L’évolution et la Sélection Naturelle

la Nature encourage aucun jeu, pardonne aucune erreur
– Ralph Waldo Emerson

j’ai appelé ce principe, chaque variation légère, si utile, est préservée, par le terme de Sélection Naturelle.,
– Charles Darwin, L’Origine des Espèces  »

Dans cette leçon, nous souhaitons demander:

• Comment avez-observations dans la nature conduire à la formulation de la théorie de l’évolution?
• Quels sont les principaux points de la théorie darwinienne de l’évolution?,
• comment fonctionne le processus de sélection naturelle?
• quelles preuves avons-nous pour l’adaptation locale?
• comment la sélection naturelle peut-elle affecter la fréquence des traits au cours des générations successives?

La (R)Évolution de la Théorie

La théorie de l’évolution est l’une des grandes révolutions intellectuelles de l’histoire de l’homme, a bouleversé notre perception du monde et de notre place en elle., Charles Darwin a présenté une théorie cohérente de l’évolution et a amassé un grand nombre de preuves à l’appui de cette théorie. À L’époque de Darwin, la plupart des scientifiques croyaient pleinement que chaque organisme et chaque adaptation était l’œuvre du créateur. Linné a établi le système de classification biologique que nous utilisons aujourd’hui, et l’a fait dans l’esprit de cataloguer les créations de Dieu.,

en d’autres termes, toutes les similitudes et les dissemblances entre les groupes d’organismes qui sont le résultat du processus de ramification créant le grand arbre de vie (Voir Figure 1), ont été considérés par les philosophes et les scientifiques du début du XIXe siècle comme une conséquence de la conception omnipotente.

cependant, au 19ème siècle, un certain nombre d’historiens de la nature commençaient à penser au changement évolutif comme une explication des modèles observés dans la nature. Les idées suivantes faisaient partie du climat intellectuel de L’époque de Darwin.

• personne ne savait quel âge avait la terre, mais les géologues commençaient à estimer que la terre était considérablement plus ancienne que ce qui était expliqué par la création biblique. Les géologues en apprenaient plus sur les strates, ou couches formées par des périodes successives de dépôt de sédiments., Cela suggère une séquence temporelle, les strates plus jeunes recouvrant les strates plus anciennes.
• un concept appelé uniformitarisme, dû en grande partie à L’influent géologue Charles Lyell, a entrepris de déchiffrer l’histoire de la terre sous l’hypothèse de travail que les conditions et les processus actuels sont la clé du passé, en étudiant les processus observables en cours tels que l’érosion et le dépôt
• les découvertes de fossiles se sont accumulées au cours des 18e et 19e siècles., Au début, les naturalistes pensaient trouver des restes d’espèces inconnues mais encore vivantes. Comme les découvertes de fossiles ont continué, cependant, il est devenu évident que rien de tel que les dinosaures géants n’était connu de nulle part sur la planète. De plus, dès 1800, Cuvier a souligné que plus les strates étaient profondes, moins les fossiles étaient similaires aux espèces existantes.
• les similitudes entre les groupes d’organismes étaient considérées comme des preuves de parenté, ce qui suggérait à son tour un changement évolutif., Les prédécesseurs intellectuels de Darwin ont accepté l’idée de relations évolutives entre les organismes, mais ils n’ont pas pu fournir une explication satisfaisante de la façon dont l’évolution s’est produite.
• Lamarck est le plus célèbre d’entre eux. En 1801, il proposa l’évolution organique comme explication de la similitude physique entre les groupes d’organismes et proposa un mécanisme de changement adaptatif basé sur l’héritage des caractéristiques acquises., Il écrit à propos de la girafe:

 » Nous savons que cet animal, le plus grand des mammifères, habite à l’intérieur de l’Afrique, dans des endroits où le sol, presque toujours aride et sans herbage, l’oblige à parcourir les arbres et à se fatiguer continuellement pour les atteindre. Cette habitude soutenue depuis longtemps a eu pour résultat chez tous les membres de sa race que les pattes antérieures ont grandi plus longtemps que les pattes postérieures et que son cou est devenu si étiré que la girafe, sans se tenir debout sur ses pattes postérieures, lève la tête à une hauteur de six mètres., »

en substance, cela dit que le cou des girafes est devenu long en raison de l’étirement continu pour atteindre un feuillage élevé. Larmarck était incorrect dans le mécanisme supposé, bien sûr, mais son exemple montre clairement que les naturalistes pensaient à la possibilité d’un changement évolutif au début des années 1800.

• Darwin a été influencé par les observations faites au cours de son voyage de jeunesse en tant que naturaliste sur, Sur les îles Galapagos, il a remarqué les légères variations qui rendaient les tortues de différentes îles reconnaissables. Il a également observé toute une gamme de pinsons uniques, les fameux « pinsons de Darwin », qui présentaient de légères différences d’une île à l’autre. En outre, ils semblaient tous ressembler, mais diffèrent de, le pinson commun sur le continent de L’Équateur, 600 miles à l’est. Les modèles de distribution et de similitude des organismes ont eu une influence importante de la pensée de Darwin., La photo en haut de cette page est celle des croquis de pinsons de Darwin dans son Journal of Researchings.

• en 1859, Darwin publia son célèbre ouvrage sur l’Origine des espèces au moyen de la sélection naturelle, un tome de plus de 500 pages qui rassembla de nombreuses preuves pour sa théorie. La Publication du livre a provoqué une fureur-chaque exemplaire du livre a été vendu le jour de sa sortie. Les membres de la communauté religieuse, ainsi que certains pairs scientifiques, ont été indignés par les idées de Darwin et ont protesté., La plupart des scientifiques, cependant, ont reconnu la puissance des arguments de Darwin. Aujourd’hui, les conseils scolaires débattent toujours de la validité et de la pertinence de la théorie de Darwin dans les programmes scientifiques, et tout un ensemble de débats a grandi autour de la controverse (voir le site www Talk.Origines pour un dialogue continu). Nous n’avons pas le temps de couvrir toutes les preuves et tous les arguments de Darwin, mais nous pouvons examiner les idées fondamentales. Quelle est cette théorie de l’évolution de dire?

théorie de Darwin

la théorie de L’évolution de Darwin implique les idées fondamentales suivantes., Les trois premières idées étaient déjà en discussion parmi les naturalistes antérieurs et contemporains travaillant sur le « problème des espèces” alors que Darwin commençait ses recherches. Les contributions originales de Darwin étaient le mécanisme de la sélection naturelle et de nombreuses preuves du changement évolutif provenant de nombreuses sources. Il a également fourni des explications réfléchies sur les conséquences de l’évolution pour notre compréhension de l’histoire de la vie et de la diversité biologique moderne.

• Les espèces (populations d’organismes de croisement) changent dans le temps et dans l’espace., Les représentants des espèces vivant aujourd’hui diffèrent de ceux qui vivaient dans un passé récent, et les populations dans différentes régions géographiques diffèrent aujourd’hui légèrement dans la forme ou le comportement. Ces différences s’étendent au registre fossile, qui fournit un appui suffisant à cette affirmation.

• Tous les organismes des ancêtres en commun avec d’autres organismes. Au fil du temps, les populations peuvent se diviser en différentes espèces, qui partagent une population ancestrale commune. Assez loin dans le temps, toute paire d’organismes partage un ancêtre commun., Par exemple, les humains partagent un ancêtre commun avec les chimpanzés environ huit millions d’années, avec les baleines à environ 60 millions d’années, et avec les kangourous de plus de 100 millions d’années. L’ascendance partagée explique les similitudes des organismes qui sont classés ensemble: leurs similitudes reflètent l’héritage de traits d’un ancêtre commun.

• l’Évolution est progressive et lente de Darwin vue., Cette affirmation était étayée par les longs épisodes de changement progressif des organismes dans les archives fossiles et le fait qu’aucun naturaliste n’avait observé l’apparition soudaine d’une nouvelle espèce à L’époque de Darwin. Depuis lors, les biologistes et les paléontologues ont documenté un large éventail de taux lents à rapides de changement évolutif au sein des lignées.

le principal mécanisme de changement au fil du temps est la sélection naturelle, développée ci-dessous. Ce mécanisme provoque des changements dans les propriétés (traits) des organismes au sein des lignées de génération en génération.,

Le Processus de la Sélection Naturelle

Darwin du processus de la sélection naturelle a quatre composantes.

1. Variation. Les organismes (au sein des populations) présentent des variations individuelles d’apparence et de comportement. Ces variations peuvent impliquer la taille du corps, la couleur des cheveux, les marques faciales, les propriétés vocales ou le nombre de descendants. D’autre part, certains traits montrent peu ou pas de variation entre les individus—par exemple, le nombre d’yeux chez les vertébrés.
2. héritage. Certains traits sont systématiquement transmis du parent à la progéniture., De tels traits sont héritables, alors que d’autres traits sont fortement influencés par les conditions environnementales et montrent une faible héritabilité.
3. taux élevé de croissance démographique. La plupart des populations ont plus de descendants chaque année que les ressources locales ne peuvent en supporter, ce qui mène à une lutte pour les ressources. Chaque génération subit une mortalité importante.
4. survie différentielle et reproduction. Les individus possédant des traits bien adaptés à la lutte pour les ressources locales contribueront plus de progéniture à la prochaine génération.,

D’une génération à l’autre, la lutte pour les ressources (ce que Darwin a appelé la « lutte pour l’existence”) favorisera les individus avec certaines variations par rapport aux autres et modifiera ainsi la fréquence des traits au sein de la population. Ce processus est la sélection naturelle. Les traits qui confèrent un avantage aux individus qui laissent plus de progéniture sont appelés adaptations.

pour que la sélection naturelle opère sur un trait, celui-ci doit posséder une variation héritable et doit conférer un avantage dans la compétition pour les ressources., Si l’une de ces exigences ne se produit pas, le trait ne subit pas de sélection naturelle. (Nous savons maintenant que de tels traits peuvent changer par d’autres mécanismes évolutifs qui ont été découverts depuis L’époque de Darwin.)

la sélection naturelle fonctionne par avantage comparatif, et non par une norme absolue de conception. « as comme la sélection naturelle agit par compétition pour les ressources, elle n’adapte les habitants de chaque pays qu’en fonction du degré de perfection de leurs associés” (Charles Darwin, sur L’Origine des espèces, 1859).,

au cours du XXe siècle, la génétique a été intégrée au mécanisme de Darwin, nous permettant d’évaluer la sélection naturelle comme la survie différentielle et la reproduction de génotypes, correspondant à des phénotypes particuliers. La sélection naturelle ne peut fonctionner que sur la variation existante au sein d’une population. Ces variations se produisent par mutation, un changement dans une partie du code génétique pour un trait. Les Mutations surviennent par hasard et sans prévoyance pour l’avantage ou l’inconvénient potentiel de la mutation. En d’autres termes, les variations ne se produisent pas parce qu’elles sont nécessaires.,

la Preuve de la Sélection Naturelle

prenons un exemple, pour aider à faire la sélection naturelle claire.

le mélanisme industriel est un phénomène qui a affecté plus de 70 espèces de papillons de nuit en Angleterre. Il a été mieux étudié dans le papillon poivré, Biston betularia. Avant 1800, le papillon typique de l’espèce avait un motif léger (voir la Figure 2). Les papillons de couleur foncée ou mélaniques étaient rares et étaient donc des objets de collection.

la Figure 2., Image de teigne poivrée

pendant la révolution industrielle, la suie et d’autres déchets industriels ont assombri les troncs d’arbres et tué les lichens. La morphologie de couleur claire de la teigne est devenue rare et la morphologie sombre est devenue abondante. En 1819, le premier morphisme mélanique a été vu; en 1886, il était beaucoup plus commun-illustrant un changement évolutif rapide.

finalement, les morphes légers n’étaient courants que dans quelques endroits, loin des zones industrielles., On pensait que la cause de ce changement était la prédation sélective par les oiseaux, qui favorisait la coloration de camouflage chez le papillon.

dans les années 1950, le biologiste Kettlewell a fait des expériences de libération-recapture en utilisant les deux morphes. Un bref résumé de ses résultats est présenté ci-dessous. En observant la prédation des oiseaux par les stores, il a pu confirmer que la visibilité de la teigne influait grandement sur les chances qu’elle soit mangée.,

Recapture Success

l’Adaptation Locale – Plus d’Exemples

jusqu’à présent, dans l’aujourd’hui de la conférence de nous avons souligné que la sélection naturelle est la pierre angulaire de la théorie de l’évolution. Il fournit le mécanisme du changement adaptatif., Tout changement dans l’environnement (comme un changement dans la couleur de fond du tronc de l’arbre que vous percher sur) est susceptible de conduire à une adaptation locale. Toute population répandue est susceptible de connaître des conditions environnementales différentes dans différentes parties de son aire de répartition. En conséquence, il sera bientôt composé d’un certain nombre de sous-populations qui diffèrent légèrement, voire considérablement.

voici des exemples qui illustrent l’adaptation des populations aux conditions locales.,

• Le Serpent-rat, Elaphe obsoleta, a des populations différentes dans différents endroits de l’est de l’Amérique du Nord (voir la Figure 3). Il est discutable de savoir si ceux-ci devraient être appelés « races » géographiques ou sous-espèces. Ces populations comprennent toutes une seule espèce, car l’accouplement peut se produire entre des populations adjacentes, ce qui amène les espèces à partager un pool génétique commun (voir la Conférence sur la spéciation).,

Figure 3: la sous-espèce de la couleuvre Elaphe obsoleta, qui se croisent, où leurs gammes de répondre.

• les pinsons des Galapagos sont le célèbre exemple du voyage de Darwin. Chaque île des Galapagos visitée par Darwin avait son propre type de pinson (14 en tout), que L’on ne trouve nulle part ailleurs dans le monde., Certains avaient un bec adapté pour manger de grosses graines, d’autres pour de petites graines, certains avaient un bec semblable à un perroquet pour se nourrir de bourgeons et de fruits, et certains avaient un bec mince pour se nourrir de petits insectes (voir la Figure 4). On a utilisé une épine pour sonder les larves d’insectes dans le bois, comme le font certains pics. (Six étaient des habitants du sol, et huit étaient des pinsons des arbres.) (Cette diversification en différents rôles écologiques, ou niches, est considérée comme nécessaire pour permettre la coexistence de plusieurs espèces, un sujet que nous examinerons dans une conférence ultérieure.,) À Darwin, il est apparu que chacun a été légèrement modifié par rapport à un colon original, probablement le pinson sur le continent de L’Amérique du Sud, à environ 600 miles à l’est. Il est probable que le rayonnement adaptatif a conduit à la formation de tant d’espèces parce que d’autres oiseaux étaient peu nombreux ou absents, laissant des niches vides à remplir; et parce que les nombreuses îles des Galapagos offraient amplement d’occasions d’isolement géographique.,

la Figure 4

la Stabilisation, Directionnelle, et la Diversification de la Sélection

Enfin, nous nous pencherons sur une statistique façon de penser à la sélection. Supposons que chaque population puisse être représentée comme une distribution de fréquence pour un trait – la taille du bec, par exemple. Notez encore que la variation d’un trait est la matière première critique pour que l’évolution se produise.

à quoi ressemblera la distribution de fréquence dans la prochaine génération?,

les Figures 5a-c

tout d’Abord, la proportion de personnes à chaque valeur de la caractéristique (taille du bec, ou le poids du corps) peut être exactement le même. Deuxièmement, il peut y avoir un changement de direction dans une seule direction. Troisièmement (et avec une rareté telle que son existence est discutable), il pourrait y avoir un changement simultané dans les deux sens (par exemple, les becs plus grands et plus petits sont favorisés, au détriment de ceux de taille intermédiaire). Les Figures 5a-c représentent ces trois grandes catégories de sélection naturelle.,

Figure 6

sous sélection stabilisante, les variétés extrêmes des deux extrémités de la distribution de fréquence sont éliminées. La distribution des fréquences ressemble exactement à celle de la génération précédente (voir Figure 5a). C’est probablement la forme la plus courante de sélection naturelle, et nous la confondons souvent avec aucune sélection. Un exemple concret est celui du poids à la naissance des bébés humains (voir Figure 6).,

dans le cadre de la sélection directionnelle, les individus situés à une extrémité de la distribution des tailles de bec réussissent particulièrement bien, de sorte que la distribution de fréquence du trait dans la génération suivante est décalée de celle de la génération parentale (voir Figure 5b). C’est ce que nous considérons généralement comme la sélection naturelle. Le mélanisme industriel était un tel exemple.

la Figure 7

Les fossiles de la lignée du cheval fournit une démonstration remarquable de direction de la succession., La lignée complète est assez compliquée et n’est pas seulement une simple lignée du petit cheval de l’aube Hyracotherium du début de L’Éocène, à L’Equus familier d’aujourd’hui. Dans l’ensemble, cependant, le cheval a évolué d’un ancêtre à petit corps construit pour se déplacer dans les bois et les fourrés à son descendant à longues pattes construit pour la vitesse sur les prairies ouvertes. Cette évolution a impliqué des changements bien documentés dans les dents, la longueur des jambes et la structure des orteils (voir la Figure 7).,

dans la sélection diversifiante (perturbatrice), les deux extrêmes sont favorisés au détriment des variétés intermédiaires (voir Figure 5c). Ceci est rare, mais d’intérêt théorique car il suggère un mécanisme de formation d’espèces sans isolement géographique (voir la Conférence sur la spéciation).

résumé

la théorie de L’évolution de Darwin a fondamentalement changé la direction de la pensée scientifique future, bien qu’elle ait été construite sur un corps croissant de pensée qui a commencé à remettre en question les idées antérieures sur le monde naturel.,

le cœur de la théorie de Darwin est la sélection naturelle, un processus qui se produit sur des générations successives et est défini comme la reproduction différentielle des génotypes.

la sélection naturelle nécessite une variation héritable d’un trait donné, ainsi qu’une survie et une reproduction différentielles associées à la possession de ce trait.

les exemples de sélection naturelle sont bien documentés, à la fois par l’observation et par les archives fossiles.,

la sélection agit sur la fréquence des traits et peut prendre la forme d’une sélection stabilisante, directionnelle ou diversifiée.

lectures suggérées

O Darwin, C. 1959. Sur L’Origine des espèces au moyen de la sélection naturelle, ou, la préservation des Races favorisées dans la lutte pour la vie. Londres: J. Murray.

O Futuyma, D. J. 1986. La Biologie De L’Évolution. Sunderland, Masse: Sinauer Associates, Inc.

O Dawkins, R. 1989. Le Gène Égoïste. Oxford: Oxford University Press.,