EVOLUTION

 

 

 

 

I- Bases de biologie.

 

1-Deux grands types de cellules.

 

Les procaryotes :

 

Etres vivants unicellulaires (constitué d’une seule cellule) ne possédant pas noyau. La cellule caractéristique est composée d’une paroi et d’une membrane, contenant le cytoplasme (substance où « baigne » les organites et qui contient l’ADN). Les procaryotes regroupent toutes les bactéries et les archéobactéries (unicellulaire vivant dans les milieux « extrêmes » tels que les sources hydrothermales abyssales).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Les eucaryotes :

Ensemble des êtres vivants constitués d’une ou plusieurs cellules dotées d’un noyau. Le noyau de la cellule contient l’ADN. Le cytoplasme contient diverses organites servant à la synthèse de protéine à partir de l’ADN (reticulum endoplasmique granuleux, appareil de Golgi, ribosomes), mais servant aussi à la production d’énergie (mitochondries).

Les eucaryotes regroupent les protistes (êtres vivants unicellulaires), et les pluricellulaires. Les pluricellulaires sont des êtres vivants constitués de plusieurs cellules associés les unes aux autres, et en étroites interactions. Pour la plupart les pluricellulaires possèdent des organes, c’est à dire des regroupements de cellules spécialisées dont la fonction est de réguler le fonctionnement de l’organisme. Les pluricellulaires regroupent les champignons, les végétaux et les animaux.

 


 

 

2-Notions de génétique.

 

a-      Les grandes caractéristiques de l’ADN.

 

L’ADN (Acide DésoxyriboNucléique) est le constituant essentiel de tous les êtres vivants. C’est une molécule organique qui est le support de l’information génétique. Elle est capable de se répliquer, quasiment, à l’identique. Sa forme est celle d’une échelle en spirale. Elle est donc composé de deux brins complémentaires. Chaque brin est constitué d’une suite de 4 bases (molécules ayant chacune une forme particulière, et capables de s’associer deux par deux. Les deux couples de bases sont A-T (l’adénine et la thymine), et G-C (la guanine et la cytosine). Cette suite de base constitue ce qu’on appelle le code génétique.

 

-         Support de l’information génétique

 

Ce que l’on appelle un gène est en fait une suite de bases localisée précisément sur le brin d’ADN, et toujours situé au même endroit au sein d’une même espèce. C’est ce qu’on appelle le locus du gène.

Un gène sera transcrit en ARN, qui sera lui-même traduit en protéine qui permettra la constitution de l’être vivant, le maintien de sa structure ou son fonctionnement.

Un gène ne fonctionne généralement pas seul, il appartient souvent à un groupe de gènes associés (complexe génétique).

Chez différents individus, à un même locus, correspondent différentes expressions du même gène. C’est ce qu’on appelle des allèles. Par exemple ? ? ? ?

L’expression d’un gène, c’est à dire sa traduction en protéine, dépend de facteurs internes à l’organisme (développement, besoins physiologiques…), mais aussi de facteurs externes (hormones…).



-         Réplication à l’identique.

Comme nous l’avons vu l’ADN est constitué de deux brins complémentaires en spirale. L’ADN est capable de se répliquer, c’est à dire qu’il est capable de se dédoubler afin d’obtenir deux nouvelles molècules d’ADN. Pour cela la molècule d’ADN se déroule, puis à chaque base seul (séparée de son homologue), s’ajoute une nouvelle base complémentaire qui provient de la nutrition. Ce mécanisme se fait tout au long de l’ « ADN-mère », jusqu’à obtention de deux nouveaux « ADN-filles ».

 


Déroulement et copie du double brin   d’ADN

Double brin d’ADN    


Obtention de deux doubles brins d’ADN identiques

 

b-     Mécanismes de division cellulaire.

 

Le génôme (ensemble de l’information génétique d’un individu, et identique dans chaque cellule de celui-ci) est constitué d’une ou plusieurs molécules d’ADN. L’ADN se « contracte » en chromosome (forme particulière de l’ADN au moment de la division cellulaire). A chaque chromosome correspond une paire identique. Par exemple l’homme a 23 paires de chromosomes, soit 46 chromosomes. Chaque chromosome est constitué deux molécules d’ADN accrochées au niveau du centromère. Donc dans une même espèce, sur chaque molécule d’ADN d’une même paire de chromosome, et au même locus, correspond un allèle. Mais ces allèles peuvent être différents d’une molécule d’ADN à l’autre, sur une même paire de chromosome. Par exemple on peut être porteur d’un allèle sain et un allèle « malade », qui ne s’exprime pas chez nous mais qui sera transmis à nos enfants et qui s’exprimera ou non. EXEMPLE.

Il existe deux mécanismes de division cellulaire. La mitose qui permet à partir d’une cellule-mère d’obtenir deux cellules-filles. Ce mécanisme intervient lors du développement et du renouvellement cellulaire. Et la méiose qui permet la constitution des cellules sexuelles, les gamètes. Chez les mammifères c’est ce qu’on appelle les spermatozoïdes et les ovules.

           

Mitose :

 

 


La mitose se découpe en différentes phases que nous ne développeront pas ici. Nous nous intéresserons plus particulièrement aux phases 2 et 3, appelées métaphase. A ce stade de la division cellulaire, les chromosomes sont accolés par paire identique. C’est une phase où peut se produire des échanges de bout d’ADN entre deux bras de deux chromosomes appariés. Ces échanges sont appelés crossing-over. Ils peuvent avoir lieu en divers endroits sur une même paire, et sur différents chromosomes. Ce mécanisme permet d’augmenter la diversité des allèles que posséderont les futurs cellules filles. C’est ce qu’on appelle un mécanisme de recombinaison génétique.

 

Méiose :

 

La méiose se déroule en deux stades : le premier est comme la mitose (avec possibilité de crossing-over), le second se déroule selon le même principe, sauf que chaque cellule au sortir du premier stade, ne possède plus que des chromosomes seuls (c’est à dire sans leur paire complémentaire). Alors lors de la séparation en cellules filles, chaque chromosome n’a plus qu’un seul « bras ».

En fin de compte la méiose aboutit à la constitution, à partir d’une cellule mère, de quatres cellules filles, qui seront des cellules sexuelles après maturation.

 


 

c-      Mutation.

 

Mutation : modification au hasard de la structure génétique due à des facteurs divers (           accidents génétiques, U.V., autres radiations, etc.). Les mutations se présentent sous plusieurs formes : changement d’une ou de plusieurs bases de l’ADN, modification de la structure chromosomique (telles que inversion d’une partie du chromosome, échange de bout de chromosome…)…

Les mutations  peuvent avoir trois types d’impact sur la morphologie, la physiologie et/ou le comportement :

-         elles offrent un avantage adaptatif à l’individu concerné.

-         Elles offrent un désavantage adaptatif à l’individu concerné.

-         Elles sont neutres, c’est à dire qu’elles n’ont pas d’impact.

La notion de gène, de chromosome ou d’individu mutant est toute relative. En fait il n’y a pas une structure normale, autour de laquelle il y a des variations par mutation. Chaque gène, chaque chromosome, chaque individu est constitué et est issu de suites de mutations. Nous sommes tous des mutants. Le gène « normal » et le gène « mutant » sont des erreurs conceptuelles. On peut à la limite parler de gène majoritairement présent dans une population ou une espèce donnée.

 Les mutations sont des « modifications » dues au hasard, lors de la copie, normalement exact, de l’ADN. Ces changements seront, s’ils ne sont pas létaux, transmis au génération suivante par le biais de la reproduction.

 

3-La classification.

 

Classification : rangement de l’ensemble des organismes vivants par catégories selon une certaine méthode (poupées russes).

Systématique : science qui élabore des classifications du monde vivant.



II- De la classification à la notion d’évolution.

 

1-Histoire des idées.

 

ARISTOTE (-384 ; -322) : Précurseur

MOYEN-AGE (Vème s. ; XIVème s.) : Obscurantisme.

K.Von LINNE (1707 ; 1778) :          

- Choix des caractères liés à la locomotion, l’alimentation et la reproduction.

- Système binomial : Canis lupus.

B. de JUSSIEU (1699 ;1777) et A.-L. de JUSSIEU (1748 ;1836) :

- Principe de subordination des caractères : il faut considérer d’abord les caractères qui varient le moins pour élaborer des classifications. Ce principe s’accompagne d’une réflexion nouvelle : ces caractères constants sont vitaux pour l’organisme ; on s’interroge désormais sur la signification biologique de cette constance pour les animaux eux-même.

G. CUVIER (1769 ;1832) et E. GEOFFROY DE SAINT-HILAIRE (1772 ;1844) :

- Application du principe de subordination des caractères.

J.-B. de MONET chevalier de LAMARCK (1744 ; 1829) :

- Auteur de la première théorie évolutive : le transformisme. Ses idées reposent notamment sur l’hérédité des caractères acquis. Bien qu’erronée, cette théorie est révolutionnaire pour l’époque.

- Lien entre systématique et évolution.

- Exemple : la girafe.

Ch. DARWIN (1809 ;1882) :

- 1859 : « L’origine des espèces ».

- Entérine la notion de parenté entre les espèces.

- Propose une nouvelle théorie de l’évolution en invoquant les mécanismes de la sélection naturelle.

- Les classifications doivent tendre à être des généalogies.

- Exemple : la girafe.

E. HAECKEL (1834 ;1919) :

- Phylogénie : science qui étudie l’histoire de la descendance des êtres vivants.

 

2-Notion d’homologie.

a-      En morphologie.

- Homologie (E. GEOFFROY DE SAINT HILAIRE) : deux organes sont dits homologues lorsque, quelque soit leur forme, ils présentent les mêmes connexions avec les organes qui leur sont adjacents chez les deux animaux considérés.  [Principe des connexions]

 

- Exemple : baleine / chien            membres antérieurs homologues.

                                oiseau / chauve-souris              ailes analogues.

 


 

 

- Homologie (LANKESTER) : ressemblance due à une ascendance commune.

 

            b-éthologie.

             

- Homologie (A. REMANE) : chez deux espèces différentes, deux actes comportementaux d’un rituel sont dits homologues lorsqu’ils présentent la même position temporelle par rapport aux autres actes instinctifs (constituant le rituel) dans l’écoulement du temps.  [Principe des connexions temporelles]

 

  - Exemple fictif :

Si l'on observe, chez deux espèces A et B, les comportements ritualisés suivants :

  espèce A : a b c d e

  espèce B : a b c d' e

Où : a, b, c et e constituent des actes stéréotypés semblables  chez les deux espèces

        et d et d' des actes stéréotypés différents.

Les relations temporelles d'agencement, que présentent respectivement d et d' avec les actes c et e chez les deux espèces A et B, permettent de supposer que d et d' sont deux séquences comportementales homologues.

 

- Exemple : les Anatidae (K. LORENZ et W. VAN de WAAL.)

 

III -Principes et mécanismes de l’évolution.

 

1 -Darwin : la théorie de l’évolution.

 

 La sélection naturelle : mécanisme d’évolution s’exerçant sur la variabilité (sur les différences) qui existe entre les individus d’une même espèce. Les individus bénéficieront d’un succès reproductif plus ou moins important (plus ou moins de decendants) selon les interactions entre leurs qualités propres (génétiques, morphologiques et comportementales) et leur milieu.

 

2 -La théorie synthétique : le néodarwinisme.

 

 La théorie synthétique (E. MAYR, 1942) est née de l’enrichissement de la théorie de Darwin par les données nouvelles en génétique (mutations : J. MENDEL, 1826 ; ADN : J. WATSON et F. CRICK, 1953), en embryologie et en paléontologie. Cette théorie considère que les mutations génétiques apparues par hasard sont l’unique moteur de l’évolution. La sélection naturelle, conserve ou élimine ces mutations, selon qu’elles confèrent ou non des avantages adaptatifs.

En outre cette théorie donne une explication gradualiste de l’évolution des espèces : la somme des microévolutions (mutations) explique la macroévolution (apparition des grands groupes d’espèces : les embranchements, les ordres, les familles… ).

 

Exemple : phalènes blanches, phalènes noires.

Exemple : Haplochromis burtoni.

 

3- Controverses.

 

La théorie neutraliste (KIMURA) s’appuie sur le fait que la plupart des mutations qui apparaissent sont neutres (pas d’avantages ou de désavantages adaptatifs) : elles ne confèrent aucun avantage immédiat pour l’individu concerné.

 

La théorie des équilibres ponctués (N. ELDREDGE et S. J. GOULD) remet en cause  l’évolution graduelle des espèces développée dans la théorie synthétique. D’après l’étude des fossiles, N. Eldredge et S. J. Gould ont mis en évidence que chaque espèce nouvelle apparassait brusquement (changements brutaux) et restait inchangée sur de longues périodes (stases évolutives).

            Exemple : les chevaux actuels et leurs ancêtres.

 

4- La notion d’espèce.

 

espèce : ensemble d’individus se ressemblant (génétiquement, morphologiquement et comportementalement) et pouvant se reproduire entre eux (interfécondité).

Contre-exemple : le chien, le loup, le chacal et le coyote sont interféconds.

 

5-les mécanismes de la spéciation.

 

spéciation : apparition d’espèces au cours du temps.

isolement reproducteur : mise en place chez deux populations de la même espèce de barrières à la reproduction (perte de l’interfécondité au cours du temps) d’ordre morphologiques, physiologiques et/ou comportementales. Ce mécanisme de spéciation pourra soit empêcher la copulation soit conduire à une descendance stérile et aura donc pour conséquence l’apparition de deux ou plusieurs nouvelles espèces distinctes.

 

a-  la spéciation allopatrique.

spéciation allopatrique : séparation d’une espèce en deux groupes distincts suite à un bouleversement écologique ou géographique, provoquant entre ces deux nouvelles populations :

- une nette diminution ou un arrêt de la reproduction et donc des échanges génétiques.  - l'accumulation progressive de différences.

 

b-     effet fondateur (E. MAYR).

effet fondateur : le fait qu’une petite population périphérique se sépare de la population mère (migration) et en diverge rapidement.

 

c- spéciation sympatrique.

spéciation sympatrique (T. DOBZHANSKY) : spéciation de deux ou plusieurs populations de la même espèce au sein d’une même niche écologique suite à des modifications biologiques (biochimiques, comportementales).

Exemple : L’insecte Aulacothuum solani (puceron)

 

 

 

IV-L’histoire du vivant

 

A-   

les grandes étapes de l’histoire du vivant.

 

 

1-      Les origines.

 

 ~15 Ga : naissance de l’univers (théorie du Big Bang).

4,6 Ga : formation du système solaire.

4,5 Ga : formation de la Terre.

3,5 Ga : premiers microfossiles.

 

2-      Les grandes étapes évolutives.

Radiation : diversification et prolifération d’espèces nouvelles à partir d’une espèce ancestrale. Celles-ci tendront à exploiter les diverses niches écologiques disponibles.

Extinction : disparition totale d’une espèce.

 

Echelle géologique et grandes étapes du vivant :

 

: Extinction de masse

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a-      Les ébauches.

 

b-     Les extinctions.

 


Extinction de masse : extinction simultanée de plusieurs espèces non apparentées.

 

3-      La diversité.


 

 


B-    Présentation d’un arbre du vivant.

 

1- But.

2- Méthode.

ARN ribosomique : Acide RiboNucléique contenu dans l’organite cellulaire servant à la traduction (le ribosome : cf. schéma cellule).

 

4-     

L’arbre :

 

5-      Le(s) progénote(s).

 

Progénote(s) : 1er(s) être(s) vivant(s) sur terre, ancêtre(s) commun(s) de toutes les espèces connues, actuelles et passées. On ne le connaît pas, il s’agit d’être(s) hypothétique(s). Il est autrement appelé LUCA (Last Universal Common Ancester).

 

CONCLUSION

 

Parler des organismes inférieurs ou supérieurs est une échelle de valeurs arbitraire qui a tendance à placer l’homme en bout de chaîne à ANTHROPOCENTRISME ! ! !

            On ne peut parler que de dates d’apparition. On ne peut pas dire qu’une espèce est inférieure à une autre, mais qu’une espèce est apparue avant une autre. A chaque époque, toutes les espèces adaptés à leur milieu.

            Une des méthodes actuelles de reconstruction phylogénétique : la cladistique, s’attache à ne faire que des généalogies et donc à mettre en évidence l’ordre d’apparition des espèces. Elle ne parle plus de classifications.

Fig. reptiles oiseaux : remise en cause des anciennes classifications.

 

BIBLIOGRAPHIE

 

DARWIN, Ch. (1980) : « L’origine des espèces ». Paris. Ed. Maspero. 2 Vol.

GALLIEN B. L., (1992) : « L’énigme des origines ». Collection Essentiel. Vigot.

GOULD S. J., (1991) : « Quand les poules auront des dents ». Ed. Le Seuil. Collection Point Sciences.

 (1986) : « Le pouce du panda ». Ed. Le Livre de Poche. Série Biblio.

 (1988) : « Le sourire du flamand rose ». Ed. Le Seuil.

JACOB F., (1981) : « Le jeu des possibles ». Ed. Le Livre de Poche Série Biblio.

JANVIER P., TASSY P., (1989) : « La recherche en paléontologie ». Ed. Le Seuil.

                          (recueil et commentaires d’articles parus dans la recherche.)

LORENZ, K., WALL, W. Van de (1960) : „Die Ausdrucksbewegungen der Sichelente, Anas falcata“. L. J. Ornith. 101. 50-60.

REMANE, A. (1952) : „Die Grundlagen des natürlischen Systems der vergleichenden Anatomie und der Phylogenetik”. Leipzig : Geest und Portig.

SCHEPS R. (1992) : „La mémoire de la terre“.(Receuil d‘entretiens). Ed. Le Seuil. Collection Point Sciences.

 

Pour La Science : „L‘évolution“. Hors-Série n°14. Janvier 1997.