Évolution et Diversité du Vivant (101-NYA-05) Cours 7 Évolution selon Darwin Macroévolution et...

Évolution et Diversité du Vivant (101-NYA-05)

Cours 7Évolution selon DarwinÉvolution selon Darwin

Macroévolution et systématiqueMacroévolution et systématique

Bernadette Féry et Alexandre Barette Automne 2004 - Version corrigée

• Qu'est-ce que l'évolution ? (Deux définitions)(Deux définitions)

• Comment expliquait-on le monde avant l'époque de

Darwin (et Wallace) ?

(Le contexte historique afin de comprendre l'aspect (Le contexte historique afin de comprendre l'aspect

révolutionnaire de l'idée même de l'évolution)révolutionnaire de l'idée même de l'évolution)

• Les premières théories explicatives de l'évolution

(Le lamarckisme et le darwinisme)(Le lamarckisme et le darwinisme)

• Quelques subtilités de la sélection naturelle

• La sélection naturelle en action

• Les preuves « signes » de l’évolution

• Les fossiles et leur datation

Qu'est-ce que l'évolution ?

L'évolution c'est la résultante des divers résultante des divers processus qui transforment les formes processus qui transforment les formes primitives de vie en la stupéfiante diversité primitives de vie en la stupéfiante diversité qui la caractérise de nos jours.qui la caractérise de nos jours.

L'évolution c'est la transformation des êtres transformation des êtres vivants avec le tempsvivants avec le temps, engendrant ainsi l’apparition de nouvelles espèces et la disparition des anciennes.

Comment expliquait-on le monde avant l'époque de Darwin et Wallace ?

L’idéalisme ou essentialisme

L’échelle de la nature

Le créationnisme

Le naturalisme (théologie naturelle)

Le catastrophisme

Le gradualisme

L’uniformitarisme

L’idéalisme ou essentialisme

Platon (~400 av. J.-C.)Platon (~400 av. J.-C.)Pose l'existence de 2 mondes (dualisme platonicien) : un monde monde réel, idéal et éternelréel, idéal et éternel et un monde monde illusoire et imparfait, perçuillusoire et imparfait, perçu par les sens.

«« Chaque individu d’une espèce est une Chaque individu d’une espèce est une copie imparfaite d ’un modèle parfait et copie imparfaite d ’un modèle parfait et immuable appartenant au monde des immuable appartenant au monde des idées. idées. »»

Conception du monde où l'évolution est Conception du monde où l'évolution est impossible puisque tout est parfait !impossible puisque tout est parfait !

http://mper.chez.tiscali.fr/auteurs/Platon.html

L'échelle de la nature

Aristote (~400 av. J.-C.)Aristote (~400 av. J.-C.)(Disciple de Platon)

Ne reprend pas le dualisme platonicien mais les espèces sont éternelles.S'attache à classer les formes de vie S'attache à classer les formes de vie selon une échelle de complexité selon une échelle de complexité croissante.croissante.Chaque forme de vie occupe un rang et tous les rangs sont occupés.

http://www.infoscience.fr/histoire/portrait/aristote.html

Dans cette vision du monde qui a dominé Dans cette vision du monde qui a dominé la pensée judéo-chrétienne la pensée judéo-chrétienne jusqu’au XIXjusqu’au XIXee siècle siècle, les espèces sont permanentes, parfaites, et , les espèces sont permanentes, parfaites, et

n'évoluent pas.n'évoluent pas.

Le créationnisme

Récit de la création dans Récit de la création dans l'Ancien Testamentl'Ancien Testament(Mythes bibliques)

Dieu a créé les espèces de espèces de manière individuelle et manière individuelle et définitive,définitive, en 6 jours.

http://www.fortunecity.com/victorian/dadd/342/

Les espèces sont « définitives » et n'évoluent pas.Les espèces sont « définitives » et n'évoluent pas.

James Ussher (1580-1655)Pasteur anglican et primat d ’Irlande

1650 : « Annales veteris testamenti, a prima mundi origene deducti »(Annales de l ’Ancien Testament, retracées depuis l ’origine du monde)

Dieu a créé le monde le dimanche 23 octobre 4004 av. J-C, à midi

Vision fixiste du monde inspirée de la Bible par opposition à la vision transformiste qui se

développera au XIXe

Diapositive extraite d'un diaporama sur l'évolution de l'Université Laval

Le naturalisme ou théologie naturelle

Théorie à laquelle se rattachent la plupart des Théorie à laquelle se rattachent la plupart des naturalistes européens et américains des années 1700naturalistes européens et américains des années 1700

Chaque espèce est parfaitement adaptée à son milieu. (Perfection de la création.)

Son principal objectif :Classer les espèces afin de révéler les degrés de l’échelle le long de laquelle Dieu a disposé la vie (pour révéler la gloire de Dieu et comprendre ses desseins).

Pas de place pour l’évolution dans cette vision du monde !Pas de place pour l’évolution dans cette vision du monde !

C’est en ce sens que Carl von LinnéCarl von Linné a développé le système taxinomique (système de classification des espèces).Encore en usage aujourd’hui.

Le catastrophisme

Georges Cuvier (1769-1832)Georges Cuvier (1769-1832)Père de la paléontologie.

http://www.academie-francaise.fr/immortels/base/academiciens/fiche.asp?param=341

Paléontologie : Paléontologie : Science qui étudie les Science qui étudie les fossiles (les êtres vivants fossiles (les êtres vivants ayant existé au cours des ayant existé au cours des temps géologiques).temps géologiques).

Les fossiles sont les vestiges ou les empreintes d'organismes anciens conservés dans la roche

Campbell : 422 (1eéd. Française) — Figure 20.4Campbell : 467 (2eéd. Française) — Figure 22.2

La plupart des fossiles se retrouvent dans les roches sédimentaires

Voyez les 4 strates Voyez les 4 strates sédimentaires sédimentaires pointées.pointées.


Campbell : 423 (1Campbell : 423 (1eeéd. Française) — Figure 20.5éd. Française) — Figure 20.5Campbell : 468 (2Campbell : 468 (2eeéd. Française) — Figure 22.4éd. Française) — Figure 22.4

Stratification de la roche sédimentaire dans le Grand Canyon

Cuvier a étudié les strates sédimentaires du bassin parisien

Cuvier croyait que les espèces avaient été créées dès le début des temps et qu’elles étaient fixes et immuables (fixité des fixité des espècesespèces).

Il s'attendait donc à retrouver des fossiles de toutes les espèces actuelles, ce dans toutes les strates sédimentaires.

Ce ne fut pas le cas ! Il constata des faits contradictoires.

Les observations géologiques notées par Cuvier

Les fossiles récents Les fossiles récents ressemblent aux ressemblent aux

espèces actuellesespèces actuelles

Plus on descend dans les strates plus les fossiles

sont différents des espèces actuelles

Dans certaines strates il Dans certaines strates il n'y a pas de fossilesn'y a pas de fossiles

Cuvier ne croyant pas à l’évolution des espèces. Il proposa la théorie du catastrophismethéorie du catastrophisme pour expliquer ces bizarreries !

Des catastrophes (sécheresses, inondations …) Des catastrophes (sécheresses, inondations …) auraient entraîné l’extinction d’espèces et le auraient entraîné l’extinction d’espèces et le repeuplement par la suite d’espèces périphériques repeuplement par la suite d’espèces périphériques à la zone sinistrée.à la zone sinistrée.

Ces archives géologiques montraient de toute évidence que la flore et la faune de la terre avaient changé au cours du temps.

Le gradualisme

James Hutton James Hutton (1726-1797)(1726-1797)(Un géologue)

La terre change profondément suite à l’accumulation de petits changements qui se produisent de façon lente mais continuelle.

ExempleExempleLes canyons ont été creusés lentement par l’action ininterrompue des fleuves.

http://www.usgs.gov/museum/575005.html

Dans cette vision, on progresse vers la notion d'évolution !Dans cette vision, on progresse vers la notion d'évolution !

L’uniformitarisme

Charles Lyell (1797-1875)Charles Lyell (1797-1875)(Un géologue)

S’appuie sur le gradualisme de Hutton.Non seulement la terre change profondément suite à l’accumulation de petits changements sur de longues périodes de temps, mais les changements les changements géologiques s’équilibrent avec le temps.géologiques s’équilibrent avec le temps.

http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosgeol/01_decouvrir/06_pionniers/03a.htm

D'une certaine manière, Lyell était évolutionniste.D'une certaine manière, Lyell était évolutionniste.

Lyell affirmait que les formations rocheuses apparaissaient lentement, se transformaient puis disparaissaient par l’érosion. Comme tous les scientifiques de son temps, Lyell pensait que les espèces sont « immuables » dans leurs caractéristiques anatomiques et physiologiques. Mais il estimait que si les conditions du milieu il estimait que si les conditions du milieu changeaient, il était possible que les espèces devenues inadaptées périssentchangeaient, il était possible que les espèces devenues inadaptées périssent, comme le ferait une espèce normalement adaptée à un climat tempéré et humide, soumise à un climat chaud et sec.

Les premières théories explicatives de l'évolution

Le lamarckisme

Le darwinisme (wallanisme)

Le lamarkisme

Jean-Baptiste de Monet Jean-Baptiste de Monet (1744-1829) (1744-1829) Chevalier de Lamarck

Naturaliste français.Responsable des collections d'invertébrés au Responsable des collections d'invertébrés au musée d'histoire naturelle de Paris.musée d'histoire naturelle de Paris.Le premier à affirmer publiquement le concept Le premier à affirmer publiquement le concept d'évolution des espèces et à élaborer un d'évolution des espèces et à élaborer un modèle pour l'expliquer.modèle pour l'expliquer.Publie en 1809en 1809 : Philosophie zoologique.

http://www.biol.unipr.it/aai/galleria/lamarck.gif

En comparant les espèces actuelles aux formes fossiles, il crut déceler des lignées (séries chronologiques de fossiles menant aux espèces modernes).

Lamarck déclare que l'évolution existe.

Les organismes se transformentLes organismes se transforment mus par un besoin intérieur à atteindre des formes de plus en plus complexes et parfaitement adaptées à leur milieu.

Un résumé de la théorie de Lamarck

Ce naturaliste croyait que le milieu engendrait des besoins. Ce naturaliste croyait que le milieu engendrait des besoins. Ces besoins entraînaient le développement des organes Ces besoins entraînaient le développement des organes utilisés ou la régression des organes non utilisés dans le utilisés ou la régression des organes non utilisés dans le but de s'adapter au milieu.but de s'adapter au milieu.

1)1) L'usage et le non-usageL'usage et le non-usageUsage d’un organe développement de l’organe.Non usage d’un organe atrophie de l'organe.Le gros bras du forgeron, le cou de la girafe, les pattes perdues des serpents …

2)2) L'hérédité des caractères acquisL'hérédité des caractères acquisLes caractères, acquis par l’usage ou le non usage, se transmettent aux descendants. L'espèce se transforme graduellement.

Les naturalistes de l'époque croyaient tous à l'hérédité des Les naturalistes de l'époque croyaient tous à l'hérédité des caractères acquis, même Darwin !caractères acquis, même Darwin !

Un résumé de la théorie de LamarckLe mécanisme explicatif de l'évolution selon Lamarck : la modification des organes par leur usage et la la modification des organes par leur usage et la

transmission de ces modifications aux descendantstransmission de ces modifications aux descendants

Évolution du cou de la girafe selon Lamarck

• Ancêtre à cou court mange les feuilles des arbres.• Fait des efforts pour atteindre les feuilles les plus hautes.• L’animal étire le cou et les pattes.• Ces organes s’allongent.• L’allongement se transmet de façon imperceptible aux descendants.

Bilan du travail de Lamarck

1) Il ne réussit pas à convaincre ses contemporains que l'évolution des organismes est possible.(Ridiculisé par Cuvier sur l’hérédité des caractères acquis)(Ridiculisé par Cuvier sur l’hérédité des caractères acquis)

2) Il a clairement reconnu que l’évolution constitue la meilleure explication des archives géologiques et de la diversité biologique.

3) Il a clairement reconnu que la terre était très ancienneterre était très ancienne, beaucoup plus que les 6000 ans de la croyance populaire de l’époque.

4) Il a clairement reconnu que l’adaptation était un important l’adaptation était un important produit de l’évolution.produit de l’évolution.

Le darwinisme

Charles Darwin (1809-1882)Charles Darwin (1809-1882)

Naturaliste anglais.Études en médecine (qu’il abandonne) puis Études en médecine (qu’il abandonne) puis en théologie et en sciences naturelles.en théologie et en sciences naturelles.

À 22 ans (1831), il s’embarque comme À 22 ans (1831), il s’embarque comme naturaliste sur le Beagle pour un voyage naturaliste sur le Beagle pour un voyage de 5 ans de 5 ans autour de l’Amérique du Sud et de l’Archipel des Galápagos.

De retour de voyage il réfléchit sur ses observations, publie des ouvrages et conçoit sa théorie de l'évolution.Publication de sa théorie de l'évolution en en 18591859 : De l'origine des espèces.

Lire sa biographiehttp://www.hominides.com/html/dossiers/charles_darwin.html

Lire son livre http://lirenligne.free.fr/livre.php?livre_id=20

Les déterminants majeurs ayant conduit Darwin à concevoir sa théorie de l'évolution

Les observations qu’il a faites au cours de son voyage Les observations qu’il a faites au cours de son voyage sur le Beagle.sur le Beagle.


Départ et arrivée

Durant le voyage, Charles Darwin étudie la géologie des îles et des continents abordés, mais il va surtout collectionner les spécimens et les fossiles des espèces qu’il va rencontrer.

Darwin a passé 5 semaines dans les îles Galápagos

1)1) Il constata les nombreuses adaptations des végétaux Il constata les nombreuses adaptations des végétaux et des animaux à leurs milieuxet des animaux à leurs milieux (adaptations à la jungle, à la pampa argentine, etc.).

2)2) Il observa que les espèces géographiquement Il observa que les espèces géographiquement proches se ressemblent davantage que les espèces proches se ressemblent davantage que les espèces plus éloignées, tout habitat confondu.plus éloignées, tout habitat confondu.

Par exemple, les animaux et les végétaux vivant dans les régions tempérées de l'Amérique du Sud ressemblent plus à celles des régions tropicales de ce continent qu'à celles des espèces des régions tempérées d'Europe.

3)3) Il observa Il observa les ressemblances entre certaines espèces les ressemblances entre certaines espèces éteinteséteintes, dont il trouve les restes (des fossiles) dans les grandes plaines de l'Amérique du Sud, et des et des espèces qui y vivent encore.espèces qui y vivent encore.

ExemplesExemples : Un de ses fossiles (1832) présentant une carapace et

une forme semblables à celles du tatou actuel, si ce n'est qu'il devait être beaucoup plus grand.

Un fossile ressemblant au paresseux. Un autre fossile ressemblant au fourmilier.

Ces observations suggèrent que les espèces Ces observations suggèrent que les espèces ayant vécu autrefois dans la pampa argentine ayant vécu autrefois dans la pampa argentine sont les ancêtres de celles qui la peuplent sont les ancêtres de celles qui la peuplent actuellement.actuellement.

4)4) Il remarqua que la plupart des espèces vivant sur les Il remarqua que la plupart des espèces vivant sur les îles Galápagos (à 960 km du continent) ne se îles Galápagos (à 960 km du continent) ne se trouvent nulle part ailleurs bien qu'elles ressemblent à trouvent nulle part ailleurs bien qu'elles ressemblent à celles vivant sur le continent sud-américain.celles vivant sur le continent sud-américain.

Comme si l'archipel avait été colonisé par des plantes et des animaux qui s'étaient écartés du continent puis diversifiés dans les îles.

Archipel des Galápagos (province de l'Équateur), à environ 960 km à l’ouest de l’Amérique latine13 grandes îles, 17 petites îles et nombreux îlots13 grandes îles, 17 petites îles et nombreux îlots nés d'éruptions volcaniquesPendant des millions d’années, leur isolement géographique a permis le développement d’une faune et d’une flore particulières : des tortues géantes, des otaries des Galápagos, des cormorans des tortues géantes, des otaries des Galápagos, des cormorans incapables de voler, des iguanes marins, les fameux pinsons de incapables de voler, des iguanes marins, les fameux pinsons de Darwin et de nombreuses plantes comme les scalesias.Darwin et de nombreuses plantes comme les scalesias.

http://www.galapagos-ch.org/francais/galapagos.html

Darwin s'intéressa particulièrement à 13 espèces de pinsons. Chacune de ces espèces Chacune de ces espèces vivait dans une île particulière et avait un bec vivait dans une île particulière et avait un bec différent adapté à son régime alimentairedifférent adapté à son régime alimentaire (insectivore, végétarien, ou à la fois granivore et insectivore), tout en étant proche d'un type tout en étant proche d'un type de pinson sud-américain.de pinson sud-américain. Darwin émit l'hypothèse que tous ces oiseaux descendaient d'une petite colonie de pinsons continentale qui, il y a des millions d'années, avait gagné, on ne sait comment, cet endroit perdu du monde avant d'évoluer d'une façon divergente.

http://www.astrosurf.com/lombry/bioastro-evolsysvivants2.htm


La lecture du livre de LyellLa lecture du livre de Lyell Principes de géologie pendant qu'il était à bord du Beagle.

La géologie de la terre de même que sa flore et sa faune changent graduellement avec le temps.

La lecture du livre de MalthusLa lecture du livre de Malthus Essai sur les populations

Toute population s'accroît plus vite que les ressources du milieu (lutte pour la survie).

• De retour de voyage il comprit que la formation de nouvelles espèces et l'adaptation au milieu sont des processus étroitement reliés.

• Au début des années 1840, il formula les points principaux de sa théorie de l'évolution par la sélection naturelle mais ne publia pas ses travaux.

• En 1844 il rédigea un long essai sur l'origine des espèces et la sélection naturelle.

• Il en retarda la publication car il comprenait le caractère subversif de ses découvertes et eut peur des réactions. (Certains voulurent le pendre.)

• En 1858, il reçut le manuscrit d'Alfred Wallace qui formulait la même théorie que lui.Darwin va-t-il perdre l'antériorité de sa découverte ?Darwin va-t-il perdre l'antériorité de sa découverte ? NON

• Juillet 1858 : Lyell et l’un de ses collègues présentèrent des extraits de l'essai inédit de Darwin (de 1844) de même que le manuscrit de Wallace à la société linnéenne de Londres.

• La plus grande part de la découverte revient à Darwin car sa théorie date de 15 ans avant celle de Wallace (en preuve, ses carnets de voyage) et est étayée avec infiniment plus de détails (fruit d’un quart de siècle d’observations).

• 1858 : Publication officielle de la théorie (cosignée Darwin-Wallace).• 1859 : Publication du livre de Darwin « De l'origine des espèces par De l'origine des espèces par

sélection naturellesélection naturelle ».• Dix ans plus tard, la plupart des biologistes adhéraient à la théorie de

l'évolution.

La formulation de sa théorie et ses hésitations

Alfred Wallace (1823-1913)

Naturaliste anglais.Même cheminement que Darwin (voyage aux Indes orientales et lecture des mêmes livres).Rédige en trois jours un manuscrit dans lequel il présente la même théorie que Darwin.

Alfred Wallace est arrivé aux mêmes conclusions que Darwin

Lire sa biographie

http://www.fundp.ac.be/bioscope/1876_wallace/wallace.html

http://ewolucja.org/d7/d7a3.html

Darwin déclare que l'évolution existe.Les organismes Les organismes ont une descendance modifiée.descendance modifiée.

Selon lui, la vie se distingue par son unitéSelon lui, la vie se distingue par son unité parce que tous les organismes dérivent d'un prototype ancestral ayant vécu dans un lointain passé mais aussi par sa diversitémais aussi par sa diversité car, au fil du temps, les descendants de cet organisme primordial ont accumulé diverses modifications pour s'adapter à différentshabitats.

Un résumé de la théorie de Darwin

Les éléphants et les mammouths diffèrent davantage car ils sont issus d'un ancêtre commun qui a divergé depuis plus longtemps.

Les éléphants d'Asie et d'Afrique partagent beaucoup de caractéristiques car ils sont issus d'un ancêtre commun qui a divergé relativement récemment.

Campbell : 472 (2eéd. Française) — Figure 22.7

Darwin s’est aidé de la classification de Linné Darwin s’est aidé de la classification de Linné pour étayer illustrer cette descendance modifiéepour étayer illustrer cette descendance modifiée

Les humains et les singes partagent beaucoup de caractéristiques car ils sont issus d'un ancêtre commun qui a divergé relativement récemment.

Les humains et les grenouilles partagent beaucoup moins de caractéristiques car ils sont issus d'un ancêtre commun qui a divergé il y a fort longtemps.

http://www.lifesci.utexas.edu/faculty/sjasper/images/

Le mécanisme explicatif de l'évolution selon Darwin : la sélection naturelle

La coccinelle asiatiqueCampbell : 255 (1eéd. Française) — Figure 12.11Campbell : 473 (2eéd. Française) — Figure 22.9

1) Il y a des variations entre les individus : à chaque génération, les descendants diffèrent de leurs parents et diffèrent entre eux. Nous ne sommes pas tous égaux.Nous ne sommes pas tous égaux.

2) La descendance d’une espèce est beaucoup trop nombreuse pour les ressources du milieu. Il n’y a pas de place pour tout le monde. (Idée tirée de Malthus)(Idée tirée de Malthus)

Une vesse-de-Loup libère des millions de sporesCampbell : 472 (2eéd. Française) — Figure 22.8

Un couple d'éléphants engendre 19 Un couple d'éléphants engendre 19 millions d’individus en 750 ans.millions d’individus en 750 ans.Une morue peut pondre plus de 6 Une morue peut pondre plus de 6 millions d ’œufs.millions d ’œufs.

Sans limitation, une population s’accroît de façon exponentielle.

Les ressources naturelles limitées empêchent les populations de s'accroître indéfiniment.

3) Dans la lutte pour l'existence, la survie n'est pas laissée au hasard. Les individus qui présentent les meilleures variations par rapport au milieu sont favorisés et engendrent plus de descendants que les moins aptes.

La population se modifie graduellement au fur et à La population se modifie graduellement au fur et à mesure que les caractères favorables s'accumulent mesure que les caractères favorables s'accumulent au fil des générations.au fil des générations.

C'est cela l'évolution.C'est cela l'évolution.

Comment Darwin aurait-il expliqué l’allongement du cou de la girafe?

• De génération en génération, il y a une SÉLECTION des plus grands.

• Avec le temps, il y a une tendance à l’allongement du cou et des pattes dans la population.

• Les Girafes se nourrissent des feuilles des arbres.

• Si la nourriture est rare, les plus grands (cou et pattes) ont plus de chances de survivre, de se reproduire et de transmettre à leurs descendants leur grande taille.

Les plantes et les animaux que nous cultivons et que nous élevons n'ont souvent que peu de ressemblances avec leurs ancêtres sauvages.

Darwin s’est aidé de la sélection artificielleDarwin s’est aidé de la sélection artificielle (dans l'élevage et la culture) pour illustrer la puissance de la pour illustrer la puissance de la sélection naturelle en tant que force évolutivesélection naturelle en tant que force évolutive

Campbell : 428 (1eéd. Française) — Figure 20.9Campbell : 474 (2eéd. Française) — Figure 22.11b

Moutarde sauvage

Les variétés de choux

La mante de Malaisie se confond avec une fleurCampbell : 473 (2eéd. Française) — Figure 22.10

1) La sélection naturelle correspond donc à l’inégalité des chances de l’inégalité des chances de reproduction.reproduction.

2) La sélection naturelle repose sur une interaction entre le milieu et la interaction entre le milieu et la variabilité propre aux organismesvariabilité propre aux organismes composant une population.

3) La sélection naturelle débouche sur l'adaptationsélection naturelle débouche sur l'adaptation des populations à leur environnement.

Résumé des idées principales de Darwin

Bilan du travail de Lamarck, Darwin et Wallace

1) Ils croyaient tous trois à l’évolution et à l’adaptation des

organismes à leur milieu comme résultat de l’évolution.

2) Lamarck expliquait l'évolution par la transmission des

caractères acquis par l'usage ou le non usage. Il n'a pas

convaincu ses contemporains de la réalité de l'évolution.

3) Darwin et Wallace expliquaient l’évolution par la sélection

naturelle des individus les plus aptes dans leur milieu. Ils ont

convaincu leurs contemporains de la réalité de l'évolution

mais leur mécanisme ne sera pas accepté à cette époque.

1) Ce ne sont pas les individus mais les populations qui évoluent.

2) Une adaptation apparue suite à un facteur sélectif peut devenir inutile voire nuisible si les facteurs environnementaux changent.

Deux subtilités de la sélection naturelle

PopulationPopulationGroupe d'individus interféconds appartenant à une espèce donnée et occupant une même zone géographique.

Exemple montrant que c’est la population qui évolue Cas de la phalène du bouleau (Biston betularia) : le mélanisme industrielle mélanisme industriel

La quantité de gènes mélaniques a augmenté graduellement, dans la population, au cours des générations successives. Les phalènes, individuellement, n’ont pas évolué ; elles n’étaient que mangées ou non par les oiseaux.

Campbell : 429 (1eéd. Française) Figure 20.10Jusqu’en 1848 (Angleterre),

tous les spécimens connus sont de forme pâle.

Durant la révolution industrielle, la campagne anglaise s’est couverte de suie et les lichens sont morts. Les Les papillons pâles, devenus trop visibles, ont été mangés par papillons pâles, devenus trop visibles, ont été mangés par les oiseaux tandis que les individus sombres, moins visibles, ont survécu et ont les oiseaux tandis que les individus sombres, moins visibles, ont survécu et ont transmis leurs gènes à leurs descendants.transmis leurs gènes à leurs descendants.

À la fin du XIXe siècle, 98% des individus sont de forme mélanique.

Campbell : 429 (1eéd. Française) Figure 20.10

Bon camouflage sur les troncs pâles couverts de lichens

Bon camouflage sur les troncs noircis et dépourvus de lichens

Cas de la phalène du bouleau après la Cas de la phalène du bouleau après la révolution industriellerévolution industrielle

Lorsque l’Angleterre a cessé de brûler le charbon, la campagne anglaise s’est nettoyée et les lichens sont réapparus sur les arbres.

Les formes mélaniques, moins adaptées, se sont fait manger plus que les autres.

La population a repris sa forme claire, une forme plus adaptée à son environnement.

Si les facteurs environnementaux changent, une bonne adaptation peut devenir nuisible car elle devient « inadaptée »

L'évolution d'insectes résistants aux insecticides.

La sélection naturelle en action


1) L'homologie (anatomique, embryologique, moléculaire)1) L'homologie (anatomique, embryologique, moléculaire)La ressemblance des caractères entre les organismes et espèces, à cause de leurs ancêtres communs.

2) La biogéographie2) La biogéographieLe fait que les espèces proches géographiquement ont tendance à se ressembler, peu importe leur habitat.

3) Les archives géologiques3) Les archives géologiquesL'ordre chronologique des fossiles selon leur degré de complexité, les lignées généalogiques et les fossiles de transition.

Des preuves de l'évolution

Les preuves de l’évolution sont des faits observables faits observables qui tendent à démontrer que les organismes ont qui tendent à démontrer que les organismes ont une ascendance communeune ascendance commune et donc que les organismes ont évolué à partir de formes primitives.

1a)1a) Homologie anatomiqueHomologie anatomiqueL'homologie anatomique (anatomie comparée) permet d'établir des liens entre les organismes dont la parenté est relativement proche (dans un même taxon).


Humérus

Radius

Cubitus

De telles structures qui ont la même origine évolutive mais qui n'ont pas nécessairement les mêmes fonctions sont qualifiées de structures homologuesstructures homologues.

Les membres antérieurs des Vertébrés sont construits selon le même plan.

Les organes vestigiaux, des structures homologues atrophiées, témoignent de la disparition de la fonction d'une structure qui devait remplir des fonctions importantes chez les ancêtres qui les possédaient.

Cette baleine actuelle garde quelques vestiges (os de la hanche et de la cuisse) de ses lointains ancêtres terrestres et quadrupèdes. Ces os immobiles ne sont en contact avec aucun autre et ont perdu toute fonction locomotrice. « L'existence de ce bassin et de ce fémur minuscules et rabougris chez les baleines ou chez les serpents indique que ces animaux ont évolué à partir d'ancêtres qui avaient des pattes. » Extrait du livre "Le Miroir du Monde" de Cyrille Barrette

http://www.lemanlake.com/french/sciences_preuves_3.htm

Os de la hancheOs de la cuisse

Les organes vestigiaux de la baleine

En connaissez-vous ?En connaissez-vous ?

Le coccyx vestige de la queue de nos ancêtres primates très lointains.

http://udc-nuh.netcare.com.sg/sub1f.htm

L'appendice vestige du cæcum des mammifères herbivores chez qui il contient des bactéries qui digèrent la cellulose ingérée par l'animal.

Le repli semi-lunaire de l'œil vestige de la troisième paupière des reptiles.

Les organes vestigiaux de l'humain

Étrange animal paraissant être à la croisée des chemins menant aux reptiles, oiseaux et mammifères ? C’est néanmoins inexact : l’ornithorynque a conservé les caractères archaïques des premiers mammifères, issus eux-mêmes de reptiles mammaliens. Le bec ne dénote d’aucune parenté avec les oiseaux, c’est une adaptation secondaire.

Le cas particulier de l’ornithorynque

Bec comme un canard

Pattes palmées


Possède des Possède des caractères reptiliens :caractères reptiliens :

Oviparité (pond des œufs)Possède un cloaque (ouverture commune pour les systèmes urinaire, digestif et reproducteur)

Possède des Possède des caractères caractères mammaliens :mammaliens :

PoilsAllaitement des petits (mamelles sans mamelon)


Par opposition aux structures homologues, celles qui n'ont pas la même origine évolutive mais qui ont les mêmes fonctions sont qualifiées de structures analoguesstructures analogues.

1b)1b) Homologie embryologiqueHomologie embryologiqueL'homologie embryologique (embryologie comparée) permet d'identifier des structures homologues difficiles à repérer chez l'adulte.

Les embryons des vertébrés possèdent des sacs branchiaux qui se Les embryons des vertébrés possèdent des sacs branchiaux qui se développent en structures homologues ayant des fonctions développent en structures homologues ayant des fonctions différentes.différentes.

Les sacs branchiaux se transforment en branchies chez les branchies chez les poissonspoissons et en trompes d'Eustache trompes d'Eustache chez les humainschez les humains et d'autres mammifères.

Humain

Pourquoi l'embryon humain a-t-il une queue ?

1c)1c) Homologie moléculaireHomologie moléculaireL'homologie moléculaire permet d'établir des liens entre les organismes dont la parenté est extrêmement lointaine.

Campbell : 477 (2eéd. Française) — Tableau 22.1

L'étude des molécules L'étude des molécules montre de façon montre de façon incontestable la parenté incontestable la parenté des êtres vivants.des êtres vivants.

Les vivants ont tous le même code génétique (ou presque).

Plus les espèces sont proches, plus leurs protéines se ressemblent.

1d)1d) Homologie et Homologie et taxinomietaxinomie

Les homologies donnent une image en miroir de la hiérarchie taxinomique. Il n'y aurait pas de hiérarchie si les espèces s'étaient développées indépendamment les unes des autres.


Ancêtre commun des plantes, des mycètes et des animaux

Ancêtre commun des mycètes et des animaux

2)2) La biogéographieLa biogéographieLa répartition géographique des espèces montre qu'elles évoluent à partir d'ancêtres communs.

Les espèces issues d'une espèce souche habitent généralement la même région géographique que leurs ancêtres – c'est pourquoi les faunes de l'Amérique du Sud, de l'Afrique du Sud ou de l'Australie ne sont pas composées des mêmes animaux, bien que ces régions jouissent à peu près des mêmes climats. Simplement, elles ont été colonisées au départ par des espèces ancestrales différentes.

Les lémurslémurs ne se retrouvent qu'à Madagascar.

Les marsupiauxmarsupiaux se retrouvent surtout en Australie.

Les singes singes platyrrhiniensplatyrrhiniens n’existent qu’en Amérique du Sud

Les îles Galápagos sont habitées de variétés distinctes de tortues géantes bien qu'elles se ressemblent énormément car elles dérivent d’un ancêtre commun.

Un autre exemple de biogéographieUn autre exemple de biogéographie

http://chelono.free.fr/torturama/safari/Safari2.html

Les tortues des îles Galápagos ont différents motifs de carapace.

3)3) Les archives géologiquesLes archives géologiquesLa succession des formes fossiles correspond aux principaux embranchements de la hiérarchie taxinomique.

Poissons

Amphibiens

Reptiliens

Mammifères et oiseaux

D'après les preuves moléculaires, les procaryotes sont les ancêtres de tous les êtres vivants. De fait, les plus anciens fossiles connus sont des procaryotes.

L'ordre d'apparition chronologique des différentes classes de Vertébrés correspond au principe de l'évolution dans lequel les espèces dérivent les unes des autres tout en se complexifiant.


Il existe des fossiles de transition : les formes intermédiaires ou chaînons manquants. Ils relient le présent au passé.

Basilosaurus

Petite patte arrière de 0,5 m de long

Basilosaurus, une baleine disparue avait des pattes arrières contrairement aux baleines actuelles.

Une série de fossiles témoigne des changements qui se sont produits dans le crâne des Mammifères à partir de leurs ancêtres reptiliens.


Des lignées généalogiques complètes ont été retrouvées.

À l’époque dite Éocène, l’ancêtre du cheval était gros comme un renard et prenait appui sur quatre doigts.Actuellement, le cheval est bien plus grand et prend appui sur un seul doigt.

Les fossiles et leur datation

Les fossiles sont les restes ou les traces d'organismes qui ont existé par le passé.

Pour qu'un fossile se forme il faut que l'organisme (ou son empreinte) soit recouvert d'un matériau favorable à sa conservation : sable, limon, cendres volcaniques, glace, résine, milieu acide des tourbières…

Un extrait d'un diaporama de l'université Laval

Un dinosaure meurt sur le bord d'un cours d'eau.

Une crue saisonnière submerge la carcasse qui est rapidement recouverte de sédiments entraînés par les eaux.

La chair se décompose ne laissant que le squelette.

Lentement, au cours de millions d'années, la matière osseuse est remplacée par des minéraux dissous dans le sol. Le squelette se minéralise.

L'érosion peut éventuellement exposer le squelette minéralisé.

Il existe des fossiles minéralisés et des fossiles organiques.

Les fossiles de nature minéraleLes fossiles de nature minérale sont les plus abondants car ils contiennent des parties dures qui persistent très longtemps, comme les os et les dents de vertébrés ou les coquilles d'invertébrés.

Les fossiles de nature organiqueLes fossiles de nature organique sont rares car les tissus organiques se dégradent rapidement.

Les fossiles suivants sont-ils minéraux ou organiques ?

Dents de Tyrannosaurus Rex

Oeufs de dinosaure

Scorpion dans une goutte de résine durcie et devenue de l’ambre.

L'homme de TollundEnviron 220 av. J.C. Retrouvés dans des tourbières acides.


http://www.archeobase.com/v_texte/momiesdestourbieres/imagehtml/image8.html

Mammouth (Jarkov ;1997) vieux de 20 000 ans, bisons et autres mammifères retrouvés dans la glace.

Arbre pétrifié (sa matière organique a été remplacée par des sels minéraux le rendant dur comme de la pierre).

http://www.vanin.be/nl/html/sec/uitgaven/frans/internetactuel/mammouth.htm


Traces de dinosaures


Os de dinosaure retrouvé dans des roches sédimentaires au Colorado.


Cette feuille vieille de 40 millions d'années contient encore de la matière organique.

Moulage de BrachiopodesLes organismes enfouis peuvent se décomposer et laisser des moules qui se remplissent des minéraux dissous dans l'eau. Les moulages qui se forment sont des répliques des organismes en question.


Les archives géologiquesarchives géologiques correspondent à l'ordre d'apparition l'ordre d'apparition des fossiles dans les strates sédimentairesdes fossiles dans les strates sédimentaires.

Les archives géologiques sont incomplètes parce que :

1) Il faut que l’organisme soit mort dans des conditions favorables à la fossilisation.

2) Il faut que la strate contenant le fossile échappe aux mouvements géologiques qui déforment les roches.

3) Il faut qu’un processus d’érosion ramène le fossile à la surface.

4) Il faut que ce fossile soit découvert.

Les fossiles sont précieuxLes fossiles sont précieux car ils donnent une foule

d'informations sur les espèces qui vivaient sur la terre à

différentes époques (taille d'un animal, régime alimentaire,

locomotion, habitat, et période où il vivait sur la Terre…).

Les systématiciensLes systématiciens (les chercheurs qui tentent de comprendre

la diversité biologique dans le contexte de l'évolution)

s'appuient sur les fossiles pour construire la phylogenèses'appuient sur les fossiles pour construire la phylogenèse,

c'est-à-dire l'histoire de l'évolution d'une espèce ou d'un groupe

d'espèces apparentées.

On peut déterminer l'âge approximatif en observant la strate dans laquelle il se trouve. (Datation relative.)

Strate sédimentaire : Couche possédant certaines caractéristiques ou propriétés homogènes qui la distinguent des couches adjacentes.Roche sédimentaire : Roche formée de matériaux déposés après suspension ou précipités d'une solution.

Fossiles plus récents

Fossiles plus anciens

On peut déterminer l'âge précis d'un fossile en mesurant la quantité de carbone 14 qu'il contient encore, ou de toute autre isotope radioactif. (Datation absolue.)

Datation au carbone 14Datation au carbone 14

Dans la nature existent du carbone 12 (99%), du carbone 13 et du carbone 14.Ces trois isotopes s'incorporent à la masse des organismes via la chaîne alimentaire.Dans un organisme vivant, le carbone 14 se désintègre spontanément mais il est renouvelé via l'alimentation (ou la photosynthèse) de sorte qu'il y a une certaine quantité de carbone 14 qui se maintient, en fonction de la taille de l'organisme.

Quand l'organisme meurt, son taux de carbone 14 commence à diminuer car le carbone 14 se désintègre sans être renouvelé.

Le nombre d’années nécessaire à la désintégration de la moitié de la quantité initiale d'un radio-isotope est sa demi-vie. La demi-vie du carbone 14 est d'environ 5600 ans.


Un organisme contient 12 mg de carbone 14. En admettant qu'il va se fossiliser, combien lui restera-t-il de carbone 14 dans 33 600 ans ?

Après 5600 ans il lui en reste la moitié, soit 6 mg. Après encore 5 600 ans, il ne lui en reste que 3 mg.Après encore 5 600 ans, il ne lui en reste que 1,5 mg. Après encore 5 600 ans, il ne lui en reste que 0,75 mg. Après encore 5 600 ans, il ne lui en reste que 0,375 mg. Après encore 5 600 ans, il ne lui en reste que 0,187 mg.

Soient 6 demi-vies de 5 600 ans = 33 600 ans.12 mg12 mg x 1/26 = 12 mg x 1/64 = 0,187 mg.0,187 mg.

Un fossile âgé de 33600 ans présente combien de fois moins de carbone 14 qu'à sa mort ?

33600 ans correspond à 6 demi-vies.Chaque demi-vie réduit de moitié.1/2 x 1/2 x 1/2 x 1/2 x 1/2 x 1/2 = 1/641/26 = 1/64

Fin du cours 7

Évolution et Diversité du Vivant (101-NYA-05) Cours 7 Évolution selon Darwin Macroévolution et...

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