Fiche de révision : Gènes et plasticité comportementale

📋 Plan du Cours

1. Psychologie et behaviorisme de Watson
2. Propriétés du vivant et niveaux d’organisation
3. Génétique, hérédité et sélection naturelle
4. Évolution, effets et limites de la sélection
5. Formes de sélection et caractères ciblés
6. Expliquer les comportements animaux
7. Comportement et succès reproductif
8. Gènes et comportement
9. Sélection artificielle et transmission génétique
10. Optimisation des traits comportementaux
11. Pléiotropie et compromis évolutifs
12. Plasticité phénotypique et environnement
13. Flexibilité phénotypique et interaction génotype-environnement
14. Plasticité, adaptation et sélection
15. Comportement et organisme global

📖 1. Psychologie et behaviorisme de Watson

★ À maîtriser

• Pour Watson, la psychologie est une science objective et expérimentale qui étudie le comportement, considéré chez l’humain comme un cas particulier du comportement animal. - Watson, J.B., Psychology as the behaviorist views it, 1913

Compléments

• Watson a contribué à l’avènement d’une psychologie scientifique au début du 20ème siècle.

📖 2. Propriétés du vivant et niveaux d’organisation

🔑 Notions clés & Définitions

• Homéostasie : Maintien d’un milieu interne constant et différent de l’environnement.

★ À maîtriser

• Les huit propriétés de la vie sont :

  • l’organisation cellulaire
  • l’homéostasie
  • l’organisation hiérarchisée
  • l’interaction avec l’environnement et la plasticité
  • la croissance et le développement
  • la reproduction
  • l’alimentation et la respiration
  • l’évolution et l’adaptation

• Les niveaux d’organisation s’étendent des molécules aux écosystèmes en passant par l’individu, et chaque niveau se construit sur le précédent.

• Chaque niveau d’organisation possède des règles de fonctionnement qui ne peuvent généralement pas être déduites de celles des niveaux inférieurs.

• Le comportement est une propriété émergente de l’organisme entier et ne se réduit pas aux propriétés isolées du cerveau ou des autres organes.

Compléments

• La cellule est l’unité de base de la vie.

• Dans l’étude de Tadaki et al. (2013), les ralentissements apparaissent au-delà de 80 voitures par kilomètre et des bouchons émergent du système de voitures en interaction.

• C’est l’organisme entier, et non un organe particulier, qui se comporte et se reproduit.

💡 Astuce mémo

Un embouteillage apparaît quand les voitures interagissent : comme le comportement, il émerge au niveau du système entier.

📖 3. Génétique, hérédité et sélection naturelle

🔑 Notions clés & Définitions

• Gène : Fragment d’ADN transmis des parents aux enfants, à partir duquel sont construits des molécules constitutives du vivant ou des molécules qui régulent cette construction.
• Hérédité : Transmission des caractéristiques des parents à leurs enfants, par des mécanismes génétiques ou culturels, notamment par l’apprentissage.
• Aptitude : Capacité à laisser beaucoup de descendants, mais elle s’évalue relativement au succès reproductif des autres individus.
• Génome : Ensemble du matériel génétique d’un organisme ou, par extension, d’une espèce animale.
• Génotype : Constitution génétique d’un individu pour un ou plusieurs caractères.
• Phénotype : Expression effective du génotype, c’est-à-dire l’ensemble des caractéristiques observables portées par un individu.

★ À maîtriser

• La sélection naturelle, proposée par Darwin, repose sur des individus présentant des variations, sur la transmission de certaines caractéristiques des parents aux enfants et sur des différences de survie et/ou de reproduction non aléatoires; les caractéristiques des individus qui se reproduisent le plus tendent alors à se répandre dans la population, qui évolue.

Compléments

• La variation peut être environnementale ou génétique, et elle peut être introduite par des mutations, des recombinaisons génétiques ou la migration géographique.

• Une caractéristique tend davantage à se répandre dans la population lorsque sa valeur sélective est élevée.

• Le succès reproductif peut augmenter en produisant davantage de descendants capables de se reproduire, par davantage de naissances ou une mortalité plus faible, ou en s’attaquant à la descendance d’autres individus.

• Les mutations peuvent s’opposer à l’installation de caractéristiques dans une population, et le résultat dépend de la balance entre ces actions et leur diffusion.

💡 Astuce mémo

Variation → transmission → reproduction différentielle → évolution.

📖 4. Évolution, effets et limites de la sélection

🔑 Notions clés & Définitions

• Évolution : Changement des caractéristiques d’une population d’une génération à l’autre.

★ À maîtriser

• Kettlewell (1973) décrit le mélanisme industriel chez les papillons : la pollution assombrit les arbres, ce qui rend les papillons clairs plus visibles aux prédateurs sur les supports foncés.

• Quand les conditions environnementales changent, certains variants peuvent obtenir un avantage reproductif et être sélectionnés, ce qui entraîne une évolution de la population.

• L’hypothèse d’optimisation suppose que la sélection conduit les caractéristiques au niveau maximal possible de reproduction.

• Le paysage adaptatif peut comporter plusieurs maximums locaux, de sorte qu’une petite variation autour de A ou B pousse vers T1, tandis qu’une variation autour de C ou D pousse vers T2.

Compléments

• Dans les régions touchées par la pollution, la forme mélanique est devenue dominante en quelques années.

• Si la pollution disparaît et que les arbres s’éclaircissent, les variants non mélaniques peuvent redevenir majoritaires. - Majerus, 2009

• La sélection artificielle produit une évolution en faisant se reproduire entre eux, pendant plusieurs générations, les individus présentant des valeurs extrêmes d’un caractère, comme les plus petits ou les plus gros.

• La sélection peut conduire une population vers un maximum local sans lui permettre d’atteindre le maximum le plus élevé du paysage adaptatif.

• Chez le cheval, la marche et le trot s’effectuent à une vitesse qui minimise la dépense énergétique mesurée lors de déplacements à vitesse forcée, selon Hoyt et al. (1981).

• Minimiser une grandeur G revient à maximiser son inverse, 1/G.

💡 Astuce mémo

Pollution → arbres assombris → avantage aux papillons mélaniques.

📖 5. Formes de sélection et caractères ciblés

★ À maîtriser

• La sélection directionnelle favorise une valeur élevée ou faible du caractère et déplace sa moyenne au fil des générations, sous des limites physiologiques ou mécaniques.

• La sélection stabilisante favorise les valeurs intermédiaires, défavorise les valeurs extrêmes et réduit la variation autour de la moyenne.

• La sélection disruptive favorise les valeurs extrêmes et défavorise les valeurs intermédiaires, ce qui peut augmenter la variation et produire une distribution bimodale ou un dimorphisme.

• La sélection naturelle s’applique aux caractéristiques qui présentent variation, transmission et différences de succès reproductif, qu’elles soient anatomiques, physiologiques ou comportementales.

• L’origine commune des humains et des autres animaux permet de s’attendre à des similitudes, y compris dans leur fonctionnement psychologique, ce qui justifie l’étude du comportement animal en psychologie.

• Les caractéristiques favorisées par la sélection apportent des avantages reproductifs et se transmettent par voie génétique et culturelle.

Compléments

• Si la variation d’un caractère devient très faible sous sélection stabilisante, la sélection s’arrête parce que la condition de variation n’est plus remplie.

• L’attirance pour les aliments sucrés a pu être favorisée lorsque les ressources énergétiques concentrées étaient rares, tandis que l’abondance et le faible coût du sucre industriel contribuent aujourd’hui à des problèmes de santé publique et d’obésité.

• La psychologie évolutionniste peut poser des questions controversées, par exemple sur la transmission de l’apostasie entre générations ou sur le lien entre violence conjugale et succès reproductif.

💡 Astuce mémo

Directionnelle : moyenne déplacée ; stabilisante : extrêmes éliminés ; disruptive : extrêmes favorisés.

📖 6. Expliquer les comportements animaux

★ À maîtriser

📌 Une explication proximale décrit les mécanismes qui génèrent un comportement, tandis qu’une explication ultime cherche pourquoi il existe en examinant ses conséquences sur la survie et surtout la reproduction.

• Les explications proximales et ultimes sont complémentaires et d’égale importance, même si la psychologie s’est traditionnellement davantage focalisée sur les explications proximales.

Compléments

• Les pleurs d’un bébé peuvent être déclenchés proximalement par la peur, la douleur, la faim ou l’éloignement de sa mère, et leur fonction ultime peut être de susciter protection et soins.

💡 Astuce mémo

Le mécanisme explique comment le comportement apparaît ; la sélection explique pourquoi il a été favorisé.

📖 7. Comportement et succès reproductif

★ À maîtriser

• Chez le petit coucou, une stimulation du flanc déclenche, dans les heures suivant sa naissance, l’éjection des œufs présents dans le nid ; cette réponse est disponible dès la naissance, disparaît après quelques semaines et permet au petit d’accéder à davantage de nourriture.

• Dans cette observation, l’infanticide était pratiqué exclusivement par les mâles, dont l’accès à la reproduction était limité dans le temps ; tuer les petits rend les femelles capables de concevoir plus rapidement. - Bertram

Compléments

• La femelle coucou pond ses œufs dans le nid d’un autre oiseau au lieu de les couver elle-même.

• Le manchot Adélie pond pendant la première quinzaine de novembre ; le poussin naît à la mi-décembre et quitte ses parents fin janvier ou début février.

• Chez le manchot Adélie, le pic de nourriture se situe entre décembre et mars, lorsque les poussins en ont le plus besoin.

• L’hypothèse concernant le manchot Adélie est que les dates de ponte les plus fréquentes correspondent approximativement à celles qui maximisent le succès reproductif.

• Chez les lions du Serengeti, l’infanticide est décrit comme fréquent, méthodique et efficace.

• Dans le suivi de Bertram, une bande de lions observée pendant 7 ans comprenait une coalition de 2 à 3 mâles et 7 femelles adultes ; 65 naissances ont été relevées et la mortalité des petits atteignait 74 %.

• L’hypothèse est que l’infanticide peut être favorisé par la sélection naturelle lorsqu’il augmente le succès reproductif des mâles qui prennent possession d’un groupe.

💡 Astuce mémo

Surveillance des œufs → meilleure survie de la descendance.

📖 8. Gènes et comportement

🔑 Notions clés & Définitions

• Comportement : Désigne ce que fait un organisme et correspond à une dimension observable associée à un changement souvent rapide de son état.

★ À maîtriser

• Chez les opilions, la surveillance des œufs est associée à une meilleure survie de la descendance et peut donc conférer un avantage reproductif. - Buzatto et al., 2007

Compléments

📌 Le comportement doit être distingué du développement biologique et dépend souvent de l’environnement présent ou passé ; il est souvent réversible.

• Un système nerveux n’est pas nécessaire au comportement, qui n’est pas limité aux animaux : les paramécies, les plantes carnivores et les robots peuvent être cités comme exemples.

• Chez les opilions étudiés par Buzatto et al. (2007), la majorité des femelles passent plus de 90 % de leur temps près des œufs, tandis qu’environ 5 % y passent moins de 10 % de leur temps.

• Dans l’étude des opilions, les femelles étaient soit laissées avec leurs œufs, soit retirées pendant 14 jours puis relâchées ; le nombre d’œufs et leur mortalité étaient ensuite mesurés. - Buzatto et al., 2007

💡 Astuce mémo

Comparer des lignées, croiser des parents contrastés, puis sélectionner artificiellement.

📖 9. Sélection artificielle et transmission génétique

★ À maîtriser

• La sélection artificielle consiste à isoler les individus aux caractéristiques extrêmes d’une population, à faire se reproduire séparément les sous-groupes extrêmes, puis à répéter cette sélection chez leurs descendants pendant plusieurs générations.

📌 Si une partie des différences comportementales est transmissible génétiquement, les lignées issues des sous-groupes extrêmes divergent progressivement au cours des générations.

• Dans l’expérience sur les drosophiles, les mouches choisissant la branche odorante et celles manifestant une aversion pour l’odeur ont été séparées en deux tubes, puis reproduites entre elles pendant 30 générations.

📌 La réponse à la sélection chez les drosophiles montre qu’une partie de la variation de la préférence olfactive est transmissible génétiquement.

Compléments

• Brown et al. (2017) ont étudié l’attractivité des odeurs chez la drosophile au moyen d’un labyrinthe olfactif en T, avec une odeur dans une branche et rien dans l’autre.

• L’expérience de sélection chez les drosophiles a été réalisée avec quatre odeurs différentes et a produit, pour chacune, deux sous-populations à préférence nettement différente.

• Chez les drosophiles, la différence de préférence olfactive commence à apparaître après cinq générations de sélection.

💡 Astuce mémo

Choisir les extrêmes, les faire se reproduire, recommencer

📖 10. Optimisation des traits comportementaux

★ À maîtriser

📌 L’énergie potentielle d’un film de savon est proportionnelle à sa surface, de sorte que la stabilité correspond à une surface minimale.

📌 La forme hexagonale des alvéoles permet de minimiser leur surface et donc la quantité de cire, localisée à la surface du volume de chaque alvéole.

Compléments

• La production de cire est coûteuse pour l’abeille, et une lamelle de cire produite pèse 0,0008 g.

• La fabrication de cire chez l’abeille ne se produit qu’entre le 12e et le 19e jour de sa vie.

• Des bulles de savon collées et coincées entre deux plaques prennent une forme hexagonale, comme les alvéoles d’abeille.

• Une pellicule de savon stable est en équilibre et son énergie potentielle est minimale.

• Les limites de l’hypothèse d’optimisation comprennent :

  • les contraintes
  • les compromis
  • l’information incomplète
  • l’histoire évolutive
  • les maxima locaux

💡 Astuce mémo

Surface minimale → quantité de cire minimale

📖 11. Pléiotropie et compromis évolutifs

🔑 Notions clés & Définitions

• Compromis : Un compromis apparaît quand l’avantage reproductif procuré par un gène pour une caractéristique est associé à un inconvénient pour une autre caractéristique déterminée par ce même gène.
• Pléiotropie : La pléiotropie désigne le fait qu’un même gène peut agir sur plusieurs caractéristiques.

★ À maîtriser

• De nombreux aspects du comportement sont influencés par les gènes, et une caractéristique dépend le plus souvent de nombreux gènes.

📌 La sélection peut favoriser des combinaisons de traits formant un compromis global plutôt que l’optimisation de chaque caractéristique séparément.

• Chez les guppies sélectionnés pour une plus grande taille du cerveau, cette augmentation est corrélée à une diminution de la taille de l’intestin et du nombre de petits lors de la première parturition. - Kotrschal et al., 2013

Compléments

📌 Quand un trait dépend de nombreux gènes, les combinaisons génétiques favorables peuvent être difficiles à transmettre intactes d’une génération à l’autre, ce qui peut ralentir la sélection.

• Chez les guppies, la sélection artificielle sur la taille du cerveau a entraîné une augmentation rapide dès la première génération, chez les mâles comme chez les femelles. - Kotrschal et al., 2013

💡 Astuce mémo

Le gain sur un trait peut coûter sur un autre

📖 12. Plasticité phénotypique et environnement

🔑 Notions clés & Définitions

• Plasticité phénotypique : Sultan, 2021 - La plasticité phénotypique est la capacité d’un génotype à exprimer différents phénotypes dans des circonstances environnementales différentes.
• Plasticité développementale : La plasticité développementale est la capacité d’un même génotype à produire des phénotypes différents selon les conditions environnementales présentes au moment du développement.
• Flexibilité phénotypique : La flexibilité phénotypique est une plasticité phénotypique réversible qui se manifeste au cours de la vie individuelle.

★ À maîtriser

📌 Les caractéristiques phénotypiques dépendent du génotype, de l’environnement et de leur interaction, et la variation phénotypique d’un trait peut être discrète ou continue.

• Les trois types de plasticité phénotypique sont :
  • la plasticité développementale
  • la plasticité cyclique
  • la flexibilité phénotypique

Compléments

• Chez certaines espèces, la proportion de mâles et de femelles dépend de la température, alors que le sexe est une caractéristique discrète.

• Chez l’oursin noir des Antilles, la taille des individus peut varier selon la densité de population : elle diminue à forte densité et augmente à faible densité. - Levitan, 1989

• Chez les bernacles, la coquille peut être conique ou recourbée selon la durée d’exposition à un escargot prédateur, et cette modification est irréversible. - Lively, 1999

• Chez le lagopède alpin, mâles et femelles passent d’un plumage blanc en hiver à un plumage moucheté en été, avec un calendrier printanier légèrement décalé entre les sexes. - Piersna & Drent, 2003

📖 13. Flexibilité phénotypique et interaction génotype-environnement

🔑 Notions clés & Définitions

• Norme de réaction : La relation entre l’environnement et le phénotype qui décrit la plasticité phénotypique pour un trait donné.
• Interaction génotype-environnement : L’interaction génotype × environnement signifie que l’effet de l’environnement sur le phénotype dépend du génotype.

★ À maîtriser

• La crevette caméléon peut passer du vert au rouge, et inversement, en quelques semaines selon la couleur du substrat (Green et al., 2019).

Compléments

📌 L’acclimation et l’acclimatation relèvent de la flexibilité phénotypique, mais ne concernent qu’une composante physiologique particulière plutôt que l’organisme entier (Wilson et Franklin, 2002).

• Une norme de réaction peut être sans plasticité, linéaire à pente positive, positive avec une sensibilité accrue, linéaire à pente négative ou non linéaire.

• Lorsque les normes de réaction de deux génotypes se croisent, leur rang relatif s’inverse selon l’environnement.

• Dans une expérience sur la renouée persicaire, la part des feuilles dans la masse totale de la plante est mesurée sous trois conditions d’éclairement; les normes de réaction linéaires sont similaires entre plantes, avec de faibles variations individuelles. - Sultan, 2017

📖 14. Plasticité, adaptation et sélection

🔑 Notions clés & Définitions

• Trait adaptatif : Une caractéristique qui procure un avantage reproductif et résulte d’une sélection.

★ À maîtriser

📌 La plasticité phénotypique est une caractéristique adaptative si l’on peut montrer qu’elle est la cible ou le résultat de la sélection naturelle; cela ne signifie pas que tous les cas de plasticité sont adaptatifs.

• Pour établir qu’un trait est adaptatif, il faut vérifier la présence d’hérédité, de variation et d’avantage reproductif.

Compléments

• Chez 205 lignées de drosophiles, la taille du thorax et de l’abdomen dépend de la température d’élevage et la pente des normes de réaction présente une grande variation (Lafuente et al., 2018).

• Après une sélection artificielle menée pendant 13 générations, les normes de réaction de deux sous-populations de sphinx du tabac sélectionnées pour une forte ou une faible sensibilité à la température deviennent très contrastées et non linéaires (Suzuki et Nijhout, 2006).

📌 La plasticité phénotypique peut être avantageuse lorsque l’environnement varie dans le temps ou l’espace, fournit des signaux liés à son état ou à ses variations, favorise des phénotypes différents selon les milieux et ne laisse aucun phénotype invariant assurer seul un succès reproductif supérieur partout (Snell-Rood et Ehlman, 2021).

💡 Astuce mémo

Variation héréditaire procurant un avantage reproductif → sélection de la plasticité.

📖 15. Comportement et organisme global

🔑 Notions clés & Définitions

• Homéostasie : Le processus par lequel l’organisme maintient son milieu interne.

★ À maîtriser

• La plasticité phénotypique peut concerner des caractéristiques anatomiques ou morphologiques, physiologiques et comportementales.

📌 L’étude du comportement doit considérer l’organisme dans sa totalité, car la sélection naturelle agit sur le phénotype entier et la reproduction concerne l’individu entier; l’étude des seuls mécanismes internes ne suffit donc pas à comprendre le comportement.

Compléments

• Chez les félidés, l’extension de la griffe est liée à la présence d’une proie ou d’un danger; elle change en quelques millisecondes et la griffe peut sortir et se rétracter de façon réversible et répétée. - Bryant et al., 1996

• Chez le crabe de boue étudié par Toscano (2017), certains individus diminuent leur activité en présence du risque de prédation, et ce sont aussi ceux qui sont le moins capturés par le prédateur.

• Chez le rat, quand la température augmente, la consommation de nourriture diminue et celle d’eau augmente; ces deux comportements contribuent au maintien de l’homéostasie thermique (Brobeck, 1997).

• Les normes de réaction décrivent les relations entre les caractéristiques individuelles et le milieu, et la sélection naturelle peut les ajuster aux contraintes environnementales au fil des générations.

📊 Tableaux de synthèse

Trois formes de sélection