Quels sont les mécanismes à l'origine de la biodiversité et donc de la diversification des êtres vivants?

Transcription

1 Quels sont les mécanismes à l'origine de la biodiversité et donc de la diversification des êtres vivants?

2 PARTIE 2 : GENETIQUE ET EVOLUTION I. La diversification génétique par apport d'un génome complet : hybridation, puis polyploïdisation (d'après

3 Origines de l'état polyploïde 1. Anomalie de mitose Mitose normale Mitose anormale

4 Origines de l'état polyploïde : 1. Anomalie de mitose après hybridation entre deux gamètes d'espèces différentes Hybride issu de la fécondation entre un gamète de A à 2 chromosomes avec un gamète de B à 3 chromosomes. (

5 Origines de l'état polyploïde : 1. Anomalie de mitose après hybridation entre deux gamètes d'espèces différentes ( Erreur de mitose : formation d'une cellule diploïde «normale»

6 Origines de l'état polyploïde : 2. Fécondation entre deux gamètes diploïdes anormaux

7 Effets possibles de l'état polyploïde sur le phénotype :

8

9 II. La diversification génétique par transfert horizontal de gènes TS SVT, édition Bordas

10 II. La diversification génétique par transfert horizontal de gènes TS SVT, édition Belin 2012

11 II. La diversification génétique par transfert horizontal de gènes Pourquoi les Japonais digèrent facilement les sushis?

12 2 cas de diversification génétique avec transfert complet ou partiel du génome diversification phénotypique des êtres vivants

13 III. La diversification liée à des différences d'expression de certains gènes

14 III. La diversification liée à des différences d'expression de certains gènes

15 Espèce A Gènes homéotiques communs Espèce B Conditions différentes d'expression du génome : chronologie, zone, intensité diversification phénotypique des êtres vivants

16 IV. Des apprentissages à l'origine d'une diversification des êtres vivants L'acquisition du chant chez les moineaux à couronne blanche (SVT TS, édition Belin 2012)

17 IV. Des apprentissages à l'origine d'une diversification des êtres vivants L'apprentissage chez les macaques japonais

18 Espèce A Apprentissage d'un nouveau comportement Population Population A1 A2 diversification phénotypique des êtres vivants

19 V. Des associations d'organismes à l'origine d'une diversification des êtres vivants Exemple des lichens Lichens en vue macroscopique Lichens en vue microscopique Cellule chlorophyllienne avec chloroplastes (algues) Hyphes : filaments mycéliens (champignons)

20 V. Des associations d'organismes à l'origine d'une diversification des êtres vivants Exemple des lichens : schéma de la structure

21 V. Des associations d'organismes à l'origine d'une diversification des êtres vivants Cellules de nodosités d'une racine de légumineuse avec des bactéries du genre Rhozobium (points noirs visibles dans le cytoplasme)

22 V. Des associations d'organismes à l'origine d'une diversification des êtres vivants TS SVT, édition Nathan 2012

23 V. Des associations d'organismes à l'origine d'une diversification des êtres vivants

24 V. Des associations d'organismes à l'origine d'une diversification des êtres vivants Une association étonnante : salamandre et algue! Salamandre ponctuée (Amblystoma maculatum) Algue (A) encapsulée dans une cellule musculaire de la salamandre Mi = mitochondries de la cellule musculaire, My = myofibrilles musculaires, V =vacuoles, G = chloroplaste, S = grains d'amidon. Barre d'échelle = 2 μm

25 Espèce A Espèce B Symbiose : association de caractéristiques des espèces A et B diversification phénotypique des êtres vivants

26 Chapitre 3 : L'évolution de la biodiversité

27 Chapitre 3 : L'évolution de la biodiversité I. Espèce et population, de quoi parle-t-on? A. Une population : un ensemble d'individus proches au sein d'une même espèce Chaque individu est représenté par un carré coloré, les 3 bandes représentant 3 allèles portés par l'individu. Les individus constituant les populations P1, P2 et P3 appartiennent à la même espèce. Ils occupent des territoires géographiques distincts. Chaque population se caractérise par un assortiment particulier d'allèles (bandes colorées)

28 Chapitre 3 : L'évolution de la biodiversité I. Espèce et population, de quoi parle-t-on? B. Une espèce. un concept difficile à définir " Je viens juste de comparer entre elles des définitions de l espèce [ ], il est vraiment comique de voir à quel point peuvent être diverses les idées qu ont en tête les naturalistes lorsqu ils parlent de l espèce ; chez certains, la ressemblance est tout, et la descendance de parents communs compte pour peu de choses ; chez d autres, la ressemblance ne compte pratiquement pour rien, et la création est l idée dominante ; pour d autres encore, la descendance est la notion-clé ; chez certains, la stérilité est un test infaillible, tandis que chez d autres, cela ne vaut pas un sou. Tout cela vient, je suppose, de ce que l on essaie de définir l indéfinissable " Darwin (24 décembre 1856 ; lettre à Hooker)

29 Chapitre 3 : L'évolution de la biodiversité I. Espèce et population, de quoi parle-t-on? B. Une espèce. un concept difficile à définir 1. définition morphologique : basée sur des critères de ressemblance : 2 individus se ressemblant appartiennent à la même espèce Problème : 2 individus qui se ressemblent peuvent appartenir à 2 espèces différentes! 2. définition biologique : basée sur des critères d'interfécondité : seuls les individus d'une même espèce peuvent se reproduire entre eux Problème : critère non vérifiable avec les fossiles; les bactéries et plusieurs espèces peuvent s'hybrider!

30 Chapitre 3 : L'évolution de la biodiversité II. L'évolution des populations A. L'évolution des populations soumises à la sélection naturelle Simulation avec le logiciel «Evolution allélique» Situation de l'évolution d'un couple d'allèle (A, a) avec l'allèle A, dominant, procurant un avantage sélectif ; les individus de génotype (A//A) et (A//a) sont donc favorisés dans l'environnement alors que les individus de génotype (a//a) sont défavorisés. Augmentation de la fréquence de l'allèle A

31 Chapitre 3 : L'évolution de la biodiversité II. L'évolution des populations A. L'évolution des populations soumises à la sélection naturelle Exemple 1 : la phalène du bouleau Chronologie des événements majeurs dans l'évolution des populations de phalène du bouleau 1 2 Evolution de la fréquence allélique au cours de la période de désindustrialisation (1950/2000) 3 Carbonaria : allèle responsable de la couleur noire de la phalène Typica : allèle responsable de la couleur blanche de la phalène. 5 4 La sélection naturelle s'applique à l'étape 3, favorisant les papillons noirs, puis à l'étape 5, favorisant les papillons blancs. Attention : la mutation apparue à l'étape 2 est un phénomène aléatoire et totalement indépendant des conditions du milieu (ex : industrialisation)

32 Chapitre 3 : L'évolution de la biodiversité II. L'évolution des populations A. L'évolution des populations soumises à la sélection naturelle Exemple 2 : les Pinsons de Galapagos Peter et Rosemary Grant ont suivi l'évolution sur trente ans des populations de pinsons sur l'île de Daphne Major (appartenant aux Galapagos). La fin des années 1970 a été marquée par une sécheresse importante sur cette île, qui a coïncidé avec une sélection très forte chez l'espèce Geospiza fortis, favorisant les individus à gros bec. En effet, en période de sécheresse, les petites graines sont devenues très rares mais les grosses graines restent abondantes. La population de G. fortis à petit bec incapables de se nourrir de grosses graines va fortement se réduire alors que les individus à gros bec, capables de se nourrir des deux types de graines, vont pouvoir continuer à se nourrir et donc à proliférer. L'épisode de sécheresse a déplacé l'équilibre de la population vers les individus à gros bec. Un autre événement de sécheresse sur l'île de Daphne Major a entraîné en 2004 une contre-sélection, c'est-à-dire une réduction significative des individus de G. fortis à gros bec, représentant une situation exactement contraire à celle des années 1970 (voir ci-contre). Ce phénomène s'explique par la colonisation de l'île en 1983 par une autre espèce de pinsons dont les individus sont plus imposants et présentent un bec plus gros que ceux de G. fortis : l'espèce G. magnirostris. Chez cette dernière, l'alimentation consiste quasi-uniquement en la consommation de graines de grosse taille. En période de sécheresse, la pénurie en graines induit une compétition directe pour les graines de grande taille entre les individus G. fortis à gros bec et les pinsons de l'espèce G. magnirostris. Cette compétition se fait au détriment des oiseaux de l'espèce la plus petite et entraîne donc une importante mortalité chez ceux-ci. G. fortis à gros bec G. fortis à petit bec Situation de 2004 Sécheresse + présence de G. magnirostris peu de graines forte compétition exercée par G. magnirostris Effet de la sélection naturelle : Réduction de la population de G. fortis à gros bec

33 Chapitre 3 : L'évolution de la biodiversité II. L'évolution des populations B. L'évolution des populations soumises à la dérive génétique Simulation avec le logiciel «Evolution allélique» Situation de l'évolution d'un couple d'allèle (A, a) dont aucun ne procure un avantage sélectif. 1 2 Évolution aléatoire de la fréquence des allèles : certains vont devenir de plus en plus fréquents, d'autres vont disparaître.

34 Chapitre 3 : L'évolution de la biodiversité II. L'évolution des populations B. L'évolution des populations soumises à la dérive génétique Répartition mondiale des groupes sanguins 1

35 Chapitre 3 : L'évolution de la biodiversité II. L'évolution des populations B. L'évolution des populations soumises à la dérive génétique

36 Chapitre 3 : L'évolution de la biodiversité III. L'évolution des espèces Spéciation : formation d'une nouvelle espèce par la mise en place d'un isolement reproducteur Isolement reproducteur dans le cas d'un isolement géographique (spéciation allopatrique)

37 Chapitre 3 : L'évolution de la biodiversité III. L'évolution des espèces Spéciation en cours (?) chez la Processionnaire du Pin Isolement reproducteur sans isolement géographique (spéciation sympatrique) Source :

38 Chapitre 3 : L'évolution de la biodiversité III. L'évolution des espèces Spéciation en cours (?) chez la Processionnaire du Pin Source :

39 Chapitre 3 : L'évolution de la biodiversité III. L'évolution des espèces Spéciation en cours (?) chez la Processionnaire du Pin Source :

40 Chapitre 3 : L'évolution de la biodiversité III. L'évolution des espèces Les grandes périodes d'extinction dans l'histoire de la Terre Une compétition entre espèces pouvant conduire à une extinction

41 Chapitre 3 : L'évolution de la biodiversité III. L'évolution des espèces Extinction et rôle de l'homme Exemple du Dodo La durée de vie d une espèce avant disparition est de l ordre de 10 millions d années. Sous l'action de l'homme, une espèce disparaît tous les trois ans. Ce taux d extinction est plusieurs centaines de fois supérieur au taux d extinction naturelle. Les actions responsables des extinctions sont les prélèvements de plantes, la chasse, la pêche, la destruction des habitats et les introductions d'espèces. Une hybridation entre espèces pouvant conduire à une extinction Exemple du pizzly, hybride fertile issu du croisement entre un grizzly et un ours blanc S'ils sont fertiles, ces croisements risquent (...) de donner naissance à des animaux moins adaptés à leur environnement. Particulièrement bien protégé du froid grâce à sa fourrure doublée d'une épaisse couche de graisse, l'ours blanc, une fois mâtiné de grizzly, pourrait se révéler nettement moins apte à supporter les rudes conditions du Grand Nord. Et certains de ces "pizzly", observés dans un zoo allemand, ont montré qu'ils avaient la même aptitude à chasser le phoque que l'ours polaire, mais pas ses capacités de nageur hors pair." "L'hybridation n'est pas forcément une mauvaise chose, et peut constituer une importante source de renouvellement biologique. Mais si elle est provoquée par les activités humaines, elle se produit vite et risque de réduire la diversité des gènes et des espèces", estiment les chercheurs américains, pour qui il est urgent de mettre en oeuvre le suivi génétique des animaux de l'arctique. "Il faudra étudier le comportement des nouveaux hybrides, les suivre sur plusieurs générations, vérifier s'ils gardent leur vigueur biologique et s'ils se reproduisent entre eux", renchérit Franck Cézill ressourcepedagogique/