2017-2018

Pauline Alméras

2017-2018

Chapitre 3

Chapitre 3

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Table des matières

Chapitre 3 – L’évolution de la biodiversité .................................................................................................... 2

I – La notion d’espèce ................................................................................................................................ 2

A - Un concept qui a évolué au cours du temps ................................................................................... 2

B – Des critères pratiques de définition de l’espèce ............................................................................. 3

II – L’évolution des populations d’une espèce .......................................................................................... 4

III – La spéciation ....................................................................................................................................... 7

A – Spéciation avec isolement géographique = spéciation allopatrique ............................................... 7

B – Spéciation sans isolement géographique = spéciation sympatrique .............................................. 8

IV – L’extinction d’une espèce ................................................................................................................... 9

Conclusion : ................................................................................................................................................ 9

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Chapitre 3 – L’évolution de la biodiversité

La biodiversité regroupe la diversité génétique des individus au sein d’une espèce, et la diversité des

espèces. Nous allons voir comment les populations évoluent, et comment cette évolution peut aboutir à

de nouvelles espèces.

I – La notion d’espèce

A - Un concept qui a évolué au cours du temps

Les êtres vivants sont classés en espèces. Mais comment peut-on définir une espèce ?

Fiche : Lire et étudier les définitions des scientifiques progressivement. Repérer dans les définitions les

notions importantes.

1 – UNE PREMIERE DEFINITION

Doc 1 page 68 : Identifier la première définition d’espèce

« Une espèce est un ensemble d’individus qui engendrent, par reproduction, d’autres individus

semblables à eux-mêmes. […] Nous comptons aujourd’hui autant d’espèces qu’il y a eu au

commencement de formes diverses créées. »

Linné (1736)

L’essentiel -> Pendant le siècle des lumières, on considère que les espèces ont été créées par dieu : elles

sont perçues comme fixes, et la question de leur parenté ou de leur origine ne se pose pas.

2 – UNE REMISE EN CAUSE DU CONCEPT

Réfléchir : Quels éléments scientifiques ont pu mener à une remise en cause de cette vision ?

La découverte de fossiles ne correspondant à aucune espèce connue remet progressivement cette vision

en cause.

Au XIXe siècle, Darwin formule la théorie de l’évolution qui introduit la notion de parenté entre les

espèces. Celles-ci ne sont plus perçues comme fixes mais changeantes au cours du temps.

« Je ne discuterai pas ici les différentes définitions que l’on a donné du terme espèce. Aucune de ces

définitions n’a complètement satisfait tous les naturalistes et cependant chacun d’eux sait vaguement

ce qu’il veut dire quand il parle d’une espèce. »

Darwin (vers 1850)

L’essentiel -> la notion d’espèce est difficile à définir. Bien que le terme soit très utilisé, il n’y a pas de

définition universellement admise.

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3 – UNE DEFINITION ACTUELLE DE L’ESPECE

Tenter de définir une espèce d’après le schéma

La définition moderne de l’espèce se base sur la théorie de Darwin et intègre des notions actuelles,

comme la génétique.

Une espèce peut être considérée comme une population d’individus suffisamment isolés génétiquement

des autres populations, ce qui implique un isolement reproducteur. Elle ne peut être définie que durant

un laps de temps fini.

On dit qu’une espèce disparait si l’ensemble des individus concernés disparait ou cesse d’être isolé

génétiquement. Une espèce supplémentaire est définie si un nouvel ensemble d’individualise.

B – Des critères pratiques de définition de l’espèce

Dans la pratique, cette définition n’est pas facile à mettre en œuvre.

Quels critères peut-on utiliser concrètement pour définir une espèce ?

Brainstorming : sur quels critères peut-on définir une espèce ?

1 – LE CRITERE DE RESSEMBLANCE

« [Une espèce est] une collection de tous les corps organisés, nés les uns des autres ou de parents

communs, et de ceux qui leur ressemblent autant qu’ils se ressemblent entre eux. »

Cuvier (vers 1810)

-> Cette définition est appelée définition typologique, ou phénotypique.

Avantage : C’est la définition la plus intuitive de l’espèce : on reconnait un chat car il ressemble à

d’autres chats qu’on a déjà vus.

Limites : Elle est parfois difficilement compatible avec la diversité des individus. Par exemple un cheval

et un poney se ressemblent mais ne sont pas de la même espèce, alors qu’un caniche et un Terre-Neuve

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se ressemblent peu bien qu’étant de la même espèce. Il existe aussi des cas de dimorphisme sexuel,

c’est-à-dire de fortes différences morphologiques entre le mâle et la femelle : voir page 69.

2 – LE CRITERE D’INTERFECONDITE

« Une espèce est une population ou un ensemble de populations dont les individus peuvent

effectivement ou potentiellement se reproduire entre eux et engendrer une descendance viable et

féconde dans des conditions naturelles. »

Ernst Mayr (1942)

Cette définition est appelée définition biologique.

Avantage : Cette définition est cohérente avec la notion d’évolution.

Limites : Il n’est pas toujours possible d’utiliser ce critère : élevage difficile, ou travail sur les espèces

fossiles.

Utilisation : Si deux populations sont isolées géographiquement, ou se croisent mais ne se reproduisent

pas, on considère qu’elles ne font pas partie de la même espèce. On peut donc utiliser des critères

géographiques, écologiques (ex : période de floraison) ou encore moléculaire (montrant la présence ou

l’absence d’échange génétique) pour définir une espèce.

La notion d’espèce a évolué au cours du temps. Elle est actuellement ancrée dans la théorie de

l’évolution. Dans la pratique, selon le contexte scientifique, on peut utiliser la définition typologique

ou biologique. Mais les frontières entre espèces sont parfois floues puisqu’elles se définissent

progressivement, dans la durée. Dans la pratique, il n’est pas toujours simple de définir si on doit

parler d’une nouvelle espèce ou non. (Exemple : le Pizzly, hybride fertile entre le Grizzly et l’Ours

polaire)

II – L’évolution des populations d’une espèce Au sein d’une population d’individus d’une même espèce, il existe une forte diversité des allèles et des

caractères : c’est la diversité génétique.

Comment la diversité des populations évolue-t-elle au cours du temps ?

A – DES MODIFICATIONS SOUS L’EFFET DE L’ENVIRONNEMENT

Exemple de la phalène du bouleau vu en seconde

Etude du cas des pinsons à bec moyen des Galápagos (fiche Belin p59)

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Exemple de démarche :

- En 1976 les graines sont très abondantes et peu dures. On constate que les oiseaux à bec moyen

(espèce G. fortis) sont majoritaires.

- En 1977, à cause d’une sécheresse, il y a peu de graines et elles sont très dures : les G. fortis à

bec moyen ont des difficultés à se nourrir, face à G. fortis à gros bac (compétition intraspécifique)

et surtout face aux pinsons G. magnirostris, espèces de pinsons à gros bec bien plus rapides qu’eux

pour récolter les graines (compétition interspécifique). Ceci explique la forte mortalité des G. fortis

à bec moyen.

- Les G. fortis dont le bec est le plus épais pouvaient plus facilement casser les graines. Ceci

explique que chez eux, la mortalité observée est plus modérée. Ils se sont donc plus reproduits que

les autres.

- Or la taille du bec est héréditaire. La hauteur moyenne du bec dans la population de G. fortis a

donc augmenté chez les générations suivantes.

Une population peut évoluer sous l’influence des conditions environnementales (ici sécheresse) et de la

concurrence entre les êtres vivants (ici compétition intraspécifique + interspécifique). Cette évolution ne se

fait pas au hasard, mais sélectionne à chaque génération les individus (donc leurs allèles) les mieux

adaptés à cet environnement : c’est la sélection naturelle.

Remarque : la concurrence entre les êtres vivants peut aussi se faire sur le plan sexuel (sons émis par la

chauve-souris, roue du paon…) Cette sélection sexuelle est une forme de sélection naturelle.

B – DES MODIFICATIONS SOUS L’EFFET DU HASARD

Relever dans le livre la définition de la dérive génétique p65 ; docs de la fiche

« La dérive génétique est une modification aléatoire de la fréquence d’un allèle dans une population :

elle conduit à une perte de diversité, et ce d’autant plus que la population est petite. »

Elle est due au hasard de la reproduction sexuée (voir chapitre 1).

Notion de statistiques valable sur les grandes populations mais pas sur les petites.

Pourquoi précise-t-on que la survie et la fertilité des personnes atteintes de porphyrie est normale ?

Lors d’une migration, les migrants n’emportent qu’une petite partie des allèles de la population d’origine et

dans des proportions aléatoires. La nouvelle population formée par les migrants aura donc des fréquences

d’allèles différentes de la population d’origine : c’est l’effet de fondation (ou effet fondateur). Cet effet

est souvent observé sur les îles, où il y a peu de mélange des populations.

Remarque : la partie « des perturbations imprévisibles est hors sujet car les phénomènes décrits concernent des

espèces voir des groupes d’êtres vivants, et non des populations.

La sélection naturelle ainsi que la dérive génétique tendent à diminuer la diversité allélique au sein

d’une population.

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C – UN EXEMPLE D’ETUDE D’EVOLUTION DES POPULATIONS : LES ELEPHANTS D’AFRIQUE

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1 - Parc de l’Ouganda

Ce parc est assez représentatif de la population sauvage. Les éléphants sans défense sont peu nombreux.

Ils ont un peu plus de difficultés à se nourrir et à se défendre que les autres éléphants. Ils ont donc un peu

moins de chances d’atteindre l’âge de la reproduction, donc ils transmettent moins fréquemment leurs

allèles à leur descendance. Ainsi la fréquence de l’allèle D, responsable du caractère « sans défense », est

très faible dans la population. C’est de la sélection naturelle (compétition entre individus +

environnement).

Valeurs sélectives : avec défense, 1 (valeur maximale) ; sans défense, 0.8 ou 0.9

2 –Parc de Zambie

En Zambie, le commerce de l’ivoire était légal jusqu’en 1989. Chasseurs et braconnier tuaient les éléphants

avec défense pour revendre l’ivoire. Dans ce contexte, beaucoup d’entre eux étaient tués avant de se

reproduire. La fréquence de l’allèle d, responsable du caractère « avec défenses », a donc nettement

diminuée dans la population.

Paramètres dans le logiciel « évolution allélique » :

Génotype (D//D) -> phénotype [D] Génotype (D//d) -> phénotype [D] Génotype (d//d) -> phénotype [d]

- Valeur sélective (D//D) et (D//d) = 0.8 ou 0.9 (comme dans le parc précédent)

- Valeur sélective (d//d) = 0.2 si on considère qu’un éléphant avec défenses a 4 risque sur 5 de se

faire tuer avant de se reproduire (hypothèse plutôt optimiste compte tenu de l’intensité de la chasse)

Depuis 1989, le commerce de l’ivoire est interdit : la chasse a cessé, et le braconnage a fortement diminué.

Le caractère « avec défenses » est redevenu un avantage sélectif : les éléphants avec défenses ont des

chances optimales de reproduction. La fréquence de l’allèle d augmente donc dans la population, tandis

que la fréquence de l’allèle D diminue.

Paramètres dans le logiciel « évolution allélique » :

- Valeur sélective (d//d) = 1 (retour aux conditions optimales de reproduction)

- Valeur sélective (D//D) et (D//d) = 0.8 ou 0.9

C’est de la sélection naturelle (conditions environnementales).

3 – Parc d’Afrique du Sud

Ce parc a été créé pour protéger 11 individus rescapés d’une chasse intense. Toute la population

actuelle du parc vient de ces individus : il y a eu un effet fondateur. L’effectif étant très faible, la dérive

génétique a été importante. Ce phénomène s’observe également avec des microsatellites qui

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n’apportent aucun avantage ou inconvénient pour la reproduction, ce qui confirme qu’il ne s’agit pas de

sélection naturelle mais bien de dérive génétique.

Ici l’allèle D est devenu fortement majoritaire et on observe 90 % d’éléphants sans défense dans le parc.

Mais la dérive se faisant au hasard, ce caractère aussi bien pu disparaitre.

Paramètres dans le logiciel « évolution allélique » : écran Dérive génétique

- Nombre d’individus dans la population : 11

- Fréquence initiale de l’allèle D = 0.3 (effet fondateur : pourcentage non représentatif de la

population sauvage)

- Nombre de générations : 8

Les courbes obtenues dépendent du hasard. Dans certains cas l’allèle D est fixé (comme dans ce parc), dans

d’autre il disparait, parfois les deux allèles sont maintenus temporairement.

Ce genre d’étude permet de mettre en évidence la perte de diversité génétique liée à une exploitation

intensive ou se faisant dans un parc à population réduite. Actuellement on met en place des lois pour

limiter l’impact de l’Humain sur les populations, et on multiplie les échanges entre parcs animalier pour

limiter la dérive génétique.

III – La spéciation Deux nouvelles espèces peuvent s’individualiser à partir d’une espèce ancestrale s’il y a un isolement

reproductif de 2 populations : on parle de spéciation.

Quels événements peuvent mener à cet isolement reproductif, donc à la formation de nouvelles

espèces ?

A – Spéciation avec isolement géographique = spéciation allopatrique

Document 1 page 70

Argumentez le fait que les deux papillons et les deux poissons étudiés dans les documents 3 et 4 sont bien d’espèces différentes. Les papillons sont morphologiquement identiques, mais ils ont des organes reproducteurs de taille

différente : ils ne peuvent pas s’hybrider, donc il s’agit bien de 2 espèces différentes.

Résumez cette spéciation par un schéma.

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Glaciation Divergence évolutive : (perturbation aléatoire les différences s’accumulent imprévisible) indépendamment ZERINTHIA CASSANDRA ESPECE ANCESTRALE Z Deux zones refuges : Sud de France, Italie, ESPECE ANCESTRALE Z Italie, Sardaigne Sardaigne, Balkans… Sud Italie Barrière géographique Sud balkans ZERINTHIA POLYXENA ESPECE ANCESTRALE Z Sud de France, Nord Italie, Balkans…

B – Spéciation sans isolement géographique = spéciation sympatrique

Document 2 page 71

Après avoir montré que les individus étudiés correspondent bien à 2 espèces différentes, résumez

les événements qui ont mené à leur spéciation.

Les deux populations ont une morphologie différente, et aucun hybride n’a été retrouvé : il s’agit bien de

2 espèces différentes.

Chez ces poissons, la sélection s’est faite en fonction de la forme de la mâchoire. Certains poissons

avaient une grosse mâchoire, ce qui leur permettait d’avoir un bon accès ressources alimentaires situées

près du rivage. D’autres avaient une mâchoire plus efficace pour les ressources alimentaires en eau

profonde. Ces deux morphologies étant bien adaptées aux ressources du lac, les individus

correspondants se sont bien reproduits. Ainsi la fréquence de ces caractéristiques a augmenté.

Les poissons ayant une forme de mâchoire intermédiaire étaient en revanche moins performants pour

se nourrir, donc se sont moins reproduits, et leur fréquence a diminué.

Deux groupes ce sont ainsi formés et répartis dans le lac. Les poissons se reproduisant

préférentiellement au sein de leur groupe (pour des raisons de proximité), chaque population a évolué

de son côté jusqu’à avoir un comportement reproducteur différent (divergence évolutive), aboutissant

ainsi à deux espèces.

Deux populations isolées par une barrière géographique ou comportementale évoluent séparément et

accumulent les différences génétiques. Au bout d’un certain temps, ces différences peuvent mener à

un isolement reproducteur, donc génétique : c’est une spéciation.

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IV – L’extinction d’une espèce Deux grands cas de figure peuvent mener à la disparition d’une espèce :

- Disparition des tous les individus qui la composent

Exemple : disparition du Dodo à cause de la chasse ; extinctions massives d’espèces lors des grandes

crises biologiques (météorite + volcanisme intense il y a 65 Ma : disparition de nombreuses espèces dont

les dinosaures).

- Rupture de l’isolement génétique de deux espèces très proches

Exemple : l’ours polaire et le grizzly, considérés jusqu’ici comme 2 espèces, se rejoignent à cause de la

fonte des glaces (hybride nommé pizzly).

Conclusion : Les populations évoluent sous l’influence du hasard et de la sélection naturelle. S’il y a isolement

reproducteur, donc génétique, cette évolution des populations peut être à l’origine d’une spéciation.

Les espèces évoluant de façon continue, elles ne sont définies que durant un laps de temps et leurs

frontières peuvent être floues (cas de spéciation en cours par exemple).

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