Médaille
N°1 pour apprendre & réviser du collège au lycée.
Marianne

Conforme au programme
officiel 2018 - 2019

Biodiversité et évolution

Déjà plus de

1 million

d'inscrits !

Avant de commencer, regarde la vidéo

Introduction :

La biodiversité n'est pas stable au cours des temps géologiques. Ainsi, nous verrons dans un premier temps un aperçu de la biodiversité actuelle et passée ainsi que les différents niveaux de la biodiversité.
Dans une deuxième partie, nous tenterons de comprendre l'organisation et les liens de parenté des vertébrés.
Enfin, nous terminerons par une première approche de l'évolution et nous définirons ce qu'est la dérive génétique et la sélection naturelle. Nous verrons comment ces deux phénomènes sont à l'origine de la formation de nouvelles espèces.

Biodiversité actuelle, biodiversité passée

Les différents niveaux de la biodiversité

bannière definition

Définition

Biodiversité :

La biodiversité correspond à l'ensemble de la diversité du vivant.

Alt texte La biodiversité à différents niveaux

bannière à retenir

À retenir

La biodiversité s'observe à différents niveaux :

  • à l'échelle des écosystèmes ;
  • à l'échelle de l'espèce aussi appelée biodiversité spécifique ;
  • à l'échelle génétique avec la diversité des allèles.
bannière definition

Définition

Écosystème :

Un écosystème est un milieu bien spécifique dans lequel des êtres vivants particuliers à ce milieu vivent. Dans un écosystème, le milieu de vie et les êtres vivants sont en étroite interaction.

Par exemple, une forêt tempérée et une forêt tropicale sont deux écosystèmes bien distincts car leurs caractéristiques, comme le climat, entraîne un peuplement de végétaux et d'animaux bien spécifiques.

bannière definition

Définition

Espèce :

On définit une espèce par l'ensemble d'individus qui se ressemblent fortement, qui peuvent se reproduire entre eux et dont la descendance est fertile.

On différencie bien la coccinelle, le chat et l'algue comme appartenant à différentes espèces.
Si la biodiversité est aussi présente entre les individus d'une même espèce c'est parce qu'un gène peut comporter différents allèles. Ainsi, au sein d'une même espèce de chat, on trouve trois teintes de pelage différentes grâce aux différents allèles du gène qui codent pour la coloration du pelage.

Des modifications de la biodiversité au cours du temps

La biodiversité sur Terre change en permanence : des espèces disparaissent et de nouvelles naissent, par exemple par mutation d'espèces existantes. Par ailleurs, l'état des lieux actuel de la biodiversité est loin d'être complet. Chaque année, des scientifiques découvrent de nouvelles espèces qu'ils n'avaient pas encore rencontrées.

La biodiversité ancienne est étudiée grâce aux fossiles que l'on trouve dans les couches sédimentaires.

bannière à retenir

À retenir

Au cours des temps géologiques, des extinctions massives d'espèces ont eu lieu, on appelle ce phénomène une crise biologique.

La crise biologique la plus connue est celle qui a vu disparaître les dinosaures. Certains scientifiques s'accordent à dire que nous vivons aujourd'hui une nouvelle crise biologique. Sa particularité est que ce sont les activités d'une espèce en particulier, l'Homme, qui sont à l'origine de cette crise.

Toutes nos activités ont une répercussion sur la biodiversité. Par exemple, lorsque l'on coupe les arbres d'une forêt pour cultiver la terre, c'est tout un écosystème qui est détruit.

De la même façon, lorsque la pêche est si intensive que l'on ne permet pas aux poissons de se reproduire, on risque de voir disparaître de nombreuses espèces. Nos actions ont des répercussions considérables et nous devons en prendre conscience. Des espèces actuelles que l’on ne connaît pas pas sont très probablement en danger de disparition alors qu’on ne les a même pas encore rencontrées dans leur milieu.

Diversité et parenté au sein des vertébrés

L'organisation des vertébrés

Les scientifiques ont regroupé différentes espèces dans des groupes. Par exemple, nous appartenons au groupe des vertébrés. Mais nous ne sommes pas les seuls, nous partageons ce groupe avec 42 000 espèces actuelles ou éteintes.

Les vertébrés sont organisés selon plusieurs axes de polarité :

  • dorso-ventral : il y a un bas et un haut selon la gravité de la Terre ;
  • antéro-postérieur : il y a un devant et un derrière.

Une deuxième caractéristique des vertébrés est la symétrie bilatérale. Les vertébrés ont tous en commun de posséder un corps dont les deux côtés sont identiques par rapport à un plan de symétrie central. Ainsi, on a une partie droite et une partie gauche.

Alt texte La symétrie bilatérale des vertébrés

Enfin, tous les vertébrés présentent un squelette organisé de la même manière. Ce schéma donne à voir différents vertébrés : un triton, un kangourou, un homme et un cheval. Tous présentent un crâne, une colonne vertébrale et des vertèbres.

Alt texte Différents squelettes de vertébrés

Les parentés au sein des vertébrés

Les vertébrés ont en commun un certain nombre de caractères hérités de leurs ancêtres communs. Par contre, au cours de l'évolution, chaque espèce a vu apparaître des caractères nouveaux qui lui sont propres, on parle d'innovations évolutives.

Les innovations évolutives peuvent êtres bénéfiques, elles aident alors les individus qui en sont porteurs, leur laissant plus de chances de survivre et donc de se reproduire et de transmettre leur particularité génétique. À long terme, l'espèce va subsister.

Inversement, les innovations évolutives peuvent conférer un désavantage qui peut empêcher les individus qui en sont porteurs de survivre assez longtemps pour transmettre leurs gènes. À terme, la mutation n'est plus transmise et l'espèce qui la porte disparaît donc.

Dans la plupart des cas, les mutations sont neutres et sans incidences sur la capacité de survie de l'espèce. Si deux espèces présentent les mêmes innovations, on dit qu'elles ont un ancêtre commun propre, plus récent que celui commun à tous les vertébrés. Le partage d'innovation permet de déterminer des liens de parentés entre les différentes espèces.

bannière definition

Définition

Taxon :

On appelle taxon un groupe d'espèces ayant un ancêtre commun.

Diverses représentations des parentés entre espèces

Les liens de parentés entre espèces peuvent être représentés de différentes façons.

Des groupes emboités présentent les différents taxons en fonction des innovations évolutives. Dans cet exemple, le plus grand carré représente les vertébrés caractérisés par la présence d'un squelette interne. Au sein des vertébrés, le taxon des tétrapodes se différentie des autres par la présence de quatre membres. Au sein des tétrapodes, les amniotes se caractérisent par la présence d'une cavité amniotique, etc.

Alt texte Groupes emboîtés

Une autre manière de représenter les liens de parenté est l'utilisation d'un arbre phylogénétique. Tous les taxons sur l'arbre font partie des vertébrés et ont donc en commun le caractère « squelette interne ».

Alt texte Exemple d'un arbre phylogénétique

Ce qui différencie le saumon de la grenouille c'est que la grenouille est porteuse d'une innovation évolutive qui est la présence de quatre membres. Ainsi, tous les taxons qui sont à droite de l'innovation « présence de quatre membre » bénéficient de cette innovation. On peut dire que la grenouille, le lézard et le moineau ont un ancêtre commun qui avait quatre membres et qu'ils ne partagent pas avec le saumon. De la même façon, le lézard et le moineau ont un ancêtre commun qui présentait l'innovation évolutive d'avoir une cavité amniotique. Ils ne partagent pas cet ancêtre avec la grenouille et le saumon.

Une première approche de l'évolution

Voyons à présent comment la diversité génétique évolue au sein d’une population.

bannière definition

Définition

Population :

En biologie, une population est définie par un ensemble d'individus d'une même espèce qui vivent au même endroit. Ce sont donc des individus qui évoluent ensemble et peuvent se reproduire.

bannière exemple

Exemple

Prenons l'exemple de deux groupes d'éléphants, dont l'un est en Afrique et l'autre en Asie. Ils ne forment pas une seule population car la barrière géographique les empêche de se reproduire entre eux. À force de se reproduire chacune de leur côté, ces deux populations d'éléphants ont développé des caractères qui leurs sont propres. Au plan génétique, elles n'ont donc pas la même fréquence allélique.

bannière à retenir

À retenir

La fréquence allélique d'un gène est source de diversité génétique.

Deux mécanismes sont responsables de l'évolution de la fréquence allélique : la dérive génétique et a sélection naturelle. Cette fréquence peut varier au cours du temps.

La dérive génétique

bannière à retenir

À retenir

La dérive génétique est un phénomène aléatoire qui aboutit à la variation de la fréquence allélique.

Au sein d'une population, certains individus peuvent ne pas se reproduire, ainsi, ils ne transmettent pas leurs allèles à leur descendance. D'un autre côté, certains individus vont beaucoup se reproduire, on retrouvera donc une forte proportion de leurs allèles dans la population future.

Alt texte La dérive génétique

Dans notre exemple, la population comprend une forte proportion de l'allèle 1 par rapport à l'allèle 2. Considérons que les individus qui portent l'allèle 2 vont plus se reproduire que ceux porteurs de l'allèle 1. Après quelques générations de dérive génétique, la population aura modifié son pool génique : la fréquence de l'allèle 2 a augmenté au sein de la population.

bannière definition

Définition

Pool génétique :

Le pool génétique est l'ensemble des allèles possédés par les individus d'une population.

La sélection naturelle

Si la dérive génétique est un phénomène aléatoire, la sélection naturelle ne l'est pas.

Au sein d'une population, certains allèles donnent un avantage sélectif à l'individu qui les porte. Les individus porteurs de tels allèles vont avoir plus de chance de survivre et de se reproduire. Ainsi, ils vont favoriser leurs allèles dans la population future au détriment de l'allèle qui ne présente pas d'avantage.

bannière attention

Attention

Un allèle peut donner un avantage sélectif dans un milieu et pas dans un autre. L'exemple le plus connu est celui de la phalène de bouleau. Ce petit papillon de couleur blanche tachetée de noir à une robe parfaite pour se confondre à l'écorce des bouleaux sur lesquels il se pose. Cela lui permet de ne pas être reconnaissable par ses prédateurs.

Lorsqu'au XIXe siècle, l'industrialisation en Angleterre prend de l'ampleur, les bouleaux se couvrent de charbon et deviennent noir. On remarque alors que les populations de phalènes de bouleaux deviennent majoritairement noires alors qu'il y avait très peu d'individu de cette couleur avant. L'allèle couleur noir devient un avantage sélectif pour se cacher des prédateurs alors que les troncs de bouleaux changent de couleurs.

L'allèle de couleur noire, un avantage sélectif L'allèle de couleur noire, un avantage sélectif

La sélection naturelle explique l'adaptation génétique des populations à leur milieu. Cette théorie a été pour la première fois exposée par le célèbre naturaliste Charles Darwin.

La formation de nouvelles espèces

bannière à retenir

À retenir

La combinaison de la dérive génétique et de la sélection naturelle peut aboutir au cours du temps à la création de nouvelles espèces.

Si les différences génétiques deviennent importantes entre deux populations, il se peut qu'elles ne puissent plus se reproduire. Il y a donc création d'une nouvelle espèce.

Conclusion :

La biodiversité peut être observée à différentes échelles : à l'échelle des écosystèmes, à l'échelle des espèces et à l'échelle des allèles.
Au sein des espèces, un lien de parenté permet de classer le vivant en fonction des caractères hérités d'un ancêtre commun. La biodiversité actuelle est le fruit de la dérive génétique et de la sélection naturelle qui sont le moteur de l'évolution.