous les êtres vivants

Bactéries

Archées

Eucaryotes



La biodiversité s’exprime également à l’échelle génétique

Tous les individus appartenant à une même espèce possèdent les mêmes gènes mais ne possèdent pas les mêmes versions ou allèles de ces gènes. Deux individus de la même espèce ne peuvent donc pas pos-séder une même séquence nucléotidique pour l’ensemble de leur ADN. Il existe donc une biodiversité génétique ; au niveau d’une espèce, elle repose sur la diversité des allèles des différents gènes.

Des mutations aléatoires modifient la séquence nucléotidique de l’ADN.

La molécule d’ADN est une molécule relativement stable mais des erreurs se produisent, en particulier, au moment de la réplication. Ces changements dans la séquence nucléotidique à l’origine de nouveaux allèles sont des mutations. Il importe de comprendre que ces mutations sont aléatoires c’est-à-dire qu’elles ne répondent pas à une finalité par-ticulière. Elles surviennent aussi bien dans les parties codantes (exons) de l’ADN que dans les parties non codantes (introns)Si certains facteurs du milieu (rayons X, gamma, UV…) augmentent la fréquence des mutations, ils n’agissent pas sur la nature de la mutation induite.Si le terme de mutation est trop souvent associé aux maladies géné-tiques, il faut bien comprendre que les mutations sont également à l’ori-gine de la diversité du vivant.



Chapitre

2La diversité des populations

Pour débuter

Anciennement, on définissait une espèce comme étant un ensemble d’individu se ressemblant, interféconds, ainsi que leur descendance.

Actuellement, cette notion d’espèce a été enrichie par l’idée que ces individus évoluent conjointement sur le plan héréditaire.

Ces définitions de l’espèce découlent directement de l’envie de l’Homme de tout classer, c’est-à-dire ranger, trier, discriminer… en fonction de cri-tères préalablement définis.

Pendant longtemps, les classifications des êtres vivants ont obéi à des motivations purement utilitaires.

Le XVIIIe siècle voit cependant apparaître les premières classifications de l’Histoire Naturelle. Mais comment classer les animaux, les végétaux ? On s’aperçut vite que la « meilleure « façon à l’époque était de se baser sur des critères morphologiques de ressemblance.

Extraits de divers travaux historiques

A

Document 1

Carl von Linné (1707-1778) s’aperçut que quelle que soit la façon, et elles étaient fort nombreuses, dont on envisageait de classer les plantes (feuilles, racines, fleurs…), les scientifiques arrivaient toujours plus ou moins aux mêmes familles de plantes.

Linné en déduisit qu’il existait une et une seule « Classification Natu-relle » qui, pour lui, ne pouvait être due au hasard. C’est Dieu, « la source et le timonier de toutes les causes » qui créa cet « Ordre de la Nature ». Linné en déduisit que les espèces étaient fixes et ne pou-vaient évoluer

C’est dans le but de découvrir cet ordre divin que Carl Von Linné, père de la taxinomie, a mis en place la classification binominale (genre et espèce). Elle permet de se rendre compte du plan établi par Dieu (selon Linné et d’autres scientifiques de son époque).

Buffon (1707-1788)

« Puisque la reproduction est le seul moyen de déter-miner les limites à l’intérieur desquelles les variétés peuvent se développer, il convient de définir l’espèce comme une collection de tous les corps organisés nés les uns des autres ou de parents communs, et de ceux qui leur ressemblent autant qu’ils se ressemblent entre eux. »



Ernst Mayr (1904-2005) propose une définition de l’espèce basée sur des cri-tères génétiques dans le cadre du néo-darwinisme en 1942. « Les espèces sont des groupes de populations réellement ou potentiellement capables de se croi-ser et qui sont isolés des autres groupes ayant les mêmes propriétés. ».

Une espèce est une population ou un ensemble de populations dont les indi-vidus peuvent effectivement ou potentiellement se reproduire entre eux et engendrer une descendance viable et féconde, dans des conditions naturelles.

Georges Cuvier (1769-1832)

« L’espèce est la collection des indi-vidus nés les uns des autres, ou de parents communs et de ceux qui leur ressemblent autant qu’ils se ressemblent entre eux. »

Ses travaux sur les animaux fos-siles démontrèrent que des espèces d’animaux peuvent s’éteindre, ce qu’on appelle aujourd’hui, la « mort des espèces « et que la nature n’est

pas immuable : ce concept est révolutionnaire pour l’époque. Mais s’appuyant sur la Bible, Georges Cuvier n’imagine pas qu’il puisse exis-ter une autre théorie que le créationnisme. Il imagine toutefois une petite nuance : il n’y aurait pas eu une création unique mais plusieurs, suc-cessives. Ces « re-créations » feraient suite à des catastrophes planétaires (catastrophisme). Ce qui peut dans son esprit expliquer les restes fos-siles d’espèces éteintes. Pour Cuvier notre faune actuelle n’est constituée que de survivants de la faune originelle.

Charles Darwin (1809-1882) dans l’introduction à l’origine des espèces :

« …je suis pleinement convaincu que les espèces ne sont pas immuables : je suis convaincu que les espèces appartiennent à ce que nous appelons le même genre descendant directement de quelque autre espèce ordinairement éteinte… »

Darwin voit dans la notion d’espèce un simple décou-page arbitraire puisque pour lui les êtres vivants sont en constante évolution. Il est sceptique sur la notion d’espèces « Il est vraiment comique de voir à quel point sont diverses les idées qu’ont en tête les natu-ralistes lorsqu’ils parlent d’espèces… je vois dans le terme d’espèces un nom arbitrairement donné par commodité à un ensemble d’individus qui se res-semblent étroitement »

Jean-Baptiste de Lamarck (1744-1829) :

« Je donne le nom d’espèce à toute collection d’indi-vidus qui, pendant une longue durée, se ressemblent tellement par toutes leurs parties comparées entre elles, que ces individus ne présentent que de petites différences accidentelles …….Mais on ajoute à cette définition, la supposition que les individus qui com-posent une espèce ne varient jamais dans leur carac-tère spécifique, et que conséquemment l’espèce a une constance absolue dans la nature. C’est unique-ment cette supposition que je me propose de com-battre, parce que des preuves évidentes obtenues par l’observation, constatent qu’elle n’est pas fondée. »



1 �Construire un tableau permet-tant de comparer l’approche de chaque naturaliste pour expli-quer ce qu’est une espèce.

L’idée d’espèce repose donc sur l’interfécondité entre les individus qui la composent et l’isolement reproductif vis-à-vis des autres espèces plus que sur la ressemblance morphologique.Les espèces sont des entités reproductives

La conception biologique de l’espèce fait aujourd’hui presque l’unani-mité, dans la mesure où elle inclut une propriété biologique réelle : la reconnaissance spécifique des partenaires sexuels

La taxinomie classe les espèces en groupes subordonnés dans une hié-rarchie : les espèces très apparentées figurent dans le même genre, les genres présentant des similitudes sont regroupés dans une famille. Et ainsi de suite.

Attention, dans la classification actuelle, on ne parle plus de « poisson » mais d’Ostéichtyens. On préfère parler de classe plutôt que de sous-embranchement.

Trouver sur quels critères s’appui chaque scientifique. Exemple : critères morphologiques, interfé-condité, origine divine ou évolu-tionniste.

AideQuestion

La définition biologique de l’espèce proposée en 1942 par Ernst Mayr est reconnue et utilisée par la plupart des scientifiques :

Une espèce regroupe les individus pouvant se reproduire les uns avec les autres dans la nature (même s’ils ne vivent pas sur le même territoire) et engendrant une descendance viable et féconde.

à retenir

EspèceChats

OrdreCarnivores

Sous-embranchementMammifères

EmbranchementVertébrés

RègneChordés

DomaineAnimaux

Monde vivantEucaryotes

Tigres Chiens etc...

Chiroptères etc...

etc...

etc...

etc...

Poissons

Végétaux

Procaryotes



Aire de répartition de quelques genres de Trilobites

Olenellus Trinucléus Scutellum Agnostus

-540 à -520MA -500 à -430MA -480 à -360MA -540 à -450MA

Paradoxides Triarthrus Calymène Ptychoparia

-530 à -510MA -500 à -430MA -480 à -360MA -530 à -510MA

2 �Réaliser un diagramme de répartition des Trilobites et des Ammo-nites en fonction du temps à partir du document 2.

3 �Sur le graphique, indiquer :E la date d’apparition des groupes.

E l’époque de leur diversification et régression.

E la date de leur disparition.

4 �Replacer sur ce même gra-phique les différents Trilobites présentés dans le document 3.

Ressource :

Diagramme de distribution géologique du foraminifère endothyridés.

Document 3

Questions

Mon diagramme est réussi si :

E il a un titre

E �l’échelle des axes (judicieuse-ment choisie) est indiquée

E les axes sont nommés

Aide méthodologique

La notion d’espèce est un concept crée par l’Homme afin de classer, trier, ranger « dans des boîtes » les êtres vivants.Ainsi, comme le dit Guillaume Lecointre, Directeur du département « Systématique et évolution » du Muséum National d’Histoire Natu-relle : « dans la nature, il n’y a pas d’espèces. Il n’apparaît que des bar-rières de reproduction. Les espèces, c’est nous qui les créons à partir d’un modèle théorique » Revue Espèces n° 1-Septembre 2011

Si on s’appuie sur la définition de l’espèce proposée par Linné, on s’aper-çoit que la notion d’espèce est conçue comme un modèle, un archétype.Les individus « concrets » n’étant que des représentants plus ou moins parfaits de cet archétype.Tout écart par rapport à ce modèle sera donc interprété comme une monstruosité, une aberration.En caricaturant quelque peu, on peut rapprocher cette conception de la fabrication d’objets en série selon un prototype prédéfini.Cette conception ne permet pas de penser l’évolution c’est-à-dire l’appa-rition de nouvelles espèces. En effet, comprendre l’évolution implique comme l’a fait Darwin de raisonner au niveau des populations. Ce ne sont pas les espèces qui évoluent mais les populations.

La répartition des Trilobites et Ammonites au cours des temps géologiques

Age en millions d’années

Nombres de genre de Trilobites

Nombres de genre d’Ammonites

-570 0 -

-550 150 -

-480 320 -

-450 - 0

-400 - 10

-380 - 15

-370 50 -

-350 - 40

-300 - 45

-280 0 -

-260 - 30

-250 - 3

-240 - 120

-220 - 240

-130 - 420

-80 - 400

-60 0

Document 2



Aire de répartition de quelques genres de Trilobites

Olenellus Trinucléus Scutellum Agnostus

-540 à -520MA -500 à -430MA -480 à -360MA -540 à -450MA

Paradoxides Triarthrus Calymène Ptychoparia

-530 à -510MA -500 à -430MA -480 à -360MA -530 à -510MA

2 �Réaliser un diagramme de répartition des Trilobites et des Ammo-nites en fonction du temps à partir du document 2.

3 �Sur le graphique, indiquer :E la date d’apparition des groupes.

E l’époque de leur diversification et régression.

E la date de leur disparition.

4 �Replacer sur ce même gra-phique les différents Trilobites présentés dans le document 3.

Ressource :

Diagramme de distribution géologique du foraminifère endothyridés.

Document 3

Questions

Mon diagramme est réussi si :

E il a un titre

E �l’échelle des axes (judicieuse-ment choisie) est indiquée

E les axes sont nommés

Aide méthodologique

disparition

regression

diversification

apparition

–120Ma

–420Ma



Le terme biodiversité est la contraction de l’expression « diversité biolo-gique ». Elle reflète le nombre et la diversité des organismes vivants, ainsi que leur évolution au cours du temps et d’un endroit à l’autreL’étude de l’évolution des Trilobites et des Ammonites montre qu’au cours du temps, les espèces se sont développées, diversifiées et bien souvent éteintes, laissant place à d’autres espèces.

Comment la biodiversité actuelle peut-elle être le produit de l’évolution si les espèces sont constituées d’individus se reproduisant à l’identique ?

Cours

1. Les variations au sein d’une population

Observer les variations au sein d’une espèce

Si nous prenons comme exemple l’Homme, celui-ci appartient à l’espèce humaine, Homo sapiens. En observant bien un groupe d’êtres humains, tel une foule, on peut observer que tous ces Hommes possèdent des caractères spécifiques propres à l’espèce humaine, mais que tous les individus sont différents les uns des autres, ils ont donc des caractères propres à chaque individu.

Enfants d’une même fratrie

Ainsi l’espèce humaine bien que présentant une grande diversité de phénotypes constitue une seule espèce biologique : Homo sapiens car les humains sont interféconds.

Bilan

B

Activité 1

Document 4



Limites : La définition biologique ne peut s’appliquer aux espèces fos-siles ni aux procaryotes qui n’ont pas de reproduction sexuée.

1 �Légender le document 4 en indiquant en vert des caractères spéci-fiques de l’espèce et en noir des caractères propres à l’individu.

2 �À l’aide de vos connaissances de première, rappeler le lien génotype-phénotype après avoir défini ces termes.

Une population étant un ensemble d’individus d’une même espèce ayant des gènes identiques mais des allèles différents ; on cherche à savoir comment se répartissent les allèles d’une population dans l’es-pace et dans le temps.

Quantifier les variations au sein d’une population

Distribution mondiale de la fréquence des groupes sanguins.

Il est possible de mesurer la fréquence relative en % d’un allèle au sein d’un individu.

Ce travail a été réalisé pour le gène codant pour le caractère groupe sanguin au sein d’une population. Il existe 3 versions de ce gène : l’allèle A, B et O.

Questions

Activité 2

Document 5

Pourcentage de la populationqui possède l’allèle B :

0 à 5 % 5 à 10 % 10 à 15 %

15 à 20 % 20 à 25 % 25 à 30 %

E % de la population

ayant l’allèle B :

0-5

5-10

10-15

15-20

20-25

25-30

20-25

25-30

E % de la population

ayant l’allèle A :



Actuellement, l’allèle O est présent en proportion élevée : de 50 à 100 %. Il est représenté à presque 100 % en Amérique du Sud, Mexique et au Nord Ouest de l’Amérique du Nord.

Si le groupe sanguin O reste très majoritaire dans ces régions, on y trouve tout de même tous les groupes sanguins représentés. Or, avant l’arrivée de Christophe Colomb, tous les Amérindiens étaient uniquement de groupe sanguin O.

1 �À l’aide de vos connaissances, écrire toutes les combinaisons alléliques que peut posséder un individu et son groupe san-guin correspondant.

2 �Décrire la répartition des allèles A, B et 0 à la surface de la Terre et proposer une hypothèse expliquant la répartition des allèles sur le continent américain.

Quels sont les facteurs pouvant être à l’origine d’une évolution des populations ? Quelles sont les forces qui peuvent s’exercer sur la fré-quence des allèles c’est-à-dire être à l’origine d’une augmentation ou d’une diminution de la fréquence des allèles ?

L’allèle O est récessif, les allèles A et B sont codominants.

RappelQuestions

On note a//a une combinaison allélique. Chaque trait représentant un chromosome de la paire d’homologie.Le phénotype est inscrit entre crochet : [a]

Aide

Au sein d’une espèce, les gènes sont les mêmes quel que soit l’individu. En revanche, la combinaison allélique est unique pour chaque individu, ce qui est source de variabilité géné-tique.

En biologie, une population désigne un ensemble d’individus d’une même espèce, génétiquement différents, c’est-à-dire ne possédant pas les mêmes combi-naisons d’allèles, vivant dans une aire géographique suffisamment restreinte pour permettre potentiellement à tout membre du groupe de se reproduire avec tout autre membre du groupe.

à retenir

des individus de la même espèce mais

génétiquementdifférents

un territoire occupéau même momentpar ces individus

+

Une population :



2. Les populations évoluent au cours du temps

a. La variabilité génétique constitue le matériau de l’évolution

Lors de la séquence 4, vous avez vu que le matériel chromosomique est très malléable et que c’est au niveau moléculaire que se manifeste le plus clairement l’aspect bricoleur de l’évolution.Effectivement, sous l’effet du hasard, de nombreuses modifications du génome peuvent se produire. Lors de la fabrication des gamètes ou lors de divisions cellulaires, le nombre de chromosomes peut être multiplié aboutissant à des cellules polyploïdes si l’ensemble du génome est tou-ché.Lors de crossing-over mal équilibrés au cours de la méiose, il peut y avoir translocation, délétion ou insertion accidentelles de morceaux de chro-mosomes. Ces remaniements de structure des chromosomes peuvent se traduire par l’apparition de morceaux de chromosomes surnuméraires ou à l’inverse manquants.

Des anomalies plus ponctuelles telles les mutations touchent aléatoi-rement les gènes ou les parties non codantes des chromosomes. En parallèle, il arrive parfois lors de la réplication de l’ADN que des gènes soient copiés en plusieurs exemplaires. On dit que ces gènes sont dupli-qués. Lorsqu’un de ces gènes subit par la suite une mutation, celle-ci peut entraîner l’apparition de gène non fonctionnel, ou l’apparition d’une nouvelle version de ce gène ayant une action neutre, favorisante ou défavorisante. L’enchaînement de la duplication aléatoire de gène et leur modification peut entraîner la formation de famille multigénique.

Enfin, le transfert horizontal de gène a contribué à la complexification des génomes. Après séquençage du génome humain, on s’est aperçu que celui-ci est constitué à 10 % de génome de rétrovirus. Ces gènes ont été transférés entre différentes espèces de façon accidentelle par des virus lors d’infection virale.

Lorsque ces anomalies touchent les cellules germinales, ces anomalies du génome peuvent être transmises à la génération suivante. Toutes ces modifications peuvent être à l’origine de maladies, tel le cancer voire entraîner la mort de l’individu, être neutre ou à l’inverse lui conférer une nouveauté évolutive qui selon son environnement pourrait être un avan-tage et qui sera alors transmise en plus grande proportion à la généra-tion suivante.

Les modifications du génome sont le fruit du hasard et entraînent l’ap-parition de nouveaux allèles désavantageux, neutres ou encore avanta-geux à un moment donné. Mais un allèle dit désavantageux à un moment donné pourrait devenir avantageux lors d’un changement du milieu de vie. Cet allèle devenu par hasard avantageux sera à son tour transmis en plus grande proportion à la génération suivante.



De plus, plusieurs études ont d’ailleurs montré que les gènes dupliqués forment le support permettant l’optimisation de certaines fonctions cel-lulaires, l’apparition de nouvelles fonctions, voire l’apparition de nou-velles espèces. Ils constituent aussi avec les pseudogènes un réservoir potentiel de gènes pour l’évolution future d’une espèce.

Enfin, la reproduction sexuée permet un brassage intrachromosomique et interchromosomique assurant ainsi un mélange des allèles d’origine maternelle et paternelle. Lors de la fécondation, c’est encore le hasard qui permet la rencontre entre deux pools de gènes parmi des milliers voir des millions créant ainsi de nouvelles combinaisons d’allèles.

Depuis que l’étude se porte au niveau des populations et non plus juste au niveau de l’espèce, des travaux ont porté sur la génétique des populations.

La loi de Hardy-Weinberg a été proposée au début du XXe siècle par le mathématicien Hardy et le médecin Weinberg qui travaillaient sur la génétique des populations

Dans une population d’effectif infini, où les individus se reproduisent au hasard (sans choix par exemple d’un partenaire), sans migrations, ni mutations, ni sélection naturelle ; les fréquences alléliques d’un gène possédant deux allèles restent constantes d’une génération à la suivante.L’équilibre de Hardy-Weinberg est le modèle théorique central de la génétique des populations. Il fournit une référence pour l’étude de popu-lations réelles dont le patrimoine génétique peut changer.

Cependant, alors que la loi de Hardy-Weinberg prédit l’existence d’une population qui n’évolue pas et reste identique au cours du temps, on s’aperçoit que les populations sont variables et évoluent.

Quelles sont les forces évolutives qui permettent une variation des populations ?

b. Une modification de la fréquence des allèles en rela-tion avec l’environnement : la sélection naturelle

Comprendre l’action de la sélection naturelle comme force évolutive

La punaise à épaules rouges (Jadera haematoloma)

La punaise à épaules rouges encore appelée la punaise du savonnier est un insecte phytophage se nourrissant des graines de la liane ballon (Car-diospermum corindum) mais elle colonise facilement d’autres espèces de la famille des sapindacées.Ce sont surtout les femelles qui se nourrissent de la graine du fruit n’ayant pas atteint la maturité, en transperçant l’enveloppe de ce der-nier avec leur rostre long et fin comme une aiguille. Avec leur rostre, elles aspirent le contenu de la graine après l’avoir liquéfié.

Activité 3

Document 6



L’accès à cette ressource de nourriture est capital pour assurer la matu-ration des ovules de l’insecte et donc assurer la reproduction de celui-ci.

Au début du XXe siècle, on ne trouvait cette punaise que dans le sud de la Floride et très ponctuellement dans le nord et le centre de cet état uni-quement dans des régions où la liane ballon prospérait.

Dans les années 1930, on planta dans les villes un arbre d’ornementa-tion, le savonnier élégant (Koelreuteria elegans). Il devint très commun dans les villes du centre et du Nord de la Floride à partir des années 1950.

Dès l’implantation de ces arbres, on observa que les punaises du savon-nier se nourrissaient des graines de ces arbres et que les populations d’insectes se développaient fortement.

Punaise du savonnier se nourrissant sur le savonnier élégant, Koelreute-ria elegans (a) et sur la liane ballon, Cardiospermum corindum (b)

Caractéristiques comparées des fruits du savonnier élégant, Koelreuteria elegans et de la liane ballon, Cardiospermum corindum

Caractéristiques

Espèces

Fruit en coupe(même échelle)

Distance moyenne mini-male pour atteindre une graine depuis la surface

Liane ballon

Cardiospermum corindum11,92mm

Savonnier élégant

Koelreuteria elegans2,82mm

Document 6a

Document 6b



En 1988, une collecte de punaise sur les deux plantes hôtes à été réa-lisée. Deux populations de punaises ont été relevées : les punaises du centre et Nord se nourrissant sur le savonnier élégant en absence de liane ballon (a) et celles du Sud de la Floride se nourrissant sur la liane ballon en absence de savonnier (b).

Spectre de taille du rostre de femelles de punaises du savonnier récol-tées sur un Savonnier élégant, Koelreuteria elegans (a) et Liane ballon, Cardiospermum corindum (b) en Floride.

1 �Observer la répartition de la taille des rostres de la punaise du savonnier dans les populations trouvées en Floride du Sud et du Nord en 1988.

2 �Sachant que le rostre des punaises du savonnier trouvées dans le Sud de la Floride dans les années 50 était d’une longueur moyenne de 9,13 millimètres ; relever les changements observés au niveau des populations de punaises après l’implantation du savonnier élégant en Floride, aussi bien dans le Nord que dans le Sud.

Afin d’expliquer l’apparition de nouvelles populations de punaises dans le nord et le centre de la Floride, on émit l’hypothèse d’un apport exté-rieur de punaises du savonnier à rostre plus court. Mais cette hypothèse fut rapidement invalidée par la relative sédentarité de ces insectes. De plus, toutes les punaises trouvées en Floride, que ce soit sur la plante hôte indigène ou introduite présentent toutes un certain nombre de caractères en commun comme les marques colorées spécifiques sur le corps que l’on ne retrouve pas sur les populations qui auraient pu émi-grer en Floride telles les punaises des Caraïbes ou du Yucatan.

Des expériences ont été réalisées en laboratoire afin de voir s’il existe une influence de la plante hôte sur le développement du rostre de jeunes punaises.

Taille du rostre de jeunes punaises en fonction de la plante hôte où ils se développent.

Plante hôte où ils sont nésPlante hôte où est réalisé le développement

Savonnier élégantKoelreuteria elegans

Liane ballonCardiospermum

corindum

Savonnier élégant Koelreuteria elegans Rostre court Rostre long

Liane ballon Cardiospermum corindum Rostre court Rostre long

Document 6c

12

10

8

6

4

2

0

a

6 7 8 9 10 11Longueur du rostre (mm)

Nom

bre

de p

unai

ses

12

10

8

6

4

2

0

b

6 7 8 9 10 11Longueur du rostre (mm)

Nom

bre

de p

unai

ses

Questions

Document 6d



3 �En utilisant toutes les informations apportées par cette activité, pro-poser une explication à ces variations de population de punaises en Floride.

c. Une modification aléatoire de la diversité des allèles en relation avec la reproduction sexuée : la dérive génétique

Utiliser des modèles mathématiques pour comprendre la dérive géné-tique.

Utiliser une animation de simulation de dérive génétique

Cette animation est une modélisation de la dérive génétique par tirages successifs avec remise.Dans ce cas-là, la population est toujours de même taille de génération en génération. Il y a remise de boule dans la population initiale puisque l’on part du principe qu’un même individu peut donner naissance à plu-sieurs individus.

E �Dans un moteur de recherche taper les mots : « dérive génétique logi-ciel »

E �Choisir le site qui vous propose le logiciel de P. COSENTINO

E �Cliquer sur le document joint : l’animation se lance. Sinon, l’anima-tion s’utilise directement sur le INTERNET sans cliquer sur le docu-ment joint.

Question

La sélection naturelle est le phénomène par lequel certains caractères héré-ditaires favorables à la survie et à la reproduction de l’espèce sont préfé-rentiellement transmis de générations en générations. Du fait de certaines conditions de milieu, certains individus laissent plus de descendants que d’autres. (Ils atteignent la maturité sexuelle et se reproduisent davantage).

La sélection naturelle est un mécanisme de « tri » des individus par l’envi-ronnement. Il dépend des conditions environnementales qui peuvent chan-ger au cours du temps ! Ces changements de l’environnement ne sont pas prévisibles. Cette évolution s’inscrit donc dans un contexte de populations naturelles présentant une très forte variabilité.La sélection naturelle conduit à une modification de la diversité génétique des populations.

L’évolution d’une population est sa transformation, résultat de la différence de survie et du nombre de descendants au sien d’une population.

à retenir

Activité 4

Document 7



E �Pour commencer, choisir une population à 2 couleurs, c’est-à-dire à deux allèles, et de 6 individus et lancer le modèle. Tirer une boule : à chaque tirage de boule, un allèle est choisi au hasard parmi le pool d’allèles présent dans votre population de départ.Puis tout tirer pour finir le tirage complet pour une génération.Observer en combien de générations une des deux couleurs est élimi-née. Recommencer plusieurs fois le travail et observer qu’elle couleur est éliminée à chaque fois.

E �Recommencer le travail pour des populations de 2, 10, 20 et 50 indi-vidus. Consigner vos résultats dans un tableau.

E �Faire à nouveau le même travail mais en gardant une population fixe de 10 individus et en changeant le nombre d’allèles : 3, 4 et 5.

1 �À l’aide de vos connaissances, proposer des conditions permettant le maintien génétique identique d’une population au cours du temps.

2 �De telles conditions sont-elles réalisables dans la nature ? Justifier votre réponse en donnant des exemples.

3 �Indiquer les facteurs qui influencent la vitesse de modification de la fréquence allélique au sein d’une population.

Questions

14 1 5 1 3

Descendants de lapopulation initiale

Population initiale :Individus ayant descaractères différents

Individus qui laissentdes descendants

(hasards de la vie)

Nombre de descendantsde chacun

(hasards de la vie)

Les caractères

ont disparu

Dans une population, la fréquence des allèles peut évoluer de façon aléatoire. Cette modification est appelée dérive génétique.On peut définir la dérive génétique comme étant l’évolution au sein d’une population ou d’une espèce de la fréquence des allèles. Cette évolution des populations se fait sous l’effet du hasard.

à retenir



La dérive génétique dépend de l’effectif de la population. Plus la popu-lation est restreinte, plus la modification de la fréquence allélique est importante.La diversité des allèles est l’un des aspects de la biodiversité. C’est une modification aléatoire de la diversité génétique. En effet, la dérive géné-tique touche plutôt les allèles neutres ne conférant ni avantage, ni désa-vantage.Cette dérive génétique est la conséquence d’un polymorphisme préexis-tant dans une population et du choix au hasard des allèles lors de la reproduction sexuée.

Un cas extrême de la dérive génétique : l’effet fondateur

La maladie de Steinert

Cette maladie est une affection généralisée héréditaire, qui associe une cataracte particulière à des troubles neuro-musculaires. Elle atteint souvent d’autres organes (cœur, glandes endocrines, système nerveux, etc.).

La prévalence de la maladie (nombre de malades dans une population donnée) est de 1 sur 20000 à 1 sur 25000. La maladie est présente par-tout dans le monde mais avec une prévalence très variable d’un pays à l’autre. Par exemple elle est rare en Afrique mais très répandue chez les Canadiens français du pourtour du lac St Jean (rive nord de Saint Laurent) où la prévalence est de 1 sur 500 personnes.

La maladie est d’origine génétique. Elle est due à une anomalie d’un gène nommée DMPK localisé sur le chromosome 19. Le gène respon-sable de la maladie de Steinert possède une région dans laquelle une séquence de 3 bases (CTG) est répétée plusieurs fois : de 50 à 300 fois chez la personne malade contre 5 à 37 répétitions chez le sujet sain.

La population du lac St Jean provient en grande partie de l’installation d’une trentaine de familles françaises dans les années 1675-1750. Ces colons avaient de nombreux enfants (souvent 10 par famille) et ont vécu en autarcie avant que des échanges se produisent entre cette région et le reste du Québec.

Activité 5

Document 8

Québec

Montréal100 km

Côte nord

SaguenayCharlevoix

Québec

Montréal

LacSt Jean



Des maladies plus fréquentes chez les Canadiens français vivant au Québec

AD : autosomique dominante, AR : autosomique récessive

CaractéristiquesMaladies

Hérédité Région avec la fréquence

la plus élevée

Rachitisme vitamine D-dépendante de type I

ARCharlevoix, Côte-Nord et

Saguenay-Lac-St-Jean

Dystrophie myotonique de Steinert ADPartout au Québec mais plus

fréquent au Saguenay-Lac-St-Jean

Dystrophie musculaire oculo-pharyngée

AD Région de Québec et Sagenay

Mucolipidose type II ARCharlevoix et


Ataxie de Charlevoix Saguenay ARCharlevoix et


1 �En exploitant les documents 8 et 9 et en vous aidant du « point science », proposer une hypothèse expliquant la prévalence de la dystrophie myotonique dans cette région du Québec.

Document 9

Question

La dérive génétique s’exerce plus facilement sur une petite population.Deux situations peuvent mener à la réduction de l’effectif d’une popula-tion :

E �L’effet fondateur

Certains individus isolés de leur population initiale s’implantent dans un nouveau territoire et forment une nouvelle population dont le patri-moine génétique n’est pas représen-tatif de la population initiale.

E �l’effet d’étranglement

Une population est susceptible de traverser occasionnellement des périodes durant lesquelles seul un petit nombre d’individus survivent. Lors de ces goulets d’étranglement, la variation génétique peut être perdue par l’effet du hasard.

Point science

Isolement de certainsindividus sur unnouveau territoire

temps

Diminutionbrusque de

la population

temps



2 �Proposer des causes (naturelles, artificielles) à la réduction soudaine d’une population donnée.

3 �En vous appuyant sur le schéma ci-dessus montrer quelles peuvent en être les conséquences sur la génération survivante.

Bilan du chapitre 2

La biodiversité reflète le nombre et la diversité des organismes vivants, ainsi que leur évolution au cours du temps et d’un endroit à l’autre.

La biodiversité est à la fois la diversité des écosystèmes, la diversité des espèces et la diversité génétique au sein des espèces.

La définition d’espèce est délicate. Elle repose sur des critères variés comme les critères phénotypiques permettant de regrouper dans une même espèce des individus ayant des caractères communs et à l’inverse des caractères distincts de deux populations permettront de les séparer en espèces différentes.

D’autres critères permettant de constituer des espèces sont les critères biologiques tels que l’interfécondité. C’est-à-dire qu’une espèce est un ensemble d’individus potentiellement capables de se reproduire entre eux et d’engendrer une descendance viable et féconde dans des condi-tions favorables.

Cependant, l’existence d’une grande variabilité des individus au sein d’une population ou la difficulté de s’assurer que deux individus sont interféconds conduit parfois à des classifications erronées.

Questions

Les populations ont toujours une taille limitée ce qui explique la fluctuation imprévisible des fréquences alléliques d’une génération à l’autre, c’est la dérive génétique.

Cette dérive génétique est plus marquée lorsqu’une catastrophe naturelle ou l’intervention humaine décime une partie d’une population (survie différentielle) ou lorsque des individus iso-lés de leur population d’origine s’implantent dans un nouvel environnement.

Cependant, l’échange génétique entre les populations tend à réduire les différences entre les populations au fil du temps.Il peut aboutir lors qu’il est important au partage du même patrimoine génétique par deux popu-lations voisines.

Les humains voyageant de plus en plus, le flux génétique est devenu un important agent d’évo-lution des populations humaines jusqu’alors isolées.La répartition des groupes sanguins du système ABO (A, B, AB ou O), tout comme la maladie de Steiner, constitue un exemple de dérive génétique et de flux génétique.

à retenir



Ainsi le concept d’espèce s’est beaucoup modifié au cours de l’histoire biologique et reste un concept crée par l’Homme pour tout « ranger dans des boîtes ».

Il est plus important de parler en termes de population, c’est-à-dire d’un ensemble d’individus d’une même espèce vivante se perpétuant dans un territoire donné.

Le patrimoine génétique d’une population (appelé aussi pool génique) représente l’ensemble des gènes existants dans cette population à un moment donné.

Sélection naturelle, flux génétique et dérive génétique sont les princi-paux acteurs de l’évolution des populations.Sous l’effet de la pression du milieu, de la concurrence entre êtres vivants (pour la nourriture, le territoire…) et du hasard la diversité des populations change au cours des générations.

La dérive génétique modifie le patrimoine génétique d’une population de façon d’autant plus importante que la population a un effectif faible.La sélection naturelle n’agit que sur des variations existantes. Elle accroît la fréquence de certains génotypes et adapte les organismes à leur milieu au fil des générations

Contrairement à la dérive génétique, la sélection naturelle n’est pas liée au seul hasard, mais aux variations des conditions du milieu.

L’évolution est la transformation des populations qui résulte de ces dif-férences de survie et du nombre des descendants. Du fait de la sélection naturelle et de la dérive génétique, les populations ne sont pas généti-quement « stables » dans le temps : la biodiversité génétique change au cours du temps.

Ainsi, sous l’effet de la pression du milieu, de la concurrence entre êtres vivants mais aussi sous l’effet du hasard ; la diversité des populations change au cours des générations.

Schéma bilan

Sélectionnaturelle

Sélectionnaturelle

Sélectionnaturelle

Effetfondateur

Effetd’étranglement

Sélectionnaturelle

Sélectionnaturelle

Fluxgénétique

Populationd’origine



La théorie synthétique de l’évolution qui prend en compte les populations comme unité d’évolution est l’aboutissement des travaux de nombreux scientifiques dans différents domaines de la biologie (généticiens, paléon-tologues, ornithologues, botanistes, mathématiciens…) depuis les années 40.

Les bases fondatrices sont la théorie de l’évolution par la sélection naturelle de Charles Darwin et les données de la transmission des allèles de Mendel.

Aujourd’hui on essaie d’intégrer à cette théorie la découverte de change-ments génétiques causés par des mécanismes autres que la sélection natu-relle.

Pour aller plus loin



Chapitre

3Notion d’espèce et diversité biologique

Pour débuter

Précédemment, nous avons vu que la notion d’espèce est une notion qui a évolué au cours du temps. Dans un premier temps, selon les idées pré-évolutionnistes, l’espèce est une unité permanente et stable dont tous les individus sont identiques et interféconds. D’après Carl Von Linné (1736) « une espèce est un ensemble d’individus qui engendrent, par reproduction, d’autres individus semblables à eux-mêmes. ….Nous comptons aujourd’hui autant d’espèces qu’il y a eu au commencement de formes diverses créées. » Ainsi, on pensait que le nombre d’espèces trouvées étaient le même depuis les débuts de l’histoire de la vie.

Vint par la suite le concept évolutionniste qui ne considère plus comme une anomalie toute variabilité des individus mais au contraire comme étant un moteur de l’évolution. L’idée que les espèces ont un lien de parenté émerge. Une espèce est donc un rameau de l’arbre phylogéné-tique du monde vivant.

A

x x xx

Individus d'unemême espècevivant simultanément

Individusd'une mêmegénéalogieCroisemententre individus

Individus d'espècesdifférentes vivantsimultanément

Visualisation de la notion d'espèce

Gén

érat

ions

suc

cess

ives

Extinction

Aujourd’hui

Une espèce

x x x x x x x

x x x x

x x x x

x x x

x x x

x x x x x x

x x x x xx x

x

x

x

x x

x x x x

x x x x

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x

x

x

x

x

x x x x x

x x x x

x x x x

x x x x

x x x

x x

x x x x

x x x

x x

x x

x x

x

x

On voit donc que les espèces se renouvellent au cours des temps géolo-giques, ce qui signifie qu’une espèce est apparue à un moment donné, qu’elle peut disparaître, et donc qu’elle a une durée de vie limitée. L’appari-tion de nouvelles espèces se fait toujours à partir d’espèces préexistantes.

à retenir



Pour définir l’appartenance d’un individu à une espèce, différents cri-tères ont alors été définis :

E �Les critères phénotypiques : sont regroupés dans une même espèce tous les individus ayant des ressemblances morphologiques fortes qui permettent de regrouper des individus dans une même espèce,

E �Les critères reproductifs : les individus d’une même espèce peuvent se reproduire entre eux et assurer une descendance fertile, ils sont interféconds.

E �Les critères moléculaires : l’analyse de l’ADN permet de voir s’il y a bien des flux de gènes mettant en évidence l’interfécondité au sein d’une population.

Mais de la théorie à la pratique… pas si facile !

Cours

1. Revoir les critères pour définir une espèce

Trouver les limites des caractères utilisés pour définir une espèce

La Spongieuse ou Bombyx disparate (Lymantria dispar) est un papillon qui fait des ravages dans les forêts de chênes liège. Le dimorphisme sexuel est considérable chez les imagos (adultes). Le papillon mâle est brun, svelte et a des ailes développées. La femelle, blanche, avec un gros abdomen ne vole pas.

Drosophila persimilis et drosophila pseudo-obscura, deux espèces ju-melles.

Les espèces D. persimilis et D. pseudo-obscura sont caractérisées par une très forte ressemblance morphologique.

B

Activité 1

Document 1

Document 2



Historiquement, ces deux taxons furent d’ailleurs initialement considé-rés comme deux formes de l’espèce D. pseudo-obscura : D. pseudo-obs-cura forme A (=D. pseudo-obscura), et D. pseudo-obscura forme B (=D. persimilis).

Des croisements entre ces formes A et B ont été réalisés en laboratoire :

Croisement n° 1 : femelle A x mâle B, ou femelle B x mâle A = E �mâles F1 stériles,E �femelles F1 fertiles

Croisement n° 2 : femelle F1 x mâle B, ou femelle F1 x mâle A = E �zygotes F2 souvent non viables, avec forte mortalité larvaire, longévité

et vigueur sexuelle des imagos très diminuées.

Une étude plus approfondie des caractères morphologiques, physiolo-giques et comportementaux de ces drosophiles a montré toutefois de légères différences :

E �l’appareil copulateur mâle présente des dissemblances au niveau du phallus,

E �la maturité sexuelle est acquise plus tardivement chez D. persimilis (48 h, contre 36 h chez D. pseudo-obscura),

E �la période et l’intensité dans l’aigu du chant alaire des mâles déter-miné par le chromosome X sont différentes entre les formes A et B,

E �un système enzymatique différent,

E �des niches écologiques distinctes, Drosophila persimis a une distri-bution plus nordique, elle se rencontre plus souvent à une altitude élevée et montre une préférence pour les températures plus froides,

E �une émission d’odeur différente déterminante pour le choix du parte-naire sexuel.

Les deux espèces représentent donc deux complexes génétiques diffé-rents même si les individus sont d’aspect très semblable : ce sont des espèces jumelles.

La mouche Rhagoletis pomonella

Les larves des Mouches du genre Rhagoletis se nourrissent de fruits et les adultes de sucs, émis par la plante à la suite de blessure(s) ou de nectar… En été, les femelles nord américaines de l’espèce Rhagoletis pomonella pondent leurs œufs dans les fruits de l’Aubépine, hôte natu-rel de cette mouche.Il y a 150 ans, les pommiers ont été introduits en Amérique du Nord. Profitant de ces nouvelles ressources alimentaires, une population de R. pomonella, a commencé à parasiter les pommiers.Les œufs déposés sur les fruits deviennent des larves qui se nourrissent des fruits et mémorisent leur odeur en se développant. Une fois adultes les mâles et les femelles vont se reproduire sur le type de fruits où ils se sont développés.

Document 3



La pomme parvenant à maturité avant le fruit de l’aubépine, la sélec-tion a favorisé les larves se développant rapidement parmi celles qui se nourrissent de pommes ; celles du pommier se développent en 40 jours contre 55 à 60 jours pour les larves se nourrissant des fruits de l’aubépine.

Alors qu’en laboratoire, les Mouches du Pommier et celles de l’Aubé-pine se croisent facilement en donnant une descendance fertile ; dans la nature les croisements entre les deux types sont peu fréquents.

1 �À la lecture du document 3, lister les arguments en faveur de la clas-sification de la mouche du pommier et de la mouche de l’aubépine dans deux sous-espèces.

2 �En utilisant les documents 1 à 3, compléter le tableau suivant :

Espèces Lymantria disparDrosophila persimilis et

pseudo-obscuraRhagoletis pomonella

Critères permettant de distinguer deux

espèces

Limite du critère

Puis, discuter des limites de la notion d’espèce.

3 �Sachant que l’un des critères pour définir une espèce est la capa-cité d’interfécondité des individus au sein d’une population : placer sur le schéma-ci-dessous, à l’aide du document 2, les mécanismes prézygotiques (empêchant la formation du zygote) et postzygotiques (empêchant le développement du zygote et l’apparition des imagos) qui permirent de conclure que Drosophila persimilis et drosophila pseudo-obscura sont deux espèces jumelles.

Questions



Quels sont les mécanismes conduisant à la formation de nouvelles espèces ?

2. Les mécanismes conduisant à la forma-tion de nouvelles espèces : la spéciation

a. La spéciation avec isolement géographique

Comprendre comment se fait la spéciation par isolement géographique (allopatrique)

Les pinsons des Galápagos de Darwin

Lors d’un voyage autour du monde, du 27 septembre 1831 au 2 octobre 1836 à bord du navire Beagle, Charles Darwin explore les côtes d’Amé-rique du Sud et quelques îles du Pacifique.C’est à cette occasion que le naturaliste anglais découvre l’archipel des Galápagos. C’est un ensemble de 13 îles principales et de nombreux

Adulte

Adulte

Gamètes

Adulte

Gamètes

Cellule œuf(zygote)

Barrièresprézygotiques

Barrièrespostzygotiques

La définition de l’espèce est délicate. Elle repose sur des critères variés qui permettent d’appré-cier le caractère plus ou moins distincts de deux populations. Cependant, la grande variabilité des individus au sein d’une population, tel le dimorphisme sexuel, peut conduire à des groupe-ments erronés ou au contraire à des distinctions injustifiées.Pour confirmer que des individus sont de la même espèce, il faut alors pouvoir s’assurer que ceux-ci peuvent se reproduire entre eux et que leurs descendants sont fertiles. Ceci dit, ce critère reste difficile à utiliser.On peut donc conclure en disant que le concept d’espèce n’est pas si tranché.Il est important de noter qu’une espèce a une durée de vie limitée. On parle d’extinction si l’en-semble des individus d’une espèce disparaissent À l’inverse, si une nouvelle population s’indivi-dualise, il y a apparition d’une nouvelle espèce, c’est la spéciation.

à retenir

Activité 2

Document 4



îlots volcaniques récents (4 à 5 millions d’années). Elles sont situées à 965 kilomètres au large des côtes sud-américaines, isolées au milieu de l’océan Pacifique.Sur ces îles distantes de 70 à 80 km les unes des autres, ayant le même climat, les mêmes origines géologiques et la même altitude, on retrouve une flore et une faune très diversifiée. Mais le plus surprenant, c’est qu’elles hébergent une profusion d’espèces différentes de celles du continent et différentes d’une île à l’autre. Comparées aux peuplements des continents, de nombreuses espèces semblent y manquer, notam-ment celles de grande taille, les prédatrices et les organismes ayant peu de chance d’être accidentellement transportés sur l’océan.Lors du recensement de la faune de ces îles, Darwin récolta plusieurs espèces d’oiseaux aujourd’hui connus sous le nom générique de « pin-sons de Darwin » (ou des Galápagos) Actuellement des analyses phylo-génétiques plus récentes placent ces oiseaux dans la famille des thrau-pidés et il est plus rigoureux de les nommer « géospize ». Treize espèces résident sur les îles Galápagos et une sur les îles Cocos. Ces oiseaux sont tous de la même taille, entre 10 et 20 cm. Les plus importantes différences entre ces espèces se trouvent dans la taille et la forme de leurs becs.

quelques pinsons des Galápagos et leur régime alimentaire

Pourcentage d’espèces endémiques de pinsons dans différents groupes d’îles

Groupe d’îles d’espèces endémiques

I 5

II 14 à 33

III 36 à 67

IV 75

Une espèce est qualifiée d’endé-mique d’une région lorsqu’on ne la trouve que dans cette région géographique particulière (mon-tagne, île, archipel, continent...).

Document 4a

Document 4b



Groupe d’îles Espèces présentes majoritairement

I G. magnirostris, G. fortis, G. fuliginosa, G. scandans, G. difficilis

II G. conirostris, G. fuliginosa

III G. magnirostris, G. difficilis ; G. conirostris

IV G. magnirostris, G. difficilis

1 �Sachant que cet archipel d’origine volcanique était complètement dépourvu de vie lorsqu’il a surgi de l’océan, émettre une ou plusieurs hypothèses sur l’origine de la vie dans cet archipel.

Dans ses mémoires, « le voyage du Beagle », Charles Darwin écrivit :« En observant cette graduation et la diversité de structure dans un petit groupe d’oiseaux étroitement apparentés, on pourrait réelle-ment imaginer qu’à partir d’une pauvreté originale d’oiseaux dans cet archipel, une espèce a été sélectionnée et modifiée à différentes fins »

2 �À l’aide de vos connaissances acquises lors de la séquence 4 et du chapitre 2, imaginer un scénario permettant d’expliquer l’apparition de ces 13 espèces de pinsons dans l’archipel des Galápagos à partir d’un ancêtre commun.

Des données plus récentes

Des études plus poussées ont été réalisées sur les pinsons de l’île de Daphne Major. Cette petite île (34 hectares) centrale de l’archipel a per-mis un suivi précis des populations de pinsons résidentes. De plus, cette île n’a jamais subi de perturbations d’origine humaine.

Parmi les diverses espèces de pinsons, l’étude s’est particulièrement portée sur les pinsons à bec conique (genre Geospiza) dont le pinson à gros bec (Geospiza magnirostris) et le pinson à bec moyen (Geospiza fortis).

Héritabilité du caractère taille du bec chez le pinson à bec moyen

Questions

Document 5

Document 5a

On peut mesurer l’héritabilité d’un caractère en mettant en relation la hauteur du bec des parents et celle de leurs des-cendants chez le pinson à bec moyen. Chaque point corres-pond à un couple parents/des-cendants.



Évolution de l’abondance et de la dureté des graines ; de l’effectif de la population de pinsons à bec moyen sur l’île de Daphne Major et de la hauteur du bec dans la population de pinsons entre 1975 et 1979.

Fruit de Tribulus cistoid

L’arbuste dominant sur l’île de Daphne Major est le Tribulus cis-toides. C’est une plante très résis-tante à la sécheresse. Elle produit des fruits constitués de plusieurs parties très fermement soudées contenant chacune six grosses graines.

À gauche : fruit entier ; à droite : une partie de fruit.

Comparaison d’accès aux graines de Tribulus cistoides chez le pinson à bec moyen et le pinson à gros bec

Il est important de noter que seuls les pinsons à bec moyen ayant un bec d’au moins 11 mm de long peuvent briser les fruits de Tribulus cistoides. Les pinsons ayant un bec de 10,5 mm n’y parviennent pas.

Conditions d’accès

Pinson à bec

Temps nécessaire pour briser le fruit

(secondes)

Nombre de graines récoltées par fruit

Temps nécessaire pour récolter les graines d’un fruit

(secondes)

Moyen 7 1-2 15

Gros 2 4-6 7

Document 5b

SECHERESSE

J M M J S NJ S N J M M J S N J M M J S N J19761975 1977 1978

Temps

Indice de duretédes graines(unités arbitraires)

SECHERESSE


Temps

1600

1400

1200

1000

800

600

400

200

Taille de la population(nombre d’individus)

SECHERESSE


Temps

10,25

10

9,75

9,5

9,25

Hauteur du becmm

SECHERESSE


Temps

2

4

6

8

10

12 Abondance des graines(nombre de graine m-2)

Document 5c

Document 5d



En plus de la taille du bec selon l’espèce, on s’est aperçu que le sexe de l’oiseau avait là aussi son importance. En effet, chez les pinsons ter-restres, les mâles sont légèrement plus grands que les femelles et leur bec est un peu plus grand aussi.

De ce fait, les mâles accèdent plus facilement à la nourriture que les femelles et ils ont ainsi mieux surmonté la sécheresse. Sur les 180 survi-vants, 150 étaient des mâles (avant la sécheresse, le sexe ration était de 1/1). Le surnombre de mâles conduisit à une augmentation de la com-pétition entre mâles pour posséder un territoire. Là encore, ce sont les plus gros mâles ayant un bec plus gros qui ont été avantagés et se sont reproduits davantage, transmettant leurs caractères à leur descendance.

3 �À l’aide de vos connaissances, rappeler les conditions pour que la sélection naturelle ait lieu.

4 �Retrouver dans le document 5 les types de sélections qui ont entraîné des variations de la population de pinsons à bec moyen sur l’ile de Daphne Major.

5 �En utilisant le document 5, compléter le sénario commencé dans la question 2.

Les îles du Galápagos, un décor fluctuant et mouvant

Les îles des Galápagos sont des îles de volcanisme de point chaud. Les premières îles ont été formées il y a 5 millions d’années. On pense qu’au moment supposé où est arrivé le groupe fondateur des pinsons des Galápagos, seules 5 îles étaient déjà émergées. Les premières îles étant : Santa Cruz, San Cristobal, Espanola et Floreana ; et les dernières îles sont : Fernandina et Isabela. Il y a donc eu un fort remaniement du cadre géographique de l’archipel des Galápagos depuis l’arrivée du groupe fondateur de pinsons.

En plus des remaniements géographiques, de fortes fluctuations clima-tiques ont eu lieu. Si les premiers pinsons sont arrivés il y a 3 millions d’années, la végétation rencontrée à cette époque devait être de type forêt tropicale humide. Par la suite, il y a eu un refroidissement et un assèchement saisonnier qui s’est déroulé en trois étapes :

E �–2,5 millions d’années : fermeture de l’isthme de Panama entraînant la mise en place de forts vents allant de la côte vers le large. (Ces vents ont pu favoriser la colonisation des îles)

E �– 1,7 million d’années : refroidissement de la partie orientale du Paci-fique

E �– 1 million d’années : installation d’un courant côtier saisonnier chaud (El Nino) entraînant une alternance de période chaude et sèche avec des périodes de forte humidité.

Questions

Document 6



6 �Sachant que des espèces, très proches au niveau phénotypique, se côtoient à nouveau sur certaines îles de l’archipel mais qu’aucun croisement n’a été observé dans la nature, finaliser le sénario com-mencé en question 2 et 5 en utilisant les informations apportées par les documents 4 à 6 et en vous aidant du point science.

Principe général de la spéciation allopatrique :

1 : population d’origine ayant une grande variabilité génétique.

2 : apparition d’une barrière géographique (barrière extrinsèque) par exemple la distance, une chaîne de montagne, un milieu insulaire…

Si la barrière extrinsèque perdure suffisamment longtemps, les populations formées divergent : elles évoluent indépendamment l’une de l’autre.

Si les populations se retrouvent en contact :3 : Elles ont divergé génétique-

ment, des barrières intrinsèques (barrière pré-zygotiques et post-zygotiques) se sont installées. Les deux populations sont alors isolées, elles ne peuvent plus se reproduire entre elles : il y a appa-rition de deux nouvelles espèces à partir d’une espèce ancestrale.

4 : Elles n’ont pas suffisamment divergé, elles peuvent se repro-duire entre elles. On peut parler de sous-espèces.

Point science

1

2

3 4

Question

Par des causes variées, une espèce ancestrale se retrouve fragmentée en plusieurs sous ensembles qui évoluent indépendamment les uns des autres : c’est la radiation évolutive.Cette évolution est permise par une grande variabilité de la population d’origine, des mutations aléatoires, la dérive génétique plus importante si la population est petite et enfin sous l’action de la sélection naturelle. Si les conditions environnementales de chaque sous ensemble sont différentes, les pressions de sélections seront différentes. La sélection naturelle ne se fera pas forcément sur les mêmes individus d’un groupe à l’autre.L’isolement géographique d’une popu-lation en deux sous populations constitue la spéciation allopatrique (« autre patrie »).Si l’isolement géographique disparaît, les sous ensembles de population vont à nouveau se rencontrer. Si ces deux sous ensembles peuvent encore se reproduire entre eux, les deux popu-lations sont différentes mais n’ont pas beaucoup divergé. À l’inverse, si les deux sous ensembles ne sont plus capables de se reproduire entre, on peut dire qu’il y a eu apparition de nouvelles espèces, c’est la spéciation allopatrique.

à retenir



Plus le vert est intense et plus l’activité du gène Bmp4 est importante.

Dans certains cas la spéciation peut intervenir sans séparation géogra-phique des deux populations on parle alors de spéciation sympatrique.

b. La spéciation sans isolement géographique

Comprendre les mécanismes de la spéciation sans isolement géogra-phique.

L’émergence de nouvelles espèces par spéciation sympatrique : exemple des tournesols américains

Au États-Unis, on ne compte pas moins de 67 espèces proches de tour-nesols toutes strictement américaines.

Parmi ceux-ci, on trouve le tournesol annuel (Helianthus annuus) qui est l’ancêtre du tournesol cultivé, le tournesol à long pétiole (Helianthus petiolaris) et le tournesol anormal (Helianthus anomalus).

En 2004, une équipe de chercheurs de l’uni-versité de Harvard a mis en évidence une cor-rélation entre la taille du bec et l’activité du gène Bmp4 au cours du développement chez le pinson.


G. magnirostris G. conirostrisG. scandensG. difficilis G. fortisG. fuliginosa

Geospiza

Activité 3

Document 7



3 espèces de tournesols américains

Ces trois espèces ont une morphologie et une écologie différente. Le tournesol annuel préfère les sols lourds et argileux tandis que le tour-nesol à long pétiole apprécie les sols sableux mais ils peuvent peupler toutes sortes de milieu, à condition de ne pas être trop arides. Quant au tournesol anormal, il se plaît sur des sols caillouteux ou sableux dans des milieux désertiques.

La floraison du tournesol annuel et du tournesol à long pétiole n’est que légèrement décalée dans le temps et les pollinisateurs ne semblent pas faire de différence entre les deux espèces. Les hybridations sont donc possibles.

Aires de répartitions de ces trois espèces de tournesols américains

Des données génétiques

Ces trois espèces de tournesols américains sont diploïdes. Elles pos-sèdent toutes le même nombre de chromosomes : 2n=34.

Document 7a

Document 7b

Document 7c



En observant les chromosomes de chaque espèce, on a pu dresser les constats suivants :

E �Chromosomes 1, 2, 3, 4, 5 et 6 : identiques chez les trois espèces ;

E �Chromosomes 10, 11 : identiques à ceux du tournesol à long pétiole ;

E �Chromosomes 15 et 16 : identiques à ceux du tournesol annuel ;

E �Chromosomes 7, 8, 9, 12, 13, 14 et 17 : présentent de nouveaux arrangements chromosomiques spécifiques de l’hybrides obtenus à partir de cassures, fusions et duplication des chromosomes des tour-nesols annuels et à long pétiole.

De plus, le taux d’hybridation naturelle entre les espèces Helianthus annuus et Helianthus petiolaris dans les zones où ils sont sympatriques est de 4 à 15 %. Les hybrides de F1 sont semi-stériles. La variabilité du pollen est inférieure à 10 % et la proportion d’ovules formant des graines après fécondation est inférieure à 1 %.

Ceci dit, parmi les 1 % donnant des graines donc de nouvelles fleurs, le taux de viabilité du pollen dans la F2 (génération suivante) augmente atteignant les 13 à 97 %. Ces nouveaux hybrides sont donc fertiles entre eux mais ne sont pas capables de se reproduire avec les espèces d’ori-gine (H. annus et H. petiolaris).

1 �Recenser 3 les critères permettant d’affirmer que H. annus, H. petio-laris et H. anomalis sont bien trois espèces différentes.

2 �Retrouver les barrières pré-zygotiques et post-zygotiques mises en jeu dans ces trois espèces.

3 �Résumer l’événement de spéciation sympatrique qui a conduit à l’ap-parition de la nouvelle espèce : H. anomalus.

Questions

La spéciation sympatrique se fait par apparition d’une nouvelle espèce (B) sur une aire de répartition che-vauchante avec celle de l’espèce d’origine (A). Ce type de spéciation suppose qu’une barrière intrinsèque à la reproduction se mette en place très rapidement, puisque les deux groupes sont en contact. Cette barrière intrinsèque peut être, par exemple, une recombinaison importante des chromosomes empêchant l’apparie-ment des paires de chromosomes homologues lors de la méiose. La formation des gamètes ne se fera alors pas facilement, les hybrides deviennent fertiles.

à retenir

Bt2

t1 A



Bilan du chapitre 3

Une espèce peut être considérée comme un ensemble d’individus suffi-samment isolés génétiquement. Cela nécessite la mise en place de bar-rières reproductrices pré-zygotiques et/ou post-zygotiques.

Une espèce supplémentaire est définie si un nouvel ensemble s’indivi-dualise. Les mutations aléatoires et autre modifications du génome sont triées par le milieu qui sélectionne certains allèles qui se maintiennent au cours des générations, c’est la sélection naturelle.

Les deux principaux modes de spéciation sont la spéciation allopatrique et la spéciation sympatrique.

Dans la spéciation allopatrique une nouvelle espèce naît par isolement géographique de la population mère. Cette population évolue par sélec-tion naturelle et dérive génétique et des barrières reproductrices peuvent apparaître empêchant l’interfécondité avec la population mère même si les populations sont de nouveau en contact

Dans la spéciation sympatrique des variabilités des individus pour un certain nombre de caractère (comportement alimentaire, sélection sexuelle) ou des modifications accidentelles du génome (duplication, fusion ou polyploïdie) peuvent entraîner un isolement reproducteur d’une population au sein de la population mère sans qu’il y ait de bar-rière géographique entraînant l’émergence d’une nouvelle espèce.

L’émergence de nombreuses espèces qui vont occuper des niches éco-logiques différentes à partir d’un ancêtre commun qui survient fréquem-ment dans les archipels représente la radiation adaptative. La sélection opère en faveur d’une divergence écologique entre des espèces parentes.

Une autre barrière intrinsèque à la reproduction est le changement de ploï-die : par exemple un tétraploïde qui apparaît dans une population diploïde. De nombreux cas existent chez les plantes à fleur et les fougères actuelles. On pense que ces événements sont responsables de 2 à 4 % des événe-ments de spéciation chez les plantes à fleur, et de 7 % chez les fougères.L’un des problèmes rencontrés par les polyploïdes nouvellement formés est le manque de partenaires pour la reproduction : un croisement entre un individu diploïde et un individu tétraploïde donnera des triploïdes, qui ont généralement une fécondité très réduite du fait de problèmes de ségréga-tion des chromosomes lors de la formation des gamètes.Il arrive cependant que les triploïdes produisent des gamètes haploïdes, diploïdes et triploïdes en très faible proportion. Ils peuvent alors produire avec l’individu tétraploïde quelques descendants tétraploïdes ; les organismes capables d’autofertilisation peuvent également contourner ce problème.




La durée de vie moyenne d’une espèce est d’un million d’années. 99 % des espèces ayant peuplées la Terre ont aujourd’hui disparu. Leur dispa-rition laisse souvent une place pour de nouvelles espèces, occupant les niches écologiques laissées vacantes.

Les activités humaines menacent la biodiversité de la Terre (le rythme d’extinction des espèces s’est accru considérablement : il est 1000 fois supérieur à celui des 100 000 dernières années). De nombreuses actions en faveur de la conservation de certaines régions de la planète visent au soutien de zones riches en diverses espèces.

Spéciation sympatriqueSpéciation allopatrique

Population avec apparition de nouvelles espècesTemps

Dérive génétique etsélection naturelle

Barrièregéographique

Population à fortevariabilité génétique= population initiale

Apparition de barrièresintrinsèques à la

reproduction

x x xx

Individus d'unemême espècevivant simultanément

Individusd'une mêmegénéalogieCroisemententre individus

Individus d'espècesdifférentes vivantsimultanément

Visualisation de la notion d'espèce

Gén

érat

ions

suc

cess

ives

Extinction

Apparition parspéciation

Aujourd’hui

Une espèceSPÉCIATION

duré

e de

vie

de

l’esp

èce

x x x x x x x

x x x x

x x x x

x x x

x x x

x x x x x x

x x x x xx x

x

x

x

x x

x x x x

x x x x

x x x x

x x x

x x x x

x x

x

x

x

x

x

x x x x x

x x x x

x x x x

x x x x

x x x

x x

x x x x

x x x

x x

x x

x x

x

x



� L’évolution des populations

Les variations des populations

Une population est un ensemble d’individus d’une même espèce vivante se perpétuant dans un territoire donné.

Le patrimoine génétique d’une population (appelé aussi pool génique) représente l’ensemble des gènes existants dans cette population à un moment donné. Ce pool génétique varie au cours du temps, de généra-tion en génération.

Les mécanismes à l’origine des variations de population

La dérive génétique est un échantillonnage aléatoire des gamètes partici-pant à la fécondation, ce qui modifie la fréquence des allèles transmis de génération en génération. La dérive génétique est donc un effet du hasard agissant uniquement sur des allèles conférant des caractères neutres.Elle modifie le patrimoine génétique d’une population de façon d’autant plus importante que la population a un effectif faible.

Contrairement à la dérive génétique, la sélection naturelle n’est pas liée au seul hasard, mais aux variations des conditions du milieu. Elle ne peut avoir lieu que dans des populations ayant une grande variabilité géné-tique, c’est-à-dire transmise de génération en génération. Sous la pres-sion du milieu, les caractères avantageux préexistants sont maintenus et deviennent majoritaire dans la population d’origine, ils sont sélectionnés.

au temps T0 au temps T1 au temps T2

Espèce

Population

Echanges possiblesd’allèles

Sélection naturelle

Dérive génétique forte

petite population

NOUVELLE ESPÈCE

autres MUTATIONSnouveaux allèles

Dérive génétique faible


MUTATIONSnouveaux

allèles

Milieu

Barrièrereproductrice

Milieu

FLUX GÉNÉTIQUE(apport d'allèles)

EFFET D'ÉTRANGLEMENT

EFFET FONDATEUR

Synthèse



Sélection naturelle, flux génétique et dérive génétique sont les princi-paux acteurs de l’évolution des populations.

Sous l’effet de la pression du milieu, de la concurrence entre êtres vivants (pour la nourriture, le territoire…) et du hasard la diversité des populations change au cours des générations.

L’évolution est la transformation des populations qui résulte de ces dif-férences de survie et du nombre des descendants. Du fait de la sélection naturelle et de la dérive génétique, les populations ne sont pas généti-quement « stables » dans le temps : la biodiversité génétique change au cours du temps.

� La notion d’espèce

La biodiversité est à la fois la diversité des écosystèmes, la diversité des espèces et la diversité génétique au sein des espèces.

Une notion pré-évolutionniste

Dans un premier temps, on a considéré les espèces comme des entités fixes définies par des critères morphologiques. Cette conception phéno-typique a trouvé son apogée avec les travaux de Linné et l’établissement de collections d’individus « typiques » de l’espèce.Selon Cuvier, « une espèce peut être définie comme la collection de tous les corps organisés nés les uns des autres ou de parents communs et de ceux qui leur ressemblent autant qu’ils ne se ressemblent entre eux. »

Une espèce est donc une entité stable et permanente dans le temps.

Une notion évolutionniste

À partir des travaux de Darwin, on commence à accepter qu’il existe une variabilité des individus au sein d’une même espèce. L’idée de filiation entre les espèces émerge.La définition la plus commune de l’espèce a été donnée par Ernst Mayr : « les espèces sont des groupes de populations naturelles, effective-ment ou potentiellement interfécondes, qui sont génétiquement isolées d’autres groupes similaires ».À cette définition, il a ensuite été rajouté que cette espèce doit pouvoir engendrer une progéniture viable et féconde. Ainsi, l’espèce est la plus grande unité de population au sein de laquelle le flux génétique est pos-sible dans des conditions naturelles.

Des outils pour définir une espèce

La définition d’espèce est délicate. Elle repose sur des critères variés comme les critères phénotypiques permettant de regrouper dans une même espèce des individus ayant des caractères communs et à l’inverse des caractères distincts de deux populations permettront de les séparer en espèces différentes.



D’autres critères permettant de constituer des espèces sont les critères biolo-giques tels que l’interfécondité. C’est-à-dire qu’une espèce est un ensemble d’individus potentiellement capables de se reproduire entre eux et d’engen-drer une descendance viable et féconde dans des conditions favorables.

Cependant, l’existence d’une grande variabilité des individus au sein d’une population ou la difficulté de s’assurer que deux individus sont interféconds conduit parfois à des classifications erronées.

D’autres critères peuvent donc être utilisés tels que des critères phylogé-nétiques (la plus petite lignée d’une population pouvant être définie par une combinaison unique de caractères diagnostiques) ; des critères éco-logiques (groupe d’organismes partageant une même niche écologique)…

� La formation de nouvelles espèces : la spéciation

Les barrières de reproduction entre les espèces

Une espèce supplémentaire est définie si un nouvel ensemble s’indi-vidualise, c’est-à-dire, si les individus sont suffisamment isolés géné-tiquement. Cela nécessite la mise en place de barrières reproductrices pré-zygotiques et/ou post-zygotiques.

La mise en place de ces barrières reproductives se fait selon deux princi-paux modes de spéciation :

La spéciation allopatrique conduit à la formation d’une nouvelle espèce par isolement géographique de la population mère. Cette population évolue par sélection naturelle et dérive génétique et des barrières repro-ductrices peuvent apparaître empêchant l’interfécondité avec la popula-tion mère même si les populations sont de nouveau en contact.

La spéciation sympatrique permet l’apparition de nouvelles espèces si des variabilités des individus pour un certain nombre de caractère (com-portement alimentaire, sélection sexuelle) ou des modifications acci-dentelles du génome (duplication, fusion ou polyploïdie) entraînent un isolement reproducteur d’une population au sein de la population mère sans qu’il y ait de barrière géographique.

Une population homogènese développe dans un milieu

Un obstacle physique isoleun groupe par rapport à

un autre

Chaque groupe évolueindépendamment l'un de l'autre

et donne deux espèces distinctes

temps 1 temps 2 temps 3

Cette schématisation concerne toute espèce vivante et non uniquement des singes qui ne sont là quecomme supports pédagogiques. Ce n’est en aucun cas la réalité de l’évolution de ces singes là.



� Une durée de vie limitée pour une espèce

Une espèce n’existe que pendant une durée de temps finie. Dès l’appa-rition d’un ensemble d’individus génétiquement isolés, il y a spéciation : naissance d’une nouvelle espèce mais lorsque l’ensemble des individus d’une espèce disparaissent ou que ces individus cessent d’être isolés génétiquement, il y a extinction de l’espèce.

Tous ces mécanismes se font à des vitesses plus ou moins rapides selon l’environnement, le nombre d’individus de la population initiale, mais il ne faut pas oublier que tous ces phénomènes sont graduels.

La sélection naturelle ne s’arrête jamais, c’est une perpétuelle évolu-tion qui permet l’apparition de nouvelles espèces…

Une population homogènese développe dans

un milieu

Un caractère nouveau est portépar certains individus (*) quivont se reproduire entre eux

Chaque groupe évolueindépendamment l'un de l'autre

et donne deux espèces distinctes

temps 1 temps 2 temps 3

Cette schématisation concerne toute espèce vivante et non uniquement des singes qui ne sont là quecomme supports pédagogiques. Ce n’est en aucun cas la réalité de l’évolution de ces singes là.

**



Tester ses connaissances

1 �Définir les termes suivants

a. population,

b. pool génique,

c. effet d’étranglement

2 �Construire une phrase en utilisant les termes suivants :

a. Fréquence, allèle, milieu, sélection naturelle, population.

b. Dérive génétique, aléatoire, descendance,

c. Effet fondateur, allèles, population, population initiale.

3 �Relever dans les affirmations suivantes, celles qui sont inexactes et les corriger.

a. La sélection naturelle est un mécanisme ne reposant que sur le hasard.

b. La dérive génétique est un mécanisme ne reposant que sur le hasard.

c. La sélection naturelle peut modifier la fréquence des allèles d’une population.

d. Le mécanisme de la sélection naturelle implique des variations phé-notypiques au sein d’une population donnée.

4 �Choisir la ou les bonnes réponses.

A. On considère que deux animaux appartiennent à des espèces diffé-rentes quand ils :

• sont géographiquement isolés.

• vivent dans des habitats différents.

• sont membres de populations différentes.

• ne se ressemblent pas.

• ne peuvent produire une descendance viable ou fertile.

Exercice 1

Exercices



B. Lequel des facteurs suivants constituent la première étape de la spé-ciation allopatrique ?

• L’hybridation.

• L’isolement géographique.

• L’isolement reproductif prézygotique.

• La dérive génétique.

C. On appelle l’évolution de nombreuses espèces à partir d’un ancêtre unique :

• isolement géographique

• radiation adaptative

• spéciation sympatrique

D. La spéciation sympatrique est :

• causée par une barrière géographique

• l’apparition de plusieurs espèces à partir d’un ancêtre unique

• l’apparition d’une nouvelle espèce dans l’aire de répartition de la population mère

• le processus qui a permis l’évolution de la plupart des espèces ani-males.

E. La construction d’une route a isolé une petite partie d’une population de pucerons. Après quelques générations, la population isolée pré-sente des différences génétiques radicales par rapport à la popula-tion initiale. Quelle est la cause la plus probable ?

• Les mutations sont plus courantes dans un nouvel environnement

• Par hasard, les fréquences alléliques des pucerons isolées dif-féraient dès le départ des fréquences alléliques de la population parentale, et une dérive génétique a eu lieu qui a accru les diffé-rences d’avec le patrimoine initial.

• Le flux génétique (échange de matériel génétique au sein d’une population) augmente dans un nouveau milieu.

• Les membres d’une petite population ont tendance à migrer, ce qui retire des allèles du patrimoine génétique.

Un mécanisme de la sélection naturelle

Des souris au phénotype différent.

Dans le sud de l’Arizona, au sud-ouest des États-Unis, vivent plusieurs populations d’une même espèce de souris : la souris à abajoues. Ces

Exercice 2

Document 1



souris présentent 2 phénotypes, pelage clair ou pelage sombre. Cer-taines populations habitent de vastes zones formées de sables et roches claires tandis que d’autres évoluent dans des zones plus petites consti-tuées d’anciennes coulées de laves sombres.

Quelque soit leur milieu de vie, ces souris ont pour principal prédateur, le grand hibou à cornes, animal doté d’une excellente vision nocturne.

Si la coloration du pelage est contrôlée par plusieurs gènes, le gène MCR1 dont on connaît deux allèles, D et d, semble jouer un rôle essen-tiel. L’expression de l’allèle D, allèle dominant, est à l’origine d’un pig-ment brun conférant au pelage sa teinte foncée.

Fréquence (en %) de deux allèles gouvernant la couleur du pelage dans deux populations de souris à abajoues de l’Arizona

Fréquence de l’allèle

Population sur solsD d

Sombres 90 10

Clairs 8 92

1 �Expliquer, en vous appuyant sur l’exemple ci-dessus et vos connais-sances le mécanisme de la sélection naturelle.

Avantage reproducteur et sélection sexuelle

En Afrique vit une espèce de passereau l’Euplecte à longue queue. Au cours de l’année le plumage des mâles beige strié de brun et noir subit au moment de la période de reproduction des transformations : il devient entièrement noir (à l’exception d’une tache rouge à l’épaule) et la queue s’allonge pour chez certains individus jusqu’à atteindre deux fois la lon-gueur du corps.

La longueur des plumes est déterminée génétiquement.

Les mâles vivent sur des territoires bien définis et cherchent à attirer un maximum de femelles en vue de s’accoupler. Les femelles construisent ensuite un nid sur le territoire du mâle et s’occupent des petits.

Des expériences ont été menées pour savoir si la longueur des plumes de la queue exerçait une influence dans le choix du partenaire.

Pour 3 populations de 9 mâles (notées A, B, C) chacune ayant la même taille de queue et vivant dans des territoires de qualité similaire on a compté le nombre de nids par mâles contenant des œufs ou des petits. Les résultats sont présentés dans le graphique 1.

Document 2

Question

Exercice 3



E Graphique 1

Les mâles sont ensuite capturés :

On réduit la longueur de la queue des mâles de la population A

On augmente artificiellement par collage la longueur des plumes de la queue des individus de la population C

On garde la taille des plumes pour la population B

Les résultats des observations sur le recensement des nouveaux nids sont présentés dans le gra-phique 2.

βE Graphique 2

1 �Montrer par une exploitation rigoureuse des documents que cette expérience est un exemple de sélection sexuelle.

A B C

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8 Nombre de nidspar mâle

A B C

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8 Nombre de nidscréés après l’expérience

Question



Les cyprinodontidés de Death Valley

Death Valley aux états Unis a été formée il y a 10 000 ans par l’assè-chement d’un grand lac dont il ne reste plus que quelques points d’eau isolés de petite taille dans des failles profondes et étroites dont la tem-pérature et la salinité sont variables. Dans l’un de ces points d’eau ; le devil’s hole (caverne calcaire avec une eau à 34°C); ne vit qu’une seule espèce de petits poissons de la famille des Cyprinodontidés le Cypri-nodon diabolis. Cette espèce de poisson que l’on ne trouve nulle part ailleurs au monde est très étudiée et sa population a fluctué selon les années menaçant même de disparaître.

Les différentes espèces de cyprinodontidés recensées dans la Death Val-ley (Cyprinodon salinus milleri, Cyprinodon diabolis…) descendent d’une même population ancestrale qui s’est fragmentée après l’assèchement du lac. Aujourd’hui, en laboratoire on observe aucune interfécondité entre ces différentes espèces.

La démarche expérimentale :

À partir d’une observation un problème se pose qui conduit à :

E �L’élaboration d’une hypothèse, la conception d’une ou de plusieurs expériences permettant de tester cette hypothèse (mise en place d’un protocole détaillé).

E �Les résultats de l’expérience (ce que je vois) sont présentés dans un tableau ou un graphe.

E �Les résultats sont interprétés à la lumière des connaissances (ce que j’en déduis)

E �En conclusion l’hypothèse est ou n’est pas validée par l’expérience.

Point méthode

Exercice 4

Nevada

Californie

Vallée dela mort



1 �Justifier le fait que C diabolis soit une nouvelle espèce.

2 �Proposer un scénario évolutif en accord avec les données et vos connaissances pouvant expliquer l’existence de Cyprinodon diabolis. Vous devez utiliser un vocabulaire scientifique adapté.

La radiation évolutive adaptative : Le cas des archipels

Les îles d’Hawaï issues d’un volcanisme de point chaud sont de plus en plus récentes au fur et à mesure que l’on se dirige du Nord-ouest vers le Sud-est. L’île d’Hawaï est la plus récente (moins de un million d’années) et se situe à 3500km des côtes de l’Amérique du Sud.

Carte des îles d’Hawaï

Chaque île de l’archipel présente des conditions climatiques de tempé-rature et de pluviométrie très variées.

La plante emblème de l’archipel est connue sous le nom de sabre d’argent (silverswords) : En réalité c’est un groupe de plantes apparte-nant à la famille des Astéracées comprenant 28 espèces réparties en 3 genres (Argyroxiphium, Dubautia et Wilkesia). Ces espèces sont toutes issues d’une espèce ancestrale, venant d’Amérique du Nord, qui a colo-nisé une des îles de l’archipel il y a environ 5 millions d’années.

Questions

Exercice 5

Document 1

ASIE AMÉRIQUEDU

NORD

AUSTRALIE

HAWAÏ

60 km

OahuKauai

Niihau

Molokai

Lanai

Kahoolawe

Maui

Hawaii

Honolulu



Silverswords, endémique de l’île de Maui.

Question

1 �Sachant que les îles étaient vierges à leur forma-tion, proposer un scénario évolutif pouvant expli-quer la diversité constatée à Hawaï.

2��Expliquer l'origine des nombreuses espèces d’as-téracées observées.

Les souris sylvestre des États-Unis

On connaît 4 populations de souris sylvestres vivant aux États-Unis dans les Rocheuses.Ces 4 populations sont séparées géographiquement.

Aire de répartition de 4 populations de souris sylvestres

Les souris se reproduisent habituellement dans leurs zones de cohabi-tation.

1 �Nommer les populations qui se croisent.

2 �En vous basant sur la définition de l’espèce biologique : doit-on par-ler d’espèce ou de population ?

Les populations artemisiae et nebrascensis ne se croisent pas même si leurs aires de répartition se touchent.

3 �Peut-on parler d’espèce dans ce cas là ?

4 �Que faudrait-il pour que l’on puisse considérer artémisiae et nebracensis comme deux espèces distinctes ?

Document 2

Exercice 6

Document 1

Questions



L’isolement reproductif

Associer à chaque exemple proposé une barrière reproductive en préci-sant le type d’isolement.

Exercice 7

Questions

A. Les fous à pied bleus des îles Galápagos s’accouplent après une parade nuptiale unique à leur espèce : le mâle lève les pieds bien haut pour montrer aux femelles leur couleur bleu vive.

B. En Amérique du Nord l’habitat de la mou-fette tachetée occidentale recoupe celui de la moufette tachetée orientale mais l’une se reproduit à la fin de l’hiver l’autre à la fin de l’été

C. Des espèces de salamandre du genre Ensatina vivent dans les mêmes habitats et peuvent s’hybrider occasionnellement mais les hybrides sont frêles.

D. Le mulet animal, robuste et stérile, est né du croisement d’un âne et d’une jument.

E. Deux espèces de serpent jarretière appar-tenant au genre Thamnophis vivent dans la même région, cependant une espèce est surtout aquatique, l’autre terrestre.

F. Les gamètes des oursins rouges et des oursins pourpres libérés dans l’eau de mer sont incapables de fusionner : Une pro-téine, la bindine, présente à la surface des spermatozoïdes, a une structure différente dans les 2 espèces.

G. Chez les libellules, les mâles possèdent une grande pince à l’extrémité du long abdomen, destinée à un ancrage solide sur la femelle durant l’accouplement. Au centre de cette pince, on observe de courts appendices, de formes différentes selon l’espèce, qui correspondent exactement à une sorte d’évidement chez la femelle, formant ainsi un système de verrouillage à la manière de « serrure et clef ».

E �Barrière prezygotique

Isolement temporel :

L’accouplement ou la floraison ont lieu à des moments différents de la journée ou de l’année.

Isolement écologique :

Les populations vivent dans des habitats différents ou ne se ren-contrent jamais.

Isolement éthologique :

Aucune attirance sexuelle entre mâles et femelles

Isolement mécanique :

Incompatibilité structurale des organes sexuels empêchant l’accou-plement ou la pollinisation.

Isolement gamétique :

Les gamètes mâles et femelles ne se rencontrent pas ou ne survivent pas

E �Barrière postzygotiques

Non viabilité des hybrides : les hybrides meurent ou n’atteignent pas la maturité sexuelle.

Stérilité des hybrides



GlossaireGlossaire des séquences 4 et 5

Acide aminé Molécule possédant une fonction acide (radical –COOH) et une fonction amine (radical –NH2).

Addition Mutation d’un gène par ajout (insertion) d’un ou de plusieurs nucléotides dans la séquence.

ADN Acide désoxyribonucléique. Macromolécule formée de 2 brins. Chaque brin est une séquence de 4 nucléotides différents caractérisés par leur base azotée : A, C, T et G. Les 2 brins sont associés sur toute leur longueur par complémentarité de bases : A en face de T et C en face de G.

ARN Acide ribonucléique. Macromolécule constituée d’un seul brin formée par l’enchaînement de 4 bases : A, U, C et G

Agents chimiques, physiques (UV, rayons X, rayons émis par des élé-ments radioactifs), ou biologiques qui favorisent l’apparition de muta-tions.

Agent qui peut causer une maladie.

Allèle Version d’un gène localisé sur le même site (=locus) d’un chromosome. Les allèles d’un même gène se différencient par leur séquence de nucléotides.Allèle dominant : Version d’un gène qui s’exprime c’est-à-dire est à l’origine d’un caractère même s’il n’est présent qu’en un seul exemplaire.

Allèle récessif Version d’un gène qui ne s’exprime que si cet allèle est présent en deux exemplaires. Un allèle sur chaque chromosome homologue.

Apprentissage Modifications d’un comportement à la suite d’expériences particulières.

Groupe de procaryotes renfermant des bactéries vivant dans des milieux extrêmes.

Virus infectant une bactérie.

Isolement reproductif qui après la fécondation empêche le zygote hybride de devenir un adulte fécond et viable.

Agent mutagène

Agent pathogène

Archées ou archéobactéries

Barrière postzygotique

Bactériophage (=phage)



Isolement reproductif qui empêche l’accouplement entre espèces ou qui entrave la fécondation.

Biodiversité Diversité des êtres vivants qui peuplent la Terre. La biodiversité peut se décliner à différentes échelles : écosystèmes, populations, espèces mais également génétique.

Mise en place de nouvelles combinaisons alléliques du fait de la séparation au hasard des paires de chromosomes homologues lors de la première division de méiose.

Formation de nouvelles combinaisons d’allèles par échanges de frag-ments entre les chromatides non sœurs des chromosomes homologues lors de la première division de méiose.

Caryogamie Au cours de la fécondation d’un ovule par un spermatozoïde, fusion des 2 pronucléus (noyau de l’ovule et du spermatozoïde).

Caryotype Garniture chromosomique d’une cellule. Représentation des paires de chromosomes d’une cellule selon leur forme et leur taille.

Cellule sexuelle ou gamète et cellules à l’origine de ces gamètes

Cellule autre qu’une cellule germinale. Exemple : neurone, cellule musculaire,cellule hépatique.

Centromère Zone de jonction entre les 2 chromatides d’un même chromosome.

Chiasma Zones de contacts entre les chromatides de chromosomes homologues appariés que l’on observe parfois lors de la première division de méiose.

Chromatide Une chromatide est formée d’une molécule d’ADN. Un chromosome peut être constitué d’une chromatide (chromosome simple) ou de deux chromatides (chromosome double). Dans ce cas, les deux chromatides sont reliées par le centromère.

Formes répliquées d’un chromosome qui sont unies par le centromère avant de se séparer pendant la mitose ou la deuxième division de méiose.

Chromatine État décondensé de l’ADN lors de l’interphase.

Chromosome Structure condensée de l’ADN. Un chromosome est formé d’une ou deux chromatides selon le moment du cycle cellulaire.

Échange de fragments de chromatides entre chromosomes homologues lors de la première division de méiose

Au cours de ce phénomène, les échanges de matériel génétique entre les chromosomes homologues appariés ne sont pas symétriques. Un des deux chromosomes perd une certaine quantité d’ADN qui est gagnée par l’autre.

Barrière prézygotique

Brassage interchromo-

somique

Brassage intrachromo-

somique

Cellules germinales

Cellule somatique

Chromatides sœurs

Crossing-over ou

enjambement

Crossing-over inégal



Chromosome identique en taille et en forme portant les mêmes gènes aux mêmes loci mais pas forcément les mêmes allèles.

Clade Groupe d’espèces qui comprend une espèce ancestrale et tous ces descendants.

Code génétique Système de correspondance entre la séquence de nucléotides d’un gène et la séquence d’acides aminés de la protéine qu’il code. Le code génétique est redondant et universel.

Codon Séquence de 3 nucléotides ou triplet, portée par l’ARNm correspondant à un acide aminé ou à un codon stop ou non-sens. Il existe 64 codons différents.

Conjugaison Phénomène de transfert de matériel génétique entre une bactérie donneuse et une bactérie receveuse.

Croisement-test Croisement d’un individu obtenu en F1 avec un l’un des deux parents portant les allèles récessifs du gène étudié.

Échange en principe réciproque de portions de chromatides non sœurs entre chromosomes homologues au cours de la prophase1 de méiose.

Cycle cellulaire Ensemble des étapes se déroulant dans une cellule depuis sa formation jusqu’à sa division. Il comporte une interphase durant laquelle il y a réplication de l’ADN et une mitose correspondant à sa division en deux cellules filles.

Suite d’étapes se déroulant depuis le moment où un organisme est conçu jusqu’au moment où il produit ses propres descendants.

Délétère Qualifie un allèle défavorable pour l’individu, et susceptible d’être contre-selectionné.

Délétion Perte d’une partie du matériel génétique. Elle peut concerner la perte d’un couple de bases ou d’une portion plus large d’un chromosome.

Dérive génétique Modification aléatoire des fréquences des allèles d’un gène codant pour un caractère neutre au sein d’une population de génération en généra-tion.

Diploïdie État d’une cellule ou d’un organisme qui possède 2n chromosomes.

Drépanocytose Maladie héréditaire du sang se caractérisant par la synthèse d’une hémoglobine anormale rigidifiant les hématies. Également nommée anémie falciforme.

Doublement d’un gène à l’issu par exemple d’un crossing over inégal entre deux chromatides non sœurs.

Effet fondateur Perte de la diversité génétique au sein d’une population suite à un isolement d’un petit nombre d’individus

Chromosome homologue

Crossing over (=enjambe-

ment)

Cycle de développement

Duplication génique



Phénomène se produisant lorsqu’une population est fortement réduite sur au moins une génération.

Épissage Étape de maturation d’un ARNm. Elle correspond à l’élimination des introns (séquences non codantes) d’un ARM pré messager et à la soudure des exons (parties codantes).

Endémique Espèce que l’on ne trouve que dans une région précise du globe.

Endocytose Capacité de certaines cellules à réaliser une invagination de leur membrane plasmique et à intégrer des particules extérieures à l’intérieur d’une vésicule membranaire formée par la membrane plasmique retournée.

Endosymbiose Symbiose dans laquelle l’un des organismes vit à l’intérieur des cellules d’un autre.

Endosymbiote Cellule procaryote ou eucaryote qui vit à l’intérieur d’une autre cellule ou d’un autre organisme.

Espèce Ensemble d’individus apparentés présentant des caractéristiques morphologiques, physiologiques,…communes et dont les individus se ressemblent entre eux plus qu’ils ne ressemblent à d’autres ensembles équivalents. Ces individus doivent de plus avoir ensemble dans les conditions naturelles une descendance commune fertile.

État ancestral État primitif d’un caractère qui préexiste à une innovation évolutive le concernant.

État dérivé État d’un caractère né d’une innovation évolutive ayant affecté un caractère ancestral.

Eubactéries Division des bactéries qui regroupe les bactéries classiques par opposition aux Archées.

Eucaryote Type de cellule possédant un noyau différencié et des organites intra cytoplasmiques. On l’oppose à la cellule procaryote sans noyau ni organites.

Évolution Histoire biologique, depuis les premiers microorganismes jusqu’à la grande diversité des organismes actuels.

Ensemble de gènes apparentés (séquence nucléotidique similaire à plus de 25 %) résultant probablement de duplications suivies de mutations d’un gène ancestral.

Fécondation Étape de la reproduction sexuée : union d’un spermatozoïde et d’un ovule aboutissant à la formation de la cellule-œuf ou zygote qui donnera par mitoses successives l’individu entier.

Flux génétique Échange de matériel génétique entre deux populations.

Fœtus Stade de développement intra-utérin chez les mammifères qui succède à l’embryon à partir du deuxième mois de grossesse.

Famille multigénique

Effet d’étranglement



Rapport au sein d’une population du nombre d’exemplaires de l’allèle considéré au nombre total d’allèles au même locus.

Gamète Cellule reproductrice mâle ou femelle obtenue par méiose.

Gamétogenèse Étape de la reproduction sexuée permettant de passer de la phase cellule diploïde à la phase cellules haploïdes ou gamètes.

Gène Séquence d’ADN situé à un endroit précis d’un chromosome (locus) appelée à être transcrit en ARNm puis traduit en protéine.

Gène ancestral Gène à l’origine d’une famille multigénique regroupant des gènes homologues.

Gènes intervenant dans la mise en place du plan d’organisation au cours du développement embryonnaire

Gènes portés par des chromosomes de paires différentes.

Gènes liés Gènes portés par les 2 chromosomes d’une même paire.

Génotype Ensemble des gènes porté par les chromosomes.

Haploïde Se dit d’un organisme ou d’une cellule qui ne possède qu’un lot de chro-mosomes homologues. Les gamètes sont des cellules haploïdes.

Hémoglobine Pigment respiratoire des hématies de la plupart des vertébrés constitué de 4 sous unités dont chacune possède un groupement hème portant en son centre un ion ferreux qui assure la fixation du dioxygène.

Hétérochronie Modification de la vitesse et/ou de la durée du développement chez un organisme.

Hétérozygote Individu possédant 2 allèles différents pour un même gène. Ex : (A//B)

Homozygote Individu possédant 2 allèles identiques pour un même gène. Ex : (A//A)

Homologue Qualifie des gènes qui présentent des similitudes au niveau de leur séquence nucléotidique témoignant ainsi d’une origine commune. Les similitudes entre gènes s’interprètent comme le résultat d’une ou plu-sieurs duplications à partir d’un gène ancestral.

Hybridation En génétique, croisement entre deux individus différant par un ou plu-sieurs caractères héréditaires.

Insertion Voir addition.

Interphase Étape du cycle cellulaire (notée S) correspondant à l’état décondensé de l’ADN sous forme de nucléofilaments constituant la chromatine diffuse. Durant l’interphase a lieu la réplication de l’ADN.

Inversion Cassure d’un morceau de chromosome suivie de sa ressoudure au même endroit mais de façon inversée.

Gène du développement

Gènes indépendants

Fréquence allèlique



Dans une population d’effectif infini où les individus se reproduisent au hasard et en l’absence de migrations, de mutations, de sélection natu-relle les fréquences alléliques d’un gène possédant deux allèles restent constantes d’une génération à l’autre.

Méiose Division cellulaire caractéristique des cellules eucaryotes qui permet après deux divisions successives d’obtenir 4 cellules haploïdes à partir d’une cellule diploïde.

Mitochondrie Organites des cellules eucaryotes ou est synthétisé la majorité de l’ATP.

Mitose Étape de la division d’une cellule mère en deux cellules filles succédant à l’interphase. Elle comporte 4 étapes (prophase, métaphase, anaphase, télophase) permettant une conservation qualitative et quantitative de l’information génétique dans les cellules filles.

Mutation Modification spontanée ou provoquée de la séquence nucléotidique d’un gène. Une mutation conservée d’un gène est à l’origine d’un nouvel allèle de ce gène.

Mutation qui se traduit par le remplacement d’un acide aminé par un autre. Elle est conservatrice quand elle ne modifie pas les propriétés du polypeptide.

Mutation qui échappe à la sélection naturelle et qui se répand de façon aléatoire (dérive génétique) dans la population.

Néoténie Anomalie du développement entraînant un ralentissement de la vitesse du développement ou de la croissance qui conduit à un adulte possé-dant un phénotype larvaire ou juvénile.

Nucléotide Molécule unitaire d’un acide nucléique. Il en existe 4 qui diffèrent par la nature de leur base azotée : A, C, G et T pour l’ADN ou U pour l’ARN.

Phénotype Caractères d’un individu résultat de l’expression du génotype. Il s’exprime au niveau moléculaire, cellulaire et macroscopique. Noté conventionnellement [ ]

Polyallélisme État d’un gène qui existe sous différents allèles issus de mutations de ce gène.

Polymorphisme Lorsqu’un trait phénotypique existe sous plusieurs formes ou qu’un gène possède plusieurs allèles.

Polypeptide Molécule formée d’un assemblage d’acides aminés reliés par des liaisons peptidiques.

Polyploïdie Lorsqu’un individu possède plus de deux jeux de chromosomes. Le poly-ploïde a un nombre de chromosomes multiple du nombre haploïde (n) et supérieur à 2.

Pool génique Ensemble des allèles d’un ou plusieurs gènes au sein d’une population ou d’une espèce et, par extension, ensemble de tous les allèles de tous les gènes appartenant à une population.

Loi de Hardy- Weinberg

Mutation faux sens

Mutation neutre



Population Groupes localisés d’organismes de la même espèce vivant dans une aire géographique donnée à un moment déterminé. Une population équivaut à une collection d’allèles des différents gènes d’une espèce.

Prévalence Nombre des cas de maladies, d’accidents, de suicide, etc., qui sur-viennent dans une population donnée, sans distinguer entre les cas nouveaux et les cas anciens.

Facteur du milieu, conditions physico-chimiques ou interaction avec d’autres organismes vivants, qui contrôle le succès de reproduction de certains individus vis-à-vis d’autres individus.

Procaryote Cellule formée d’un seul compartiment et, donc, dépourvue de noyau et d’organites. D’un point de vue évolutif on distingue les Archées et les Eubactéries.

Protéine Polypeptide de plus de 20 acides aminés.

Brassage des gènes entraînant l’apparition dans la descendance de nouvelles combinaisons d’allèles par rapport aux combinaisons des parents.

Recombiné Qualifie un individu présentant une combinaison de caractères diffé-rents de ces parents.

Réplication Duplication de l’ADN lors de la phase S de l’interphase cellulaire. Le chromosome passe alors d’une à deux à deux chromatides

Mode de reproduction caractérisé par deux phénomènes fondamentaux et complémentaires, la méiose et la fécondation qui assurent le main-tien du caryotype au cours des générations. À l’issue de la reproduction sexuée, les nouveaux individus possèdent une combinaison d’allèles originale et unique.

Phénomène par lequel certains individus au sein d’une population laissent plus de descendants que d’autres. L’évolution résulte entre autre de la modification des fréquences alléliques causée par la sélection naturelle.

Sélection naturelle visant la reproduction.

Spéciation Formation d’une espèce au cours de l’Évolution.

Spéciation qui a lieu à cause d’une séparation géographique d’une population.

Spéciation qui se déroule sans isolement géographique d’une population. Spéciation due à un changement dans le patrimoine génétique d’une sous population qui se retrouve en isolement reproductif au sein de l’aire de distribution de la population mère.

Pression de sélection

Recombinaison génétique

Reproduction sexuée


Sélection sexuelle

Spéciation allopatrique

Spéciation sympatrique



Substitution Mutation d’un gène par remplacement d’un nucléotide dans la séquence.

Symbiose Association nutritionnelle obligatoire entre deux organismes d’espèces différentes.

Symbiote Qualifie un organisme associé à un autre dans une relation de type sym-biotique

Taxon Groupe d’organismes formant une unité bien délimitée à chaque niveau hiérarchique de la classification.

Thalassémie Maladie sanguine héréditaire sévère dont les symptômes sont proches de ceux de la drépanocytose.

Transduction Transfert de gènes d’une bactérie à une autre par l’intermédiaire de cer-tains virus (bactériophages ou phages) qui ont la capacité d’infecter les bactéries.

Intégration d’une séquence d’ADN présente dans son environnement par une bactérie.

Transfert de gènes d’un organisme à un autre appartenant à des espèces différentes.

Translocation Transfert d’un chromosome ou d’une partie de celui-ci sur un autre chromosome. Elle est équilibrée quand la totalité du matériel génétique est conservée et déséquilibrée dans le cas contraire.

Zygote Cellule œuf diploïde résultat de l’union de deux gamètes haploïdes.

Transformation bactérienne

Transfert horizontal


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