Evolution

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  • Platon: existence de deux mondes, un monde réel, idéal et éternel et un monde illusoire et imparfait perçu par les sens; pas d’évolution possible dans un monde peuplé d’organismes idéaux, déjà parfaitement adaptés à leur milieu. => mécanisme défavorable.
    Aristote: toutes les formes de vie classées selon une échelle de complexité croissante (scala naturae), chaque forme de vie occupe un rang et tout les rangs sont occupés. => les espèces sont permanentes et parfaites et n’évoluent pas.
  • Au commencement Dieu créa le ciel et la terre. […] Dieu dit alors: « Que la terre produise la végétation: des herbes produisant leur semence et des arbres fruitiers dont chaque espèce porte ses propres graines! » Et cela se réalisa. […] Dieu dit encore: « Que les eaux grouillent d’une foule d’êtres vivants et que les oiseaux s’envolent dans le ciel au-dessus de la terre. » […] Dieu dit encore: « Que la terre produise toutes les espèces de bêtes: animaux domestiques, petites bêtes et animaux sauvages de chaque espèce. » […] Dieu dit enfin: « Faisons les êtres humains; […] Qu’ils soient les maîtres des poissons dans la mer, des oiseaux dans le ciel et sur la terre, des gros animaux et des petites bêtes qui se meuvent au ras du sol! » Genèse 1
    Comme Dieu est parfait, sa création ne peut être que parfaite. Toute idée d’évolution est donc impossible. Et comme Dieu a placé les êtres sur une échelle (comme Aristote), tous changements sociaux seraient une opposition à la volonté de Dieu.
  • Taxinomie: nomination et classification des êtres vivants.
    Linné nomenclature binomiale qui nomme chaque organisme par son genre et son espèce + système de regroupement des espèces semblables sous formes de catégories hiérarchisées de plus en plus générales. A fait tout son système pour la plus grande gloire de Dieu, sans aucune idée d’évolution, mais pour découvrir la hiérarchisation de la création. Mais Darwin, un siècle plus tard, utilisa le système de Linné comme argument en faveur de l’évolution.
  • Usage et non-usage: les organes qu’un organisme utilise intensivement pour survivre dans milieu se développent et se renforcent, tandis que ceux qu’il n’utilise pas s’atrophient. (Exemple: le cou de la girafe)
    Hérédité des caractères acquis: les modifications qu’un organisme acquiert au cours de sa vie sont transmissibles à ses descendants. (=> efforts cumulatifs)
  • Evolution

    1. 1. Evolution Nothing in biology makes sense, except in the light of evolution. Theodosius Dobzhansky
    2. 2. Déroulement du cours  Contexte historique de la théorie de l‘évolution  Concept de fitness  Life History Traits  Sélection naturelle  Sélection sexuelle  Sélection fréquence-dépendante  Modèle théorique de la colombe et du faucon  Sélection de parenté ou « Kin selection »
    3. 3. Contexte historique de l‘évolution Hellénisme: Aristote Platon Platon et Aristote défendent des opinions qui s’opposent à toute idée d’évolution.
    4. 4. Contexte historique de l‘évolution Culture judéo-chrétienne: Se fonde sur le récit de la création selon lequel les espèces sont conçues indépendamment l’une de l’autre, sans possibilité d’évolution.
    5. 5. Contexte historique de l‘évolution Carl von Linné (1707-1778): Père de la taxinomie et de la nomenclature binomiale.
    6. 6. Contexte historique de l‘évolution Jean-Baptiste Monet, Chevalier de Lamarck (1744-1829)  Principe de l’usage et du non-usage  Hérédité des caractères acquis
    7. 7. Contexte historique de l‘évolution Charles Darwin (1809-1882) QuickTime™ et un décompresseur sont requis pour visionner cette image.
    8. 8. Contexte historique de l‘évolution Charles Darwin (1809-1882) Les diverses espèces contemporaines descendent, avec modifications, d’espèces ancestrales Le mécanisme de modification est la sélection naturelle, dont l’action se produit sur une très longue période
    9. 9. Contexte historique de l‘évolution Charles Darwin (1809-1882) Principe de la sélection naturelle La sélection naturelle correspond au succès différentiel dans la reproduction. La sélection naturelle repose sur une interaction entre le milieu et la variabilité propre aux organismes composant une population La sélection naturelle débouche sur l’adaptation des populations à leur environnement.
    10. 10. Contexte historique de l‘évolution Theodosius Dobzhansky, Ernst Mayr, Georges Gaylord Simpson, Sewall Wright (début du 20ème siècle) Théorie synthétique de l‘évolution (TSE)  La TSE intègre la génétique mendélienne, la génétique des populations, la paléontologie et la systématique.  L’unité d’évolution n’est plus l’individu, mais le gène (modification des fréquences alléliques).  La sélection naturelle n’est plus le seul moteur de l’évolution. Il faut y ajouter les mutations, le flux génétique et la dérive génétique.  Notion d’équilibres ponctués
    11. 11. Contexte historique de l‘évolution Evolution selon Darwin Evolution selon la TSE Variations des individus dans une population  Variations phénotypiques dans une population  Héritabilité des variations  Survie et reproduction différentielle  Sélection des variantes à succès  Variations du génotypes variations du phénotypes  Succès différentiel des différents phénotypes  Sélection des gènes à succès et donc de leur phénotype correspondant.
    12. 12. Contexte historique de l‘évolution Gradualisme vs équilibres ponctués
    13. 13. Concept de fitness La fitness (valeur adaptative) est la contribution d’un individu aux gènes de la génération suivante
    14. 14. Concept de fitness Illustration de l’effet de la fitness AA: homozygote, produit quatre gamètes haploïdes aa: homozygote, produit trois gamètes haploïdes AA aa AA
    15. 15. Concept de fitness Illustration de l’effet de la fitness 75% des zygotes AA sont viables. 62.5% des zygotes Aa sont viables. 50% des zygotes aa sont viables. AA aa AA
    16. 16. Concept de fitness AA aa AA
    17. 17. Concept de fitness Calcul de la fitness relative de l’allèle a avec W(A) = 1 = ¸ + W(a) (prop. d'hétérozygotes Aa 2) prop. d'homozygotes aa ¸ + (proportion d'hétérozygotes Aa 2) prop. d'homozygotes AA
    18. 18. Concept de fitness Une adaptation est un caractère sous contrôle génétique qui augmente la fitness de l’organisme qui le porte.
    19. 19. Concept de fitness Exemple d’adaptation: les pinsons de Darwin QuickTime™ et un décompresseur sont requis pour visionner cette image.
    20. 20. Life History Traits Caractéristiques d’un organisme qui ont un effet sur sa valeur adaptative (fitness)
    21. 21. Life History Traits Modèle temporel (naissance, maturité, reproduction, mort), caractérisé par des caractères phénotypiques bien déterminés:  Taille lors de la naissance  Age de la maturité sexuelle  Nombre de descendants  Durée de vie
    22. 22. Life History Traits Optimisation des différentes variables dans le but d’augmenter sa fitness Ne peut pas investir de l’énergie à la fois dans la survie et dans la reproduction Compromis ou « trade-off »
    23. 23. Life History Traits Exemple de trade-off chez la mésange
    24. 24. Life History Traits Exemple de trade-off chez begonia involucrata QuickTime™ et un décompresseur sont requis pour visionner cette image.
    25. 25. Life History Traits QuickTime™ et un décompresseur sont requis pour visionner cette image. E
    26. 26. Sélection Sélection naturelle: favorise la survie Sélection sexuelle: favorise la reproduction QuickTime™ et un décompresseur sont requis pour visionner cette image.
    27. 27. Sélection naturelle Avantage pris par certains génotypes par diminution relative de la fécondité et/ou de l’espérance de vie d’autres génotypes de la population, sous l’influence de facteurs du milieu
    28. 28. Sélection naturelle
    29. 29. Sélection naturelle Phalène du bouleau QuickTime™ et un décompresseur sont requis pour visionner cette image.
    30. 30. Sélection naturelle QuickTime™ et un décompresseur sont requis pour visionner cette image. B
    31. 31. Sélection naturelle QuickTime™ et un décompresseur sont requis pour visionner cette image. E Aide: Va = variance adaptative Venv = variance liée aux facteurs environnementaux
    32. 32. Sélection sexuelle Succès reproductif de certains individus par rapport à d’autres individus du même sexe
    33. 33. Sélection sexuelle Principe de Bateman: Mâles: beaucoup de petits gamètes; peu d’investissement de temps et d’énergie par gamète Femelles: peu de gros gamètes; beaucoup d’investissement de temps et d’énergie par gamète
    34. 34. Sélection sexuelle Principe de Bateman: Mâles: compétition pour l’accès à un nombre élevé de partenaires Femelles: choix d’un partenaire de bonne qualité
    35. 35. Sélection sexuelle Sélection intrasexuelle: agit entre individus du même sexe Sélection intersexuelle: agit entre individus de sexe opposé (choix du partenaire)
    36. 36. Sélection sexuelle Sélection intrasexuelle: Conflit direct QuickTime™ et un décompresseur sont requis pour visionner cette image.
    37. 37. Sélection sexuelle Sélection intrasexuelle: conflit indirect (sperm competition)
    38. 38. Sélection sexuelle Sélection intrasexuelle: infanticide QuickTime™ et un décompresseur sont requis pour visionner cette image.
    39. 39. Sélection sexuelle Sélection intersexuelle: choix des femelles pour le mâle le plus attractif
    40. 40. Sélection sexuelle Sélection intersexuelle: Quels sont les critères de choix de la femelle? Les caractères sexuels secondaires QuickTime™ et un décompresseur sont requis pour visionner cette image.
    41. 41. Sélection sexuelle Sélection intersexuelle: Condition pour qu’un caractère sexuel secondaire soit conservé par l’évolution le gain de fitness par la reproduction doit être supérieur à la perte de fitness due au css. le css ainsi que la préférence des femelles pour ce caractère doit être héritable
    42. 42. Sélection sexuelle Sélection intersexuelle: Quelle avantages gagnent les femelles lorsqu’elles choisissent?
    43. 43. Sélection sexuelle Hyphotèse de Fisher: effet boule de neige
    44. 44. Sélection sexuelle Hypothèse du handicap de Zahavi: Le handicap reflète la qualité des gènes
    45. 45. Sélection sexuelle Hypothèse du handicap de Zahavi: Pas de tricherie possible Zur Anzeige wird der QuickTime™ Dekompressor „TIFF (LZW)“ benötigt.
    46. 46. Sélection sexuelle Modèle de Hamilton-Zuk: « good genes » Les choix des femelles se reposent sur des caractéristiques héritables qui sont importantes pour la survie (cas particulier: résistance au parasitisme)
    47. 47. Sélection sexuelle Modèle de Hamilton-Zuk: Exemple chez l’hirondelle rustique
    48. 48. Sélection sexuelle Modèle de Hamilton-Zuk: Exemple chez l’hirondelle rustique
    49. 49. Sélection sexuelle Modèle de Hamilton-Zuk: Exemple chez l’hirondelle rustique Zur Anzeige wird der QuickTime™ Dekompressor „TIFF (LZW)“ benötigt.
    50. 50. Sélection fréquence-dépendante La fitness d’un génotype dépend de sa fréquence  Sélection fréquence-dépendante positive  Sélection fréquence-dépendante négative
    51. 51. Sélection fréquence-dépendante Exemple: Sélection fréquence-dépendante de l’ouverture de la bouche d’un poisson cychlidé mangeur d’écaille
    52. 52. Modèle théorique de la colombe et du faucon Etude du comportement animal à l’aide de la théorie des jeux (Von Neumann et Morgenstern, 1953)
    53. 53. Modèle théorique de la colombe et du faucon (V - C) 0 V V - D 2 ( ) 2
    54. 54. Modèle théorique de la colombe et du faucon Concept de stratégie évolutivement stable (ESS) Une stratégie s* est une ESS si, lorsque toute la population a adopté cette stratégie, aucune stratégie déviante ne peut envahir la population.
    55. 55. Modèle théorique de la colombe et du faucon Une stratégie J est évolutivement stable si et seulement si G(J,J) > G(K,J) ou G(J,J) = G(K,J) et (J,K) > G(K,K)
    56. 56. Modèle théorique de la colombe et du faucon Est-ce que la stratégie faucon ou la stratégie colombe serait évolutivement stable? Non
    57. 57. Modèle théorique de la colombe et du faucon Stratégie mixte Comme aucune des deux stratégies n’est stable, un polymorphisme sera maintenu, sous l'action d'une sélection fréquence-dépendante.
    58. 58. Modèle théorique de la colombe et du faucon Stratégie mixte évolutivement stable (fréquence d’équilibre) gain moyen stratégie F = gain moyen stratégie C h*G(F, F) + (1-h)*G(F, C) = (1-h)*G(C, C) + h*G(C, F)
    59. 59. Modèle théorique de la colombe et du faucon Exemple: La guêpe solitaire Sphex ichneumoneus Dépose des proies (sortes de criquets) dans les chambres d’un nid et pond ensuite un oeuf dans chaque chambre. Deux stratégies possibles pour une femelle : • creuser son propre nid (coûteux et risqué); • entrer dans un nid apparemment abandonné (mais si combat, perdante abandonne tous les katydides déjà déposés)
    60. 60. Modèle théorique de la colombe et du faucon Exemple: La guêpe solitaire Sphex ichneumoneus La stratégie "entrer" n'a de chance de succès que si elle est relativement rare. Si beaucoup "entrent", peu "creusent", donc la probabilité qu'un nid soit en fait occupé augmente. A un certain point, c'est alors l'autre stratégie ("creuser") qui devient plus favorable. Le mélange des stratégies aboutit à un équilibre, puisque dans une certaine population de Sphex, on a pu vérifier un rapport de 41 "entrer" pour 59 "creuser", et que le taux de reproduction est équivalent entre les deux stratégies (environ 0.9 oeuf pondu par individu et par 100 heures).
    61. 61. Modèle théorique de la colombe et du faucon (V-C)/2 V 0 V/2 - D 1/2*G(F,F) + 1/2*G(F,C) 1/2*G(C,F) + 1/2*G(C,C) 1/2*G(F,F) + 1/2*G(C,F) 1/2*G(F,C) + 1/2*G(C,C) 1/2*G(F,C) + 1/2*G(C,F) Bourgeois: stratégie conditionnelle
    62. 62. Modèle théorique de la colombe et du faucon Est-ce que la stratégie bourgeois est évolutivement stable? Oui
    63. 63. Modèle théorique de la colombe et du faucon Exemple d’une stratégie évolutivement stable Tircis Toute la population suit une stratégie B Ressource = tache de lumière Proprio si reste qq secondes sur une tache sans être attaqué Individu A : proprio (F) Individu B : intrus (C)  B va toujours abandonner
    64. 64. Kin selection Phénomène de sélection naturelle qui favorise le comportement altruiste en accroissant le succès reproductif des parents
    65. 65. Kin selection Coefficient de parenté r Pourcentage de gènes que deux individus ont en commun r = 0.5n Avec n le nombre d’étapes familiales à parcourir entre les individus
    66. 66. Kin selection Inclusive fitness (fitness totale) IF = F + r*B - C IF: inclusive fitness F: fitness darwinienne r: coefficient de parenté B: bénéfice des actions de l‘individu sur la reproduction de la parenté C: coûts direct de ces actions sur la reproduction de l‘individu
    67. 67. Kin selection Comportement altruiste: règle de Hamilton r*B > C « Je veux bien sacrifier ma vie si cela peut sauver 4 de mes petits-enfants ou bien 8 de mes cousins germains ! » J. B. S. Haldane
    68. 68. Kin selection Exemple: Cri d’alarme chez les écureuils
    69. 69. Kin selection QuickTime™ et un décompresseur sont requis pour visionner cette image. C
    70. 70. Kin selection QuickTime™ et un décompresseur sont requis pour visionner cette image. B
    71. 71. Bibliographie Campbell and Reece, „Biologie“, De Boeck, 2ème édition, 2004 Freeman and Herron, „Evolutionary analysis“, Prentice & Hall (Pearson education), 4ème édition,2007 Schmid-Hempel und Räsänen, Einführung in die Populations- und Evolutionsbiologie

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