Notes de cours - Écologie et évolution - Bloc 3 - Version Automne 2023 PDF

CMECAGIF **Programme Sciences de la nature** Écologie et évolution **Cahier de notes de cours** **Bloc \#3** Enseignante: Geneviève Jean 101-SN2-RE (2-1-2) Bureau \#318 Version Automne 2023 **Séquence d'apprentissage -- BLOC \#3** **Évolution** **\#3** L'évolution et la diversité du vivant...

CMECAGIF **Programme Sciences de la nature** Écologie et évolution **Cahier de notes de cours** **Bloc \#3** Enseignante: Geneviève Jean 101-SN2-RE (2-1-2) Bureau \#318 Version Automne 2023 **Séquence d'apprentissage -- BLOC \#3** **Évolution** **\#3** L'évolution et la diversité du vivant  **Hypothèse sur l'origine de la vie : soupe primitive** ***Le reste c'est de l'évolution...*** **Hypothèse sur...** **le passage des procaryotes aux eucaryotes** (image ci-dessous) **Hypothèse sur...** **l'origine de la diversité des eucaryotes** (pages suivantes) **Hypothèse sur l'origine de la diversité des eucaryotes** **Les 3 types de protistes :** Ici, nous pouvons voir les protistes photosynthétiques et les protistes hétérotrophes. Il manque ceux qui décomposent...  **Hypothèse sur l'origine** **de la diversité des eucaryotes** **Les 3 types de protistes :** **Pour le reste...** **La réponse simple demeure encore:** [ **L'évolution**] [ **en général.**] a. ***Les perturbations causées par les humains sont abordées dans les travaux et le laboratoire sur les microplastiques.*** b. **Perturbations naturelles** *(voir figure ci-dessous)* Décrire les diverses pressions environnementales et reproductives qui influencent l'évolution et la diversité du vivant en considérant les savoirs associés à ces processus. Relier l'influence de la génétique et de la reproduction sur le phénotype d'un vivant. -Relier l\'hérédité, la sélection naturelle, la sélection sexuelle, l'évolution et la biodiversité. **Expliquer l'évolution c'est répondre à l'ensemble des encadrés ci-dessous :** **L'histoire de la vie : l'évolution** **Évolution** : Processus qui a transformé la vie sur terre depuis le début jusqu'à aujourd'hui.  **À partir d'ancêtre commun l'évolution, par le mécanisme de la sélection naturelle, a produit une diversité innombrable de forme de vie.** *(Les individus les mieux adaptés au milieu ont en général une progéniture plus nombreuse, cette reproduction augmentant ainsi la représentativité de certaines variations héréditaires)*. **[LA DESCENDANCE AVEC MODIFICATION]{.smallcaps}** **[OU]{.smallcaps}** **[L'ÉVOLUTION SELON DARWIN]{.smallcaps}** **\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_** **Concepts importants** **Espèce:** Ensemble d'individus qui peuvent s'accoupler et produire une progéniture féconde. **Population:** Groupe localisé d'organismes de la même espèce à un moment déterminé. **\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_** [**Théorie de l\'évolution** (Darwin, 1859) = **Théorie de la sélection naturelle**] - **Darwin**: La théorie de Darwin explique **comment** l'évolution s'opère. Son mécanisme (sélection naturelle) pour expliquer la transformation des organismes est, à la lumière des nouvelles connaissances, toujours valable.  +-----------------------------------------------------------------------+ | 1. | | | | - | | | | | | | | - - | | | | 2. | +-----------------------------------------------------------------------+ **Le processus (moteur) de l\'évolution est la sélection naturelle**. - Il y a inégalité des chances de reproduction parmi les individus d\'une population (Succès différentiel dans la reproduction). - Les individus les mieux adaptés d'une population laissent plus de descendants que les autres individus moins bien adaptés. Ainsi les individus mieux adaptés transmettent davantage leurs caractères (gènes) au sein de la génération suivante. - La sélection naturelle opère sur de longue période. Au fil du temps, les petits changements s'accumulent et permettent de grands changements. *(Note : On exclut donc les caractères acquis)* **Ainsi ** - La sélection naturelle n\'est donc pas aléatoire. - Le milieu favorise certains individus par rapport à d'autres. - La sélection naturelle varie dans le temps et l\'espace car les conditions du milieu varient de façon spatio-temporelle. Il y a interaction entre le milieu et la variabilité des individus au sein de la population. - La population est la plus petite unité capable d\'évolution. - L\'évolution se mesure en termes de changement dans la proportion des divers phénotypes dans une population. La pensée de Darwin peut se résumer en 2 éléments principaux : 1. Les diverses espèces contemporaines descendent d'espèces ancestrales *(descendance modifiée).* 2. Le mécanisme de cette très longue transformation (évolution) est la sélection naturelle. **Exemple du phalène du bouleau :** ------------- ----------------------------------------------- -------------------------------------------------------------- Période Phénotype le plus abondant dans la population Milieu Avant 1800 Claire non pollué: arbre recouvert de lichen (pâle) Fin 1800 Sombre tronc des arbres recouvert de suie (foncé) 1950 - 2000 Claire contrôle des émanations, retour aux conditions d\'avant 1800 ------------- ----------------------------------------------- -------------------------------------------------------------- *Source : Évolution biologique* **Exemples** **plus récents:** bactéries résistantes aux antibiotiques, insectes résistants aux insecticides... **[«Preuves» de l\'évolution] : quatre types de données qui documentent l'évolution.** **1)** **Les observations directes** Certaines études scientifiques permettent de démontrer que l'évolution peut se produire sur des périodes tellement courtes que les résultats de cet évolution deviennent observables à l'échelle humaine. **2) L'homologie** a\) [Homologies anatomique] - On recherche les **structures anatomiques homologues** c\'est-à-dire les structures qui ont une similitude morphologique. Les structures homologues indiquent une ascendance commune. - -  b\) [Homologies embryologiques] (Embryologie comparée) - - c\) [Homologie moléculaire] - - *Note : Homologie et arbre de vie * *Les scientifiques peuvent établir la hiérarchie dans la taxonomie sur le nombre et le type de structures homologues.* **3)** **Les archives fossiles** (évolution temporelle) - - **4) La biogéographique** - - - Les espèces modernes sont présentes à un site parce que leur ancêtre y a vécu. Note : **Le comportement**: +-----------------------------------------------------------------------+ | **En résumé :** | | | | La théorie de l'évolution de Darwin permet d'expliquer la diversité | | et les adaptations du vivant. Cette théorie explique comment la | | **sélection naturelle** a permis aux espèces modernes d'évoluer à | | partir des formes ancestrales (qui sont disparues ou non) et comment | | elle permet l'adaptation d'une espèce à son milieu au travers des | | reproductions donc des générations. | | | | **Note :** Pourquoi les caractères acquis ne peuvent pas être | | héréditaires? | | | | **Important : Qu'est-ce que la sélection artificielle?** | +-----------------------------------------------------------------------+ **[L'ÉVOLUTION DES POPULATIONS]{.smallcaps}** ============================================= **Rappel important :** La sélection naturelle repose sur le fait que : - - - Elle agit sur l'individu (survie, reproduction), mais c'est la population qui évolue. **A. Population = la plus petite unité de l'évolution** Groupe spatio-temporel d'individus de la même espèce. Chaque espèce possède une aire de distribution donnée (répartition non uniforme) - plusieurs populations localisées dans l'espace et le temps - la probabilité de reproduction est plus grande entre les individus d'une population donnée. **B. Patrimoine génétique d'une population** (Pool génique ou génétique) - Ensemble des gènes (allèles) que possède une population à un moment donné. - Ensemble des allèles disponibles dans une population. - - - **C. Microévolution:** **Causes de la microévolution**: 1. **Dérive génétique**: causé par une population trop petite. - - 2. **Sélection naturelle :** Permet l'adaptation à l'environnement → impact important sur la fréquence des allèles. - [Inégalité du succès reproductif] ⇒ Transmission des allèles en nombre disproportionné / génération subséquente. - Si le milieu change, la sélection favorise le phénotype le mieux adapté aux nouvelles conditions. - Le degré d'adaptation augmente qu'à l'intérieures des limites des variations existantes. - Le milieu accentue les variations entre les populations : **Mode sélection naturelle** 3. **Flux génétique :** Perte ou gain d'allèle dû aux échanges de gamètes entre individus féconds de différentes populations qui se serai déplacés ⇒ Ce mécanisme atténue évidemment les différences entre les populations. **4. Mutation** (dans les cellule sexuelle : donc une mutation pouvant être héritée) Événement très rare. Taux variable selon les espèces. 1/allèle pour 10^5^ gamètes. ⇒ N'a pas d'effet notable sur la fréquence des allèles d'une population. Toutefois la sélection naturelle peut favoriser les individus porteurs d'allèle mutant, ce qui augmentera la fréquence de cet allèle. Dans cette optique, les mutations constituent un facteur important de l'évolution. **\*\*\*La variation génétique (dû aux mutations et à la recombinaison des allèles lors de la reproduction sexuée) constitue les fondements de la sélection naturelle.\*\*\*** **Deux points importants :** **-L'évolution adaptative:** la [valeur adaptative] se mesure uniquement à la contribution qu'apporte un individu au patrimoine génétique de la génération subséquente. Plusieurs facteurs relevant de la survie et de la fécondité déterminent la valeur d'adaptation d'un individu. La survie ne garantie pas le succès reproductif, mais est une condition préalable à la reproduction. La longévité accroît la valeur adaptative seulement si l'individu laisse une plus grande progéniture viable. **-Le maintien des variations génétiques dans une population** La sélection naturelle élimine les **phénotypes** défavorables. **↓** **Donc, si nous excluons le hasard et les mutations comment la variation est-elle maintenue ?** - **→ En cas de dominance incomplète ou de codominance :** - **Question :** **Les variations génétiques sont-elles toujours adaptatives?** [Variations neutres] : effets négligeables sur le succès reproducteur. - Une variation peut être neutre dans un milieu ou à un moment donné et avoir un avantage ailleurs ou plus tard. - Difficile de mesurer le degré de neutralité d'un caractère. La sélection sexuelle : sélection naturelle à partir d'un ou quelques caractères spécifiques plaisant au sexe opposé et assurant un succès reproducteur à celui qui le(s) possède(nt). -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- - Produit souvent un effet d'emballement ! ---------------------------------------- Ex. : La grosseur de la queue du paon. -------------------------------------- - Peut se stabiliser pour des raisons environnementales. 1. [Sélection intrasexuelle] : Démonstration d'attributs physiques entre mâles menant parfois à des confrontations physiques pour gagner le droit de s'accoupler avec les femelles.  2. [Sélection intersexuelle] : Le comportement ou les attributs physiques du mâle fait en sorte qu'il est préféré des femelles et choisis par elle pour l'accouplement. **L'évolution produit-elle des organismes parfaits?** \*\*\* **[CHAPITRE 24 : L'ORIGINE DES ESPÈCES.]{.smallcaps}** *Comment une espèce donne naissance à une autre espèce ?* **Espèce** : Ensemble d'individu qui peuvent se reproduire ensemble et produire une progéniture féconde (implique un isolement reproductif, donc l'absence de mélange de gènes entre les diverses espèces). **[Mécanisme de la spéciation] **: → Cause l'interruption du flux génétique entre les populations \*\*\* 1. **[Spéciation sympatrique]** ( même patrie) : isolement reproductif Types d'entraves initiales: a. **Barrière prézygotique** : barrière qui empêche la formation de zygote hybride. Ce type de barrière agit soit en empêchant l'accouplement entre les individus des 2 groupes ou en entravant la fécondation des ovules d'un groupe par les spermatozoїdes de l'autre groupe. - - - - - b. **Barrière postzygotique** : Empêche le zygote hybride de devenir un adulte viable ou fécond. - Non viabilité des hybrides - Stérilité des hybrides **[2. Spéciation allopatrique]**  ( patrie différente) : L'entrave initiale entre les deux groupes est dû à un isolement géographique. Cette barrière géographique (physique) empêche le flux génique entre les deux populations. - - Progression des glaciers - Fragmentation d'une rivière. - Formation d'une ile. **Suite à une entrave initiale quelconque (spéciation sympatrique ou allopatrique), les deux espèces évoluent séparément selon les conditions du milieu.** **[De la spéciation à la macroévolution...]** **[Macroévolution]**: Mode d\'évolution qui implique des changements si considérables que l\'on considère qu\'elle est à l\'origine de la formation des groupes taxinomiques supérieurs à l'espèce. (genre, famille, ordre, classe, embranchement, règne) Exemples de nouveaux caractères : cellule avec noyau, poumon chez les amphibiens, écailles épidermiques des reptiles, plumes des oiseaux, production de lait, station debout chez les primates\... - Il est difficile de connaître les mécanismes responsables de la macroévolution. - Les renseignements proviennent uniquement des fossiles (surtout dans les roches sédimentaires). - **Ces archives sont incomplètes.** - **Les groupes qui ont vécu longtemps, qui possédaient des structures rigides (squelettes,...) sont surestimés\...** **[Mécanismes possibles de la macroévolution]** 1\) [Tendance évolutive]: résulte d'une sélection spécifique : modification graduelle vers une direction évolutive. ⇒ ↑ du volume cérébral chez les animaux. ⇒ ↑ de la taille des reptiles à l'ère mésozoïque - On suppose que les tendances évolutives sont dues au succès global du groupe. - Ce succès résulte de la longévité du groupe, du nombre d'espèce et de la capacité de dispersion du groupe. - Les tendances sont selon une hypothèse une réponse aux interactions entre les groupes et le milieu (sélection spécifique). Si les conditions se modifient les tendances peuvent changer. 2\) [Radiation adaptative après une percée ( innovation) quelconque]. Une innovation permet d'exploiter des ressources inexploitées. - Une innovation évolutive peut apparaître à la suite de la [modification graduelle d'une structure] quelconque en vue d'une nouvelle fonction. On parle alors d'une préadaptation. - La persistance de structures juvéniles chez l'adulte ( pédomorphose) produit des organismes dont l'apparence est très différente de l'ancêtre*. Ex. : Salamamdre Axololt* 3\) [Radiation adaptative suite à une extinction massive]. **[Types d'évolution menant à la macroévolution] :** **Évolution divergente**: mode d'évolution par lequel une espèce ancestrale donne naissance à plusieurs autres espèces ( taxons) chacune s'adaptant à un très large éventail de conditions écologiques. L'évolution divergente implique une affiliation réelle et rapprochée des taxons (ancêtre commun). Ce mode d'évolution se fait à partir de [structures homologues]. Mammifère terrestre ancestral → s'adapte au milieu aquatique → baleine, loutre, castor → s'adapte aux divers habitats terrestres → ours, chevreuil, lièvre, coyote, primate\... → s'adapte au monde aérien → chauve-souris. **Évolution convergente**: mode d'évolution par lequel différents groupes d'organismes soumis à des milieux semblables développent des structures analogues. Organismes aquatiques: Poissons, mammifères marins et oiseaux (ailes des pingouins servant de nageoires) possèdent des nageoires (structures analogues). **Évolution parallèle** : Mode d'évolution par lequel des espèces, ayant un ancêtre commun mais lointain, se sont séparées tout en évoluant d'une façon semblable sous l'effet de conditions écologiques similaires. Autruche (Afrique)/ Nandou (Amérique du Sud). **Coévolution**: Mode d'évolution par lequel deux groupes non affiliés agissent comment agent de sélection l'un par rapport à l'autre. - fleur/ pollinisateur → nectar/ langue suceuse; coloration, parfum\... - plante/ herbivore → toxine/tolérance - Parasite/hôte - Prédateur/proie → chauve-souris/insectes [EN CONCLUSION...]{.smallcaps} ============================== **\*\*\*L'évolution ne vise aucun objectif\*\*\*** Médiagraphie 1. CAMPBELL, N. A. et J.B. [REECE]{.smallcaps}, 2020. **Biologie,** 5^ième^ édition, ERPI, Saint-Laurent, Québec. 1411p. 2. [FELLOWES, M., L'évolution en 30 secondes, 2015, éditions Hurtubise, 160p.]{.smallcaps} 3. [PIERCE]{.smallcaps}**, L\'essentiel de la génétique,** 2012, De Boeck, Bruxelles, 458p. 4. [Notes de cours Évolution et diversité du vivant, Geneviève Jean, Centre matapédien d'études collégiales, 2022]{.smallcaps}