L'évolution des populations liée au hasard : dérive génétique
L'évolution des populations liée au hasard : dérive génétique
Exemple des poules à plumes frisées
Il existe des poules dont le plumage présente un aspect plutôt frisé par rapport aux poules classiques qui ont un plumage lisse. Cela s’applique pour les poules et les coqs. On travaille sur un gène qui présente ici 2 versions, 2 allèles : F et f. L’allèle F donne l’aspect frisé. L’allèle f donne l’aspect des plumes lisses. Un individu, puisqu’il possède toujours deux allèles pour un gène donné peut posséder deux fois l’allèle F, cela donne une poule ou un coq frisé. L’allèle F et l’allèle f, cela donne encore un individu aux plumes frisées. Enfin, un individu, qui porte deux fois l’allèle f et qui est alors de plumage lisse.
Dans l’exemple que l’on étudie, on fait référence à un élevage dans lequel il y a au départ deux enclos qui comportent chacun 50 animaux, poules et coqs. Dans le premier enclos, il y a 50 individus qui portent deux fois l’allèle F, qui sont donc frisés, et dans le deuxième, il y a 50 individus qui portent deux fois l’allèle f, qui sont donc de plumage lisse.
Imaginons qu’un virus vient tuer au hasard 90 % des animaux de cet élevage. Le virus agit aléatoirement, c’est-à-dire qu’il tue des poules, des coqs, mais il ne tue pas particulièrement les poules frisées ou les poules lisses, cela n’a aucune influence sur l’action du virus. Il reste au final seulement 10 poules et coqs. C’est comme si l’on retirait dans la population de départ 10 poules et coqs au hasard et qu’on les réunissait maintenant dans un seul enclos. Si les poules et coqs sont par hasard tous d’aspect frisé, alors dans l’élevage, quelle que soit la génération, il n’y aura plus après que des poules frisées. Si ces 10 poules et coqs sont tous de plumage lisse, si on les laisse se reproduire, il n’y aura plus que des poules et des coqs d’aspect lisse. Mais si, dans le hasard de ce tirage on a pris à la fois des frisés et des lisses, on ne sait pas exactement qui va se reproduire avec qui, et donc comment vont évoluer les poules de la population restante.
Imaginons que le virus laisse vivant 7 poules et coqs d’aspect frisé et 3 poules et coqs d’aspect lisse : comment vont-ils se reproduire ?
Cette reproduction se fait aléatoirement : les lisses ne vont pas plus se reproduire avec les lisses, idem pour les frisés. Imaginons qu’il y a 4 poules frisées et 1 lisse et 3 coqs frisés et 2 lisses. Si on les fait se reproduire de manière aléatoire, on obtient pour un coq : 3 descendants, 2 avec des poules frisées et 1 avec une poule lisse. Un descendant sera d’aspect frisé puisqu’il porte au moins une fois l’allèle frisé.
Si on reproduit cela pour l’ensemble des coqs, on se rend compte à la fin qu’on a 10 descendants d’aspect frisé et un seul descendant d’aspect lisse. Ceci n’est qu’un modèle, on aurait pu tirer 10 animaux avec une majorité d’animaux lisses.
Lorsque l’on tire quelques animaux au hasard dans un stock, on ne peut pas prévoir l’évolution de la fréquence des allèles, on ne peut pas prévoir comment va évoluer la population. C’est la dérive génétique, c’est-à-dire l’évolution d’une population, et plus précisément l’évolution de la fréquence d’un allèle au hasard. Si bien que si l’on cherche à faire des modélisations, c’est comme si l’on tirait les dés, et il y aura autant de résultats possibles que de fois où l’on va tirer les dés, autant de modélisations possibles.
Dérive génétique = évolution au hasard des fréquences des allèles = évolution au hasard des populations = non prévisible.
L'évolution des populations par sélection naturelle : exemple des phalènes
Phalènes du bouleau : papillons souvent étudiés pour expliquer la sélection naturelle.
I. Constat
Il existe deux sortes de phalènes du bouleau : des papillons de couleur claire et des papillons de couleur sombre.
Sur la carte de l’Angleterre en 1830, tous les papillons étaient blancs, alors que la sur la carte de 1950, la majorité des papillons étaient sombres. A Liverpool par exemple, en 1950, environ 95 % des papillons étaient sombres. Cependant, on a observé que cette tendance s’est inversée, c’est-à-dire que vers les années 1995, 80 % à peu près des papillons à Liverpool étaient redevenus blancs.
II. Expérience
En 1955, on a réalisé une expérience : on a libéré un certain nombre de papillons et on les a laissés se poser sur les arbres, puis on a essayé de les recapturer.
| Milieu pollué | Milieu peu pollué | |
| Sombres recapturés | 52 % | 6 % |
| Clairs recapturés | 25 % | 12 % |
Dans un milieu pollué, par exemple dans une ville comme Birmingham, 52 % des papillons sombres ont été recapturés, les autres ont été mangés par des prédateurs, ici par des oiseaux. 25 % seulement des papillons clairs ont été recapturés et donc plus de papillons clairs ont été mangés par des prédateurs que les papillons sombres. Et puis, dans un milieu peu pollué comme dans la ville de Dorsey, on a pu recapturer seulement 6 % des papillons sombres, donc la très grande majorité des papillons ont été mangés par les prédateurs, et on a pu recapturer un peu plus de papillons clairs que de sombres, c’est-à-dire 12 %.
III. Interprétations
– La couleur claire ou sombre dépend d’un allèle, autrement dit, elle est codée génétiquement.
– Les papillons sont soumis à des prédateurs (des oiseaux) qui repèrent plus ou moins bien les papillons sur les troncs.
Sur un tronc clair, les papillons clairs se remarquent à peine, alors que les papillons noirs sont repérables. Sur un tronc noir, ce sont les papillons sombres qui sont mieux dissimulés alors que les papillons clairs sont plus repérables. Sur un tronc sombre ou bien sur un tronc de bouleau pollué, les papillons clairs vont être bien repérés. Or, la phalène vit sur les bouleaux, et dans les années 1850 jusqu’aux années 1950, avec le développement de l’industrialisation, il y a eu beaucoup de pollution et donc des arbres très pollués et très sombres. A ce moment-là, les formes claires étaient désavantagées puisque les oiseaux pouvaient les repérer. Et puis, à partir du milieu du XXe siècle, il y a eu des efforts de dépollution en Angleterre et les troncs sont redevenus plus clairs. A ce moment-là, les formes noires sont devenues plus repérables par les prédateurs et donc les formes les plus dévorées par les oiseaux.
– Les papillons qui survivent plus longtemps se reproduisent plus. Quand ils se reproduisent, ils transmettent leurs caractères héréditaires, en l’occurrence l’allèle qui les a rendus sombres ou clairs. Donc les allèles sont transmis à la génération suivante par les papillons qui survivent le mieux. Autrement dit, quelle que soit l’époque et quel que soit le milieu, les allèles les plus avantageux deviennent les plus fréquents.
Dans un milieu pollué, pour les papillons c’est avantageux d’être noir, car on est moins repérés, les papillons sombres survivent donc plus et ont donc plus de descendants sombres.
Dans un milieu non pollué, ce sont les papillons clairs qui sont avantagés, qui survivent plus longtemps, et donc dont les descendants clairs sont plus nombreux.
L'évolution des populations liées au hasard : la dérive génétique (groupes sanguins)
Allèles A, B et O
Le gène qui détermine le groupe sanguin existe sous 3 versions/allèles : A, B et O. Pour chaque gène, l’humain (mais aussi l’animal) porte 2 versions, 2 allèles de chaque gène, qui peuvent être identiques ou différentes : une version héritée du père et une version héritée de la mère.
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Allèle n°1 |
Allèle n°2 |
Groupe sanguin |
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O |
O |
O |
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A |
A |
A |
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A |
O |
A |
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B |
B |
B |
|
B |
O |
B |
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A |
B |
AB |
Ce tableau récapitule le groupe sanguin de l’individu en fonction des 2 allèles qu’il porte. Par exemple, s’il porte les 2 allèles O, il sera de groupe sanguin O, s’il porte l’allèle A et B, il sera AB, etc.
On observe une répartition différente des allèles à l’échelle mondiale.
Allèle A : il est très représenté dans le nord de l’Amérique mais aussi en Europe de l’ouest et en Australie.
Allèle B : il est beaucoup plus représenté en Europe centrale et dans la région de la Chine.
Allèle O : il est plus représenté aux Etats-Unis.
Les allèles A, B et O n’influencent pas la survie des individus. Beaucoup d’individus ne connaissent même pas leur groupe sanguin, et, en dehors de cas médicaux particuliers comme les transfusions, il n’y a pas d’avantage à être d’un certain groupe sanguin.
On dit aussi que les allèles des groupes sanguins chez les humains sont neutres, ils n’ont par ailleurs aucune influence sur le choix de nos partenaires et donc sur notre reproduction.
Ainsi, la transmission des allèles A, B et O, est aléatoire, elle se fait au hasard, nous ne nous reproduisons pas selon notre groupe sanguin. Les fréquences des 3 allèles évoluent donc de façon aléatoire, par dérive génétique.
L'évolution des populations par sélection naturelle : généralisation
Généralisation sur la théorie de la sélection naturelle
Nous partons d’une population théorique constituée de 2 types d’individus : les croix bleues et les ronds jaunes. Les croix bleues sont majoritaires, elles représentent 80 % de la population alors que les ronds jaunes sont en minorité, ils représentent 20 % de la population. Une population est un ensemble d’individus d’une même espèce qui présentent des variations, ils ne sont pas tous identiques les uns aux autres.
Il faut noter que le fait d’être une croix bleue ou un rond jaune sont des caractères codés génétiquement, ce sont deux versions d’un même caractère, ici l’apparence, et donc ce sont deux allèles d’un même gène : un allèle qui donne l’apparence jaune et ronde et un allèle qui donne l’apparence bleue et sous forme de croix.
Imaginons qu’un individu jaune et rond porte un allèle avantageux. Si le fait d’être rond et jaune est avantageux, alors, nous verrons que petit à petit, les individus ronds et jaunes vont devenir majoritaires. En effet, les individus qui portent l’allèle avantageux vont avoir une meilleure nutrition, ou une meilleure défense face aux prédateurs, ou encore une meilleure reproduction. Dans tous les cas, ils vont :
– survivre plus longtemps que les individus bleus et sous forme de croix,
– se reproduire plus que les individus bleus et sous forme de croix : descendance plus nombreuse.
On observe au bout de quelques générations que les individus jaunes ont une descendance plus nombreuse, et sont désormais à 50 % / 50 % : il y a autant d’individus bleus que d’individus jaunes. Si on laisse le temps passer, on remarque que la part des individus bleus va encore décroître jusqu’à 10 %, soit 1 individu sur 10, alors que les individus jaunes seront à 90 % majoritaires. Si on attend encore, peut-être qu’il n’y aura plus aucun individu croix et bleu, à condition que les conditions de milieu ne varient pas. En effet, un allèle peut être avantageux dans un environnement et être désavantageux dans un autre.
La fréquence des allèles avantageux dans un milieu donné augmente, parce qu’on a vu que les allèles avantageux permettaient aux individus de survivre et de se reproduire plus que les autres individus. La sélection naturelle est donc cette règle d’évolution des populations qui dit que les individus porteurs d’allèles avantageux survivent davantage, se reproduisent davantage et transmettent davantage leurs allèles. Par sélection naturelle, la fréquence des allèles évolue au cours du temps dans une population d’individus d’une même espèce.