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La formation de nouvelles espèces : quand les populations évoluent séparément

On connaît, aux Galápagos, 14 espèces différentes de pinsons qui occupent des îles différentes et

ont des phénotypes différents, adaptés à leurs ressources alimentaires (taille du bec)

Ce sont des espèces différentes, les individus ne peuvent se reproduire entre eux, leur génome est

différent.

Des études génétiques ont été menées sur les différentes espèces : on a comparé les séquences de

différents gènes et notamment BMP4 qui code la taille du bec

1. Des études génétiques montrent un lien de parenté.

On applique le principe phylogénique : plus les molécules (gènes ou protéines) présentent de

similitudes (nucléotides ou acides aminés identiques), plus ces espèces ont un lien de parenté

étroit, plus leur ancêtre commun est récent

Chez les différentes espèces de pinsons, les becs de grande taille ont été corrélés à une expression forte et

précoce du facteur BMP4 (en bleu) dans le tissu à l'origine du bec (en gris),

Tous ces pinsons possèdent un lien de parenté, ils descendent tous d'un même ancêtre commun.

Puis ils se sont différenciés progressivement à partir d'ancêtres plus récents. Par exemple G. fuliginosa et G. fortis possèdent l'ancêtre commun le plus récent

Donc les espèces se différencient à partir d'espèces ancestrales plus anciennes, par évolution de

leur génome, par mutations. Toute espèce actuelle provient d'une espèce plus ancienne Mais quel est le moteur de cette apparition d'espèces nouvelles : la spéciation ?

2. L'isolement des populations : le moteur de la spéciation.

1. Les observations de Darwin

Les iles de l'archipel des Galápagos ne sont rien d'autres que les sommets émergés de volcans sous-marins, éteints pour certains, encore actifs pour d'autres, qui ont commencé́

à se former il y a cinq millions d'années.

Lorsqu'un volcan apparait au fond de l'océan il grandit à chaque éruption, à tel point que,

parfois, son sommet dépasse du niveau de la mer formant ainsi une ile. Par conséquent, une ile volcanique n'est tout d'abord qu'un amas de lave solidifiée sans la moindre trace de vie, ni animale, ni végétale. Puis, peu à peu, le vent et les courants marins y apportent des graines qui, en germant,

donnent naissance à une végétation susceptible de nourrir les animaux qui échouent sur les

rivages de l'ile. Évidemment, les plantes et les animaux qui colonisent un archipel volcanique proviennent essentiellement des terres environnantes.

Lorsqu'en 1835, Charles Darwin arrive aux Galápagos il sait déjà tout cela, aussi n'est-il pas

surpris de reconnaitre sur ces iles une faune et une flore qui lui rappelle celle qu'il vient d'étudier en Amérique du Sud. Voilà donc comment il se représente cette histoire : Conformément à sa mission, Darwin capture et naturalise (empaille) de nombreux oiseaux insulaires dont des pinsons.

À son retour en Angleterre, il apporte ces oiseaux dans un musée où un spécialiste lui fait

remarquer que, malgré́ leurs ressemblances, les pinsons ramenés d'Amérique du sud ne sont pas de la même espèce que ceux des Galápagos. A partir de ces observations, Darwin construit un scénario d'évolution des pinsons aux

Galápagos :

Une espèce ancestrale a colonisé les premières iles Galápagos, il y a 4 millions d'années, puis au fil

de l'apparition des nouvelles iles volcaniques et des migrations successives, les populations,

isolées les unes des autres, ont évolué différemment en fonction des environnements, finissant par

donner naissance à de nouvelles espèces

L'isolement géographique des différentes populations favorise des évolutions différentes à cause :

- de l'apparition de mutations différentes - de la dérive génétique

- de la sélection naturelle : sur chaque île, en fonction de l'environnement, des caractères

différents (allèles différents) sont sélectionnés.

Bec fin

En comparant les caractères des espèces actuelles : A, B ; C, on peut tenter de reconstituer leur lien

de parenté

Espèce

Caractère

A B C

Bec Gros Gros Fin

Pattes Courtes Courtes Longues

Crête Grande Petite Petite

Queue Courtes Longue Courte

A et B partagent 2 caractères en commun, ils ont l'ancêtre commun le plus récent A et C, B et C ne partagent qu'un caractère, ils ont un ancêtre commun plus ancien. Personne n'a jamais pu observer les espèces ancestrales de A, B et C. Elles ont disparu depuis longtemps, probablement sans se fossiliser, et même si l'on retrouvait un fossile il serait

impossible d'avoir la certitude qu'il s'agit bien d'une de ces espèces. On ne peut donc pas tracer

d'arbre généalogique des pinsons. Mais reconstituer leurs liens de parenté : arbre phylogénique

Aujourd'hui on constate qu'il ne s'agit donc plus de populations mais d'espèces différentes ! Comment passe-t-on de populations isolées à l'apparition de nouvelles espèces ?

2. De la population à l'espèce

On rappelle

Une espèce : ensemble d'individus

interféconds, qui possèdent les mêmes gènes (génome =)

Une population : un ensemble

d'individus d'une même espèce vivant dans une zone géographique particulière (environnement donné), qui possèdent les mêmes gènes et dont les allèles les plus fréquents sont les plus avantageux.

Individu : chacun possède une

combinaison d'allèle unique (génotypes

Si les individus de 2 populations d'une même espèce sont toujours interféconds, ce n'est pas le

cas d'individus d'espèces différentes, pourquoi ne peuvent-ils plus se reproduire entre eux ? On comprend bien que si elles sont isolées géographiquement, chaque population va évoluer

indépendamment, la fréquence de leurs allèles va se modifier, par dérive génétique et sélection

naturelle, au bout d'un certain temps leur génétique sera devenue tellement différente qu'ils ne

pourront plus se reproduire ensemble ! il s'agit avant tout d'un isolement reproducteur.

Quelques exemples :

De l'effet de la forme du bec sur la reproduction :

On constate

- que la taille du bec varie au sein d'une population - que la taille du bec varie entre les mâles et les femelles - que plus les femelles ont un gros bec plus le bec du mâle est gros aussi, mâles et femelles s'accouplent en fonction de la taille de leur bec Le choix des partenaires ne se fait donc pas au hasard, il y a un choix en fonction de la taille du bec, sachant qu'un grand bec implique un chant plus grave de la part des oiseaux. Lors de la parade nuptiale, les animaux se reconnaissent avec leurs chants, et s'accouplent. On étudie les chants des pinsons (doc page 104) On enregistre les chants et on les étudie grâce à l'obtention d'un sonogramme. Un chant consiste en une succession de sons ponctués de silences. Pour identifier et analyser les chants d'oiseaux, les scientifiques ont recours à un appareil : le spectrogramme. On obtient un diagramme représentant les fréquences sonores (axe vertical) en fonction du temps (axe horizontal) : le sonogramme.

• L'unité la plus basique du chant est la note, ou l'élément, qui apparait comme une marque

continue sur le spectrogramme. • L'unité suivante est la syllabe, composée de plusieurs notes groupées ensemble. • Deux ou plusieurs syllabes regroupées forment une phrase. Une phrase peut ainsi être

l'enchainement de syllabes identiques ou au contraire contenir des syllabes différentes. Pour être

encore plus complexe, il arrive parfois qu'une phrase ne soit composée que d'une note ou d'une syllabe unique. On appelle syntaxe la durée et l'ordre des notes, syllabes, ou phrases. Écoutez les Chant des pinsons de Darwin http://www.oiseaux-birds.com/dossier-pinsons- darwin.html

Les sonogrammes :

1 phrase

1 phrase

1 phrase

Chaque espèce possède un chant bien

spécifique.

L'impact de la taille du bec est une

donnée majeure car elle fournit une hypothèse sur la barrière de reproduction à l'origine de la spéciation.

En effet, d'autres études menées par les

Grant ont montré que les femelles d'une

espèce ne réagissaient pas aux chants d'autres espèces de pinsons.

Si, au sein d'une population, des

individus présentant une taille de bec différente ont développé un chant différent, cela a pu induire une reproduction privilégiée entre des individus d'une même taille de bec et ainsi entrainer une barrière de reproduction et une spéciation. Un scénario pour une spéciation chez les pinsons :

Après séparation géographique, des populations issues d'une population d'origine, évoluent en fonction

de leur environnement, les individus se spécialisent en fonction de la nourriture disponible ; leur bec, et

donc leur chant, évoluent si ils reviennent sur leur île d'origine ils ne se reproduisent plus avec les

individus de la population mère dont ils diffèrent par le chant à 2 espèces se sont formées

Les populations se séparent en sous-populations au cours du temps à cause de facteurs environnementaux

(séparations géographiques) ou génétiques (mutations par exemple). Chacune des sous-populations est soumise à la dérive et à la sélection naturelle.

Ces sous-populations vont évoluer indépendamment en cas d'isolement reproducteur, ce qui est à l'origine

de la formation de nouvelles espèces : c'est la spéciation.

D'autres exemples :

• Exemple des drosophiles (pages 102/103) • Exercice sur le pouillot verdâtre (exercice 4 page 114)

3. Une indispensable communication entre les organismes (page 104 à 107)

Les individus communiquent entre eux. Cette communication, sonore, visuelle, chimique, structure la population et assure • La défense du territoire (doc2 page 105) • La cohésion du groupe (doc 3 page 105) • Indication de ressources alimentaires • La reproduction (page 106, 107) La communication est indispensable pour assurer la rencontre des partenaires sexuels Les parades nuptiales, (doc b page 106), les chants (doc page 104, TP) ou reconnaissances

sonores (doc d page 107), les combats entre mâles (doc a page 106), les attributs physiques (doc c

page 107) permettent aux partenaires sexuels de se reconnaître et de se rapprocher. Tout caractère favorisant cette rencontre sera avantageux pour la reproduction, le transfert des allèles et se traduira pas une sélection de ce caractère Toute modification du comportement reproducteur peut se traduire par un isolement reproducteur et une spéciation BILAN

Ainsi les espèces apparaissent à partir d'espèces préexistantes, grâce aux forces évolutives :

Dérive et sélection.

1. Les mutations font apparaître des allèles nouveaux, responsables de la mise en place de

caractères nouveaux (innovations génétiques), de la diversité individuelle.

2. Ces allèles sont transmis au hasard aux générations suivantes grâce à la reproduction sexuée

3. Les individus sont soumis à

- La dérive génétique qui fait varier au hasard la fréquence des différents allèles

- La sélection naturelle qui sélectionne les caractères les plus avantageux dans un environnement

donné (survie et reproduction)

4. Si des populations sont séparées, (géographie, écologie, comportements...) suffisamment

longtemps les populations n'échangent plus d'allèles, évoluent séparément jusqu'à ce que

l'interfécondité ne soit plus possible : c'est la spéciation : de nouvelles espèces sont apparues

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