🧬 L'évolution des génomes au sein des populations
Comment une simple mutation peut-elle changer le destin de toute une espèce ? Plongeons au cœur de la dynamique des populations.
Introduction
Imaginez une population de scarabées où la couleur de la carapace (verte ou brune) est contrôlée par un gène. D'une année sur l'autre, vous observez que la proportion de scarabées bruns augmente. Est-ce dû au hasard ? À un avantage en milieu forestier ? L'évolution ne se joue pas seulement au niveau de l'individu, mais à l'échelle des populations, via la modification des fréquences des versions (allèles) de nos gènes.
Pourquoi certaines caractéristiques génétiques deviennent-elles plus communes, tandis que d'autres disparaissent ?
1📊 Le pool génique : le patrimoine commun d'une population
Une population est un ensemble d'individus de la même espèce, interféconds, occupant un territoire donné. Le pool génique est l'ensemble des allèles de tous les gènes présents dans cette population. Pour étudier son évolution, on calcule la fréquence allélique (proportion d'un allèle donné parmi l'ensemble des allèles du gène étudié) et la fréquence génotypique.
Ensemble de tous les allèles de tous les gènes présents dans une population à un instant donné. C'est le réservoir de variabilité génétique sur lequel agissent les mécanismes évolutifs.
L'évolution, au sens darwinien, correspond à un changement dans la fréquence des allèles au sein du pool génique d'une population, au cours des générations.
2🎲 La dérive génétique : l'effet du hasard
La dérive génétique est la fluctuation aléatoire des fréquences alléliques d'une génération à l'autre, due au tirage au sort des gamètes lors de la reproduction. Son impact est d'autant plus fort que la population est petite.
Modification aléatoire de la composition génétique d'une population, due au seul effet du hasard (échantillonnage des gamètes). Elle peut conduire à la fixation ou à la perte d'allèles, réduisant la diversité génétique.
Effet fondateur : Une nouvelle population est fondée par un petit nombre d'individus issus d'une population plus grande. Le pool génique de la nouvelle population n'est qu'un échantillon non représentatif du pool d'origine (ex: certaines maladies génétiques plus fréquentes dans des communautés isolées).
Effet goulot d'étranglement : Une catastrophe réduit drastiquement les effectifs d'une population. Les survivants, porteurs d'un pool génique appauvri, redonnent naissance à une population dont la diversité génétique est réduite (ex: guépards).
Graphique montrant l'évolution sur 50 générations de la fréquence d'un allèle A. Dans la grande population (N=1000), la fréquence fluctue peu autour de 0,5. Dans les petites populations (N=10 et N=50), les fluctuations sont importantes et imprévisibles, pouvant mener à la fixation (fréquence=1) ou la perte (fréquence=0) de l'allèle.
- 1. Population grande (N=1000)
- 2. Population moyenne (N=50)
- 3. Population petite (N=10)
- 4. Fréquence allèle A
- 5. Générations
3⚔️ La sélection naturelle : l'effet de l'environnement
Contrairement à la dérive, la sélection naturelle est un processus non aléatoire et directionnel. Elle favorise la reproduction différentielle des individus dont les phénotypes confèrent un avantage adaptatif dans un environnement donné. Les allèles responsables de ces phénotypes avantageux voient donc leur fréquence augmenter.
Processus par lequel les facteurs environnementaux (biotiques ou abiotiques) favorisent la survie et la reproduction des individus les mieux adaptés à leur milieu, conduisant à une augmentation progressive de la fréquence des allèles avantageux.
On distingue plusieurs modes de sélection :
- Sélection directionnelle : Favorise un phénotype extrême (ex: augmentation de la taille chez les chevaux au Cénozoïque).
- Sélection stabilisante : Favorise les phénotypes intermédiaires et défavorise les extrêmes (ex: poids de naissance chez les bébés humains).
- Sélection disruptive : Favorise les phénotypes extrêmes aux dépens des intermédiaires, pouvant mener à une spéciation (ex: becs des pinsons selon la taille des graines).
La sélection naturelle n'agit pas directement sur les gènes, mais sur les phénotypes. Ce sont les conséquences sur la survie et la reproduction qui modifient indirectement les fréquences alléliques.
4🔍 Analyser les forces évolutives en action
Dans la nature, dérive et sélection agissent souvent de concert. L'analyse des données génétiques (séquençage, génotypage) permet de reconstituer l'histoire évolutive des populations et d'identifier la force dominante.
Les marqueurs neutres (séquences d'ADN non soumises à sélection) sont des outils précieux pour quantifier l'impact de la dérive génétique et retracer l'histoire démographique des populations (migrations, goulots).
Vocabulaire
Ensemble de tous les allèles de tous les gènes présents dans une population à un instant donné.
Ex: Le pool génique des grenouilles d'une mare comprend tous les allèles contrôlant la couleur, la taille, la résistance aux maladies, etc.
Proportion (souvent exprimée en pourcentage) d'un allèle spécifique parmi l'ensemble des allèles pour un locus donné dans une population.
Ex: Si sur 100 allèles du gène du groupe sanguin, 60 sont l'allèle A, la fréquence de A est de 0,6 ou 60%.
Fluctuation aléatoire des fréquences alléliques au cours des générations, due à l'échantillonnage des gamètes. Effet amplifié dans les petites populations.
Ex: La perte d'un allèle rare dans une population insulaire isolée après une tempête qui tue une partie des individus par hasard.
Type de dérive génétique qui se produit lorsqu'une nouvelle population est fondée par un petit nombre d'individus, dont le pool génique n'est pas représentatif de la population source.
Ex: Prévalence élevée de la maladie de Huntington dans la région du lac Maracaibo (Venezuela), remontant à un ancêtre commun.
Processus par lequel les phénotypes les mieux adaptés à leur environnement ont un taux de survie et/ou de reproduction plus élevé, transmettant ainsi leurs allèles préférentiellement.
Ex: Les phalènes du bouleau de couleur sombre (mélaniques) sont devenues majoritaires dans les régions industrielles polluées (sélection directionnelle).
Mode de sélection qui favorise les individus présentant la valeur moyenne d'un caractère et défavorise les phénotypes extrêmes.
Ex: La mortalité infantile est plus faible pour les bébés de poids moyen (3-4 kg) que pour les bébés de très faible ou très fort poids.
Modèle mathématique qui prédit que, en l'absence de forces évolutives, les fréquences alléliques et génotypiques restent constantes d'une génération à l'autre.
Ex: Outil de référence pour détecter si une population évolue (ex: déficit en hétérozygotes peut indiquer une consanguinité).
Bénéfice conféré par un phénotype qui augmente la probabilité de survie et/ou de reproduction de l'individu qui le porte dans un environnement donné.
Ex: La résistance à un antibiotique confère un avantage sélectif aux bactéries en présence de cet antibiotique.
