es mutations et la brassage génétique au cours de la méiose et de la fécondation ne suffisent pas à expliquer la totalité de la diversification des êtres vivants. Certains mécanismes autres que génétiques peuvent entraîner une diversité de phénotypes.
1) Des différences dans l’expression des gènes du développement.
Certaines espèces peuvent posséder les mêmes gènes mais la façon dont ils s’expriment peuvent faire varier le phénotype. Les gènes du développement sont des gènes très conservés au cours de l’évolution c’est à dire qu’entre des espèces très éloignées, la séquence de certains gènes sont très proches, voir identiques. De plus, il y a une grande diversité de ces gènes dans un organisme mais ils sont également très proches entre eux. Ils sont issus d’un processus de duplication-mutation : un gène ancestral s’est dupliqué suite à une erreur dans la méiose et les duplicatas ont accumulé des mutations de manière indépendante les amenant à des fonctions différentes. Tout cela montre l’origine commune de ces gènes au cours de l’évolution.
Voir TP 5 Familles multigéniques
a) Variation dans l’expression spatiale
Les gènes du développement sont souvent considérés comme des gènes « maîtres », « interrupteurs » ou « architectes » c’est à dire que l’expression d’un de ces gènes va entraîner l’expression de toute une série de gènes en cascade qui sont considérés comme des gènes « ouvriers » permettant la mise en place de l’organe ou d’une partie du corps.
Dès lors, on comprend que l’expression ou non d’un gène « maître » aura des incidences sur l’identité d’un organe ou d’une partie entière de l’organisme. Par exemple, un gène donnant l’information de produire des côtes et pas de membres s’exprimera très antérieurement dans l’embryon de serpent et cela a pour conséquence l’absence de membre antérieurs.
De nombreux mutants sont connus et notamment chez la drosophile, la mutation d’un seul gène peut avoir comme conséquence la présence de pattes à la place des antennes ou la présences de pattes sur les segments abdominaux.
Il n’y a pas que la zone d’expression qui est importante.
b) Variation dans l’intensité d’expression
L’intensité de l’expression d’un gène peut varier et cela peut être à l’origine de différences entres espèces. Par exemple, l’intensité d’expression d’un gène dans un bourgeon d’organe chez l’embryon peut être à l’origine de différence dans la forme ou la taille d’un organe. (voir manuel p.40, 41 et 50)
Dans l’exemple ci-dessous, l’intensité d’expression du gène BMP4 chez le pinson va entraîner la mise en place d’un bec plus ou moins large :
Notons que cette différence d’expression peut être génétique mais on a pu montrer que dans certains cas, l’expression de certains gènes « maîtres » peut être modulée par l’environnement (c’est le cas de certaines malformations issues des mauvaises pratiques de la mère (drogues, alimentation …) mais c’est aussi un moyen d’adaptation aux conditions de l’environnement chez certaines espèces)
c) Variations dans l’expression temporelle
On sait que ces gènes du développement ne s’expriment que durant un certain temps, cela étant lié à leur fonction. Dès lors on peut comprendre que si certains gènes s’expriment plus tôt, le développement sera plus rapide et que si ils s’expriment plus tardivement, le développement pourra être ralenti. C’est une des causes de différences entre beaucoup d’espèces proches comme notamment entre l’Homme et ses proches parents primates. L’Homme est dit néoténique du chimpanzé c’est à dire gardant des caractéristique juvéniles à l’âge adulte comme le chien est néoténique du loup.
Pour conclure, les gènes du développement peuvent être source de diversification du vivant par modification des génomes (mutations de gènes du développement) ou sans modification des génomes (variations de l’expression des gènes du développement)
2) Des « mélanges » d’espèces
a) Des associations entre espèces peuvent être à l’origine de nouvelles fonctions
Les symbioses sont des associations entre espèces parfois très éloignées et faisant émerger de nouvelles fonctions importantes dans l’adaptation à des environnement difficiles. L’association d’espèces sous forme de symbiose entraîne un changement de phénotype (comportemental, métabolique, nutritif …) chez les deux partenaires.
Voir cours du manuel : unité 4 p.51 et p. 46-47
On peut donc dire que l’association d’une espèce avec un symbiote change le phénotype de l’espèce sans en changer son génotype.
Sachant que certains symbiotes sont très spécifiques (un espèce symbiotique ne peut souvent s’associer qu’à une seule autre espèce d’hôte), on remarque que l’émergence d’une nouvelle espèce chez l’hôte est souvent suivie de l’émergence d’une nouvelle espèce chez le symbiote comme le montrent les phylogénies comparées (ici, l’exemple des primates et de leurs bactéries symbiotiques du tube digestif)
C’est un autre facteur à l’origine de la diversification du vivant. Les symbioses les plus anciennes et qui ont perduré chez tous les eucaryotes sont d’anciennes endocytoses cellulaires. Nous remarquons que les chloroplastes ou les mitochondries ont leur propre génome et possèdent 2 membranes (nommé enveloppe). C’est la théorie de l’endosymbiose.
Ces mécanismes d’association ont été source de diversification du vivant.
b) Transferts de gènes entre espèces
Voir cours du manuel, unité 2 p.50
Activité 1 et 2 p.43 + AP scolyte du café
c) Hybridations et polyploïdisation
Voir cours du manuel, unité 3 p.51
3) Transmission culturelle et diversification des comportements.
Éthologie : étude des comportements animaux et de leur évolution.
L’étude de l’apprentissage du chant chez les oiseaux nous montre que les comportements ne sont pas uniquement gouvernés par les gènes. Les gènes sont le préalable à la réalisation d’une comportement car ils permettent de mettre en place certaines structures (cordes vocales, larynx …). Cependant, l’apprentissage des comportement se fait de manière culturelle par mimétisme (imitation) des parents. En effet, on remarque que lorsqu’un jeune oiseau d’une espèce est élevé avec des chants de parents d’une autre population, il acquière ce chant par la suite :
De la même manière, un nouveau comportement émerge généralement par hasard (ou essai/erreurs) chez un seul individu puis se propage rapidement dans la population par mimétisme du moment où ce comportement apporte un avantage. C’est l’exemple des mésanges en Angleterre et des macaques du Japon :
La transmission culturelle des comportements peut se retrouver chez un grand nombre d’espèces. De plus, on remarque que de nouveaux comportements peuvent émerger dans des populations animales et également évoluer de génération en génération. Si cette évolution se fait indépendamment entre deux populations d’une même espèce, cela peut aboutir à une diversification des comportements si forte que ces populations ne se reconnaissent plus au niveau éthologique. Cela peut ainsi entraîner l’émergence de nouvelles espèces. C’est l’exemple des espèces en anneaux comme les Pouillots verdâtres autour de l’himalaya.(voir TP 7)
C’est un exemple de diversification du vivant sans modification des génomes.