Observer l'évolution aujourd'hui

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Auteurs: Bruno Chanet, Sophie Mouge (Enseignants SVT) et Hervé Tostivint (Professeur, MNHN)

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L’observation des faits d’évolution ne s’impose pas d’elle-même : il faut prendre garde à ne pas confondre les observations brutes, visibles par tous, avec l’explication que les scientifiques en donnent grâce à la théorie. C’est ici que le travail didactique de l’enseignant prend tout son sens.

L’évolution biologique est un processus difficile à percevoir car les changements auxquels elle conduit se manifestent en général très lentement. Ceux-ci prennent donc toute leur ampleur sur des périodes de temps dépassant largement les échelles habituelles de l’observation humaine. Cette difficulté est certainement la source majeure du scepticisme qui s’exprime à son égard. Pour autant, affirmer que l’évolution n’est pas observable est une attitude qui n’est plus défendable aujourd’hui.

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Voir les effets de la sélection naturelle sur les gènes
Voir les effets de la sélection naturelle sur la forme des organismes
Voir de nouvelles espèces apparaître
Voir les effets de la dérive sur les gènes


Voir les effets de la sélection naturelle sur les gènes

Les lapins font de la résistance

flèche Données factuelles :

En 1859, 6 lapins d’Europe furent introduits en Australie. En 1900, des centaines de millions de lapins dévastaient les prairies australiennes. Pour les combattre, le virus de la myxomatose du lapin américain fut introduit en 1950 en Australie. A la première épidémie, 99.8% des lapins mouraient, à la seconde 90%, à la troisième entre 40 et 60%. Actuellement, le virus de la myxomatose a un effet modéré sur les lapins d'Australie. Il n’est plus un moyen efficace de contrôle des populations.

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flèche Explication scientifique :

Lors de la première épidémie, les lapins ayant survécu étaient capables de résister au virus. Ils se sont reproduits et ont transmis à leurs descendants l’aptitude à résister au virus de la myxomatose. En voulant éradiquer les lapins, on a en fait sélectionné les individus résistants, de sorte qu’actuellement, le virus de la myxomatose n’a quasiment plus d’effets sur les populations de lapins australiens : elles ont évolué vers une résistance à ce virus.

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Les moustiques font de la résistance

L’évolution biologique se définit comme le processus conduisant à l’acquisition par les êtres vivants de caractéristiques nouvelles, génétiquement déterminées. Les mutations ne représentent pas, à elles seules, ce processus même si elles en sont une composante majeure. En effet, les mutations affectent d’abord les individus, alors que c’est à l’échelle des populations que se mesure l’évolution. Les mutations ne sont à la base de traits nouveaux, caractéristiques de l’espèce, que si elles sont capables de se propager en son sein. Leurs effets se conjuguent alors avec d’autres mécanismes, comme par exemple la sélection naturelle, révélée initialement par Darwin.
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Les tentatives d’éradication des moustiques, partout où elles ont été menées, et quels que soient les produits utilisés, ont conduit à la multiplication de formes résistantes, et cela en quelques années seulement. Les études ont clairement montré que les individus d’une population ne deviennent pas résistants en « s’habituant » chacun individuellement au contact du pesticide. La résistance, qui préexiste à la présence du pesticide, n’est à l’origine le fait que de quelques individus au sein de la population qui émergent spontanément par mutation. En cas d’exposition au pesticide, ceux-ci se reproduisent plus efficacement que les autres (voire sont les seuls à pouvoir continuer à le faire). C’est à cette occasion qu’ils transmettent leur capacité de résistance à leurs descendants et qu’ils deviennent prépondérants dans la population. Ainsi, le pesticide ne crée pas les individus résistants, il les sélectionne.

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Les techniques actuelles de la génétique permettent de caractériser les gènes responsables de ces résistances. Elles sont précieuses dans la mesure où elles permettent de mieux en comprendre les bases moléculaires. Dans le cas de la résistance des moustiques aux organophosphorés, très commune dans le midi de la France, les études ont révélé l’implication de gènes très différents les uns des autres, et pour ces différents gènes, des mutations de types également différents :

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moustique__ mutations
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Cet exemple montre bien comment l’évolution « se nourrit » de la variation préexistante au sein d’une population et comment, sous l’action de la sélection naturelle, elle « peut » en tirer parti différemment selon les circonstances.

Ce sont les mêmes mécanismes qui opèrent lors de la résistance des célèbres staphylocoques dorés, causes de tant de maladies nosocomiales, aux antibiotiques.


Voir les effets de la sélection naturelle sur la forme des organismes

Les moustiques ou les lapins résistants ne diffèrent pas morphologiquement des autres membres sensibles. Or l’évolution est avant tout perçue comme un processus capable d’engendrer de la diversité morphologique.

flèche Données factuelles : 

régime alimantaire

En 1971, des chercheurs ont introduit quelques couples de Podarcis simula (Lézards) sur un petit îlot situé au large de la Croatie où cette espèce n’était pas présente. Malheureusement, peu de temps après, suite à des problèmes de financement, l’expérience a dû être interrompue et les lézards sont restés livrés à eux-mêmes dans leur nouvel environnement. Lorsqu’en 2004, une nouvelle mission a été organisée sur place, les chercheurs ont constaté que l’effectif de l’espèce introduite s’était très fortement accru, atteignant plus d’un millier d’individus. Mais leur découverte la plus inattendue est venue de l’examen approfondi des animaux: ceux-ci présentaient en effet de nombreuses différences par rapport à leur état initial, tant sur le plan morphologique et anatomique (en particulier au niveau du tube digestif avec l’apparition d’un nouvel organe : des valves caecales délimitant des poches où les fermentations digestives se réalisent) que comportemental (avec un changement radical de régime alimentaire : figure ci-dessous).

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flèche Explication scientifique :

Cet exemple illustre de façon saisissante tout le potentiel de variation dont peut disposer une espèce et comment, en seulement un peu plus de 30 ans (soit autant de générations), il peut s’exprimer par des transformations majeures en réponse à une modification de l’environnement et aux nouvelles contraintes qu’elle engendre (en l’occurrence ici, un espace plus restreint et la nécessité d’exploiter de nouvelles ressources alimentaires). Bien que l’origine génétique de ces transformations ne soit pas encore formellement démontrée, celle-ci est très probable car les modifications anatomiques s’observent dès l’éclosion des lézards, donc avant même qu’ils ne soient confrontés au problème de recherche de nourriture.

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lézard

Podarcis sicula est un lézard vivant sur les bords de la mer Adriatique


Voir de nouvelles espèces apparaître

La spéciation, c’est-à-dire la formation d’espèces nouvelles, est l’une des manifestations majeures de l’évolution. Le mécanisme de spéciation le mieux compris aujourd’hui est la spéciation allopatrique. Longtemps, on a affirmé qu’un tel scénario exigeait au minimum des milliers d’années avant d’aboutir à l’isolement reproductif des différentes populations et leur individualisation définitive en espèces nouvelles. Des cas de spéciation rapide conformes à ce mécanisme ont pourtant été observés. 

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Cas du moustique du métro londonien

flèche Données brutes :

culex pipiens

Culex pipiens © Alvesgaspar

En Egypte, Israël, Espagne et France, Culex pipiens molestus est un variant de l’espèce Culex pipiens pipiens ; tous deux sont interfertiles et sont tellement mélangés qu’il est difficile de les différencier. 




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Ils présentent néanmoins un certain nombre de caractéristiques différentes :

Culex pipiens molestus Culex pipiens pipiens
Ils piquent surtout les mammifères (comme l’homme ou le rat) Ils piquent préférentiellement les oiseaux
Leur cycle ne présente pas de période de vie ralentie Leur cycle présente de période de vie ralentie durant la période hivernale
La copulation a lieu dans des espaces fermés La copulation a lieu dans des espaces ouverts
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Actuellement vivent dans les tunnels du métro de Londres des moustiques de la forme molestus.

Culex pipiensCes deux types de moustiques forment deux espèces différentes car quand on tente de les croiser avec des moustiques de la surface, ils ne sont plus capables de produire la moindre descendance.

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flèche Explication scientifique :

Comme la construction du métro de Londres a débuté en 1863, il ne fait aucun doute que l’espèce qui lui est désormais inféodée n’a pu s’individualiser qu’après cette date. La forme molestus a trouvé un milieu dont la température est chaude et stable toute l’année, où les flaques d’eau et la nourriture ne manquent pas… Il y a donc eu spéciation visible à l’échelle humaine.

La divergence génétique accrue est due au fait qu’il s’est produit une accélération de l’évolution génétique des moustiques souterrains.

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Métro Londres
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Il est d’ailleurs intéressant de constater que, d’une ligne de métro à l’autre, les populations de moustique présentent également des traits distinctifs, ce qui suggère qu’un fractionnement de cette nouvelle espèce est actuellement en cours sur les lignes Victoria, Bakerloo et Central !

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Cas des pinsons des Galápagos

flèche Observation brute

Les époux P. et R. Grant étudient depuis 1973 les populations de pinsons des Galápagos dans leur milieu naturel. Suite à un épisode de sécheresse sur l'île Daphne Major, ils observèrent une augmentation de la taille du bec chez les pinsons (Geospiza magnirostris)

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flèche Explication scientifique

Les animaux à large bec étaient plus capables de se nourrir des graines enveloppées dans une coquille très résistante qui avaient elles-mêmes mieux survécu à la sécheresse. Il y a mise en évidence expérimentale de l’influence des conditions environnementales sur l’évolution d’une population dans le milieu naturel. Les époux Grant ont mis en évidence l’action de la sélection naturelle sur ces espèces de pinsons, en réponse à des changements environnementaux.

Même s'il est l'un des plus célèbres, le cas de la spéciation des pinsons est loin d'être unique, on retrouve par exemple ce phénomène chez une autre famille d'oiseaux : les Vangidae de Madagascar.

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Voir les effets de la dérive sur les gènes

Des souris à Madère

  • Observation brute 1 : Sur l’île de Madère, les souris (Mus musculus) ont été apportées par l’homme. L'analyse phylogénétique de leur ADN mitochondrial montre qu'elles sont monophylétiques et apparentées aux souris portugaises. Toutefois, on trouve parmi ces gènes des allèles provenant d'Europe du Nord. 

=> Explication scientifique 1Les scientifiques émettent donc l'hypothèse d'une double colonisation, une première de l'île par les Vikings au IXième siècle, puis par les navigateurs portugais il y a 500 ans.

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  • Observation brute 2D'autre part, alors que les souris domestiques du continent ont 40 chromosomes, les souris de Madère n'en ont qu'entre 22 et 30.     

=> Explication scientifique 2Il n'y a pas moins de matériel génétique, mais celui-ci s'est "regroupé" suite à des fusions entre chromosomes. Six groupes de souris possèdent ainsi leurs propres réarrangements chromosomiques. L'hybridation entre ces groupes donnent naissances à des hybrides stériles. Nous avons donc aujourd'hui six espèces apparues récemment et inconnues ailleurs. Elles sont séparées non seulement par des remaniements chromosomiques mais également par des montagnes, car l'île de Madère présente d'importants reliefs. Cette topologie a certainement contribué à isoler très tôt les populations entre elles. En raison de la faible taille des effectifs, des variants chromosomiques ont pu être stabilisés rapidement par dérive génétique. Les six espèces se sont établies en 2000 générations (si les souris proviennent du Portugal) ou en 4000 générations (si elles proviennent d'Europe du Nord puis ensuite du Portugal). On parle ainsi de "radiation" des souris de Madère, mais c'est une radiation non adaptative, c'est-à-dire apparue par dérive génétique et non par sélection naturelle.

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Conclusion

Tous ces exemples mettent en évidence des sélections de populations d’individus et parfois même des spéciations au cours du temps. La théorie de l’évolution permet de les expliquer grâce aux mécanismes de la sélection naturelle et/ou de la dérive génétique.

La sélection naturelle ou la dérive génétique ne sont donc pas des faits directement observables : seuls leurs effets peuvent être observés : la mort des individus ou l’adaptation des populations à de nouvelles conditions environnementales allant jusqu’à d’éventuelles spéciations.
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Pour en savoir plus :

  • "L'évolution observable" de Hervé Tostivint (article extrait de "L'évolution en marche" n°1 de la série Biodiversité du journal DocSciences, édité par le CRDP de Versailles)

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Vous pouvez télécharger l'article ici : L'évolution observable

Last modified: Friday, 25 May 2018, 12:26 PM