Fiche de révision : Biologie évolutive et écologie

📋 Plan du Cours

1. Écologie, évolution et biodiversité
2. Registre fossile et datation
3. Anatomie comparée et homologie
4. Biogéographie et colonisation
5. Adaptation, spéciation et domestication
6. Coévolution et mimétisme
7. Évolution moléculaire et endosymbiose
8. Dynamique de la biodiversité
9. Théorie darwinienne de l’évolution
10. Variation et transmission génétiques
11. Dérive génétique et sélection naturelle
12. Spéciation et histoire des lignées

📖 1. Écologie, évolution et biodiversité

🔑 Notions clés & Définitions

• Écologie : La science qui étudie les conditions d’existence des êtres vivants et leurs interactions entre eux et avec leur environnement.

• Biodiversité : E.O. Wilson, 1988 - L’ensemble de la diversité du monde vivant à différents niveaux d’intégration, des écosystèmes aux gènes, ainsi que les interactions au sein de ces niveaux et entre eux.

★ À maîtriser

📌 La diversité génétique concerne la variabilité des gènes entre individus et populations, la diversité spécifique concerne le nombre, la nature et l’abondance des espèces, et la diversité écosystémique concerne les écosystèmes et leurs communautés formant la biosphère.

Compléments

• E. Haeckel définit l’écologie en 1866 comme la relation des organismes avec le monde environnant et la science de leurs conditions d’existence.

• A. Von Humboldt étudie en 1805 les relations entre organismes et environnement, notamment la répartition des paysages végétaux selon le climat.

• K. Möbius étudie en 1877 le regroupement des organismes vivants en communautés appelées biocénoses.

• En 1992, le Sommet de la Terre de Rio adopte la Convention sur la diversité biologique, qui place la préservation de la biodiversité parmi les enjeux essentiels du développement durable.

• En 2010, le Protocole de Nagoya porte sur l’accès aux ressources génétiques et le partage équitable des avantages découlant de leur utilisation.

📖 2. Registre fossile et datation

★ À maîtriser

• Le registre fossile témoigne de la biodiversité passée et conserve dans les roches sédimentaires des traces d’organismes disparus.

📌 La datation absolue des fossiles s’appuie sur l’analyse des radioéléments des fossiles ou des couches volcaniques, tandis que la datation relative s’appuie sur les couches sédimentaires et la comparaison de fossiles proches.

• Les fossiles les plus anciens se trouvent dans les strates sédimentaires les plus anciennes.

• Le registre fossile permet de connaître, à l’échelle de millions d’années, l’apparition et l’extinction des organismes ainsi que l’évolution de la biodiversité.

Compléments

• 🔄 La formation d’un fossile peut suivre ces étapes : un organisme meurt, ses restes sont recouverts par des sédiments, les sédiments anciens se consolident en roche sédimentaire, des dépôts plus récents recouvrent les restes

• La fossilisation ne se produit que dans des lieux et à des moments propices, et les organismes n’ont pas tous la même capacité à se fossiliser.

• Seuls les fossiles contenus dans les roches exposées peuvent être découverts.

💡 Astuce mémo

Des strates anciennes enfouies aux fossiles exposés par l’érosion

📖 3. Anatomie comparée et homologie

🔑 Notions clés & Définitions

• Structure homologue : Une structure homologue a la même origine évolutive et embryologique qu’une autre structure, sans nécessairement avoir la même fonction.
• Analogie : Une analogie est une ressemblance de forme et de fonction entre des structures qui ne sont pas issues d’une structure évolutive unique héritée d’un ancêtre commun.
• Structure vestigiale : Une structure héritée d’un ancêtre chez lequel elle était fonctionnelle, mais qui ne semble plus fonctionnelle chez l’espèce considérée.

★ À maîtriser

• Des organismes apparentés vivant dans des conditions environnementales différentes peuvent développer des caractères divergents, ce qui contribue à la diversification biologique.

Compléments

• Des organismes non apparentés ou éloignés par leur ancêtre commun vivant dans des conditions environnementales similaires peuvent développer des caractères semblables par convergence évolutive.

• Les gènes homéotiques régulent le développement du plan de construction d’un organisme, présentent une expression colinéaire au plan de segmentation du corps et appartiennent à des familles multigéniques homologues hautement conservées chez les métazoaires.

💡 Astuce mémo

Homologie : origine commune ; analogie : forme et fonction semblables

📖 4. Biogéographie et colonisation

★ À maîtriser

• La biogéographie compare la distribution des faunes et des flores fossiles et actuelles.

• La colonisation requiert trois opportunités :
  • géographique
  • physiologique
  • écologique

Compléments

• La distribution actuelle des Cichlidés, des poissons téléostéens, est présentée comme un exemple de faune d’origine gondwanienne, mais une dispersion postérieure au Gondwana reste plausible.

• De nouveaux habitats peuvent apparaître à l’échelle géologique ou écologique par le volcanisme, la tectonique ou les variations climatiques.

📖 5. Adaptation, spéciation et domestication

🔑 Notions clés & Définitions

• Adaptation : Un trait héritable issu du processus de sélection qui améliore la capacité d’un organisme à survivre et à se reproduire dans son environnement.
• Spéciation : Le processus évolutif par lequel l’isolement reproductif de groupes issus d’une même espèce conduit à la formation de nouvelles espèces.
• Domestication : La domestication est un processus évolutif de sélection qui conduit à la formation de variétés ou de stocks et présente un parallélisme avec la sélection naturelle.

★ À maîtriser

• Une barrière reproductive ou une adaptation divergente aux conditions environnementales peut entraîner l’isolement et la divergence de pools de gènes, contribuant à la spéciation.

Compléments

• Chez la phalène du bouleau, la forme mélanique carbonaria augmente durant la période industrielle et décline lors de la désindustrialisation, tandis que la forme typica est une forme cryptique.

• Les formes de spéciation citées sont :

  • spéciation génétique
  • spéciation géographique
  • spéciation écologique

💡 Astuce mémo

Isolement reproductif → divergence des pools de gènes

📖 6. Coévolution et mimétisme

🔑 Notions clés & Définitions

• Mimétisme : Une ressemblance entre organismes non apparentés qui leur confère une protection contre les prédateurs.
• Mimétisme müllérien : Fritz Müller - Une protection mutuelle par laquelle plusieurs espèces toxiques se ressemblent et partagent les bénéfices d’une coloration qui évite les prédateurs.
• Mimétisme batésien : H.W. Bates - Une protection par laquelle au moins une espèce inoffensive ressemble à une espèce toxique et bénéficie ainsi d’un évitement similaire de la prédation.
• Coévolution : Une interaction durable dans laquelle l’évolution d’une espèce affecte l’évolution d’une autre espèce.
• Camouflage : La capacité d’un organisme à se cacher de ses prédateurs et de ses proies.

📝 Points essentiels

• Le mimétisme peut permettre à un organisme de :

  • ne pas se faire détecter
  • se faire prendre pour un prédateur
  • détourner l’attention des autres
  • tromper l’attention des autres

• Les interactions associées à la coévolution comprennent :

  • relations prédateur-proie
  • relations hôte-pathogène
  • pollinisation
  • symbioses

• L’holobionte décrit les interactions entre :

  • corail
  • zooxanthelles
  • communauté microbienne

• La modification des conditions d’interaction au sein de l’holobionte corallien est associée au blanchissement des coraux.

💡 Astuce mémo

Müllérien : plusieurs espèces toxiques ; batésien : une espèce inoffensive imite une espèce toxique

📖 7. Évolution moléculaire et endosymbiose

★ À maîtriser

• L’étude de l’évolution des séquences d’ADN permet de construire des phylogénies moléculaires.

Compléments

• La théorie endosymbiotique porte sur l’évolution des eucaryotes et le transfert de gènes.

📖 8. Dynamique de la biodiversité

📝 Points essentiels

• La richesse spécifique varie fortement entre groupes, avec plus de 600 espèces de Labridés contre une seule espèce de Limule dans l’exemple présenté.

📖 9. Théorie darwinienne de l’évolution

★ À maîtriser

• Charles Darwin et Alfred Wallace publient conjointement en 1858-59 le principe de descendance avec modification, « Principle of common descent with modification ». - Charles Darwin & Alfred Wallace

• La capacité de reproduction des populations est supérieure aux ressources disponibles, ce qui conduit à la compétition.

• Les individus d’une population varient pour des caractères liés à leur aptitude à survivre et à se reproduire.

📌 La sélection naturelle favorise les individus dont les caractères améliorent le succès de survie et de reproduction, et ces caractères peuvent être transmis à leurs descendants s’ils sont héritables.

Compléments

• L’argument démographique repose sur : la capacité de croissance exponentielle des populations, la stabilité globale de l’effectif des populations, des ressources limitées ou limitantes

📌 Le transformisme explique l’évolution par une transformation individuelle finalisée et la transmission de caractères acquis, tandis que la théorie darwinienne l’explique par la sélection des individus les plus aptes, qui transmettent leurs aptitudes par leur survie et leur reproduction.

💡 Astuce mémo

Variation → héritabilité → succès différentiel de survie et reproduction

📖 10. Variation et transmission génétiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Mutation : Un processus qui produit un variant génétique nouveau chez un individu au sein d’une population ou d’une espèce.

★ À maîtriser

• L’alternance de la fécondation et de la méiose permet le brassage génétique et la recombinaison, qui génèrent une infinité d’associations génotypiques à chaque génération.

• La théorie synthétique de l’évolution intègre l’évolution darwinienne, l’hérédité mendélienne et la génétique des populations.

Compléments

• La théorie chromosomique de l’hérédité établit une relation entre la taille du bec des parents et celle de leurs descendants dans l’exemple présenté.

📖 11. Dérive génétique et sélection naturelle

🔑 Notions clés & Définitions

• Dérive génétique : Une variation aléatoire des gènes dans une petite population due aux effets d’échantillonnage, qui fait fluctuer les fréquences alléliques entre générations et tend à éliminer de la diversité génétique.
• Sélection naturelle : Le succès différentiel de survie ou de reproduction entre individus d’une population.

★ À maîtriser

• La variation due à la dérive génétique est d’autant plus forte que la population est petite.

Compléments

• L’effet fondateur et le goulot d’étranglement sont des effets démographiques associés à la dérive génétique.

• La dérive génétique peut conduire à la fixation aléatoire de caractères, y compris de caractères délétères.

• La sélection naturelle peut être directionnelle, diversifiante ou stabilisante.

• Au fil du temps, la sélection naturelle augmente l’adaptation des populations à leur environnement et, si l’environnement change ou si des individus changent de milieu, elle peut conduire à une adaptation à un nouveau milieu ou à la spéciation.

💡 Astuce mémo

Dérive : hasard d’échantillonnage ; sélection : succès différentiel

📖 12. Spéciation et histoire des lignées

★ À maîtriser

📌 L’évolution des lignées ne suit pas une progression linéaire : des populations évoluent en permanence, certaines lignées se forment par spéciation et d’autres disparaissent par extinction.

• Toutes les espèces actuelles dérivent d’ancêtres communs.

• La théorie synthétique de l’évolution s’est construite par l’intégration de l’évolution darwinienne, de l’hérédité mendélienne et de la génétique des populations, notamment par J.B.S. Haldane, S. Wright, R. Fisher et J. Huxley.

Compléments

• Theodosius Dobzhansky écrit « Nothing in Biology makes sense except in the light of Evolution » dans The American Biology Teacher en mars 1973.

💡 Astuce mémo

L’évolution forme un buisson de lignées, pas une échelle linéaire

📊 Tableaux de synthèse

Mimétismes protecteurs