|
Hardy Weinberg Spéciation Mise à jour: |
Assomptions du principe de Hardy-Weinberg
Le principe de Hardy-Weinberg exige qu’il y ait :
Pas de migration
Pas de mutation
Pas de sélection
Grande population
L’accouplement est aléatoire
Utilisation du principe de Hardy-Weinberg
Le principe de Hardy-Weinberg fournit une référence théorique à laquelle on peut comparer les populations réelles.
Des dérogations aux hypothèses se produisent : Hardy-Weinberg fournit un point de référence pour évaluer les causes et les conséquences de ces écarts.
Dérive génétique : changements aléatoires des fréquences des gènes
La dérive génétique désigne le changement aléatoire des fréquences des gènes dans une population.
Certains de ces changements sont « neutres » : changements des fréquences des allèles lorsque ceux-ci n’ont pas de conséquence immédiate sur la biologie de la population. Exemple : des codons synonymes codent pour les mêmes acides aminés et fabriquent donc exactement la même protéine.
Exemples de dérive génétique
Goulot d’étranglement de la population. Les espèces temporairement réduites à un nombre très faible perdent leur diversité génétique. Exemples : guépards – faible population pendant le Pléistocène ; éléphants de mer – chassés jusqu’à la quasi-extinction au cours du 19ème siècle.
Effet fondateur. Les populations fondées par quelques individus seulement ont des fréquences génétiques inhabituelles.
Signification de la dérive génétique
L’effet fondateur peut faire démarrer une nouvelle population avec des fréquences génétiques inhabituelles qui deviennent la base de nouvelles adaptations.
Le goulot d’étranglement entraîne une réduction de la diversité génétique.
Pour les allèles neutres, la dérive génétique se produit dans toutes les populations et espèces. En conséquence, les populations (et les espèces) séparées accumulent des différences génétiques.
Flux de gènes
Le flux de gènes désigne le déplacement d’organismes individuels d’une population à une autre, ou simplement le déplacement de gamètes (par exemple, le pollen).
Le flux de gènes rapproche les fréquences génétiques de populations adjacentes. Le flux génétique a l’effet inverse de l’effet fondateur : s’il se produit, il empêche l’accumulation de différences génétiques.
Signification du flux génétique
S’il se produit, le flux génétique maintient les populations adjacentes liées entre elles.
Si les populations doivent se séparer suffisamment pour être considérées comme des espèces distinctes, il doit y avoir des barrières pour empêcher tout flux génétique significatif.
Mutation
Les mutations sont des changements spontanés dans le matériel génétique. Ces changements comprennent :
Mutations ponctuelles : modifications d’une seule paire de bases dans l’ADN
Mutations par décalage de trame : délétion ou insertion d’une seule paire de bases supplémentaire (codon=3 bases).
Modifications chromosomiques : duplication, délétion, inversion, translocation.
Signification de la mutation
Les mutations introduisent de nouveaux allèles. Généralement, les nouveaux allèles sont délétères. Quelques-uns, dans un nouveau contexte environnemental, se révèlent bénéfiques. (Peut-être pas tout de suite !)
Certaines mutations chromosomiques (par exemple l’inversion) produisent des barrières à la reproduction entre un nouvel arrangement chromosomique et l’arrangement ancestral.
Accouplement non aléatoire
Le principe de Hardy-Weinberg suppose un accouplement aléatoire : sélection des partenaires sans tenir compte du génotype.
L’accouplement non aléatoire signifie que la sélection du partenaire est influencée par des différences phénotypiques basées sur des différences génotypiques sous-jacentes.
Exemple d’accouplement non aléatoire : La sélection sexuelle
Dans certaines espèces, les mâles acquièrent des harems et monopolisent les femelles. (Elan, éléphant de mer, chevaux, lions, etc.) Communément, les mâles de ces espèces sont beaucoup plus grands que les femelles.
Dans certaines espèces, les femelles choisissent des compagnons plus attrayants. (Paons, canards des bois, drosophiles à ailes imagées, etc.)
Signification de l’accouplement non aléatoire.
Le dimorphisme sexuel (différences ostensibles entre les deux sexes) résulte de l’accouplement non aléatoire. Ce processus est un cas particulier de sélection naturelle appelé sélection sexuelle.
La sélection sexuelle peut servir de barrière à la reproduction entre des espèces très proches. Exemple : les parades nuptiales.
Résumé des exceptions aux hypothèses H/W.
Dérive génétique–changements aléatoires (effet fondateur, goulot d’étranglement et dérive génétique neutre).
Flux génétique–mouvement des allèles.
Mutation–nouveau matériel génétique.
Accouplement non aléatoire–sélection sexuelle, etc.
Sélection naturelle–changements adaptatifs dans le pool génétique.
Hardy-Weinberg permet d’identifier les processus naturels de population.
Chaque type de départ produit des écarts caractéristiques par rapport aux prédictions de Hardy-Weinberg.
Exemple : la sélection produit des changements dans les fréquences génétiques attendues entre les individus nouveau-nés et les survivants adultes.
Hardy-Weinberg est l' »hypothèse nulle » statistique utilisée pour tester les données de la génétique des populations.
Évolution, sélection naturelle, dérive génétique
L’évolution est : les changements dans les fréquences des gènes d’une population sur plusieurs générations.
La sélection naturelle est un processus : qui se produit si une population présente des variations, des différences de fitness, un héritage.
La dérive génétique est : les changements aléatoires de la fréquence des gènes d’une génération à l’autre.
L’évolution peut être le résultat de….
Sélection naturelle, si l’environnement change. La sélection naturelle est responsable de l’évolution adaptative.
Dérive génétique, si des changements aléatoires dans les fréquences des gènes se produisent. La dérive génétique ne produit pas d’évolution adaptative. Les allèles neutres changent à cause de la dérive génétique.
Qu’est-ce qu’une espèce ?
Les individus qui appartiennent à la même espèce sont « semblables » (mais qu’en est-il du dimorphisme sexuel ? des différences phénotypiques ostensibles…, …)
Une espèce biologique est définie comme une population ou un groupe de populations dont les membres ont le potentiel de se croiser et de produire une descendance fertile.
Espèce : liée par un patrimoine génétique commun
Les mulets sont des individus robustes issus d’un croisement entre des individus de deux espèces différentes : Cheval x Âne. Mais les mulets sont stériles – c’est pourquoi les deux espèces restent séparées malgré le croisement.
L’alouette des champs et l’alouette des champs ont presque la même apparence, mais le chant nuptial est très différent – elles ne se croisent pas.
Une espèce est…
Un groupe d’individus qui se croisent et qui représentent donc un pool génétique commun.
S’il existe des barrières reproductives qui empêchent (définitivement) deux populations de se croiser, elles appartiennent à des espèces distinctes.
Une parenthèse sur l’orthographe
Le singulier d’espèce est….
Espèces
Le pluriel d’espèce est…
Espèces
Les espèces semblables sont regroupées en un genre (singulier). Le pluriel est genera : deux ou plusieurs genres.
Spéciation : division d’une espèce en deux ou plusieurs espèces.
On a découvert une variété de mécanismes qui peuvent causer la spéciation – la division d’une espèce (ancestrale) en deux ou plusieurs espèces (descendantes).
La clé est l’isolement reproductif. Les mécanismes introduisent des barrières à la reproduction. Ces barrières peuvent être augmentées par la sélection, ou effacées par le croisement. Le temps dira lequel.
Signification des barrières reproductives
La signification des barrières reproductives est qu’elles maintiennent l’isolement génétique entre deux populations. Si ces barrières sont complètes, les populations représentent des espèces distinctes.
Les barrières peuvent apparaître par différents moyens. Exemple : isolement géographique suivi de dérive, de mutation ou de sélection jusqu’à ce que l’isolement reproductif soit complet.
Le processus de spéciation
De nombreux mécanismes différents ont été étudiés.
Deux exemples
*Spéciation allopatrique–spéciation basée sur la séparation géographique, et.
*Polyploïdie–spéciation basée sur un mécanisme chromosomique.
Spéciation allopatrique
L’isolement géographique est l’un des mécanismes pouvant entraîner un isolement reproductif.
La spéciation allopatrique signifie : spéciation qui suit (dans le temps) après un isolement géographique. La barrière initiale à la reproduction est la séparation physique. Avec un temps suffisant (plusieurs générations), des différences suffisantes peuvent s’accumuler pour rendre la séparation permanente.
Exemple de spéciation allopatrique
Le labre à tête bleue (Caraïbes) et le labre arc-en-ciel (Pacifique) sont étroitement similaires. Leur population commune ancestrale a été séparée par la croissance de l’isthme de Panama il y a environ 5 millions d’années.
Depuis que cette séparation allopatrique a eu lieu, les deux espèces ont évolué indépendamment.
Un exemple ambigu
La spéciation allopatrique est un processus qui peut être interrompu avant son terme.
Exemple possible : les deermices. Il existe 4 populations étroitement apparentées dans l’ouest de la région Intermountain. Les 4 sont distinctes à certains égards mais se croisent, sauf : deux des sous-espèces ne se croisent pas même si elles se chevauchent.
S’agit-il donc d’espèces ou simplement de populations de la même espèce ?
Deux des populations (dans le Montana/Idaho) se chevauchent mais ne se croisent pas. Par conséquent, elles doivent être des espèces différentes.
Ces deux-là se croisent avec les deux autres populations, donc les gènes peuvent circuler de l’une à l’autre.
La réponse : Le temps nous le dira. Avec plus de divergence, la spéciation se produira. Avec plus de croisements, elle ne se produira pas.
La spéciation : un processus dynamique
La spéciation est un processus dynamique – elle a lieu à de nombreux endroits dans de nombreuses populations, mais elle est inversée à de nombreux endroits par les croisements.
Nous devrions nous attendre à voir : des populations ayant le potentiel de diverger (par exemple Escargot p238), des populations qui ont divergé chevaux et ânes), des populations qui pourraient être dans le processus (deermice).
Barrières reproductives-plusieurs types. (voir p241).
Les barrières à la reproduction peuvent empêcher tout accouplement : comportemental (parade nuptiale, etc.) ; habitat (les populations choisissent des habitats différents, et ne se rencontrent jamais), etc. De telles barrières sont des barrières prézygotiques. Pas de fécondation.
Les barrières à la reproduction peuvent empêcher tout succès reproductif ultérieur : stérilité (les hybrides meurent ou sont infertiles), etc. Ces barrières sont des barrières postzygotiques.
Signification de la polyploïdie
L’apparition de gamètes diploïdes (rares) peut donner naissance à un individu polyploïde après fécondation.
De nombreuses plantes (par exemple les pois de Mendels) sont hermaphrodites.
La polyploïdie peut donner naissance à une nouvelle espèce : en raison de l’incompatibilité entre le parent et la descendance, les descendants sont distincts.
Polyploïdie : moyen courant de spéciation chez les plantes
Un moyen courant de développer l’isolement génétique chez les plantes est connu sous le nom de polyploïdie.
Contrairement à la plupart des animaux, les jeux supplémentaires de chromosomes chez de nombreuses plantes ne sont pas perturbateurs.
Les plantes produisent parfois (rarement) des gamètes avec un jeu diploïde de chromosomes. Si elles sont fécondées, le résultat est une plante polyploïde.
Vocabulaire de la « ploïdie ».
Haploïde–un demi ensemble de chromosomes
Diploïde–double ensemble de chromosomes (la norme dans les organismes sexuels typiques)
Triploïde–3 ensembles de chromosomes (généralement stérile, car l’appariement des chromosomes pendant la méiose est impossible).
Tétraploïde–4 ensembles de chromosomes. (Méiose OK pour tout nombre pair de ploïdie.)
Blé : un cas de polyploïdie et de spéciation.
Le blé moderne est le résultat de deux hybridations successives (voir figure 15.6).
Hybridation 1 : blé Einkorn avec un blé sauvage. Le blé Einkorn et le blé sauvage avaient chacun 14 chromosomes. L’hybride (finalement) avait 28 chromosomes : polyploïdie.
La seconde hybridation a porté le nombre de chromosomes à 42 dans le blé moderne
Retour au plan de cours de Biologie 102
.