SBI3U Unité 3 : Evolution PDF

SBI3U Unité 3 : Évolution 3.1 La diversité des êtres vivants Devoirs : lectures et questions : Phalène de bouleau ligne du temps L’histoire du phalène du bouleau est un exemple de sélection naturelle....

SBI3U Unité 3 : Évolution 3.1 La diversité des êtres vivants Devoirs : lectures et questions : Phalène de bouleau ligne du temps L’histoire du phalène du bouleau est un exemple de sélection naturelle. un processus par lequel les caractères d'une population d'organismes changent parce que La sélection naturelle est __________________________________________________________________ les individus possédant certains caractères héréditaires survivent dans un environnement particulier et transmettent _______________________________________________________________________________________ ces caractères à leurs descendants. _______________________________________________________________________________________ o Ils ont survécu au changement de leur milieu de vie, et, par conséquent, ils ont pu se reproduire et transmettre le gène qui codait la couleur foncé. à croiser des individus afin de voir apparaître des La sélection artificielle de végétaux ou d’animaux consiste _______________________________________ caractères recherchés dans la génération suivante. _______________________________________________________________________________________ 3.2 L’élaboration de la théorie de l’évolution On a commencé à étudier les concepts de la sélection naturelle et de l’évolution au début du XIXe siècle. 1831, un jeune homme de 22 ans quittait l’Angleterre à bord du Beagle, un navire hydrographique utilisé pour des voyages de découvertes scientifiques. 3.2.1 Les preuves de Darwin Darwin a trouvé _____________________________________ des fossiles d'animaux exteints qui ressemblaient beaucoup aux animaux vivants de cette même région. Les espèces animales, tortues, qui semblaient identiques à première vue différaient en fait légèrement d’une île à l’autre de l’archipel. Après avoir lu les écrits de Lyell, Darwin a compris que les processus géologiques lents et subtils pouvaient entraîner des changements importants. De plus, les forces qui influent sur ces changements sont les mêmes aujourd’hui que dans le passé. *Voir p.331 du manuel* le changement des fréquences géniques dans le pool génique d' une génération à l' autre. L’évolution est __________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ est le processus de changement génétique dans une population au fil du temps. _______________________________________________________________________________________ Devoirs : Lectures et questions Activité : La sélection naturelle des têtards La théorie de la sélection naturelle de Darwin-Wallace 1 SBI3U Une comparaison Lamarck et Darwin 3.3 Les preuves de l’évolution Charles Darwin a réuni un ensemble de faits qui semblaient sans lien auparavant. Après la publication de son livre, les biologistes, les géologues, les géographes, les paléontologues ont fournis des données. o Avec ces preuves et ces données, ont a fait un registre (p.335) Les preuves de l’évolution proviennent des: o fossiles o génétique o biologie moléculaire o distribution géographique des organismes sur Terre o étude comparative de l’anatomie d’embryons d’animaux 3.3.1 Les fossiles Organismes qui ont été enfouis dans des sédiments puis transformés en roche. Les roches sédimentaires qui contiennent des fossiles révèlent l’histoire de la vie sur Terre Les plus anciens fossiles sont vieux de plus de 3,8 milliards d’années Les biologies et paléontologues ont rassemblé des preuves qui montrent que les amphibiens ont évolué à partir des poissons ancestraux, les reptiles à partir des amphibiens et ainsi de suite poisson —> amphibien —> reptile —> oiseau/mammifère. o ____________________________________________________________ intermédiaires entre 2 groupes d'organismes Les fossiles transitionnels montrent des liens ________________________________________________ et présentent des caractéristiques communes aux 2 groupes. L’Archaeopteryx a vécu il y a environ 150 millions d’années. o A des caractéristiques communes aux reptiles et aux oiseaux (plumes, dents, griffes sur les ailes, queue osseuse) o Preuve que les oiseaux ont évolués à partir des dinosaures. L’Acanthostega est un fossile qui montre le lien entre les poissons et les amphibiens. o Il a vécu il y a environ 360 millions d’années. o Il avait des branchies et des poumons, des membres et des orteils courts et larges, une queue presque aussi longue que le corps, un museau semblable à celui d’un crocodile et une mâchoire couverte de dents. 2 SBI3U o Il ne marchait pas sur terre, mais utilisait ses membres et ses orteils pour agripper les plantes et se déplacer au milieu de la végétation dense des marais. 3.3.2 La distribution géographique des espèces Les endroits les plus rapprochés sont peuplés par des espèces _______________________________. étroitement apparentées. Les endroits qui sont séparés géographiquement mais qui sont semblables écologiquement, peuvent avoir très différentes. des espèces ___________________________. La dérive des continents fournit une bonne preuve. ⚫ Madagascar est une île située à l’est de l’Afrique. ⚫ Au départ, ce territoire était relié au continent africain, mais il y a environ 150 millions d’année, cette île s’est détachée ⚫ C’est le seul endroit où vivent les lémuriens 3.3.3 L’anatomie Lorsqu’on étudie l’anatomie de divers animaux, on trouve d’autres preuves de l’évolution des animaux à partir d’ancêtres communs Tous ces membres ont un même arrangement osseux de base, mais ils se sont modifiés en ailes, en bras, en pattes et en nageoires. Puisque ces animaux descendent d’ancêtres communs, les mêmes os été utilisés différemment. structure homologues On les appelle _________________________________ o Elles ont le même nombre d’os, de muscles, de ligaments, de tendons, de vaisseaux sanguins l'homologies:lien avec les os,les muscles,les ligaments;IDENTIQUES structure analogues On les appelle _______________________________les parties des organismes qui n’ont pas une origine évolutive commune, mais qui accomplissent des fonctions semblables o Les ailes d’insectes et les ailes d’oiseaux ont une même fonction, mais leurs structures diffèrent. o Les ailes des oiseaux sont supportées par des os tandis que celles des insectes sont formées d’une substance rigide appelée chitine Les structures rudimentaires(organes vestigiaux) ________________________________________avaient une fonction chez les ancêtres, mais n’en ont plus. o La baleine à fanons possède des os pelviens rudimentaires. Les os pelviens n’ont plus de fonction chez les baleines modernes puisque celles-ci n’ont plus de pattes arrière. o La présence de ces os dans les baleines aujourd’hui indique l’origine terrestre de leurs ancêtres. o Les os pelviens rudimentaires sont des vestiges de l’histoire évolutive des baleines. 3  SBI3U 3.3.4 L’embryologie On utilise l’embryologie pour déterminer les relations évolutives entre les animaux. Présence de fentes branchiales et de queues chez tous ces organismes à un stade du développement. fentes branchiales sont des trous qui deviendront des branchies 3.3.5 La biologie moléculaire (biochimie comparé) ADN On peut déterminer le lien de parenté entre 2 organismes en comparant leur _____. Si 2 espèces ont des séquences d’ADN semblables, cette similarité indique que ces séquences doivent provenir d’un ancêtre commun. Le degré de ressemblance entre les séquences d’ADN de différentes espèces détermine à quel point celles-ci sont apparentées. Différence d’environ 2,5% entre les séquences d’ADN des humains et des chimpanzés Différence de 42% entre celles des humains et des lémuriens Même les organismes qui ont seulement une parenté lointaine ont quelques protéines en commun. Le cytochrome c, une protéine (enzyme) mitochondriale qui joue un rôle dans la respiration cellulaire de tous les animaux est un exemple. Les séquences des acides aminés du cytochrome c des organismes sont tellement semblables qu’on l’utilise pour déterminer la parenté des organismes Il contient entre 103 et 112 acides aminés o Les cytochromes c du chimpanzé et du singe diffèrent d’1 aa o Les cytochromes c du chimpanzé et du cheval diffèrent de 11 aa o Les cytochromes c du chimpanzé et du requin diffèrent de 24 aa les protéines sont composées d'acides aminées; ensemble d' acides aminées 4 une protéine est une enzyme.  la proteine est une molecule cytochrome c est une enzyme retrouvée dans la mitochondrie SBI3U Devoirs/activités : Liens entre la séquence des acides aminés et la relation ancestrale Activité 3.3.6 – devoirs et associations P.309 N7,8 ; P.342, N3,5,10,12,16 3.4 – Qu’est-ce qu’une théorie? Des faits scientifiques sont des données qu’on a recueillies o Structures homologues, fossiles, séquençage de l’ADN Les théories scientifiques tentent d’expliquer les faits et de les relier o La théorie de l’évolution par sélection naturelle élaborée par Darwin est la théorie qui tente de relier ces faits entre eux. 3.4.1 La génétique des populations La théorie : Ces scientifiques ont remarqué que, dans une grande population où les accouplements sont aléatoires et où aucun facteur ne change les proportions des allèles pour un locus donné, les proportions du génotype original sont constantes d’une génération à l’autre. Puisque leurs proportions ne changent pas, on dit que ces génotypes sont en équilibre selon la loi de Hardy- Weinberg. L’équilibre de Hardy et Weinberg Les généticiens peuvent quantifier l’information génétique d’une population. Ils utilisent les changements de la fréquence des gènes ou des allèles pour décrire les changements dans la population, donc l’évolution de la population c’est une approche moderne si l’on compare avec Darwin qui misait sur l’individu. Définitions % de chaque allèle que l'on retrouve dans une population. Fréquence des gènes: _____________________________________________________________________ Fond génétique: l’ensemble de tous les gènes transmissibles dans une population. Les cinq conditions requises pour maintenir l’équilibre selon la loi de Hardy-Weinberg sont les suivantes : 1- la population est grande 2- l’accouplement est aléatoire 3- il n’y a pas de nouvelles mutations – les gènes disponibles dans le pool génique ne doivent pas changer 4- il n’y a pas de migrations 5- il n’y a pas de sélection naturelle – aucun génotype ne doit présenter d’avantage reproductif par rapport aux autres Dans la plupart des populations naturelles, les fréquences alléliques et génotypiques changent d’une génération à l’autre. Elles ne sont pas en équilibre selon la loi de Hardy-Weinbert, car elles ne peuvent pas répondre à tous les critères énumérés ci-dessus. L’évolution est le changement des fréquences géniques dans le pool génique d’une génération à l’autre. Note : Évolution s’applique à l’ensemble des individus (population) plutôt qu’à l’individu 3.5 - Les mécanismes de la variation génétique 5 SBI3U L’évolution est divisé en macro-évolution et en micro-évolution o La macro-évolution grande échelle. ▪ est l’évolution à _________________________________ ▪ grand changement évolutif tel que l’évolution de nouvelles espèces à partir d’un ancêtre commun ou l’évolution d’une espèce en deux espèces o La micro-évolution ▪ Changement des fréquences géniques dans une population au cours du temps petite échelle. ▪ C’est l’évolution au sein d’une espèce ou l’évolution à _____________________________ Rompre l’équilibre génétique Darwin et Wallace observaient des variations mais ils ne pouvaient pas expliquer leurs causes. La redécouverte des lois de Mendel a permis de comprendre les sources de ces variations. De plus, la génétique des populations (une nouvelle branche de la génétique) élucida le phénomène de leur transmission de génération en génération. Selon l’étude des populations, l’évolution c’est le changement du pool génique dans les populations à venir. En d’autres mots, c’est le changement de la fréquence des allèles (p et q) ou des génotypes (p2 , 2pq et q2). Toute violation des cinq conditions de Hardy-Weinberg peut mener à l’évolution (microévolution). La prochaine section portera sur les cinq conditions qui peuvent causer une micro-évolution: 1. La mutation 2. La dérive génétique i. Effet d’étranglement ii. Effet de fondateur 3. Le flux génétique (migration) 4. L’accouplement non aléatoire : la sélection sexuelle 5. La sélection naturelle 3.5.1 - Les mutations Pour respecter la loi de Hardy-Weinberg, la fréquence des allèles ne doit pas changer à cause des mutations. Par contre, les mutations spontanées existent constamment dans la nature. o Surtout si la population est en présence de facteurs mutagènes Si la mutation modifie l’ADN d’un gamète, elle peut être transmise aux générations suivantes. Peut avoir des effets favorables, défavorables ou neutres UNE mutation SEULE ne cause pas l’évolution, mais si elle fournit un avantage sélectif, il peut arriver que les individus affectés par cette mutation produisent un nombre disproportionné de descendants en raison de la sélection naturelle. La majorité des mutations sont désavantageuses pour l’individu et auront tendances à disparaître. Puisque la sélection naturelle agit seulement sur le phénotype, beaucoup de temps s’écoulera avant de faire disparaître ces mutations récessives nocives. D’autres peuvent passer inaperçues sans toutefois nuire à l’individu. 6  les îles galapagos rapport avec les volcans, les pinguins vivent sur SBI3U les îles galapagos, les iles volcanique, Si l’environnement change très rapidement, les allèles mutants qui ne jouaient pas un rôle important dans la population peuvent devenir plus utiles dans les nouvelles conditions (augmente les chances de survie) o La fréquence de cet allèle aura tendance à augmenter puisque les individus qui la portent seront avantagés et deviendront probablement les géniteurs de la population future. La puce d’eau Daphnia vit normalement dans une eau de 27oC ou plus. Une mutation lui permet de survivre à une T qui va de 25oC à 30oC. 3.5.2 - Flux génétique (migration) le mouvement des gènes dans le pool génétique(arrivée ou départ) Flux génétique : _________________________________________________________________________________ Une population doit demeurer constante pour maintenir l’équilibre génétique. le mouvement d'individus d'une population à une autre. Migration: ____________________________________________________________________________________ o C’est un facteur puissant qui peut déranger la stabilité d’une population naturelle en changeant sa fréquence génique. o Si les caractéristiques des nouveaux arrivants sont différentes de celles de la population originale, et qu’ils sont suffisamment bien adaptés pour survivre et se reproduire, ils finiront par modifier la fréquence des allèles de l’ancienne population. Voyons un cas spécifique : 3.5.3 - La dérive génétique Dans de petites populations, la fréquence d’allèles particuliers peut changer du tout au hasard tout par le seul effet du ________________= dérive génétique La présence d’une grande population est essentielle à l’équilibre génétique. Le modèle Hardy-Weinberg est basé sur des statistiques et 7 SBI3U comme pour toutes les statistiques, pour que les probabilités soient près de la réalité, on doit travailler avec des grands nombres. o Par exemple selon les statistiques, il y a 50% des chances d’avoir pile et 50% des chances d’avoir face quand on lance une pièce de monnaie. Si on ne fait que 10 lancés, on peut être très loin de ces probabilités, par contre, si on lance 2000 fois, il est plus probable d’être près de 50 piles / 50 faces. Le même principe s’applique dans la nature : Dans de petites populations, il est moins probable que le pool génique des parents se reflète dans les générations suivantes puisque la fréquence des allèles peut être modifiée de façon aléatoire. C’est la dérive génétique. La dérive génétique est significative seulement dans les petites et moyennes populations. Dans les petites populations, un allèle spécifique peu disparaître complètement après quelques générations. Deux situations peuvent conduire à la dérive génétique. 1. L’effet d’étranglement : Survient après un ________________________________ désastre naturel (inondation, feu de forêt, tremblement…) ou à la suite d' interventions humaines _______________________________________________ (chasse excessive ou destruction de l’habitat) Élimine une très grande portion de la population o Peu probable que la population survivante représente le pool génique de la population originale L’effet d’étranglement est une situation où, en raison du hasard, certains allèles sont communs et d’autres sont rares (ou mêmes absents) dans la population réduite. loci: endroit spécifique dans un chromosome Exemple : population d’éléphant de mer boréal… 2. L’effet de fondateur : Lorsqu’un __________________________________________________________________________, petit nombre d' individus colonisent une nouvelle région. il y a de fortes chances qu’ils ne portent pas tous les gènes de la population mère. Le changement des fréquences des allèles qui se produit alors s’appelle : effet de fondateur. Chaque population a commencé avec un petit ensemble de gènes (effet de fondateur), qui ont subi différentes pressions sélectives selon les conditions du milieu. Sur une île – le pool génique est limité = forte incidence de troubles génétiques héréditaires Exemples … Huntington au Venezuela 8 SBI3U 3.5.4 - L’accouplement non aléatoire Puisque le modèle de H-W est basé sur les statistiques, il est impératif que la reproduction soit aléatoire (au hasard) pour que les probabilités deviennent réalité. dimorphisme sexuelle: différence de genre(sexe) Dans la nature c’est plutôt la reproduction non aléatoire qui existe (_________________________________). sélection sexuelle consanguinité: même gènes, individus qui sont reliés ensemble(cousin- Voyons quelques exemples : cousine, enfant-parent)) o Les animaux ont tendances à s’accoupler avec leurs voisins immédiats; ▪ L’accouplement entre des partenaires étroitement apparentés est connu sous le nom d’accouplement consanguin o Les mâles dominants sont ceux qui se reproduisent dans certaines espèces (loup, babouin…); o L’accouplement a tendance à se faire entre individus qui se ressemblent (accouplement préférentiel); o Certaines femelles d’oiseaux choisissent le mâle qui a le plus beau plumage… Ce type de reproduction a tendance à diminuer la variété dans l’espèce. Lorsque la reproduction est non aléatoire, la fréquence de certains génotypes à tendance à varier de celle prédit par Hardy-Weinberg. L’accouplement consanguin ne change pas la fréquence de l’allèle mais cause l’augmentation du nombre d’individus homozygotes dans une population. Ce type de reproduction produira plus d’individus homozygotes que prédit par Hardy-Weinberg. Plus d’homozygotes récessifs: o Les humains qui se marient entre parenté auront plus de chance d’avoir les maladies génétiques récessives. La sélection artificielle est fondée sur l’accouplement préférentiel qui consiste à croiser des animaux, comme le chien, pour obtenir des caractères particuliers. o Cet accouplement consanguin a réduit la diversité génétique des races de chiens et perpétué certaines maladies ou malformations. ~phéromone ~phénotypes caractéristiques de Weinberg 3.5.5 - Équivalence des génotypes Certains individus laissent plus de progénitures que d’autres et le rythme auquel ils le font est affecté par les caractéristiques qu’ils ont héritées. Pour que l’équilibre soit maintenu, aucun génotype ne devrait être avantageux sur les autres. Tous devraient avoir une chance égale d’être transmis d’une génération à l’autre. Il est à noter que la sélection des génotypes se fait de façon _________________________ indirecte : o la sélection agit plutôt sur les phénotypes de façon directe. La non équivalence des génotypes est probablement le plus puissant facteur de variations génétiques. EN RÉSUMÉ : si les cinq conditions décrites ci-dessus ne sont pas maintenues, il y aura déséquilibre de la loi de Hardy- Weinberg. dès que les caractéristiques de Weinberg ne sont pas respectées; il y a l'évolution. 9 SBI3U Cela implique que la fréquence des allèles ou des génotypes changera et qu’ainsi il y aura évolution (microévolution). Devoirs : P.354 N1, 2,3 ; P.358 N8, 11,12; P.361 N1, 2, 6,8 3.6 - La sélection naturelle La cinquième condition nécessaire à l’équilibre de H-W est synonyme de la sélection naturelle de Darwin et Wallace. C’est le facteur le plus puissant qui peut modifier l’équilibre génétique. Selon la loi de Hardy-Weinberg, tous les individus auraient la même capacité de survie et de reproduction. o Réalité rare ou inexistante Les populations ont un éventail de phénotypes et de génotypes, et certains individus produisent plus de descendants que d’autres. La sélection naturelle est le mécanisme qui cause cette différence de succès reproducteur. o Certains ont plus de chance de survivre et de se reproduire (prédateur, compétition) o Les variations constituent le matériel de base sur lequel la sélection s’exerce pour rendre les organismes de mieux en mieux adaptés à leur milieu. La lutte pour la survie, fait que les uns survivront et laisseront des descendants alors que les autres disparaîtront sans laisser de descendants. Il y a trois formes de sélection naturelle qui peuvent influer sur la fréquence d’un caractère héréditaire dans une population : 1. Sélection stabilisante La population se dirige vers un phénotype moyen. Les extrêmes sont éliminés en faveur d’un phénotype intermédiaire. Ce type de sélection réduit la variation et améliore l’adaptation de la population à des facteurs assez constants de l’environnement. Exemple : la masse de la majorité des bébés est entre 3 et 4 kg. La mortalité infantile est plus élevée chez les bébés dont la masse est inférieure ou supérieure à 3 ou 4 kg. 2. Sélection directionnelle 10 SBI3U Favorise les phénotypes d’un extrême par rapport à un autre extrême et elle entraîne le déplacement de la courbe de distribution de ces phénotypes dans cette direction. Ce type de sélection est commun lors de périodes de changements environnementaux ou lorsqu’une population migre dans un habitat où l’environnement est différent. Exemple : Phalène de bouleau 3. Sélection diversifiante Les deux extrêmes (phénotypes extrêmes) sont favorisés par rapport à une forme intermédiaire. Les phénotypes intermédiaires peuvent ainsi être éliminés de la population. Exemple: Chez les saumons, il y a 2 phénotypes mâles extrêmement différentes: 500g mesurant 30 cm VS pesant 4.5 à 8.5 kg Résumé Sélection Sélection Sélection diversifiante stabilisante directionnelle Distribution Initiale Après sélection sur de nombreuses générations Beaucoup plus tard 11 SBI3U Exercice – sélection naturelle La compétition pour des ressources limitées créé une lutte pour la survie. Les organismes les mieux adaptés vivront suffisamment longtemps pour se reproduire tandis que ceux qui le sont moins mourront. Une adaptation est une caractéristique qui augmente les chances de survie et assure la reproduction d’un organisme. Une adaptation peut être physiologique, structurale ou comportementale. Chacun des graphiques ci-dessous représente la distribution de la longueur des ailes d’une population de mouches vivant sur une île isolée. Les mouches à ailes longues, volent à des altitudes de 20 m ou plus; celles avec des ailes courtes volent à des altitudes de 5 m ou moins; celles avec des ailes de longueurs intermédiaires volent à une altitude moyenne de 12 m. Lire chacun des trois cas présentés ci-dessous : Cas A : Les vents dominants changent. Maintenant l’île est constamment exposée à des vents violents à haute altitude. Ces nouveaux vents déplacent les mouches à longues ailes vers le milieu de l’océan où elles meurent. sélection directionnelle ~favorise les phénotypes d'un extrême par rapport à un autre ex Cas B : Il y a les mêmes changements de vents qu’en A. En plus, un nouveau prédateur fait son apparition sur l’île. Ce dernier ne mange que les mouches près du sol. sélection stabilisante Cas C : Une nouvelle espèce de grenouille qui vit sur les arbres immigrent sur l’île. Ces grenouilles ne mangent que les mouches ayant des ailes de longueurs intermédiaires. sélection diversifiante Chacun représente un changement qui a eu lieu sur l’île. Chaque graphique a été identifié pour correspondre à un des cas. En utilisant une plume rouge, faire la courbe (sur le graphique ‘’A’’) représentant l’effet du changement du milieu du cas ‘’A’’ sur la population de mouches. Répéter pour les graphiques B et C et leur cas correspondant. (plus proches des ordonnés) deux courbes pointu 12  SBI3U Questions : phénotypes 1. La sélection naturelle agit sur les ______________________ retrouvés dans une espèce. 2. Dans quel cas la longueur moyenne des ailes diminueraient? ________cas A 3. Dans quel cas est-ce que l’étendue de la longueur possible des ailes diminuerait? Explique. Cas B: la sélection stabilisante réduit la variation et améliore l'adaptation de la population à son environnement présent Sélection sexuelle Favorise certaines caractéristiques qui font qu’un individu même s’il n’est pas bien adapté pour survivre dans l’environnement, sera celui qui sera le principal géniteur. Les mâles et les femelles de nombreuses espèces animales affichent des caractères physiques différents. Cette différence s’appelle dimorphisme sexuel Ces caractères évidents, avec la parade nuptiale et d’autres comportements reliés à l’accouplement, entraînent un autre type de sélection: la sélection sexuelle o La compétition entre les mâles (sous forme de combat ou de parade) et le choix fait par les femmes entraîne généralement une sélection sexuelle et un plus grand succès reproducteur. o Ce type de sélection favorise le meilleur reproducteur au dépend du mieux adapté pour la survie de sélection naturelle : survie l’espèce. ▪ Exemple : sélection sexuelle : habileté de reproduction le paon mâle avec le plus beau plumage sera celui choisi par la femelle lors de l'accouplement. Pourtant, un tel plumage coloré sera un désavantage pour la survie de l'espèce puisqu'il est facilement repérable par les prédateurs. L’extinction les mâles veulent continuer a répondre leurs gênes La sélection mène parfois à l’extinction. 99,9% des espèces qui ont existés sur terre sont disparues. o Exemples :les dinosaures, les trilobites en sont des exemples dont l'existence a été connue grâce aux fossiles. La raison majeure qui peut expliquer le phénomène est l’existence d’une espèce trop spécialisée (soit quelle occupe une niche unique ou encore qu’elle vit dans un milieu très spécifique sur la planète). Notons quelques facteurs de l’environnement qui peuvent déclencher l’extinction : nouveau parasite, nouveau prédateur, catastrophe naturelle telle que les volcans, les météorites… 3.7 - Les adaptations et la spéciation La définition d’une espèce est un défi constant pour les biologistes. Les progrès et les découvertes réalisés en microbiologie, ainsi que la trouvaille de nouveaux fossiles nous apprennent de plus en plus comment et quand les espèces se forment. Adaptation : Tout caractère qui améliore la valeur d’adaptation d’un organisme ou qui augmente ses chances de survie et de reproduction Exemple : cactus(épines, racines creuses, peu de stomates) vs érable (grandes feuilles). stomate:paroi par laquelle une plante respire 13  SBI3U les adaptations mènent à la différence des espèces. Une adaptation est le produit de la sélection naturelle. Les organismes deviennent adaptés à leur environnement immédiat au fil du temps grâce à la sélection naturelle. Puisque les populations sont soumises aux caprices de la nature, les caractères génétiques les mieux adaptés ou appropriés à un milieu sont sélectionnés. o Exemple : L’évolution de l’œil humain… Les changements de la fonction des adaptations Il arrive parfois qu’une adaptation qui a évolué pour remplir une certaine fonction soit utilisée à une autre fin, c’est ce qu’on appelle : exaptation Exemples : les ancêtres des vertébrés(les invertébrés): ~emmagasinaient du phosphate dans leur peau pour assurer leur survie en cas de pénurie d'aliments. ~la meilleure façon consistait à le placer dans un support de calcium, ce qui a créé un tissu rigide(coquille) ~la coquille pouvait également protéger un animal des prédateurs: c'était une adaptation pour entreposer mais a été exapté et utilisé comme protection. ~plus tard, un support calcique osseux a été utilisé pour l'attachement des muscles et est devenu la charpente ou le squelette des vertébrés. On peut classer les adaptations en 3 catégories: 3.7.1 Structurale (anatomique) : Comprennent les adaptations anatomiques, cad qu’elles touchent la forme ou l’arrangement de caractère particuliers, ainsi que le mimétisme et la coloration cryptique (ou homochrome). o Mimétisme ▪ Permet à une espèce de ressembler à une autre espèce (espèce inoffensive en imite une redoutable) ▪ Exemple : Monarque vs papillon sylvain les champignons orchidées guêpes papillon feuille morte o Coloration cryptique (ou homochromie) ▪ Camouflage qui rend les proies possibles difficiles à repérer (couleurs, forme qui imitent leur environnement pour un meilleur camouflage) 14  SBI3U ▪ Exemple : caméléon 3.7.2 Physiologique : Associées aux fonctions des organismes Les enzymes nécessaires à la coagulation du sang, les protéines que les araignées utilisent pour fabriquer leur soie, les défenses chimiques des plantes et la capacité qu’ont certaines bactéries à supporter une chaleur extrême 3.7.3 Comportementale : Façon dont les organismes réagissent à leur environnement migrations, parades nuptiales, recherche de nourriture et la réaction des plantes à la lumière (phototropisme) et à la gravité (géotropisme), léthargie hivernale (ours et moufettes), l’hibernation le géotropisme: exemple de la plantation d'une graine(l'orientation dont laquelle on plante la graine) Certaines de ces adaptations ont évolué en réponse à des changements de l’environnement lors de la formation et de la dérive des continents – les individus qui ont survécu ont transmis leurs gènes à la génération suivante *Question de réflexion : L’évolution conduit-elle à la perfection ? Non, comme par exemple: ~la sélection sexuelle est favorable plus pour la reproduction que pour la survie. ________________________________________________________________________________________________ ~la sélection naturelle : si l 'environnement change l'adaptation ne sera plus ________________________________________________________________________________________________ adéquate pour l 'individus ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ Devoirs 3.6-3.7 : P.301 N1,2,3 ; P.306 N2,3,9; P.313 N2,3,4,7,13 3.8- La spéciation (formation de différentes espèces) La définition la plus commune d’une espèce est celle de l’espèce biologique: Une espèce est formée de populations compatibles en matière de reproduction, c-a-d qu’elles peuvent s’interféconder et produire des descendants viables et fertiles. Le concept biologique de l’espèce s’articule donc autour de l’incapacité de 2 espèces à s’hybrider. Un hybride est le descendant d’un croisement entre des individus de 2 espèces 15 SBI3U Exemple : jument et âne donne une mule il est infertile ou possède des gamètes non variables 3.8.1. Voies de la spéciation La spéciation, soit la formation d’une espèce, est un processus continu. Deux voies conduisent à la formation d’une nouvelle espèce: la transformation et la divergence. a. La transformation d’une espèce A➔ B Dans le premier cas, les changements graduels conduisent une espèce à s’adapter au milieu qui change. Ainsi, une nouvelle espèce est graduellement crée alors que l’espèce parentale disparaît graduellement. b. La divergence des espèces. A A B Dans le cas de la divergence, une ou plusieurs espèces se forment à partir d’une espèce parentale qui continue d’exister ce qui conduit à une augmentation de la diversité. Pour que des espèces restent distinctes, elles ne doivent pas s’interféconder. Diverses barrières (ou mécanismes d’isolement) empêchent l’interfécondation et limitent le mélange génétique entre les espèces. prézygotique: avant l assemblage du spermatozoides et de l 'ovule Il existe différents types d’isolements reproductifs regroupés sous deux grandes catégories, soit : 1. Barrières prézygotiques (mécanismes pré copulatoires) : - empêchent l’accouplement entre les espèces ou la fécondation de l’ovule si des individus d’espèces différentes tente de s’accoupler - les plus efficaces et plus économique énergétiquement. 2. Barrières postzygotiques (mécanismes post copulatoires) : - peuvent empêcher ces zygotes hybrides de former des individus normaux et fertiles. - moins efficaces et coût énergétique (alimentaire) plus élevé car les hybrides provenant de ces croisements peuvent être stériles ce qui n’est pas rentable pour l’évolution. *L’évolution favorisera le premier type de mécanismes (prézygotique). 16 SBI3U 3.8.2. Mécanismes précopulatoires (prézygotiques) 1. isolement géographique : le plus fréquent des mécanismes précopulatoires. Gardent les populations physiquement séparées. Il s’est produit à différents moments de l’histoire de la terre : o Exemple : îles Galápagos et Madagascar les cours d'eau la dérive des continents , les glaciations, les failles (ex grand canyon), chaîne de montagnes, etc. 2. isolement écologique : espèces peuvent vivres dans une même région mais occuper des habitats/niches différentes o Exemple : couleuvre-(eau vs terre mais même région) 3. isolement éthologique (comportemental) : tout signal ou comportement propre à une espèce empêche l’interfécondation et permet aux individus de reconnaître leur propre espèce o Exemple : rituels amoureux, chants des oiseaux, parades nuptiales 4. isolement temporal : différentes saisons, années pour le rut (période d’activité sexuelle) o Exemple : papillons de la famille des Saturniidae volent et s'accouplent à différents moments de la journée 5. isolement mécanique : incompatibilité anatomique ; (organes génitaux spéciaux➔clé cadenas) o Exemple : insectes 6. isolement gamétique: gamètes ne fusionnent pas. gamètes: spermatozoïdes et ovules o Exemple : pollen d'une espèce ne germe pas sur le stigmate d'une autre espèce 3.8.3. Mécanismes postcopulatoires (postzygotiques) 1. non-viabilité des hybrides : les différences génétiques empêche la mitose après la fusion des gamètes o Exemple :embryons hybrides créés artificiellement entre le mouton et la chèvre meurent au cours des premiers stades de leur développement. 2. stérilité des hybrides : si le nombre de chromosomes diffèrent chez les parents, l’hybride ne produira pas de gamètes et sera stérile. o Exemple :mule 17 SBI3U 3. Déchéance des hybrides : 1ere génération ➔ hybride fertile 2ieme génération ➔ organisme faible ou stérile 3.9 – Les types d’évolution a) la spéciation sympatrique: même environnement mais présente des différences phénotyqiues Lorsqu’une population subit un isolement reproductif, même lorsqu’elle n’est pas géographiquement isolée, elle subit une spéciation sympatrique. Des facteurs tels que des changements chromosomiques (chez les plantes) et l’accouplement non aléatoire (chez les animaux) modifient le flux génétique Ce type est plus commun chez les plantes que chez les animaux barrière géométrique: les espèces ne sont plus dans le même environnement b) la spéciation allopatrique : se produit lorsqu’une population est divisée en deux ou plusieurs groupes qui sont isolés par une barrière géographique. o C’est le cas lors de l’apparition d’une chaîne de montagne, ou de la glaciation ou de la formation d’île volcaniques. Les pools géniques des populations séparées finissent par devenir si distinct (à la suite de sélection naturelle, mutation, dérive génétique, flux génétique) que ces groupes sont incapables de s’interféconder même s’ils sont réunis En général, les petites populations qui deviennent isolées de la population parentale sont susceptibles de changer suffisamment pour former une nouvelle espèce Tous des phénomènes qui prennent plusieurs générations de vie humaines donc difficilement observables. o Exemple (spéciation allopatrique): Les géospizes des îles Galapagos 18 SBI3U – notes de cours unité 3 3.10. Vitesse de l’évolution Deux hypothèses existent… a. Le gradualisme : C’est ce que proposait Darwin Il se produit un changement lent et constant dans une lignée, avant et après une divergence. De plus, l’accumulation de nombreux petits changements produit de grands changements Les fossiles qui montrent cette transition graduelle sont rares o Les paléontologues trouvent des espèces qui apparaissent soudainement dans les séquences de fossiles et disparaissent tout aussi soudainement. Le paléontologue Georges Simpson, a fait des travaux de 1920 à 1980, et a remarqué que certains groupes d’animaux semblent rester pratiquement inchangés pendant des millions d’années. L’existence moyenne d’une espèce de mammifères est d’environ 200 000 ans. Les différentes vitesses d’évolution et les preuves fournies par les fossiles au sujet des périodes de changements rapides ont amené 2 biologistes – Niles Eldredge et Stephen Jay Gould, à mettre un autre modèle appelé : b. Équilibre ponctué (équilibre intermittent) : longues périodes de stabilité, ou d’équilibre, qui sont entrecoupées de périodes de divergences. La plupart des espèces subissent la majorité de leurs changements morphologiques lorsqu’elles divergent initialement de leur espèce parentale Une fois qu’une espèce est créée, elle peut rester inchangée si l’environnement auquel elle est adaptée ne change pas (sélection stabilisante) ***Même aujourd’hui on continu à débattre cette question. Il semble que lorsque le milieu est plutôt stable, c’est le gradualisme qui se produit tandis que s’il y a changement drastique du milieu ou de l’individu, c’est l’équilibre ponctué qui prévaut. Devoirs 3.8-3.10 : P. 365 N15, 16, 18; P.367 N20, 22; P.372 N27, 30; 19