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

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Génétique des populations : la théorie de Hardy-Weinberg

  • Une population se caractérise par l’espèce et ses caractéristiques génétiques :
  • la ploïdie ;
  • le nombre d’allèles existant pour le gène étudié.
  • La génétique des populations s’intéresse à des facteurs dynamiques et variables :
  • la taille de la population (nombre d’individus) ;
  • le mode de reproduction (sexué ou asexué) ;
  • les flux d’individus (migration).
  • Ces éléments structurent une population et ont un impact sur son évolution génétique.
  • La loi Hardy-Weinberg stipule l’existence d’un équilibre (basé sur une absence de forces évolutives) des fréquences alléliques au cours des générations successives pour une population donnée.
  • L’application de ce principe à une population est basée sur le respect de critères :
  • la population doit être de grande taille (supérieure ou égale à 1000 individus) ;
  • une reproduction sexuée ;
  • une diploïdie de l’espèce ;
  • les croisements entre individus doivent être dus au hasard ;
  • une absence d’interférence des forces évolutives (mutation, migration ou sélection naturelle).
  • Pour un gène possédant deux allèles distincts, la loi de Hardy-Weinberg suggère qu’à la génération suivante les fréquences des génotypes homozygotes AAAA et aaaa ainsi que celles des individus hétérozygotes AaAa peuvent être retrouvées en appliquant les formules suivantes :
    f(AA)=p2f(AA)=p^2
    f(aa)=q2f(aa)=q^2
    f(Aa)=pqf(Aa)=pq
  • L’équilibre de Hardy-Weinberg est caractérisé par la relation :
  • f(AA)+f(Aa)+f(aa)=p2+2pq+q2=1f(AA)+f(Aa)+f(aa)=p^2+2pq+q^2=1

L’évolution des populations : mutations, dérive génétique et sélection naturelle

  • D’autres phénomènes interviennent dans la distribution des fréquences alléliques : les mutations, la dérive génétique et la sélection naturelle.
  • L’apparition des mutations
  • Les événements à l’origine d’une diversification génétique des populations liés au hasard sont nombreux :
  • mutations ponctuelles survenant lors de la réplication ;
  • brassages chromosomiques lors de la formation des gamètes et rencontre lors de la fécondation ;
  • transferts horizontaux de gènes ;
  • duplications géniques.
  • La mutation est un obstacle au modèle d’Hardy-Weinberg.
  • La dérive génétique
  • Si on modélise la transmission des allèles comme un tirage au sort aléatoire des gamètes : plus la population est petite, plus la probabilité de tirer deux fois la même bille est forte.
  • Cette modélisation appuie l’hypothèse de variations des fréquences alléliques totalement aléatoires et imprévisibles.
  • La dérive génétique s’exprime également lors de la colonisation d’un milieu : la fréquence allélique du groupe est différente de celle de la population initiale.
  • C’est la dérive génétique accentuée par ce que l’on nomme l’effet fondateur.
  • La sélection naturelle
  • La sélection naturelle est un mécanisme évolutif basé sur les caractéristiques suivantes :
  • la variabilité des êtres vivants dont le moteur est la mutation ;
  • la nature héréditaire de cette variabilité ;
  • la relation étroite entre cette variabilité et la variation du succès reproducteur.
  • Les caractères avantageux seront sélectionnés et distribués dans la population.
  • Les individus possédant des caractères désavantageux auront moins de descendants : ces caractères seront donc au fil du temps éliminés.
  • L’environnement des populations d’une espèce est en perpétuelle modification : il en résulte une différenciation génétique au cours du temps et l’apparition de nouveaux caractères.

Mécanismes de diversification sans modification du génome

  • Certains comportements sont la conséquence d’une transmission d’attributs comportementaux qui confèrent des avantages sélectifs dans le milieu de vie d’une société d’individus.
  • Les comportements transmis ne sont pas déterminés génétiquement mais sont acquis au contact du groupe.
  • L’association entre deux êtres vivants peut entraîner la synthèse de nouvelles substances, la mise en place de nouvelles structures ou l’acquisition de comportements qui n’existent pas individuellement chez chacun des partenaires.
  • La symbiose pourra générer l’apparition de nouveaux phénotypes  ;voire la création d’une nouvelle espèce.
  • Cette association conduit à la diversification des espèces, sans pour autant que les informations génétiques des partenaires ne soient modifiées.
  • La diversification au sein des espèces peut se faire par le recrutement de composants qui conduisent à moduler le phénotype.
  • Les traits appris culturellement sont généralement retrouvés dans les générations suivantes et peuvent subir une évolution.