Évolution : Sélection Naturelle & Dérive Génétique

Correction :

Au sens biologique, l'évolution est le changement des caractéristiques héréditaires des populations d'organismes au cours des générations. C'est la modification de la fréquence des allèles (versions d'un même gène) au sein d'une population.

Les deux principaux mécanismes qui expliquent l'évolution des populations sont :

1. La sélection naturelle : Processus par lequel les individus porteurs de caractères héréditaires avantageux dans un environnement donné ont une probabilité plus élevée de survivre et de se reproduire, transmettant ainsi ces caractères à leur descendance.
2. La dérive génétique : Changements aléatoires dans la fréquence des allèles d'une génération à l'autre, particulièrement marqués dans les petites populations.

Correction :

La variation génétique fait référence à la présence de différences dans les séquences d'ADN au sein d'une population. Ces différences se manifestent par différentes versions d'un même gène, appelées allèles.

Cette variation est créée principalement par deux mécanismes :

1. Mutations : Changements aléatoires dans la séquence de l'ADN. Ces mutations peuvent être spontanées ou induites par des facteurs environnementaux. Elles peuvent créer de nouveaux allèles ou modifier des allèles existants.
2. Reproduction sexuée : Le brassage des allèles lors de la méiose (formation des gamètes) et la combinaison aléatoire des gamètes lors de la fécondation créent de nouvelles combinaisons d'allèles chez la descendance, augmentant ainsi la diversité des génotypes et phénotypes dans la population.

Correction :

La sélection naturelle est le processus par lequel l'environnement "sélectionne" les individus qui possèdent les traits héréditaires les plus avantageux pour survivre et se reproduire dans cet environnement particulier. Ces individus ont une probabilité plus élevée de transmettre leurs gènes à la génération suivante, conduisant à une augmentation de la fréquence des allèles favorables dans la population au fil du temps.

Les trois prérequis pour que la sélection naturelle agisse sont :

1. Variation : Il doit exister des différences héréditaires (génotypiques et phénotypiques) au sein de la population.
2. Héritabilité : Ces variations doivent être transmissibles de parents à descendants (c'est-à-dire qu'elles doivent avoir une base génétique).
3. Succès reproductif différentiel : Les individus dotés de certains traits doivent laisser plus de descendants que d'autres, en raison de leur meilleure adaptation à l'environnement.

Correction :

Dans un environnement enneigé, les lapins au pelage blanc sont les plus susceptibles d'être sélectionnés positivement par le renard.

Explication : Le renard, en chassant à vue, aura plus de facilité à repérer les lapins qui se détachent de leur environnement. Dans la neige, les lapins blancs sont mieux camouflés que ceux de couleur grise. Par conséquent, les lapins blancs auront une probabilité de survie plus élevée face à ce prédateur. Ils auront donc plus de chances d'atteindre l'âge de reproduction et de transmettre leurs allèles pour un pelage blanc à leur descendance. Au fil des générations, la fréquence des allèles responsables du pelage blanc augmentera dans la population de lapins.

Correction :

La dérive génétique est un mécanisme d'évolution qui se caractérise par des changements aléatoires dans la fréquence des allèles d'une génération à l'autre. Ces changements ne sont pas dus à une sélection par l'environnement, mais plutôt au hasard des événements (par exemple, quels individus se reproduisent, quels gamètes se rencontrent, quels individus survivent à un événement accidentel).

La dérive génétique a un impact significatif dans les petites populations.

Pourquoi ? Dans une petite population, chaque individu représente une proportion plus importante du patrimoine génétique total. Un événement aléatoire affectant même un seul individu (par exemple, s'il est accidentellement écrasé avant de pouvoir se reproduire) peut entraîner la perte ou la fixation d'un allèle avec une probabilité beaucoup plus élevée que dans une grande population où l'impact d'un tel événement est dilué.

Correction :

Ces deux phénomènes sont des exemples de dérive génétique qui affectent particulièrement les populations :

1. Effet fondateur : Il se produit lorsqu'un petit groupe d'individus d'une population plus large se sépare pour fonder une nouvelle colonie dans un lieu isolé. La composition génétique de cette nouvelle population dépendra des allèles présents dans le petit groupe fondateur, qui peuvent ne pas être représentatifs de la population d'origine. Certains allèles rares dans la population d'origine peuvent être fréquents chez les fondateurs, et vice-versa.
2. Effet de catastrophe (ou goulet d'étranglement) : Il survient lorsqu'une population subit une réduction drastique de sa taille suite à un événement imprévu et catastrophique (catastrophe naturelle, épidémie, chasse excessive.). La population survivante, même si elle se rétablit par la suite, possèd'une diversité génétique réduite par rapport à la population d'origine, car de nombreux allèles ont pu être perdus par simple hasard.

Correction :

Dans ce scénario, la sélection naturelle va probablement favoriser les oiseaux avec des becs plus longs.

Justification :

1. Variation : Il existe déjà une variation de la taille des becs dans la population (becs longs et courts).
2. Héritabilité : La taille du bec est un caractère héréditaire, déterminé par les gènes.
3. Succès reproductif différentiel : L'environnement a changé : le nectar est plus disponible, et les graines moins.
   • Les oiseaux à becs longs seront plus efficaces pour se nourrir de nectar, ce qui leur apportera plus d'énergie. Ils auront donc une meilleure condition physique, une meilleure capacité à survivre et potentiellement une meilleure capacité à se reproduire.
   • Les oiseaux à becs courts, moins efficaces pour le nectar et dont la source de nourriture principale (les graines) est devenue moins abondante, auront plus de difficultés à survivre et à se reproduire.

Par conséquent, au fil des générations, les allèles responsables des becs plus longs seront transmis avec une plus grande fréquence, car les individus qui les portent laisseront plus de descendants. La population d'oiseaux évoluera vers une taille de bec moyenne plus longue.

Correction :

Population initiale :

• Nombre total d'individus = 100
• Fréquence de A = $p = 0.6$
• Fréquence de a = $q = 0.4$

Événement : Incendie détruisant la majorité. Il ne reste que 10 individus.

Hypothèse sur la population survivante : Par pur hasard, parmi les 10 survivants, on trouve 7 individus porteurs de l'allèle A (sous forme AA ou Aa) et 3 individus porteurs de l'allèle a (sous forme aa ou Aa). Il faudrait connaître leur génotype précis pour calculer la fréquence des allèles. Supposons, pour simplifier le calcul, que parmi ces 10 survivants, on dénombre un total de 12 copies de l'allèle A et 8 copies de l'allèle a (ce qui est possible si certains sont hétérozygotes).

Calcul dans la population survivante :

• Nombre total de copies d'allèles = 10 individus * 2 allèles/individu = 20 copies.
• Nombre de copies de l'allèle A = 12
• Nombre de copies de l'allèle a = 8

Nouvelle fréquence de A : $p' = \frac{12}{20} = 0.6$

Nouvelle fréquence de a : $q' = \frac{8}{20} = 0.4$

ATTENTION : Dans cet exemple de calcul, les fréquences n'ont pas changé. C'est une possibilité. Mais imagine un autre scénario pour les 10 survivants, par pur hasard : 5 individus porteurs de A et 5 porteurs de a. Cela pourrait donner : 7 copies de A et 13 copies de a.

Scénario alternatif pour les 10 survivants :

• Nombre de copies de l'allèle A = 7
• Nombre de copies de l'allèle a = 13

Nouvelle fréquence de A : $p' = \frac{7}{20} = 0.35$

Nouvelle fréquence de a : $q' = \frac{13}{20} = 0.65$

Dans ce deuxième scénario, la fréquence de A est passée de 0.6 à 0.35, et celle de a de 0.4 à 0.65. C'est un changement significatif dû au hasard.

Illustration de la dérive génétique :

Cet événement illustre la dérive génétique car la réduction drastique de la taille de la population (de 100 à 10 individus) a entraîné des changements importants dans les fréquences alléliques, non pas parce qu'un allèle était meilleur que l'autre, mais simplement à cause du caractère aléatoire de la survie des individus lors de l'incendie. La population survivante ne représente plus fidèlement la composition génétique de la population d'origine. C'est un exemple d'effet de catastrophe (ou goulet d'étranglement).