BIOLOGIE

Une première approche de l’évolution

et biodiversité

4e année

Sciences de base/Sciences générales

Professeurs : Mmes Decroocq, Herbiniaux, Têcheur et Trapani

Année académique 2019-2020

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Introduction

Le monde vivant est constitué par de nombreuses espèces très différentes les unes des autres.

La Terre serait actuellement peuplée de 2 millions d’espèces et l’on estime que l’on peut

atteindre 10 millions avec les organismes encore à découvrir.

1. La biodiversité

Autour de nous, nous pouvons observer des êtres vivants de formes très variées. Cette

diversité est nommée la biodiversité. Elle ravit les observateurs de la nature, mais elle n’a pas

toujours été telle que nous la connaissons.

Depuis l’origine de la vie, il y a 3,8 milliards d’années, le vivant a évolué et donné la biodiversité

que nous connaissons actuellement.

La biodiversité est la diversité biologique, autrement dit, la variété des organismes vivants.

Elle est envisagée à trois niveaux :

‒ La diversité génétique qui se définit par la variabilité des gènes des individus au sein d’une

même espèce ou d’une population.

‒ La diversité spécifique qui correspond à la diversité des espèces.

‒ La diversité écosystémique qui correspond à la diversité des écosystèmes présents sur

Terre.

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2. La notion d’espèce

L’espèce est le niveau le plus simple de la classification des êtres vivants.

Cette notion repose largement sur les ressemblances morphologiques, physiologiques et

moléculaires existant entre certains organismes.

Mais des organismes qui se ressemblent ne font cependant pas toujours partie de la même

espèce.

L’espèce est définie par un binôme de noms écrits en italique et en latin :

▪ le premier porte une majuscule et désigne le genre auquel elle appartient

▪ le second porte une minuscule et désigne l’espèce en elle-même.

Exemple : les grenouilles léopard (photo ci-dessus)

La première : genre : Rana espèce : pipiens Rana pipiens

La seconde : genre : Rana espèce : blairi Rana blairi

Ces deux grenouilles léopard font donc partie du même genre mais pas de la même espèce.

L’espèce réunit les organismes ayant les liens de parenté les plus forts.

Les individus d’une même espèce,

‒ possèdent un certain nombre de caractères morphologiques (phénotypiques) communs

‒ possèdent des gènes en communs (caryotype identique)

‒ sont capables de se reproduire entre eux et de donner une descendance fertile

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3. Mettre de l’ordre parmi les vivants

Les espèces que nous observons actuellement sont les résultats de plusieurs milliards

d’années d’évolution à partir d’un ancêtre commun.

Nous pouvons ranger, trier ou classer les êtres vivants. La classification phylogénétique est

une partie de la biologie qui classe ceux-ci en fonction de leur lien de parenté. Ce choix de

classement est subjectif comme tout critère de classement mais est intéressant, car il nous

informe sur l’histoire de la vie sur la Terre.

Pour identifier ces liens de parenté, nous nous basons sur des caractères anatomiques,

paléontologiques, embryologiques, moléculaires, etc.

Nous devons rechercher les caractères dérivés (innovations évolutives qui apparaissent dans

un groupe) et les caractères ancestraux (caractères que possèdent un ancêtre commun d’un

groupe). Seuls les caractères dérivés nous informent sur les liens de parenté.

Cependant, il faut faire attention au fait que certains caractères dérivés ne donnent pas

d’information, car ce sont des analogies et non des homologies.

Faisons la différence :

Analogie Homologie

Structures ou organes qui se ressemblent parce

qu’ils réalisent la même fonction mais qui n’ont

pas la même structure interne.

Structures ou organes qui ont la même structure

interne mais qui n’ont pas forcément la même

forme et/ou la même fonction.

Ces ressemblances fonctionnelles ne constituent

pas une preuve évolutive à partir d’un ancêtre

commun.

Ces ressemblances organisationnelles constituent

une preuve que toutes les espèces ont évolué à

partir d’un ancêtre commun.

Exemple : Ils volent tous les trois mais leurs « ailes » n’ont pas la même structure.

Exemple : Les membres antérieurs des mammifères

Libellule Poisson Ecureuil volant volant

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Nous centralisons, ensuite, ces informations dans des matrices de caractères qui nous

permettent de réaliser des arbres phylogénétiques.

Espèces

Innovations

Amnios Doigts Gésier Mâchoires Placenta Plumes

Canard oui oui oui oui non oui

Lamproie non non non non non non

Lapin oui oui non oui oui non

Salamandre non oui non oui non non

Tortue oui oui oui oui non non

truite non non non oui non non

Les nœuds de ceux-ci représentent des ancêtres communs.

Le cercles le long des branches représentent des innovations évolutives.

Plumes

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Exemple :

Cet arbre phylogénétique montre que le canard et la tortue ont un ancêtre commun.

Cet ancêtre commun possédaient comme caractères ancestraux :

- une mâchoire, des doigts, un amnios et un gésier

- mais pas de placenta ni de plumes.

Les plumes sont une innovation évolutive et donc un caractère dérivé chez le canard.

Le canard possède donc une mâchoire, des doigts, un amnios, un gésier et des plumes.

4. La sélection naturelle

Un moteur de cette évolution est la sélection naturelle, théorie initialement décrite

par Charles Darwin (naturaliste et paléontologue anglais).

Pour qu’il y ait sélection, il faut qu’il y ait variabilité, celle-ci est générée par mutation.

Les espèces les mieux adaptées à leur environnement vont pouvoir mieux se développer,

auront plus de chance de se reproduire efficacement et donc de transmettre leur caractère à

leurs descendants.

Si les conditions d’un écosystème changent, certaines espèces vont disparaitre (99,9 % des

espèces ayant peuplé notre planète ont disparu), car elles ne seront plus adaptées aux

nouvelles conditions environnementales.

Cependant, d’autres vont continuer à exister et, surtout, à changer, à évoluer.

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Exemple : les pinsons des iles Galapagos

Les pinsons des Iles Galápagos ont été étudiés par Charles Darwin. Ces pinsons sont tous de la

même taille (entre 10 et 20 cm) et de couleur foncée (noirs ou bruns). Les différences les plus

importantes entre les différentes espèces se trouvent dans la taille et la forme de leur bec.

Leurs comportements sont également différents ainsi que leurs chants.

Le document suivant montre les rapports qui existent entre la forme du bec des différentes

espèces, l'endroit où on les trouve sur l'ile et ce qu'ils ont à manger (c'est ce qu'on appelle leur

niche écologique).

L'espèce unique de départ a colonisé les différents biotopes de l'ile dans lesquels la nourriture

disponible était très différente. Ceux qui avaient le bec adapté au biotope qu'ils colonisaient

ont été choisis par la sélection naturelle, ont survécu et ont pu transmettre leurs

caractéristiques à leurs descendants. Aujourd'hui, on trouve, dans chacun des biotopes de

l'ile, les pinsons qui sont les mieux adaptés. L'action de la sélection naturelle en fonction des

graines disponibles, s'est notamment exercée sur le bec.

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5. Les crises biologiques

Il est arrivé plusieurs fois au cours de l’histoire que les conditions changent au niveau mondial

et elles ont ainsi provoqué des extinctions de masse : les grandes extinctions. Nous en

connaissons cinq : À la fin de l’Ordovicien.

À la fin du Dévonien.

À la fin du Permien.

À la fin du Trias.

À la fin du Crétacé

Ces grandes extinctions sont des périodes durant lesquelles de nombreuses espèces

disparaissent.

Cependant, elles peuvent être l’occasion pour que de nouveaux organismes apparaissent,

lesquels n’avaient pas pu occuper des niches déjà occupées par d’autres organismes plus

compétitifs dans ces conditions-là.

Une crise biologique se caractérise par la disparition rapide et brutale de plusieurs espèces.

Cette disparition touche tous les milieux (marins et terrestre) et est suivie d’une diversification

d’autres espèces.

dinosaures

①

②

③

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La biodiversité avant et après ces extinctions est donc littéralement différente. Une crise

biologique peut être divisée en trois phases distinctes :

1) la période d’extinction, qui correspond à une diminution de la biodiversité ;

2) la période de survie, qui correspond au minimum de la biodiversité ;

3) la période de reconquête, qui correspond à une augmentation de la biodiversité.

Ces extinctions et les recolonisations qui ont suivi rendent compte d’une partie de la

biodiversité que l’on peut observer à l’heure actuelle.

Exemple :

La plus grande chute de la biodiversité a eu lieu à la fin du Permien.

Durant cet évènement, il y a 250 millions d’années, environ 96 % des espèces d’animaux

marins ont disparu, ce qui a modifié complètement la vie dans les océans. Sur terre, de 70 à

77 % des familles de vertébrés et 63 % des familles d’insectes ont également été éliminés.

Pour expliquer cette crise biologique, de nombreuses causes ont été avancées et discutées :

- Éruptions volcaniques

- Baisse du niveau de la mer

- Variation climatique (réchauffement et refroidissement)

- Baisse de la concentration en oxygène

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6. Pourquoi protéger la biodiversité ?

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7. Comment protéger cette biodiversité ?

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8. Applications

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