SVT PARTIE II : GÉNÉTIQUE ET ÉVOLUTION. Par Hugo Curtillet

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1 SVT PARTIE II : GÉNÉTIQUE ET ÉVOLUTION Par

2 CHAPITRE 1: Les mécanismes à l'origine de la diversité des êtres vivants I - Diversication au sein d'une espèce au cours de la reproduction sexuée A) La méiose et la production des gamètes La méiose est la succession de deux divisions cellulaires précédée d'une seule phase de réplication de l'adn. Elle permet de produire 4 cellules haploïdes (les gamètes) à partir d'une cellule diploïde (les cellules souches de gamètes). La réduction du nombre de chromosome se produit lors de la 1 division de méiose. er schéma de la méiose Page 1

3 B) La fécondation et le rétablissement de la diploïdie La fécondation permet le passage de la phase haploïde à la phase diploïde. Elle correspond à la fusion d'un gamète mâle et d'un gamète femelle conduisant à la formation d'une cellule uf ou zygote. schéma de la fécondation C) Des brassages et des anomalies à l'origine de la diversité génétique diérents? 1) Comment la méiose et la fécondation permettent-elles d'aboutir à des individus La méiose et la fécondation sont deux phénomènes cellulaires à l'origine de la diversité des individus. Alors que la méiose permet un brassage génétique lors de la production des gamètes, la fécondation en réunissant aléatoirement les gamètes amplie ce brassage. Dans le cas du dihybridisme : La diversité des individus issus du croisement test (F1 double hétérozygote croisé avec un individus homozygote) est liée : Au brassage intra-chromosomique si obtention de quatre phénotypes dont deux majoritaires et deux minoritaires. Au brassage inter-chromosomique si obtention de quatre phénotypes équiprobables. La diversité des individus de la F2 par rapport à la F1 double hétérozygote pour deux gènes indépendants est liée à la méiose (brassage interchromosomique) et à la fécondation avec obtention de quatre phénotypes dans les proportions 9/16 3/16 3/16 1/16. Page 2

4 2) Des anomalies de la méiose à l'origine d'un caryotype modié ou anormale Schéma exemple de la trisomie Page 3

5 BILAN : Lors de la première division de méiose, des échanges de fragments de chromatides (crossingover ou enjambements) se produisent entre chromosomes homologues d'une même paire. De nouvelles combinaisons d'allèles apparaissent sur les chromatides remaniées : c'est le brassage inter-chromosomique. Les chromosomes homologues ainsi remaniés migrent chacun dans l'une des cellules lles de façon aléatoire : c'est le brassage intra-chromosomique à l'origine de combinaisons de chromosomes originales. Une diversité innie de gamètes est alors produite par la méiose. Lors de la fécondation, le caractère aléatoire de la rencontre entre gamètes conduit à une immense diversité génétique de zygotes : chacun contient une combinaison unique et nouvelle d'allèles. Seule une fraction de ces zygotes est viable et se développe. Des anomalies peuvent survenir au cours de la méiose : Un crossing-over inégal aboutit parfois à une duplication de gènes. Un mouvement anormal de chromosomes produit une cellule présentant un nombre inhabituel de chromosomes. Ces mécanismes, souvent sources de troubles (trisomie, monosomie, zydotes non viables) sont aussi parfois source de diversication du vivant (exemple : familles multigénique) II - D'autres mécanismes génétiques à l'origine de la diversication du vivant Au cours de l'évolution, le génome de nombreuses espèces s'est enrichi de gènes nouveaux provenant d'autres espèces. Ainsi, les transferts horizontaux de gènes entres espèces diérentes sont à l'origine de l'acquisition de caractères phénotypiques nouveaux (exemple de l'acquisition du placenta chez les mammifères). Les hybridations entre espèces diérentes suivies de polyploïdisation (multiplication du nombre de chromosomes homologues) entraînent aussi la modication des génomes et donc une certaine diversication. Voir schéma 2 p 44 Enn, s'agissant des gènes impliqués du développement, des formes vivantes variées peuvent résulter de diérences dans la chronologie (moment auquel s'exprime le gène) et l'intensité d'expression de ces gènes communs, plus que d'une diérence entre ces gènes. gène du développement : gène qui s'exprime dans des régions données de l'embryon pendant une période donnée et avec une certaine intensité. C'est l'expression de ces gènes qui est à l'origine de la mise en place du plan d'organisation. III - La diversication du vivant sans modication du génome A) Des associations bénéques : les symbioses Les organismes sont capables de s'associer de manière pérenne en tirant bénéce de l'association. Il s'agit de symbiose. Ces associations sont sources de diversité en conférant aux organismes de nouveaux caractères sans modier leur inrmation génétique. Page 4

6 B) Acquisition de comportements chez les vertébrés Chez les vertébrés, des comportements sont transmis de manière non génétique et sont aussi source de diversité. Ils ne sont ni innés, ni propres à l'espèce, ils s'acquièrent par un apprentissage auprès des congénères. BILAN DU CHAPITRE 1 : Le monde vivant se diversie en permanence et les processus sont très variés : Mutations à l'origine de nouveaux allèles. Duplications de gène, à l'origine d'un nouveau gène et éventuellement d'une nouvelle fonction (par mutation). Brassages génétiques lors de la méiose et de la fécondation, à l'origine de nouvelles combinaisons alléliques et de la diversité individuelle. Hybridation et polyploïdisation, fréquente chez les plantes, source de modication du génome et de phénotypes nouveaux. Modication dans l'expression de gènes du développement, engendrant, sans diérences génétiques, un nouveau plan d'organisation. Diversication grâce aux symbioses ou à la transmission culturelle de certains comportements. Page 5

7 CHAPITRE 2: Des processus évolutifs à l'origine de la diversité Les individus d'une même espèce peuvent former une population, c'est à dire un ensemble d'individus se reproduisant préférentiellement entre eux du fait de leur proximité géographique. Dans une population donnée, il existe une diversité des individus : celle-ci peut être liée aux diérences alléliques, phénotypique et/ou comportementale. I - Comment les populations évoluent-elles au cours du temps? A) Évolution orientée de populations par sélection naturelle Dans un environnement donné, la sélection naturelle retient les phénotypes les plus avantageux (la diversication de ces phénotypes étant au départ liée à des mutations aléatoires). Ainsi les individus les mieux adaptés à leur milieu ont plus de chance de survivre et donc de se reproduire. Ils transmettent alors plus facilement leurs allèles à leurs descendants. La fréquence de ces allèles augmentes alors dans la population. B) Évolution au hasard des populations par dérive génétique Les mécanismes de la reproduction sexuée (séparation aléatoire des allèles au cours de la méiose, rencontre aléatoire des gamètes lors de la fécondation) entraînent une variation au hasard de la fréquence des allèles au cours des générations successives : c'est la dérive génétique. Cette vacation est d'autant plus marquée pour des populations à petit eectif. Elle peut conduire à la diversication de certains allèles. Bilan : Sous l'eet de la pression du milieu, de la concurrence entre les êtres vivants et du hasard, la diversité génétique et phénotypique des populations changent de génération en génération. Ainsi, l'évolution des populations est leur transformation au cours du temps. II - De l'évolution de population à la spéciation A) L'histoire du concept d'espèce La dénition de l'espèce est délicate et peut reposer sur des critères variés permettant d'apprécier le caractère plus ou moins distinct de deux populations : Des critères phénotypiques : un individu fait partie d'une espèce donnée s'il ressemble au type de cette espèce. C'est la dénition typologique. Le critère d'inter-fécondité : des individus appartiennent à la même espèce s'ils peuvent se reproduire entre eux et engendrer une descendance fertile. C'est la dénition biologique. Le concept d'espèce s'est modié au cours de la biologie. Page 6

8 B) L'isolement génétiques à l'origine de nouvelles espèces La spéciation est la formation d'une nouvelle espèce. Elle résulte de l'isolement géographique ou comportemental de deux populations issues d'une même espèce qui subissent alors une évolution diérente par dérive génétique et/ou sélection naturelle. Quand les diérences accumulées empêchent la reproduction (isolement reproductif), c'est populations ne peuvent plus échanger d'allèles entres elle (isolement génétique) et forment alors des espèces diérentes. Ainsi une espèce peut être considérée comme une population d'individus susamment isolée génétiquement des autre populations. Une espèce n'existe que pendant un certain temps : les espèces apparaissent (spéciation) et disparaissent (instinction). Une espèce disparaît si tout les individus qui la constitue meurent ou si son isolement génétique cesse (naissance d'hybride fertile). Page 7

9 CHAPITRE 3: Porter un regard évolutif sur notre histoire Comment placer l'homme au sein des primates et mettre en évidence ses propres évolutions? I - L'homme, un primate parmi d'autre Les premiers primates fossiles datent de -65 à -50 Ma. Ils sont variés et ne sont identiques ni à l'homme actuel, ni aux grand singes actuels. La diversité des grands primates, connue par les fossiles, a été grande par le passé mais est aujourd'hui réduite tant au niveau du nombre d'espèces que de leur eectif du fait de la réduction de leur habitat à cause de la déforestation et des changements climatiques. L'histoire évolutive de l'homme s'inscrit dans celle des primates qui forment un groupe de mammifères ayant des caractères dérivés qui leur sont propres (pouces opposables, ongles,...) Le partage du caractère dérivé "absence de queue" forme le groupe des grands primates, aussi appelé hominoïde. Parmi les grands, les chimpanzés sont les plus proches parents de l'homme, leurs génomes sont très proches. Ils partagent un ancêtre commun récent ( 6 Ma) qui devait posséder des caractères communs aux deux espèces sans ressembler à aucune d'entre elles, chacunes d'elles ayant suivi une évolution diérente. Les données sur les fossiles étant limitées, aucun ne peut être considéré comme l'ancêtre commun du chimpanzé et de l'homme. II - Des mécanismes expliquant les diérences phénotypiques entre l'homme et le chimpanzé Le phénotype humain et celui du chimpanzé s'acquièrent au cours du développement pré et postnatal sous l'eet de l'intéraction entre l'expression de l'information génétique et l'environnement. Même si certains gènes présentent des variations entre les deux espèces, c'est surtout la chronologie et le niveau d'expression des gènes du développement qui dièrent et qui expliquent en grande partie les diérences phénotypiques entre les deux espèces. Ainsi les phases embryonnaires et juvéniles sont plus longues chez l'homme entrainant une multiplication neurale plus importante et une croissance du crâne ralentie (pas d'étirement vers l'arrière et un trou occipital qui reste centré). Mais certains caractères ne sont pas uniquement liés à l'expression des gènes ; ainsi le langage dépend de la relation avec les autres individus, la taille de l'alimentation et l'utilisation d'outils d'un savoir transmis de génération en génération. III - La dénition et l'histoire du genre humain Le genre homo regroupe l'homme actuel (homo sapiens sapiens), et d'autres espèces comme homo habilis, homo érectus, homo sapiens néandertalensis. Il se caractérise par : - Une face réduite, redressement de la face avec un prognathisme réduit ou absent. - Un volume crânien de plus en plus important. Page 8

10 - Un dimorphisme sexuel peu marqué sur le squelette. - Une bipédie permanante avec aptitude à la course permise par : - Un trou occipitale en position centrale. - Un bassin cour et évasé. - Des membres supérieurs plus cours que les membres inférieurs. - Des fémurs obliques. - Une voute plantaire. La production d'outils complexes et la variété des pratiques culturelles sont associés au genre homo mais pas de façon exclusive. La construction précise de l'arbre phylogénique est controversée dans le détail, faute de pouvoir rattacher certains fossiles à une espèce donnée. (squelette incomplet, caractères morphologiques ambigus). Page 9

11 CHAPITRE 4: Porter un regard évolutif sur notre environnement : adaptation des plantes à la vie fixée Comment l'organisation des plantes à eur constitue-t-elle une adaptation à leur vie xé à l'interface sol / atmosphère. I - Des adaptations aux échanges Au cours de l'évolution, les plantes ont développé des caractéristiques propres à leur vie xée à l'interface sol / air. Elles possèdent ainsi des surfaces d'échanges de grandes dimensions : - Une grande surface foliaire permettant les échanges de gaz avec l'atmosphère (au niveau des stomates) et la capture de lumière. - Une grande surface racinaire augmentée par des ramication et pour la multitude de poils absorbants à la surface des racines qui permettent les échanges d'eau et d'ions avec le sol. Des systèmes conducteurs permettent la circulation de matières entre systèmes aérien et souterrain : - Le xylème pour la circulation de la sève brute (eau et ions) des racines jusqu'aux feuilles où se fait la photosynthèse. - Le phloème pour la circulation de la sève élaborée permettant la distribution des produits de la photosynthèse à l'ensemble de la plante. II - Des adaptations contre les agressions et les variations du milieu Incapable de fuir, les plantes ont développé au cours de l'évolution des structures et des mécanismes de défense contre les prédateur (épines, toxines, relation d'entraide), la sécheresse (poils, protection des stomates, cuticule) les variations saisonnières (persistance d'organes uniquement souterrains pendant la mauvaise saison, perte des feuilles et entrée en vie ralentie). III - Des adaptations à la reproduction L'organisation orale et le fonctionnement de la eur permettent le rapprochement des gamètes entres plantes xées. Ainsi la pollinisation croisée (qui favorise le brassage génétique de l'espèce) implique la production et le transport par le vent ou les insectes en général de pollen contenant le gamète mâle jusqu'au pistil d'une autre eur contenant le gamètes femelles. La pollinisation de nombreuses plantes repose sur une collaboration animal pollinisateur - plante qui est le produit d'une coévolution. À l'issue de la fécondation, la eur se transforme en fruit, les ovules en graines. La dispersion des graines des nécessaire à la survie de la descendance, elle repose souvent sur une collaboration animal disséminateur - plante qui est aussi le produit d'une coévolution. IV - Le contrôle génétique du développement oral La mise en place des pièces orales (sépales, pétale, étamine et pistil) est contrôlé par des gènes du développement qui s'expriment seul ou de façon combinée dans une région donnée de l'ébauche orale. La mutation d'un de ces gènes entraîne la formation d'une eur anormale avec le remplacement d'un ferticile. Page 10