1. Evolution
Nothing in biology makes sense, except in the light
of evolution.
Theodosius Dobzhansky
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. Contexte historique de l‘évolution
Hellénisme:
Aristote
Platon
Platon et Aristote défendent des opinions qui s’opposent à
toute idée d’évolution.
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. Contexte historique de l‘évolution
Carl von Linné (1707-1778):
Père de la taxinomie et de la
nomenclature binomiale.
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. Contexte historique de l‘évolution
Charles Darwin
(1809-1882)
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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. 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. 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. 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.
13. Concept de fitness
La fitness (valeur adaptative) est la contribution d’un
individu aux gènes de la génération suivante
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. 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
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. Concept de fitness
Une adaptation est un caractère sous contrôle
génétique qui augmente la fitness de l’organisme qui
le porte.
19. Concept de fitness
Exemple d’adaptation: les pinsons de Darwin
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20. Life History Traits
Caractéristiques d’un organisme qui ont un
effet sur sa valeur adaptative (fitness)
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. 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 »
24. Life History Traits
Exemple de trade-off chez begonia involucrata
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25. Life History Traits
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E
26. Sélection
Sélection naturelle:
favorise la survie
Sélection sexuelle:
favorise la
reproduction
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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
31. Sélection naturelle
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E
Aide: Va = variance adaptative
Venv = variance liée aux facteurs
environnementaux
32. Sélection sexuelle
Succès reproductif de
certains individus par
rapport à d’autres
individus du même sexe
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. 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. Sélection sexuelle
Sélection intrasexuelle: agit entre individus
du même sexe
Sélection intersexuelle: agit entre individus
de sexe opposé (choix du partenaire)
36. Sélection sexuelle
Sélection intrasexuelle: Conflit direct
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40. Sélection sexuelle
Sélection intersexuelle:
Quels sont les critères de choix de la femelle?
Les caractères sexuels secondaires
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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
45. Sélection sexuelle
Hypothèse du handicap de Zahavi:
Pas de tricherie possible
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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)
49. Sélection sexuelle
Modèle de Hamilton-Zuk:
Exemple chez l’hirondelle rustique
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50. Sélection fréquence-dépendante
La fitness d’un génotype dépend de sa
fréquence
Sélection fréquence-dépendante positive
Sélection fréquence-dépendante négative
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. 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. Modèle théorique de la colombe et du faucon
Est-ce que la stratégie faucon ou la stratégie
colombe serait évolutivement stable?
Non
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. 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. 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. 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. 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. Modèle théorique de la colombe et du faucon
Est-ce que la stratégie bourgeois est
évolutivement stable?
Oui
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. Kin selection
Phénomène de sélection naturelle qui favorise
le comportement altruiste en accroissant le
succès reproductif des parents
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. 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. 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
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
Notes de l'éditeur
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)