L’évolution en action: des changements génétiques aux nouvelles espèces Understand article

Traduit par Mehdi Khadraoui. Comment de nouvelles espèces – ou des types d’organismes complètement nouveaux – apparaissent-elles ? Le temps et la séparation sont des facteurs-clés.

Quand on entend le mot « évolution », cela évoque généralement l’idée de la sélection naturelle de Charles Darwin, où un type d’organisme évolue en un autre type très différent sur une longue période – par exemple l’évolution des poissons en animaux terrestres, ou des premiers primates en humains. Pour les biologistes, cependant, l’évolution est quelque chose de plus subtil. C’est un changement de fréquence de variants génétiques (des séquences d’ADN qui varient entre individus) au sein d’une population. Un autre contraste à l’idée populaire de l’évolution est que ces changements sont influencés par de nombreux facteurs en plus de la sélection naturelle. Les mutations, la migration, et le hasard sont autant de mécanismes qui mènent au changement évolutionnaire.

Une question fait la polémique en-dehors du monde scientifique : quels sont les processus de l’évolution qui conduisent à l’apparition de nouvelles espèces ? Sont-ils différents de ceux qui jouent un rôle au sein d’une espèce ou d’une population ? Dans cet article, nous examinons ces questions à l’aide de la génétique et des fossiles. La génétique ne suffit pas à expliquer l’évolution d’espèces aujourd’hui éteintes, c’est pourquoi les biologistes dépendent des fossiles pour leur fournir un aperçu d’événements évolutifs passés. En complément, ils peuvent comparer l’ADN de différentes espèces cousines des espèces disparues.

Un squelette complet fossilisé d’une espèce éteinte, le Triceratops. Les scientifiques utilisent des preuves fossiles et l’ADN pour retracer l’évolution d’espèces éteintes.
Barks/Shutterstock.com

Pourquoi de nouvelles espèces apparaissent-elles ?

Dessins originaux de quatre
espèces de pinsons trouvés
sur les Îles Galapagos,
découvertes par Charles
Darwin. La forme du bec a
évolué en adaptation aux
différentes sources de
nourriture de chaque île.

John Gould/Wikimedia
Commons
 

Il y aurait au moins une condition nécessaire à l’apparition de nouvelles espèces: un certain degré de séparation entre les populations (groupes d’individus) d’une espèce existante. Cette séparation peut être physique – une barrière géographique comme une chaîne de montagnes, ou l’isolation d’une île – ou elle peut être écologique, comme par exemple avoir un régime alimentaire différent, ou des préférences reproductrices différentes. Au fil du temps, les changements dans l’ADN de différentes populations rendent le croisement de populations séparées difficile, voire impossible : elles deviennent des espèces distinctes.

Par exemple, lorsque différents groupes de drosophiles sont maintenus séparément en laboratoire, les mouches de différents groupes finissent par être incapables de se croiser et de produire une descendance. L’exemple classique de spéciation darwinienne (une espèce se divisant en plusieurs espèces) est celui des pinsons des Îles Galapagos, décrit par Darwin dans Le Voyage du Beagle. Chez ces passereaux, la séparation est due au régime alimentaire et à la distance qui sépare les îles de l’archipel. La variété des formes de bec reflète des adaptations au régime alimentaire de chaque espèce. Cette diversité anatomique se retrouve également au niveau génétique par des changements dans les gènes qui sont responsables de la forme du bec. Mais quels genres de changements génétiques mènent à une séparation d’espèces, comme chez les pinsons de Darwin ? Les recherches actuelles dans ce domaine apportent des réponses à cette question, permettant aux scientifiques de suivre les changements génétiques qui se produisent au cours de l’évolution.

La zone hybride

Durant la dernière glaciation, beaucoup de populations animales en Europe se sont retrouvées séparées lorsqu’elles se sont réfugiées dans différentes régions aux températures plus clémentes (comme l’Espagne et les Balkans d’aujourd’hui). Lorsque les glaciers de la période glaciaire ont fondu il y a environ 10’000 ans, des populations d’espèces qui avaient été longuement séparées se sont retrouvées en contact. Elles pouvaient enfin sortir de leurs refuges et repeupler le continent, mais passer des millénaires à distance a permis aux différentes populations d’acquérir des variants génétiques propres, ce qui a rendu les croisements entre populations difficiles après leur réunion.

Par exemple, lorsque les populations de corneilles européennes (Corvus corone) furent séparées pendant la glaciation, deux types visiblement différents ont évolué : la corneille noire (Corvus corone corone) à l’ouest, et la corneille mantelée (Corvus corone cornix) à l’est. Aujourd’hui, dans la « zone hybride » – une bande de terre étroite qui s’étend de la Scandinavie à l’Italie, où les corneilles des deux types sont présentes – les deux espèces peuvent se croiser et produire des petits, bien qu’avec un plus faible succès reproducteur que lorsqu’elles se reproduisent avec leurs propres populations. En analysant les génomes des corneilles de la zone hybride et en les comparant aux génomes des corneilles issues des régions éloignées, des biologistes ont pu identifier les séquences d’ADN qui ne traversent pas facilement la zone hybride. Ces fragments de génome spécifiques à une population et rarement trouvés dans l’autre population (soit les corneilles mantelées, soit les corneilles noires) sont la clé de l’apparition de nouvelles espèces. Dans ce duo d’espèces, les gènes responsables de la différence de plumage ont peu de chances de croiser la zone hybride. Cela suggère fortement que les corneilles noires préfèrent se reproduire avec d’autres corneilles noires, et non avec des corneilles mantelées, et vice versa. Si ce processus continue, les deux groupes pourraient bien devenir des espèces complètement séparées.

La corneille noire, Corvus corone corone
Erni/Shutterstock.com

 

La corneille mantelée, Corvus corone cornix
Stefan Berndtsson/Flickr

Les processus moléculaires et démographiques se déroulant chez les corneilles (ou chez les pinsons de Darwin) ont fait le fruit d’observations et d’études scientifiques depuis des décennies. Ils soulignent la nature universelle des processus évolutifs. Fondamentalement, ils ne sont pas différents de ceux qui se produisent chez les micro-organismes – comme lorsque le virus Ebola a évolué en une autre souche plus virulente (voir Bryk, 2017). Le facteur principal qui distingue ces exemples est le temps : le degré de changement génétique qui s’est produit chez Ebola sur deux ans a pris des milliers d’années chez les oiseaux, ce qui reflète leur temps de génération bien plus long. Dans les deux cas, cependant, lorsque l’organisme s’adapte à de nouveaux environnements ou lorsque des changements génétiques aléatoires se produisent, différentes populations deviennent de plus en plus distinctes. Dans le cas des corneilles et des pinsons, les populations se retrouvent en isolation reproductive totale et deviennent donc de nouvelles espèces.

Des dinosaures aux oiseaux – et retour

Qu’en est-il de l’apparition de types d’organismes complètement nouveaux – tels que l’évolution des baleines à partir de leurs ancêtres terrestres, ou celle des dinosaures en oiseaux ? Comment peut-on retracer et comprendre ces événements majeurs de l’histoire de la vie sur Terre, des changements d’une amplitude largement supérieure à l’apparition d’espèces individuelles ?

Le défi principal est que ce genre d’évolution se déroule sur une période extrêmement longue, de telle sorte que la plupart des organismes ancestraux en question sont éteints. Cependant, les fossiles se conservent sur des centaines de millions d’années et fournissent des informations détaillées sur les changements anatomiques se produisant sur ces longues durées. Au cours des dernières décennies, des milliers de spécimens fossiles bien préservés ont été découverts au nord-est de la Chine et ont élucidé les mystères de l’évolution des dinosaures en oiseaux. Par exemple, il est maintenant connu que les dinosaures avaient des plumes bien avant qu’il n’y ait d’oiseaux capables de voler, ce qui suggère que les plumes n’étaient originellement pas utilisées pour le vol. L’isolation thermique, le camouflage et la communication visuelle sont autant d’avantages alternatifs que les plumes auraient pu conférer à ces reptiles disparus (Foth et al., 2014; Zhou, 2014).

Illustration d’Aurornis, un dinosaure à plumes incapable de voler, qui vivait il y a environ 160 millions d’années. Découvert en 2013 en Chine, Aurornis est considéré comme le plus ancien dinosaure ressemblant à un oiseau.
Jaime Chirinos/Science Photo Library
 

De la même façon, les oiseaux capables de voler ne sont pas apparus de nulle part. Retracer les différents aspects de l’anatomie nécessaires au vol ailé – une petite taille, des ailes, des plumes, une queue fusionnée, des clavicules fusionnées, etc. – a montré que la structure corporelle d’un oiseau a évolué graduellement sur une période de 100 millions d’années. Une fois que cette structure était complète, les oiseaux se sont rapidement diversifiés en des formes très variées. Aujourd’hui, on dénombre presque 10’000 espèces d’oiseaux (Brusatte, 2015).

L’évolution des dinosaures en oiseaux était donc un processus continu, sans changements abrupts. Si un(e) paléontologue pouvait voyager dans le temps et observer l’évolution des oiseaux sur une centaine de millions d’années, il/elle ne pourrait pas définir un moment précis où les dinosaures sont devenus des oiseaux. Grâce aux découvertes de fossiles en Chine, les 20 dernières années ont vu un changement dans notre compréhension de l’évolution des oiseaux, de telle sorte que les oiseaux sont à présent définis comme dinosaures, faisant de la poule un cousin éloigné du Tyrannosaurus rex. Ce n’est pas tout : le T. rex est aussi considéré comme un plus proche parent de la poule que de nombreuses autres espèces de dinosaures – par exemple, du Triceratops.

Quelques espèces actuelles d’oiseaux, démontrant de leur diversité extraordinaire. En haut à gauche : macareux moine (Fratercula arctica) ; en haut à droite : martin-pêcheur d’Europe (Alcedo atthis) ; en bas à gauche : cigogne blanche (Ciconia ciconia) ; en bas à droite : chocard à bec jaune (Pyrrhocorax graculus)
Ronnie Robertson/Flickr (CC BY-SA 2.0), Shahin Olakara/Flickr, Barry Badcock/Flickr, Ed Dunens/Flickr

L’évolution, simplement

De tels changements évolutionnaires au-delà du niveau de l’espèce sont parfois appelés « macroévolution », par contraste aux changements génétiques que l’on observe au sein d’une espèce, la « microévolution ». Malheureusement, cette dichotomie suggère qu’il y a deux types d’évolution, ou que l’évolution dépend de différents mécanismes à l’échelle « micro » et à l’échelle « macro ». Cette distinction est souvent exploitée par ceux qui n’acceptent pas le concept d’évolution, et qui affirment que seule la microévolution est réelle. Cette dichotomie est trompeuse, parce qu’il n’y a pas d’autres mécanismes que ceux qui changent la proportion de variants génétiques dans une population. Il n’y a que l’évolution, dirigée par les mutations, la migration, la sélection et le hasard.

Dédicace de l’auteur

Cet article est le dernier d’une série de trois articles que je voudrais dédier à Dr. Dean Madden (1960-2017), qui, fin 2016, m’a encouragé à écrire un article à propos d’évolution pour Science in School. Dean était un ami, mentor, collègue, enseignant, designer, typographe, apiculteur, producteur de cidre, cultivateur de piment, amateur de reggae, policier de la grammaire, utilisateur d’Apple, fan de Doctor Who, scientifique fou et brillant, et un complice espiègle. Adieu, et merci pour tout ce poisson.

Note de l’éditeur: Dr. Dean Madden était un fervent partisan de Science in School dès sa conception. Il était aussi un membre du comité éditorial de 2005 jusqu’à sa mort en 2017.

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References

Resources

  • Découvrez les sept choses importantes de l’évolution selon le paléoanthropologue et généticien John Hawks (en anglais).
  • Lisez un livre moderne sur l’évolution et la spéciation (en anglais). Voir :
    • Coyne J A (2010) Why Evolution is True. Oxford, UK: Oxford University Press. ISBN: 0199230854
  • Découvrez-en davantage sur l’apparition de nouvelles espèces sur le blog de Jerry Coyne.
  • Lisez un article à propos des recherches récentes sur l’Archaeopteryx sur le site internet de la European Synchrotron Radiation Facility.

Author(s)

Dr. Jarek Bryk est maître de conférences en biologie moléculaire à l’Université de Huddersfield dans le nord de l’Angleterre, Royaume-Uni. Il enseigne la génomique et l’évolution, et examine les changements de fréquences alléliques chez des populations sauvages de mulot sylvestre et de belette. Trouvez-le en ligne sur http://bryklab.net ou sur Twitter à @jarekbryk.


Review

Cet article est intéressant et explique l’évolution simplement, sans détails compliqués. Chaque sujet abordé inclut des exemples clairs, donnant au lecteur le vœu d’en apprendre davantage sur le processus dynamique de l’évolution. Avec cet article, l’enseignant peut encourager les élèves à penser à l’évolution comme à un principe important dans le vaste domaine de la biologie. Les élèves pourront aussi comprendre que l’évolution se produit grâce à des mécanismes spécifiques, sur de plus ou moins longues périodes de temps, selon le cycle de vie de différents organismes.

Voilà des exemples de questions qui peuvent être posées aux élèves :

  • Comment de nouvelles espèces apparaissent-elles?
  • Comment l’évolution des dinosaures est-elle liée à l’évolution des oiseaux ?
  • L’évolution est-elle un processus lent ?
  • Qu’est-ce qu’une zone hybride ?
  • L’évolution est-elle liée au régime alimentaire ?
  • Qu’est-ce que l’adaptation environnementale ?

Alina Giantsiou-Kyriakou, enseignante en biologie, Lycée de Lyvadia, Chypres




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