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LA THÉORIE DE LÉVOLUTION
2
1. Avant Darwin 1.1 Historique de lidée
d évolution
24 novembre 1859 Charles Darwin  Lorigine
des espèces par sélection naturelle 
3
Selon la théorie de lévolution

• Les espèces se transforment au cours du temps,
  elles évoluent.
• Il y a donc une  histoire  de la vie.
• Darwin propose une théorie pour expliquer ces
  transformations Théorie de l évolution par
  sélection naturelle.
• La théorie de Darwin forme un tout cohérent et
  sappuie sur lensemble des connaissances de
  lépoque en géologie et en biologie.
• La théorie sera rapidement acceptée par
  lensemble des biologistes.

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AVANT Darwin Vision fixiste du monde et de la vie

• Platon (428 - 348)
• Dualisme platonicien monde réel et parfait des
  idées et monde illusoire, imparfait accessible à
  nos sens.
• Chaque individu d une espèce est une copie
  imparfaite d un modèle parfait et immuable
  appartenant au monde des idées.

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James Ussher (1580-1655) Pasteur anglican et
primat d Irlande 1650     Annales veteris
testamenti, a prima mundi origene
deducti  (Annales de l Ancien Testament,
retracées depuis l origine du monde)
Dieu a créé le monde le dimanche 23 octobre
4004 av. JC à midi
Vision fixiste du monde inspirée de la Bible par
opposition à la vision transformiste qui se
développera au XIXe
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Fin XVIIe et XVIIIe Étude des strates
géologiques et des fossiles
Fossiles (du latin creuser) traces
d organismes vivants laissées dans les roches
sédimentaires.

• Roches sédimentaires se forment par dépôts de
  particules en suspensions ou par précipitation de
  minéraux au fond d un cours deau.
• Pression ? Solidification Roche sédimentaire
• Successions marines (inondations, assèchements)
  ou modifications des dépôts ? Strates

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Roches sédimentaires formant des strates
superposées
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Un organisme peut se fossiliser SI

• Recouvert de sédiments avant dêtre complètement
  décomposé (milieu aquatique).
• Absence doxygène.
• Molécules organiques progressivement remplacées
  par des dépôts minéraux ? modèle minéral de
  lorganisme mort

La fossilisation est un phénomène RARE
9
(No Transcript)
10
La chair se décompose ne laissant que le
squelette.
11
L'érosion peut éventuellement exposer le
squelette minéralisé.
12
Plus la strate géologique est profonde, plus elle
est ancienne.
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Strates géologiques ? Histoire de la vie

• Des strates les plus anciennes aux plus récentes
  certaines espèces apparaissent, dautres
  disparaissent.
• Plus la strate est ancienne, plus les formes
  fossiles sont différentes des espèces
  d aujourdhui.
• Les types de fossiles sont disposées dans le même
  ordre, partout dans le monde.
• Formes les plus anciennes ne contiennent pas
  d organismes complexes.
• Certaines formes sont toujours au-dessus
  d autres formes.
• Succession des formes dans les strates est
  toujours la même partout dans le monde.

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Datation des strates

• Datation absolue (pas toujours possible)
  proportions disotopes radioactifs.
• Ex. Datation 40Potassium / 40Argon (cliquez sur
  le lien)
• Datation relative identification des fossiles
  contenus dans la strate étudiée.

Certains fossiles sont tellement typiques d'une
époque donnée, qu'ils peuvent être utilisés comme
marqueurs stratigraphiques.
15
(No Transcript)
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Hauteur de la formation (m)
Formation Bearpaw, Sud de la Saskatchewan, Crétac
é supérieur
Les Baculites sont des Ammonites non enroulées
utilisées comme marqueurs stratigraphiques du
Crétacé supérieur
Baculites
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Les Ammonites
Évolution du nombre de genres d'Ammonites au
cours du temps
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Étude des fossiles au XVIIIe et XIXe siècle

• Catastrophisme (Terre jeune)
• Changements dans les strates dus à de grandes
  catastrophes géologiques.
• Après la catastrophe, de nouvelles espèces venues
  dailleurs sinstallent sur le territoire.
• Théorie défendue par Georges Cuvier (1769-1832)
• Certains disciples de Cuvier créations multiples

• Gradualisme (Terre très ancienne)
• James Hutton (1726-1797) La Terre se modifie
  par des processus physiques lents et graduels qui
  sont encore à l œuvre aujourd hui.
• Charles Lyell (1797-1875) Uniformitarisme

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1.2 Le lamarckisme
Jean-Baptiste Monet, Chevalier de Lamarck
(1744-1829)
1809  Philosophie zoologique 

• Les espèces se transforment en se complexifiant
  continuellement (forment des lignées visibles
  dans les fossiles)
• Des organismes simples se forment sans arrêt par
  génération spontanée

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Évolution selon Lamarck

• 1. Loi de lusage et du non usage
• Usage d un organe ? développement de l organe
• Non usage ? atrophie

• 2. Hérédité des caractères acquis
• Caractéristiques acquises par lusage ou le non
  usage se transmettent aux descendants
• gt transformations lentes et progressives au
  cours du temps

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Évolution de la girafe selon Lamarck

• Ancêtre à cou court mange les feuilles des
  arbres.
• Fait des efforts pour atteindre les feuilles les
  plus hautes
• Lanimal sétire le cou et les pattes.
• Ces organes sallongent
• Lallongement se transmet de façon imperceptible
  aux descendants.

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Thérie de Lamarck rejetée

• De son vivant
• Lidée d évolution est encore trop nouvelle.
• Forte opposition religieuse et scientifique.

• De plus, on va démontrer rapidement
• Pas de transmission des caractères acquis
• Ne peut pas expliquer de nombreux faits
• Ex. couleur du pelage

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2. Le darwinisme

• Charles Darwin (1809 - 1882)
• Études en médecine (quil abandonne) puis en
  théologie et sciences naturelles.
• À 22 ans (1831) sembarque sur le HMS Beagle.

Charles Darwin (1840)
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• Voyage de 5 ans autour du mondebut
  cartographier certaines régions peu connues.

• Au cours du voyage Darwin élabore sa théorie et
  recueille de nombreuses données pour létayer.

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Au cours du voyage du beagle Darwin observe

• Espèces de régions différentes dAmérique du Sud
  se ressemblent souvent entre elles.
• Espèces retrouvées dans un milieu particulier
  dAmérique du Sud ressemblent plus aux espèces
  dautres régions dAmérique du Sud quaux espèces
  trouvées dans des milieux similaires sur dautres
  continents.
• Fossiles dAmérique du Sud ressemblent aux
  espèces actuelles dAmérique du Sud.
• Îles possèdent des espèces uniques qui
  ressemblent à dautres espèces du continent le
  plus proche.
• Ex. Îles Galápagos (900 Km à l Ouest de
  l Amérique du Sud)

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Retour du voyage 1836

• Ne publie pas sa théorie, se contente den noter
  les grandes lignes.
• 1858 lettre de Alfred Russel Wallace.
• Expose la même théorie

• Le mois suivant publication officielle de la
  théorie (cosignée Darwin-Wallace).
• 1859 Publication de  Lorigine des espèces par
  sélection naturelle .
• Succès instantané de librairie.
• 10 ans plus tard, la théorie de Darwin est
  acceptée par la grande majorité des biologistes.

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Théorie de Darwin
1. Sans limitation, une population saccroît de
façon exponentielle

• Une morue peut pondre plus de 6 millions dœufs.
• Si chacun de leurs descendants survivaient un
  seul couple déléphants pourrait engendrer 19
  millions déléphants en 750 ans.

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Théorie de Darwin
1. Sans limitation, une population saccroît de
façon exponentielle 2. Années après années, les
populations demeurent relativement stablesDes
facteurs limitants empêchent laccroissement
exponentiel.
La population humaine augmente plus vite que la
production des ressources alimentaires.
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Théorie de Darwin
1. Sans limitation, une population saccroît de
façon exponentielle 2. Années après années, les
populations demeurent relativement stablesDes
facteurs limitants empêchent l accroissement
exponentiel. 3. Il y a des variations entre les
individus à chaque génération, les descendants
diffèrent de leurs parents et diffèrent entre eux.
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Théorie de Darwin
1. Sans limitation, une population saccroît de
façon exponentielle 2. Années après années, les
populations demeurent relativement stablesDes
facteurs limitants empêchent l accroissement
exponentiel. 3. Il y a des variations entre les
individus à chaque génération, les descendants
diffèrent de leurs parents et diffèrent entre
eux. 4. Si une différence savère avantageuse
face à lenvironnement de lorganisme, le ou les
individus qui la possèdent ont plus de chances de
survivre que ceux de la population qui ne la
possèdent pas. Et donc plus de chances de se
reproduire et de transmettre leur caractéristique
SÉLECTION NATURELLE
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Théorie de Darwin
1. Sans limitation, une population saccroît de
façon exponentielle 2. Années après années, les
populations demeurent relativement stablesDes
facteurs limitants empêchent l accroissement
exponentiel. 3. Il y a des variations entre les
individus à chaque génération, les descendants
diffèrent de leurs parents et diffèrent entre
eux. 4. Si une différence s avère avantageuse
face à l environnement de l organisme, le ou
les individus qui la possèdent ont plus de
chances de survivre que ceux de la population qui
ne la possèdent pas. Et donc plus de chances de
se reproduire et de transmettre leur
caractéristique SÉLECTION NATURELLE 5. Le
caractère avantageux a donc tendance à se
répandre jusquà ce que ceux qui le possèdent
surpassent et remplacent ceux qui ne lont pas.
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Évolution de la girafe selon Darwin

• Girafes se nourrissent des feuilles des arbres.
• Si la nourriture est rare, les plus grands (cou
  et pattes) ont un net avantage sur les plus
  petits.
• Les plus grands ont plus de chances de survivre
  plus de chances de se reproduire et de
  transmettre à leurs descendants leur grande
  taille.
• De génération en génération, il y a une SÉLECTION
  des plus grands.
• Avec le temps, il y a une tendance à
  lallongement du cou et des pattes dans la
  population.

N.B. Darwin n'a jamais cité cet exemple, il
connaissait trop peu ce cas. De plus, une autre
explication est possible. Voyez-vous laquelle?
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Japon, 24 avril 1185, bataille de
Dan-No-Ura.Larmée du jeune empereur Antoku,
alors âgé de seulement sept ans, est défaite lors
dune bataille navale dans la mer du Japon par le
clan des Minamoto. La grand-mère du jeune
empereur préfère se jeter dans les vagues avec
lenfant plutôt que de se rendre. Les samouraïs
de larmée défaite qui nétaient pas tombés au
combat se jetèrent aussi à la mer.
Le crabe de Heike
Depuis, les pêcheurs rejettent à la mer tous les
crabes dont la carapace ressemble à un visage de
samouraï.
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La phalène du bouleau (Biston betularia)

• Jusqu en 1848 (Angleterre), tous les spécimens
  connus forme pâle
• À la fin du XIXe siècle, 98 des individus
  forme mélanique

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La phalène du bouleau (Biston betularia)
Forme pâle bon camouflage sur les troncs
darbres couverts de lichen. Forme mélanique
bon camouflage sur les troncs dépourvus de
lichens et noircis par la pollution.
À partir du milieu du XIXe siècle, la pollution a
fait disparaître les lichens des arbres et la
suie les a noircis.

• Dans les régions polluées, la sélection naturelle
  a remplacé les pâles par la forme mélanique en
  quelques années.
• Dans les régions où on a mis fin à la pollution,
  les pâles sont redevenus majoritaires.

36
(No Transcript)
37
Autres exemples

• Résistance aux antibiotiques des bactéries
• Pinsons de lîle Daphne Major aux Galápagos

Le pinson préfère manger des graines petites et
tendres faciles à écraser. Les années humides,
ces graines sont assez abondantes. Les années
sèches, les graines deviennent plus rares,
surtout les petites. La diète contient alors une
proportion plus grande de graines plus grosses et
plus dures. Il y a alors avantage des oiseaux aux
becs les plus robustes. Ceux-ci deviennent plus
abondant.
Voir Artificial Intelligence in the Lab
Lire Changement de moeurs
38
Modes de sélection naturelle

• Sélection directionnelle
• Sélection stabilisante
• Sélection diversifiante

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Sélection directionnelle
Nuisible
40
Sélection stabilisante
Nuisible
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Sélection diversifiante
Nuisible
Ex. Pinsons qui sadaptent à se nourrir
dinsectes (bec fin avantageux) ou de graines
(bec robuste avantageux). Les becs fins qui se
reproduisent entre eux donnent des rejetons à
becs fins mieux adaptés aux insectes. Les gros
becs qui se reproduisent entre eux donnent des
rejetons à gros becs mieux adaptés aux graines.
Les becs fins qui se reproduisent avec les gros
becs donnent des becs intermédiaires mal adaptés
aux insectes comme aux graines.
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Y a-t-il évolution actuellement dans lespèce
humaine?

• Pour quil y ait évolution, il faut
• Diversité génétique
• Sélection naturelle
• Est-ce le cas chez les humains ?
• La sélection naturelle est-elle vraiment
  nécessaire?

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La théorie darwinienne de l évolution nest pas
complète

• Lois de la génétiques ne sont pas connues.
• On ne sait rien de linformation génétique.
• Darwin ne peut expliquer doù proviennent les
  nouveaux caractères qui seront sélectionnés.

Découvertes en génétique au cours du XXe siècle
permettent de compléter la théorie
Théorie synthétique de lévolution ou Néo-darwinis
me
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Théorie synthétique de lévolution
Mutations génétiques font apparaître de nouvelles
caractéristiques physiques. Exemples

• Mutation dun gène codant pour une enzyme
  permet la formation dun nouvel allèle codant
  pour une enzyme possédant des propriétés
  différentes de lancienne.
• Mutation dun gène intervenant dans le
  développement embryonnaire (homéogène) permet de
  grandes modifications physiques.
• Polygénie (multiplication des gènes dans le
  génome) permet la formation de nouveaux gènes qui
  sajoutent aux anciens.

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Ex. évolution du lysozyme en alpha-lactalbumine

• Le lysozyme varie dune espèce à lautre. Cette
  enzyme est présente chez tous les vertébrés.
• Lalpha-lactalbumine, une enzyme apparue avec les
  mammifères (sert à synthétiser du lactose dans le
  lait) ressemble beaucoup au lysozyme.

Lys. Homme Lys. Souris 28 différences Lys.
Homme - Lys. Poulet 51 différences Lys. Homme -
Lactalbumine 76 différences Lys. Poulet -
lactalbumine 75 différences
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Ligne 1 Lysozyme humain Ligne 2 Lysozyme
souris Ligne 3 Lysozyme poulet Ligne 4 Alpha
lactalbumine
LYS VAL PHE GLU ARG CYS GLU LEU ALA ARG THR LEU
LYS ARG LEU GLY MET ASP GLY TYR ARG GLY ILE SER
LEU ALA LYS VAL TYR GLU ARG CYS GLU PHE ALA ARG
THR LEU LYS ARG ASN GLY MET ALA GLY TYR TYR GLY
VAL SER LEU ALA LYS VAL PHE GLY ARG CYS GLU LEU
ALA ALA ALA MET LYS ARG HIS GLY LEU ASP ASN TYR
ARG GLY TYR SER LEU GLY LYS GLN PHE THR LYS CYS
GLU LEU SER GLN LEU LEU LYS ASP ILE ASP
GLY TYR GLY GLY ILE ALA LEU PRO ASN TRP MET CYS
LEU ALA LYS TRP GLU SER GLY TYR ASN THR ARG ALA
THR ASN TYR ASN ALA GLY ASP ARG SER THR ASP TRP
VAL CYS LEU ALA GLN HIS GLU SER ASN TYR ASN THR
ARG ALA THR ASN TYR ASN ARG GLY ASP GLN SER THR
ASN TRP VAL CYS ALA ALA LYS PHE GLU SER ASN PHE
ASN THR GLN ALA THR ASN ARG ASN THR ASP GLY
SER THR GLU LEU ILE CYS THR MET PHE HIS THR SER
GLY TYR ASP THR GLN ALA ILE VAL GLU ASN ASN
GLU SER THR ASP TYR GLY ILE PHE GLN ILE ASN
SER ARG TYR TRP CYS ASN ASP GLY LYS THR PRO GLY
ALA VAL ASN ALA CYS HIS ASP TYR GLY ILE PHE GLN
ILE ASN SER ARG TYR TRP CYS ASN ASP GLY LYS THR
PRO ARG ALA VAL ASN ALA CYS GLY ASP TYR GLY ILE
LEU GLN ILE ASN SER ARG TRP TRP CYS ASN ASP GLY
ARG THR PRO GLY SER ARG ASN LEU CYS ASN GLU TYR
GLY LEU PHE GLN ILE SER ASN LYS LEU TRP CYS LYS
SER SER GLN VAL PRO GLN SER ARG ASN ILE CYS ASP
LEU SER CYS SER ALA LEU LEU GLN ASP ASN ILE ALA
ASP ALA VAL ALA CYS ALA LYS ARG VAL VAL ARG ASP
PRO GLN ILE ASN CYS SER ALA LEU LEU GLN ASP ASP
ILE THR ALA ALA ILE GLN CYS ALA LYS ARG VAL VAL
ARG ASP PRO GLN ILE PRO CYS SER ALA LEU LEU SER
SER ASP ILE THR ALA SER VAL ASN CYS ALA LYS LYS
ILE VAL SER ASP GLY ASN ILE SER CYS ASP LYS PHE
LEU ASP ASP ASP ILE THR ASP ASP ILE MET CYS ALA
LYS LYS ILE LEU ASP ILE LYS GLY ILE ARG ALA
TRP VAL ALA TRP ARG ASN ARG CYS GLN ASN ARG ASP
VAL ARG GLN TYR VAL GLN GLY CYS GLY VAL GLY ILE
ARG ALA TRP VAL ALA TRP ARG ALA HIS CYS GLN ASN
ARG ASP LEU SER GLN TYR ILE ARG ASN CYS GLY VAL
GLY MET ASN ALA TRP VAL ALA TRP ARG ASN ARG CYS
LYS GLY THR ASP VAL GLN ALA TRP ILE ARG GLY CYS
ARG LEU GLY ILE ASP TYR TRP LEU ALA HIS LYS ALA
LEU CYS THR GLU LYS LEU GLU GLN TRP LEU CYS
GLU LYS LEU
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Ex. Évolution de la résistance aux
organo-phosphorés chez le moustique Culex pipiens
Culex pipiens peut être porteur du virus du Nil
LAChE (acétylcholinestérase) mutée a peu
daffinité avec linsecticide tout en conservant
son affinité avec lacétylcholine.
LAChE mutée est par contre moins efficace (sur
lA. choline) que la forme normale ? la forme
mutante est nuisible sil ny a pas dinsecticide
dans lenvironnement (cest ce quon appelle le
coût de la résistance) et avantageuse sil y en
a. On ne retrouve les moustiques mutés que dans
les zones dépandage.
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N.B. Ce nest pas linsectivide qui a provoqué la
mutation responsable de lAchE résistante à
linsecticide. La mutation existait peut-être
bien avant linvention des insecticides. Si elle
est apparue après cette invention, cest un pur
hasard.
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Certains individus possédant deux copies du gène
de lenzyme (suite à une duplication du gène) ont
acquis une version mutée du gène (gène ace-1).
Ils possèdent donc une version normale (efficace
pour dégrader lA. choline) et une version mutée
(résistante à linsecticide). Ils sont donc
avantagés que linsecticide soit présent ou
pas. Ces moustiques se sont rapidement propagés
dans les zones où on utilise des insecticides.
Le gène muté (ace-1) diffère du gène normal par
un nucléotide. Le changement provoque la
substitution dun acide aminé du site actif par
un autre acide aminé.
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On connaît dautres gènes responsables de la
résistance. Ces gènes codent pour des enzymes
(des estérases) qui dégradent linsecticide avant
quil ne puisse parvenir à la synapse. Il y a
deux sortes destérases (les A et les B). On
ignore actuellement à quoi servent ces estérases
dans le moustique.
Le gène seul est peu efficace. On a vu apparaître
(par hasard, ça na rien à voir avec
lutilisation des insecticides) des formes
mutantes résistantes chez qui le gène était
amplifié (augmentation de lexpression suite à
des modifications dun gène régulateur ou
multiplication en plusieurs copies) ce qui en
augmente lexpression et donc lefficacité. Ces
moustiques se sont propagés dans les zones
dépandage des organo-phosphorés.
51
Deuxième partie