Évolution et Biodiversité : Cours Complet
Seconde & Terminale spécialité SVT — Sélection naturelle, dérive génétique, spéciation, phylogénie et histoire de la vie
8. La spéciation
2. L'origine de la diversité génétique
9. La phylogénie
3. La sélection naturelle
10. Les grandes crises biologiques
4. La dérive génétique
11. Évolution humaine (aperçu)
5. Sélection vs dérive : comparaison
12. Exercices types bac
6. Les preuves de l'évolution
13. Questions fréquentes
7. Datation et fossiles
Les 3 échelles de la biodiversité
| Échelle | Définition | Exemple |
|---|---|---|
| Génétique | Diversité des allèles au sein d'une espèce | Polymorphisme du groupe sanguin ABO chez l'humain |
| Spécifique | Diversité des espèces dans un milieu | ~8,7 millions d'espèces estimées sur Terre |
| Écosystémique | Diversité des écosystèmes sur la planète | Forêt tropicale, récif corallien, toundra, mangrove |
L'origine de la diversité génétique
| Mécanisme | Effet | Quand ? |
|---|---|---|
| Mutations | Création de nouveaux allèles | Réplication ADN (aléatoire) |
| Brassage intrachromosomique | Nouvelles combinaisons d'allèles sur un chromosome | Crossing-over (prophase I méiose) |
| Brassage interchromosomique | Nouvelles combinaisons de chromosomes | Anaphase I méiose (2ⁿ possibilités) |
| Fécondation aléatoire | Combinaison unique de 2 gamètes | Union des gamètes |
La sélection naturelle
Dans un environnement donné, les individus portant des allèles avantageux ont une meilleure survie et une meilleure reproduction (fitness). Ils transmettent davantage ces allèles à la génération suivante. Au fil des générations, la fréquence de ces allèles augmente dans la population.
1. Variation : les individus diffèrent (diversité génétique)
2. Hérédité : les caractères sont transmissibles
3. Avantage sélectif : certains variants sont mieux adaptés
Avant l'industrialisation : les phalènes claires sont camouflées sur les troncs clairs → favorisées. Les sombres sont repérées → défavorisées.
Pendant l'industrialisation : la suie noircit les troncs → les phalènes sombres deviennent camouflées → leur fréquence augmente de 2% à 95% en quelques décennies.
Après dépollution : les troncs redeviennent clairs → retour des phalènes claires.
Population bactérienne avec quelques individus portant un allèle de résistance (mutation préexistante). Antibiotique → tue les bactéries sensibles, les résistantes survivent et se reproduisent. Après quelques générations, la population est majoritairement résistante. La sélection n'a pas « créé » la résistance : elle a trié les variants existants.
La dérive génétique
La dérive génétique est la variation aléatoire (non liée à la sélection) des fréquences alléliques d'une génération à l'autre, due à l'échantillonnage aléatoire des gamètes lors de la reproduction.
Un petit groupe colonise une île. Par hasard, ce groupe ne porte pas certains allèles présents dans la population d'origine. La population de l'île aura une diversité génétique réduite et des fréquences alléliques différentes de la population source.
Une catastrophe réduit drastiquement une population. Les survivants (échantillon aléatoire) ne représentent pas la diversité génétique initiale. Exemple : les guépards ont une diversité génétique très faible, probablement due à un goulot d'étranglement il y a ~10 000 ans.
Sélection vs dérive : comparaison
| Critère | Sélection naturelle | Dérive génétique |
|---|---|---|
| Nature | Déterministe (triée par l'environnement) | Aléatoire (hasard de la reproduction) |
| Cause | Avantage/désavantage sélectif d'un allèle | Échantillonnage aléatoire des gamètes |
| Effet sur les fréquences | Augmente les allèles avantageux | Fluctuations imprévisibles, fixation ou perte |
| Taille de population | Agit dans toute population | D'autant plus forte que la population est petite |
| Résultat | Adaptation au milieu | Diversification aléatoire |
| Prédictibilité | Tendance prévisible | Imprévisible |
Les preuves de l'évolution
| Type de preuve | Principe | Exemple |
|---|---|---|
| Fossiles | Trace d'organismes anciens dans les roches | Formes de transition (Archaeopteryx : dinosaure à plumes) |
| Anatomie comparée | Organes homologues = même plan d'organisation | Bras humain, aile d'oiseau, nageoire de baleine (même os) |
| Embryologie | Stades embryonnaires similaires | Vertébrés : queues et fentes pharyngiennes chez l'embryon |
| Biologie moléculaire | ADN, protéines, code génétique universels | 98,8% d'ADN commun humain-chimpanzé |
| Biogéographie | Répartition des espèces liée à l'histoire géologique | Faune unique des îles (Darwin, Galápagos) |
| Sélection observée | Évolution en temps réel | Résistance bactérienne, phalène du bouleau |
Datation et fossiles
| Méthode | Principe | Portée |
|---|---|---|
| Datation relative | Superposition des couches (la plus ancienne en bas), recoupement, fossiles stratigraphiques | Chronologie sans âge absolu |
| Datation absolue (radiochronologie) | Désintégration d'isotopes radioactifs (¹⁴C, ⁴⁰K/⁴⁰Ar, ²³⁸U/²⁰⁶Pb) | Âge en années |
| Isotope | Demi-vie | Usage |
|---|---|---|
| ¹⁴C (carbone 14) | 5 730 ans | Matière organique récente (<50 000 ans) |
| ⁴⁰K/⁴⁰Ar | 1,25 milliard d'années | Roches volcaniques (>100 000 ans) |
| ²³⁸U/²⁰⁶Pb | 4,47 milliards d'années | Roches très anciennes, âge de la Terre |
La spéciation
Ensemble d'individus capables de se reproduire entre eux et de produire une descendance fertile, isolés reproductivement des autres groupes.
1. Une barrière géographique sépare une population (montagne, fleuve, île).
2. Les deux sous-populations évoluent indépendamment (mutations, sélection, dérive différentes).
3. Au bout d'un temps suffisant, les différences génétiques sont telles que les individus ne peuvent plus se reproduire entre eux → 2 espèces distinctes.
Un ancêtre commun a colonisé les îles. Sur chaque île, la sélection a favorisé des formes de bec différentes (graines, insectes, cactus). Résultat : ~15 espèces de pinsons aux becs spécialisés, toutes issues d'une seule espèce ancestrale. C'est une radiation adaptative.
La phylogénie
Un arbre phylogénétique représente les relations de parenté entre espèces. Il est construit sur la base de caractères partagés (morphologiques ou moléculaires).
| Terme | Signification |
|---|---|
| Nœud | Ancêtre commun hypothétique de deux groupes |
| Branche | Lignée évolutive entre deux nœuds |
| Groupe monophylétique (clade) | Ancêtre commun + tous ses descendants |
| Caractère dérivé | Nouveauté évolutive partagée (synapomorphie) |
| Caractère ancestral | Caractère hérité d'un ancêtre lointain (plésiomorphie) |
Les grandes crises biologiques
| Crise | Date | Disparition | Cause probable |
|---|---|---|---|
| Ordovicien-Silurien | −445 Ma | ~85% des espèces marines | Glaciation |
| Dévonien | −375 Ma | ~75% des espèces | Anoxie océanique |
| Permien-Trias | −252 Ma | ~96% des espèces (la plus grande) | Volcanisme massif (trapps de Sibérie) |
| Trias-Jurassique | −201 Ma | ~80% des espèces | Volcanisme (CAMP) |
| Crétacé-Paléogène | −66 Ma | ~76% (dont dinosaures non-aviens) | Astéroïde (Chicxulub) + volcanisme (trapps du Deccan) |
Évolution humaine (aperçu)
L'humain est un primate, de la famille des hominidés (grands singes). Le plus proche parent actuel est le chimpanzé (divergence ~7 Ma). L'humain ne « descend pas du singe » : humain et chimpanzé partagent un ancêtre commun aujourd'hui disparu.
| Fossile / Espèce | Période | Caractéristiques |
|---|---|---|
| Toumaï (Sahelanthropus) | ~7 Ma | Plus ancien hominidé potentiel, bipédie partielle ? |
| Lucy (Australopithecus afarensis) | ~3,2 Ma | Bipédie confirmée, petit cerveau (~400 cm³) |
| Homo habilis | ~2,5 Ma | Premiers outils en pierre, ~600 cm³ |
| Homo erectus | ~1,9 Ma | Sortie d'Afrique, maîtrise du feu, ~1 000 cm³ |
| Homo neanderthalensis | ~400 ka – 40 ka | Europe, cerveau ~1 500 cm³, sépultures |
| Homo sapiens | ~300 ka – actuel | Afrique, cerveau ~1 400 cm³, art, langage |