Fiche de révision : Biodiversité et mécanismes évolutifs

📋 Plan du Cours

1. Repères historiques de l’évolution
2. Espèce et biodiversité
3. Sélection naturelle et adaptation
4. Mutations et diversité génétique
5. Dérive et flux génétiques
6. Spéciation et histoire évolutive
7. Construire un arbre phylogénétique
8. Caractères et homologies
9. Origine de la photosynthèse
10. Arbre du vivant et cellules

📖 1. Repères historiques de l’évolution

🔑 Notions clés & Définitions

• Sélection naturelle : Charles Darwin (1809-1882) a proposé l’évolution des espèces par sélection naturelle : certains génotypes sont favorisés dans un environnement donné et leurs porteurs laissent davantage de descendants.

★ À maîtriser

• Carl von Linné (1707-1778) est associé au fixisme, a fondé la nomenclature binominale et a établi une classification hiérarchique des êtres vivants.

Compléments

• La classification hiérarchique comprend (Carl Von Linné, 1707-1778):

  • le règne
  • l’embranchement
  • la classe
  • l’ordre
  • la famille
  • le genre
  • l’espèce

• Georges Cuvier (1769-1832), zoologiste et paléontologue français, est associé au catastrophisme et a fondé l’anatomie comparée.

• Willi Hennig, entomologiste allemand, est associé à la notion de phylogénie.

💡 Astuce mémo

Linné → Cuvier → Darwin → Hennig : classer, catastrophes, sélection, phylogénie

📖 2. Espèce et biodiversité

🔑 Notions clés & Définitions

• Biodiversité : La biodiversité est l’ensemble de la diversité vivante, comprenant la diversité des espèces, la diversité génétique des gènes et des allèles, et la diversité écologique des interactions avec le milieu naturel.
• Espèce : Ernst Mayr définit en 1942 l’espèce comme un groupe de populations naturelles dont les individus peuvent réellement ou potentiellement échanger des gènes et qui sont isolées reproductivement des autres groupes.

📝 Points essentiels

📌 Deux individus peuvent avoir les mêmes gènes et appartenir à la même espèce tout en possédant des allèles différents responsables de leurs caractères observables.

💡 Astuce mémo

Même espèce = génome commun ; individus différents = allèles différents

📖 3. Sélection naturelle et adaptation

🔑 Notions clés & Définitions

• Fitness : La fitness est la capacité d’un individu à transmettre son génotype à sa descendance, ou sa contribution à la génération suivante relativement à celle d’autres individus.

★ À maîtriser

• 🔄 La sélection naturelle repose sur:
  1. une variation entre individus
  2. l’action du milieu sur les phénotypes
  3. une reproduction différentielle
  4. la transmission des caractères avantageux

📌 La sélection directionnelle favorise les phénotypes extrêmes, la sélection divergente favorise des phénotypes situés aux deux extrêmes plutôt que les intermédiaires, et la sélection stabilisante favorise les phénotypes intermédiaires.

• Une mutation aléatoire peut dupliquer le gène de l’estérase ; la production accrue d’estérase neutralise davantage l’insecticide, favorise les moustiques résistants en présence de DDT et augmente progressivement leur fréquence.

Compléments

• Chez les moustiques exposés régulièrement au DDT, la mortalité atteint 25 % après 16 mois, ce qui correspond à 75 % d’individus résistants dans la population.

💡 Astuce mémo

Variation héréditaire + milieu → reproduction différentielle → évolution des fréquences alléliques

📖 4. Mutations et diversité génétique

🔑 Notions clés & Définitions

• Mutation : Une mutation est une modification aléatoire d’une séquence d’acide nucléique, de l’agencement des gènes ou de leur nombre.
• Polymorphisme génétique : Le polymorphisme génétique est la présence de plusieurs formes alléliques d’un même gène dans une population.

📝 Points essentiels

• Les principaux types de mutation sont:

  • la substitution
  • la délétion
  • l’insertion

• Chez les moustiques, la population X possède deux copies du gène de l’estérase, tandis que la population Z possède jusqu’à 250 copies sur chacun des deux chromosomes concernés, soit jusqu’à 500 copies au total.

📖 5. Dérive et flux génétiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Dérive génétique : La dérive génétique est un processus aléatoire qui fait fluctuer de manière imprévisible les fréquences alléliques d’une population.
• Flux génétique : Le flux génétique est l’échange d’allèles entre différentes populations dû à la migration d’individus appartenant à ces populations.

📝 Points essentiels

• L’effet fondateur peut entraîner une perte de variation génétique et la disparition de certains allèles dans une nouvelle population fondée.

• Le maintien d’un polymorphisme peut résulter d’un avantage à l’hétérozygote.

💡 Astuce mémo

Dérive = hasard ; flux génétique = migration d’allèles

📖 6. Spéciation et histoire évolutive

🔑 Notions clés & Définitions

• Spéciation : La spéciation est l’apparition de nouvelles espèces par mise en place d’un isolement reproducteur entre des populations.
• Extinction massive : Une extinction massive est la disparition brutale de plusieurs taxons sur une échelle de temps très courte à l’échelle géologique, de l’ordre de millions d’années.
• Radiation évolutive : Une radiation évolutive est la diversification explosive des espèces d’un clade.

★ À maîtriser

• La spéciation allopatrique commence par une barrière géographique qui interrompt les échanges génétiques, puis les populations se différencient progressivement jusqu’à l’isolement reproducteur.

Compléments

• La spéciation sympatrique peut impliquer:
  • la polyploïdie
  • la différenciation par l’habitat
  • la sélection sexuelle

💡 Astuce mémo

Isolement → différenciation → isolement reproducteur → nouvelle espèce

📖 7. Construire un arbre phylogénétique

🔑 Notions clés & Définitions

• Innovation évolutive : Une innovation évolutive fait passer un caractère de son état primitif à son état dérivé.
• Nœud : Un nœud représente le dernier ancêtre commun hypothétique des branches qui en divergent.
• Clade : Un clade, ou groupe monophylétique, est un groupe comprenant un ancêtre commun hypothétique et l’ensemble de ses descendants.

★ À maîtriser

📌 Sur un arbre phylogénétique, une innovation évolutive est indiquée par un trait portant son nom avant le nœud, et le dernier ancêtre commun ainsi que tous ses descendants possèdent cette innovation.

Compléments

📌 Un groupe paraphylétique contient l’ancêtre commun et seulement une partie de ses descendants, tandis qu’un groupe polyphylétique rassemble des espèces qui ne descendent pas du même ancêtre commun retenu.

💡 Astuce mémo

Un arbre : racine, branches, nœuds, feuilles et innovations dérivées

📖 8. Caractères et homologies

🔑 Notions clés & Définitions

• Caractère homologue : Deux traits phénotypiques sont homologues lorsqu’ils correspondent à deux états d’un même caractère et dérivent l’un de l’autre par évolution ou d’une forme ancestrale commune.
• Synapomorphie : Une synapomorphie est un même état dérivé d’un caractère, ou apomorphie, partagé par plusieurs espèces qui en ont hérité d’un ancêtre commun.
• Homoplasie : Une homoplasie est une ressemblance qui n’est pas héritée d’un même ancêtre commun et qui peut résulter d’une convergence, d’une analogie ou d’une réversion.

★ À maîtriser

📌 La méthode phénétique regroupe les organismes selon leur ressemblance globale, tandis que la méthode cladistique recherche l’arbre le plus probable selon les innovations et le principe de parcimonie.

Compléments

📌 L’état ancestral, ou plésiomorphe, est l’état le plus ancien d’un caractère, tandis que l’état dérivé, ou apomorphe, est l’état plus récent apparu par modification.

💡 Astuce mémo

Homologie = héritage commun ; homoplasie = ressemblance par convergence ou réversion

📖 9. Origine de la photosynthèse

★ À maîtriser

• Le chloroplaste proviendrait de l’internalisation puis de la conservation évolutive d’une cyanobactérie par une cellule eucaryote ancestrale.

• Le chloroplaste et la cyanobactérie possèdent un ADN circulaire, et la membrane interne du chloroplaste présente une composition comparable à celle de la membrane cytoplasmique de la cyanobactérie.

Compléments

• Les premières traces de cyanobactéries sont datées de 3,45 milliards d’années, tandis que les premières traces d’eucaryotes contenant des chloroplastes sont datées d’entre un et deux milliards d’années.

• La RubisCO est une enzyme du stroma des chloroplastes et du cytoplasme des cyanobactéries, constituée de 8 grandes sous-unités L et de 8 petites sous-unités S.

• Chez les eucaryotes, le gène rbcL est présent dans l’ADN du chloroplaste et le gène rbcS dans l’ADN nucléaire, ce qui témoigne d’une histoire évolutive et de transferts génétiques entre bactéries photosynthétiques et eucaryotes ancestraux.

💡 Astuce mémo

Internalisation d’une cyanobactérie → chloroplaste → photosynthèse eucaryote

📖 10. Arbre du vivant et cellules

🔑 Notions clés & Définitions

• LUCA : LUCA, ou Last Universal Common Ancestor, est le dernier ancêtre commun universel des espèces vivantes.
• Cellule : La cellule est l’unité structurale et fonctionnelle élémentaire de tout organisme vivant.
• Enzyme : Une enzyme est un biocatalyseur, généralement une protéine codée par un gène, qui rend possible une réaction biochimique dans les conditions compatibles avec la vie.

★ À maîtriser

• Les trois domaines du vivant sont:
  • les Bacteria
  • les Archaea
  • les Eukarya

📌 Une cellule procaryote ne possède pas de noyau ni d’organites membranaires, tandis qu’une cellule eucaryote possède un noyau et des organites membranaires tels que les mitochondries ou les chloroplastes.

Compléments

• Toutes les cellules possèdent une membrane plasmique séparant le cytoplasme de l’environnement cellulaire et permettant des échanges de matière et de communication.

💡 Astuce mémo

Procaryote sans noyau ; eucaryote avec noyau et organites membranaires

📊 Tableaux de synthèse

Principaux mécanismes évolutifs