Mécanismes d'évolution et crises biologiques

Fiche de Révision : Évolution et Biodiversité

1. La Crise Biologique Permien-Trias (il y a 250 Ma)

Une crise biologique est un événement d'extinction massive d'espèces.

• Date clé : Il y a 250 Millions d'années (Ma), à la limite Permien-Trias.
• Impact : Grande diminution du nombre de genres (voir graphique brachiopodes et trilobites).
• Explication probable :
  • Des facteurs environnementaux majeurs (changement climatique, volcanisme intense, chutes d'astéroïdes) ont entraîné une modification rapide des conditions de vie.
  • Les espèces n'ont pas pu s'adapter assez vite, conduisant à leur disparition.
• Conséquences : Après la crise, les survivants ont pu se rediversifier et occuper les niches écologiques laissées vacantes. Les brachiopodes et trilobites ont connu une diversification après ces événements.

2. La Phalène du Bouleau : Un Cas d'Adaptation et de Sélection Naturelle

La Phalène du bouleau est un papillon qui illustre parfaitement le mécanisme de la sélection naturelle.

2.1. Description des Formes et Statut d'Espèce

• Deux formes :
  • Forme claire : Blanche tachée de noir.
  • Forme sombre : Entièrement noire.
• Appartenance à la même espèce : Oui, car les deux formes peuvent se reproduire entre elles et donner une descendance fertile.

2.2. L'Origine de la Forme Sombre

• Apparition : La forme sombre est apparue en 1848 à Manchester (ville industrielle).
• Mécanisme : Une mutation génétique aléatoire est à l'origine de cette nouvelle forme. Les mutations sont des modifications de l'ADN et sont rares, mais se produisent continuellement. Elles ne sont pas induites par le besoin de s'adapter, mais par hasard.

2.3. Répartition et Sélection Naturelle

• Jusqu'au 19e siècle : La forme claire prédominait largement.
• Impact de l'industrialisation :
  • L'industrialisation (utilisation du charbon) a noirci les troncs d'arbres et les murs par la suie (mélanisme industriel).
  • Régions industrielles (début 20e siècle) : La forme sombre prédomine (95%). Les arbres étant noirs, les papillons sombres sont mieux camouflés, moins visibles pour les prédateurs (oiseaux), et ont donc un avantage sélectif. La forme claire (5%) est plus visible et donc plus facilement prédatée.
  • Régions rurales (début 20e siècle) : La forme claire prédomine (80%). Les arbres sont clairs, offrant un meilleur camouflage aux papillons clairs. Les papillons sombres (20%) sont plus visibles.
• Réduction de la pollution (après 1960) :
  • Les mesures de réduction de la pollution ont rendu les troncs d'arbres plus clairs.
  • La fréquence de la forme sombre diminue, et celle de la forme claire augmente. C'est l'inverse de la situation précédente, démontrant une réorientation de la sélection naturelle.
• Mécanisme illustré : Cet exemple est une illustration classique de la sélection naturelle.
  • Il existe une variabilité au sein de la population (formes claire et sombre).
  • Le milieu (troncs d'arbres clairs ou noircis) exerce une pression sélective (prédation par les oiseaux).
  • Les individus les mieux adaptés à leur environnement (mieux camouflés) survivent mieux et se reproduisent davantage, transmettant leurs gènes favorables.
  • La fréquence des allèles (gènes responsables de la couleur) change au cours des générations, entraînant une modification de la population.

3. La Biodiversité et ses Mécanismes d'Évolution

3.1. Types de Biodiversité (Exemple de l'Escargot des Bois)

La biodiversité se manifeste à différentes échelles et est essentielle à la résilience des écosystèmes.

• Diversité observable : L'escargot des bois (Cepaea nemoralis) présente une grande variabilité de la coquille :
  • Couleur : Brun, rose foncé, rose clair, rose pâle, jaune foncé, jaune clair.
  • Motifs : Avec ou sans bandes.
• Échelle de biodiversité : Cette variabilité au sein d'une même espèce représente la biodiversité intraspécifique ou génétique. Elle est visible à l'échelle des individus d'une population.

3.2. Origine de la Diversité

• Mutation : Événement rare et aléatoire qui modifie l'ADN et peut créer de nouveaux allèles (ex: apparition de la couleur sombre chez la phalène). Les mutations sont l'origine première de la diversité génétique.
• Brassage génétique : Lors de la reproduction sexuée, le mélange des allèles des deux parents crée de nouvelles combinaisons de caractères chez la descendance.
• Gènes et Allèles (Exemple de l'escargot) :
  • Un gène détermine un caractère (ex: couleur de la coquille, présence de bandes).
  • Les allèles sont les différentes versions d'un gène (ex: pour brun, pour rose foncé, pour sans bande, pour avec bandes). Ces allèles sont responsables des phénotypes variés.

3.3. Mécanismes de l'Évolution

L'évolution de la biodiversité est un processus dynamique influencé par plusieurs facteurs.

• Sélection naturelle : Vu avec l'exemple de la phalène. Le milieu sélectionne les individus les plus adaptés.
• Dérive génétique :
  • Un processus aléatoire de modification des fréquences alléliques.
  • Particulièrement important dans les petites populations.
  • Peut entraîner la disparition de certains allèles, même favorables, juste par hasard.
  • Ne dépend pas de l'avantage conféré par l'allèle, contrairement à la sélection naturelle.
• L'évolution de la biodiversité :
  • N'est pas visible à l'échelle humaine (sur des millions d'années principalement).
  • Est influencée par les actions de l'homme (ex: pollution chez la phalène, destruction des habitats).
  • Dépend des variations climatiques, géologiques et biologiques.

4. Communication Intraspécifique

Essentielle pour la survie et la reproduction de l'espèce.

• Utilité : Favorise la reproduction et la survie de l'espèce (ex: recherche de partenaire, avertissement de danger).
• Spécificité : Concerne des individus de la même espèce.
• Diversité des modes : Pas forcément visuelle. Peut être sonore, chimique (phéromones), tactile, etc.

Mots Clés Importants à Retenir :

• Crise biologique
• Extinction massive
• Biodiversité intraspécifique ()
• Mutation silencieuse
• Allèle
• Sélection naturelle
• Pression de sélection
• Avantage sélectif
• Dérive génétique
• Population
• Phénotype
• Gène
• Espèce (critère de reproduction fertile)

Fiche de Révision : Biodiversité et Évolution

I. La Crise Biologique Permien-Trias (il y a 250 millions d'années)

• C'est une extinction massive où de nombreuses espèces disparaissent.

• Le document 1 et le document 2 montrent une chute drastique du nombre de genres (ex: brachiopodes, trilobites) à cette période.

• Conséquences:

  • Disparition massive de biodiversité.

  • Par la suite, les niches écologiques libérées permettent une diversification rapide des espèces survivantes (spéciation).

  • Ceci conduit à une nouvelle biodiversité, souvent différente de celle d'avant la crise.

II. La Phalène du Bouleau : Un Cas d'Évolution

La Phalène du bouleau (Biston betularia) est un papillon qui illustre la sélection naturelle.

A. Espèce et Diversité

• Les deux formes (claire et sombre) appartiennent à la même espèce car elles peuvent se reproduire entre elles et donner une descendance fertile.

• La diversité est due à des mutations qui créent de nouveaux allèles.

B. Apparition de la Forme Sombre

• La forme sombre est apparue vers 1848 à Manchester, ville industrielle.

• C'est le résultat d'une mutation génétique spontanée. Une mutation est un événement aléatoire et rare qui modifie l'ADN. Elle ne survient pas pour un besoin ou pour s'adapter.

C. Répartition et Sélection Naturelle

• Avant l'ère industrielle : La forme claire prédominait car elle était mieux camouflée sur les troncs clairs des bouleaux (protection contre les prédateurs, oiseaux).

• Pendant l'industrialisation (pollution) :

  • Les troncs d'arbres et les murs sont devenus noirs à cause de la suie.

  • La forme sombre est devenue mieux camouflée dans les régions industrielles (95% des individus sombres).

  • La forme claire est devenue plus visible et donc plus sujette à la prédation.

  • Ceci est la sélection naturelle : les individus les mieux adaptés à leur environnement survivent et se reproduisent davantage.

• Régions rurales : La forme claire est restée majoritaire (80%) car l'environnement n'était pas pollué, gardant les arbres clairs.

D. Réduction de la Pollution (après 1960)

• Les mesures anti-pollution ont rendu les troncs d'arbres plus clairs.

• La forme claire a de nouveau été avantagée et sa fréquence a augmenté, tandis que celle de la forme sombre a diminué.

• Ceci montre la réversibilité de la sélection naturelle en fonction des changements environnementaux.

III. Mécanismes de l'Évolution de la Biodiversité

A. La Dérive Génétique

• C'est un processus aléatoire de modification des fréquences alléliques dans une population.

• Elle est d'autant plus importante que la population est de petite taille.

• Elle peut entraîner la disparition d'allèles (même favorables) ou la fixation d'allèles (même défavorables).

• Elle ne dépend pas de l'avantage conféré par l'allèle.

B. La Mutation

• Une modification de l'ADN qui peut arriver fréquemment chez tous les individus.

• C'est la source initiale de la diversité génétique (création de nouveaux allèles).

• Elle est aléatoire et le plus souvent neutre ou défavorable ; rarement elle peut apporter un avantage.

C. L'Évolution de la Biodiversité

• C'est l'ensemble des transformations irréversibles des espèces au cours du temps.

• Elle est influencée par des facteurs comme les variations climatiques, l'activité humaine.

• Elle est le résultat de plusieurs mécanismes : mutation, sélection naturelle, dérive génétique, migration.

D. La Communication Intraspécifique

• Concerne la communication entre individus de la même espèce.

• Elle est indispensable pour la survie et la reproduction de l'espèce (ex: recherche de partenaire, coordination de groupe, avertissement).

• Elle peut être visuelle, sonore, chimique, tactile.

IV. Diversité au Sein d'une Espèce : L'Escargot des Bois

L'escargot des bois (Cepaea nemoralis) montre une grande diversité intraspécifique.

A. Description de la Diversité

• Diversité observable : La coquille varie en couleur (brun, rose foncé, rose clair, jaune foncé, jaune clair) et en motif (avec ou sans bande).

• C'est une diversité au niveau des individus au sein de l'espèce, on parle de biodiversité intraspécifique ou diversité génétique.

B. Origine de la Diversité

• L'origine de cette diversité est génétique.

• Des gènes spécifiques (Co pour la couleur, B pour les bandes) possèdent plusieurs allèles différents.

• Chaque allèle code pour un phénotype (caractère observable) particulier.

• Ces allèles sont apparus par mutation et sont ensuite répartis dans la population par reproduction.