evolution, révolution de darwin à nos jours

Chapitre II

EVOLUTION AUJOURD'HUI

Gare au mot

" evolution " Sens commun : suite de transformations graduelles assez lentes allant dans un même sens.

Sens biologique : processus historique de transformation des êtres vivants.

Le sens commun induit une fausse idée reçue selon laquelle l’évolution biologique serait un progrès. Mais l’évolution de la vie n’est pas orientée. évolution ≈ développement

temps

milieu 18ème s.

philosophe Herbert Spencer vers 1860

aujourd’hui:

évolution ≈ développement embryonnaire

évolution = transformation des espèces

développement embryonnaire

sens biologique

évolution ≈ développement sens commun

Le sens biologique du mot « évolution » a changé au cours du temps.

Ce mot a d’abord désigné aussi bien le développement embryonnaire (ontogenèse) que le processus de transformation des espèces (phylogenèse).

Le sens biologique actuel du mot « évolution » fut proposé par le philosophe anglais Herbert Spencer. Darwin parlait plutôt de « descendance avec modifications ». Auparavant, à partir de Lamarck, on parlait de « transformisme ».

Œuf de poule Avimimus (Dinosaure) Embryon 7 jours

Archaeopteryx

Poule

Développement (ontogenèse)

Poussin 21 jours

Poule adulte

Texte : F.BONNETON / ENS

Evolution (phylogenèse)

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L’évolution

aujourd’hui Bienvenu dans le monde moderne !

Après cette promenade sur les traces de son génie fondateur, voyons comment la théorie de l'évolution a... évolué !

Voici le menu: En entrée, nous vous parlerons de l’âge de la Terre, et de la très longue histoire de la vie.

Puis vous découvrirez les secrets intimes de l'évolution: l’ADN et la mutation génétique.

Et pour finir ce repas en bonne compagnie, nous vous raconterons l’histoire d’Homo sapiens et de ses proches cousins, aujourd’hui disparus.

Notre histoire.

Texte : S.CHARLAT & V.DAUBIN / CNRS

En guise de dessert, nous vous servirons un arbre: l’arbre du vivant, ou les millions d'espèces, vivantes ou fossiles, trouvent leur place.

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Partie I

L’évolution, une TRES longue histoire.

EVOLUTION AUJOURD'HUI

Les origines

de la vie Pour en savoir plus !

La formation de la Terre Notre chère planète bleue est apparue il y a environ 4,5 MA à partir de gaz et de poussières. Sa surface s’est modelée, suite à de nombreux bombardements de comètes et météorites, donnant naissance, moins d’un MA plus tard, aux océans, milieu propice à l’apparition de la vie.

Les différentes théories émises sur les origines de la vie -la « soupe primitive » : production d’acides aminés (molécules organiques) à partir de matière inerte ayant subi diverses réactions chimiques favorisées par les rayons cosmiques ou les éclairs de l'atmosphère primitive.

-la « semence extra terrestre » : apport des premiers éléments organiques par la chute d’astéroïdes.

-les « fumeurs noirs » : apparition de la vie au niveau de ces cheminées, associées à des sources hydrothermales nées à de grandes profondeurs, dans des conditions de pression et de température particulières, sur les dorsales océaniques.

En 1953, Stanley Miller , père de la "chimie prébiotique", sera le premier à montrer qu'il est possible d'obtenir des molécules organiques à partir d'une atmosphère primitive très simple (eau, ammoniaque, hydrogène, méthane). Depuis, la plupart des briques du vivant ont pu être construites avec des expériences analogues.

La question de comment s'est produite cette première "génération spontanée" est l'objet d'un grand nombre de recherches.

Il faut d'abord comprendre comment une atmosphère primitive a pu générer les bases élémentaires du vivant, puis comment ces briques ont pu s'assembler en molécules capables d'évoluer...

Fabriquer une molécule autoréplicative Les chimistes ont pu montrer qu'il est possible de fabriquer, dans des conditions proches de la terre primitive, les briques élémentaires du vivant (acides aminés, sucres, bases azotées...). Mais reconstruire du vivant nécessite d'être capable également d'engendrer des molécules pouvant se reproduire. De telles molécules pourraient bien être les ARN (Acide RiboNucléiques) qui possèdent à la fois la capacité de contenir une information qui peut se répliquer (comme l'ADN) et les propriétés nécessaires pour catalyser des réactions chimiques. La plupart des biologistes considèrent aujourd'hui qu'avant notre monde à ADN, a existé un monde à ARN, où les "génomes" étaient constitués de cette molécule.

Texte : ESPACE PIERRE FOLLE, V. DAUBIN & S. CHARLAT/CNRS

« On peut imaginer que dans quelques mares chaudes contenant toutes sortes de sels ammoniacaux et phosphoriques, en présence de chaleur, de lumière et d’électricité, etc., il ait pu se former chimiquement un composé protéique [sic] capable de subir des modifications complexes…»

C. Darwin, 1871

La vie serait apparue au cœur des océans sous forme microscopique vers -3,8 MA.

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Découvrir nos origines dans les entrailles

de nos génomes

Un portrait robot de LUCA à partir de ses descendants.

Si tous mes 15 frères et sœurs ainsi que moi-même avons les cheveux frisés, il y a fort à parier que nos parents avaient eux aussi les cheveux frisés : il est en effet probable que chacun a reçu le caractère « cheveux frisés » de nos parents. Pour estimer quelles caractéristiques avait LUCA, on peut appliquer le même type de raisonnement, en regardant les caractéristiques partagées par l’ensemble ou la plupart de ses descendants. On trouve alors que LUCA devait ressembler à une cellule bactérienne, avait un génome fait d’ADN ou d’une molécule très ressemblante, et savait produire des protéines. Par contre, on pense qu’il ne savait pas faire de photosynthèse.

Et comme, il y a 3.5 milliards d’années, il n’y avait que très peu d’oxygène sur Terre, il ne respirait probablement pas l’oxygène comme le font nos cellules aujourd’hui.

Tous les êtres vivants descendent d’un ancêtre commun qui a vécu il y a plus de 3.5 milliards d’années, et que les chercheurs appellent LUCA. Pas plus gros qu’une bactérie, LUCA a laissé peu de fossiles dans les roches anciennes. Par contre, on trouve encore des traces de LUCA dans les génomes des organismes vivant aujourd’hui.

Eucaryotes

Ancêtre des Archées et des Eucaryotes

(amibes, champignons, animaux, plantes...)

LUCA

Archées

(Halobacterium, Pyrococcus, Methanosarcina...)

Ancêtre des Bactéries

Bactéries

(Escherichia, Salmonella, Bacillus, cyanobactéries...)

Espèces actuelles Origine de la vie

Arbre de la vie simplifié Cette figure représente les relations de parenté existant entre les trois grands groupes du vivant : Bactéries, Eucaryotes et Archées. LUCA est le dernier ancêtre commun à ces trois grands groupes, mais n’est pas le premier organisme ayant vécu sur Terre : LUCA lui-même avait des parents et des grands-parents qui ont existé avant lui.

LUCA

Il y a 3.5 milliards d’années

Aujourd’hui

Ancêtre des Archées et des Eucaryotes

Ancêtre des Bactéries

LUCA

EF

Espèces actuelles

WJF

Evolution des températures de vie de nos ancêtres L’analyse des génomes des organismes vivant de nos jours suggère que les êtres vivants n’ont pas toujours vécu à la même température.

Ainsi, LUCA, l’ancêtre de tous les êtres vivants, appréciait une température moins élevée que ses descendants les ancêtres des Bactéries (bleu) et des Archées et des Eucaryotes (vert).

Ensuite, il semble que les êtres vivants ont vécu à des températures de moins en moins élevées au cours des derniers milliards d’années.

Ceci pourrait refléter la température des océans, qui a dû elle aussi baisser au cours des derniers milliards d’années.

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Les traces de LUCA dans nos génomes.

Pour étudier les génomes, les biologistes se les représentent comme de très longs textes.

Ces textes sont des copies très altérées du génome de LUCA, transmises et modifiées de génération en génération depuis des milliards d’années.

Au moyen d’ordinateurs et des mathématiques, il est possible à partir des génomes d’espèces actuelles de reconstruire approximativement les génomes d’ancêtres lointains, jusqu’à LUCA. Ensuite, à partir de ces génomes reconstitués par ordinateur, on peut prédire certaines caractéristiques de nos ancêtres, et donc de LUCA. En appliquant cette technique, des chercheurs lyonnais suggèrent que LUCA vivait à une température inférieure à 60°C, mais que ses descendants vivaient à plus de 70°C. On trouve donc encore aujourd’hui dans nos génomes des traces de la température à laquelle vivaient nos ancêtres, il y a 3.5 milliards d’années…

Des sources hydrothermales comme on peut en voir ici émettent une grande quantité de molécules dans les océans, et le faisaient déjà il y a plus de 3.5 milliards d’années.

LUCA puisait peut-être son énergie dans de telles molécules, comme le font encore certains organismes aujourd’hui.

Il y a 3.5 milliards d’années

Aujourd’hui

Texte : B. BOUSSAU/CNRS

Pour en savoir plus !

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Les mondes

disparus

Mais où se cachent les fossiles du Précambrien ?

C’est surtout à partir du Cambrien que les êtres vivants acquièrent les premières carapaces et coquilles, structures solides pouvant être fossilisées ! Avant cette période, dans l'époque la plus longue de l'histoire de notre terre, les traces d’éléments vivants sont très difficiles à trouver car souvent microscopiques.

Les êtres vivants au fil du temps.

La biodiversité a beaucoup changé au cours du temps, souvent à la faveur de grands changements globaux.

Certains groupes disparaissent brutalement des archives fossiles, et sont remplacés par de nouveaux...

Ces « successions du vivant » sont parfois si nettes, que certains fossiles servent de référence pour dater les couches de sol.

Comment faire un fossile?

Lorsqu'un organisme meurt, il est généralement consommé par d'autres organismes, et ses restes disparaissent à tout jamais.

Il arrive cependant que certaines parties de son anatomie, notamment les parties dures comme le squelette ou la carapace, restent plus ou moins intactes, et se retrouvent enfouies.

Dans ces conditions, ces parties peuvent être préservées.

Se déroule alors le processus de fossilisation, qui peut, selon les conditions, être dû au remplacement des cavités laissées par l'organisme par des composés minéraux, ou à la transformation directe de la matière organique en minéral.

Ainsi, chaque époque correspond à une nouvelle faune, une nouvelle flore, un nouveau monde éphémère...

Texte : ESPACE PIERRES FOLLES -V. DAUBIN & S. CHARLAT/CNRS

Pour en savoir plus !

L’étoile la plus proche du soleil se trouve à des milliers de milliards de kilomètres… Difficile à imaginer !

Et 3,8 milliards d’années d'évolution alors ?!!!

Pour s'y retrouver, les géologues divisent les âges de la Terre en "ères" et "périodes", caractérisées par les organismes qui les peuplent.

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L'oxygène

et la vie Pour en savoir plus !

La crise de l'oxygène L'augmentation brutale de la concentration d'oxygène dans l'atmosphère il y a 2,4 Milliards d'années est généralement considérée comme le résultat d'une augmentation du succès évolutif des organismes photosynthétiques, comme les cyanobactéries (algues bleues).

Dans ces nouvelles conditions, de nombreux organismes "anaérobies" (qui produisent leur énergie sans consommer d'oxygène) ont disparu.

D'une part, l'oxygène est un poison pour eux, d'autre part les réactions chimiques impliquant l'oxygène, qui permettent aux organismes aérobies de produire de l'énergie, sont généralement plus efficaces du point de vue énergétique, ce qui en fait de redoutables concurrents.

Le carbonifère, l'âge de l'oxygène Il y a environ 330 millions d'années, la concentration d'oxygène atmosphérique a atteint des records : plus de 35% d'O2 (contre 21% aujourd'hui).

Le carbonifère doit son nom aux grandes quantités de charbon qui restent de cette époque dans les archives fossiles : les forêts de cette époque étaient immenses et les arbres qu'on y trouvait étaient titanesques ! La forte concentration d'oxygène a également permis l'évolution d'espèces géantes d'amphibiens et d'insectes !

Le carbonifère, l'âge où les libellules rivalisaient de taille avec les premiers tétrapodes...

Mais il n'en a pas toujours été ainsi.

Il y a environ 2,4 Milliards d'années, l'oxygène, alors quasiment absent de l'atmosphère terrestre, a commencé à augmenter.

Depuis, la concentration d'oxygène dans l'atmosphère a connu de grandes variations qui ont eu des conséquences importantes sur l'évolution de la vie.

Texte : V. DAUBIN & S. CHARLAT/CNRS

L'oxygène dans les archives fossiles Des roches telles que les BIF (Banded Iron Formation) témoignent de la présence d'oxygène dans les océans et l'atmosphère, car elles contiennent des couches de fer oxydé.

L'air que vous respirez contient aujourd'hui plus de 20% d'oxygène.

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Les premiers signes de l'apparition

de L'OXYGENE Pour en savoir plus !

Les BIF, c'est quoi exactement ?

Les BIF sont des roches sédimentaires biochimiques qui précipitent au fond des océans.

Elles sont formées par l’alternance fine d’oxyde de fer et/ou de carbonate de fer (la sidérite). Elles sont très anciennes, âgées entre -3.8 milliards et -1,8 milliards d’années, leurs âges sont cependant centrés autour de -2,5 milliards d’années.

Comment se forment-elles ?

On pense en effet que les BIF se sont formées par précipitation de fer dans les océans terrestres anciens. Le fer oxydé lui n’est pas soluble dans l’eau, il a donc précipité sous la forme de magnétite (Fe3O4), sur le fond marin pour donner les niveaux riches en fer. Puis pour des raisons inconnues les cyanobactéries ont disparu des océans diminuant ainsi la production d’oxygène libre. La production de magnétite a aussi diminué et un niveau de silice (chert) ou de carbonate de fer se dépose au dessus du niveau riche en fer.

Les formations ferreuses litées ou Banded Iron Formation (aussi connu sous le nom de BIF) sont des roches uniques de part leur mode de formation, leur âge et leur origine. On les trouve sur tous les vieux continents à la surface de la Terre.

Avant la période de formation de ces roches très anciennes (autour de -2.5 milliards d'années), l’atmosphère terrestre et l’océan contenaient très peu d’oxygène libre pouvant réagir avec le fer.

Des cyanobactéries photosynthétiques (algues bleue-vertes primitives qui ont proliféré dans les eaux de surface dès le Paléoproterozoïque) sont ensuite apparues et ont produit en excès de l’oxygène libre dans l’océan qui a oxydé le fer.

Ce processus était cyclique, donnant les alternances de bandes de chert et de fer.

Petit échantillon noir et rouge : 3.8 Ga, Gros échantillon beige et noir : 3.2 Ga

Les 2 échantillons ont été prêtés aimablement par Melle Maud Boyet (CR CNRS au LMV Clermont-Ferrand) et Mr Nicolas Olivier (Mcf Labo PEPS, Université Lyon 1).

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Si la Terre avait ...

un jour

Les grandes étapes de l'évolution

ère secondaire E. tertiaire

E. quaternaire - 6 MA Séparation Homme/Chimpanzé - 65 MA Extinction des dinosaures Diversification des mammifères - 140 MA Premières plantes à fleur

chut !

- 210 MA Premiers mammifères

22h41

- 240 MA Premiers dinosaures

ère primaire

- 365 MA Premiers tétrapodes Premières plantes à graines

- 396 MA Premiers insectes - 420 MA Sortie des eaux des plantes et animaux

- 650 MA Premiers animaux

Ta soupe aux legumes !

pas C'est ! bon

miam-miam

retour ecole

gouter !

pas C'est ! bon

Précambrien

- 2700 MA Premiers eucaryotes (cellules pourvues d’un noyau)

miam-miam

depart ecole

petit’dej - 3500 MA Photosynthèse

chut !

- 4200 MA Atmosphère et océans

- 4600 MA Formation de la Terre

Texte : S. CHARLAT & V. DAUBIN / CNRS - Conception : N. GARCIA

- 3800 MA Premières cellules vivantes

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Les grandes

EXTINCTIONS Pour en savoir plus !

L'origine des espèces Toute espèce « évolue ». Au cours du temps, à la faveur de leur isolement ou de leur spécialisation écologique, des populations d'une même espèce peuvent évoluer dans des directions différentes et former ainsi des espèces-filles à partir d’une seule espèce-mère.

Les grandes hécatombes soudaines Dans l'histoire de la vie, des extinctions très rapides se sont parfois produites. Leurs causes peuvent être diverses : impacts de météorites, bombardements de rayons cosmiques, activité volcanique, tremblements de terre, changements climatiques importants et variations du niveau des mers…

Parmi beaucoup d’autres, les cinq plus «grandes» crises généralement admises sont : - Ordovicien-Silurien (-440 MA) emporte 20 à 26 % des familles animales et végétales - Dévonien supérieur (-335 MA),21-22% - Permien-Trias (-245 MA), la plus importante, 50 à 57 % - Trias-Jurassique (- 210 MA), 22-23% - Crétacé-Tertiaire (-665 MA), 15 à 16 % De plus en plus de biologistes parlent d’une 6e crise que nous vivons actuellement, et dont les activités humaines sont entièrement responsables.

Une redistribution des cartes …

La disparition de nombreuses espèces installées dans un milieu libère des niches écologiques et permet l’émergence d’espèces nouvelles, provoquant ainsi une diversification des êtres vivants et l’apparition de nouvelles adaptations parfois très novatrices. C'est à une de ces catastrophes et à l'éradication quasi-totale des dinosaures que nous, mammifères, devons sans doute notre succès...

Des milliards d'espèces se sont éteintes au cours de l'histoire de la vie.

Ces disparitions ont pu être progressives, ou au contraire l'œuvre de phénomènes naturels soudains.

Mais chaque crise d’extinction a été suivie d’un nouveau foisonnement de diversité, en tout cas jusqu’à aujourd’hui…

Texte : ESPACE PIERRE FOLLE, V. DAUBIN & S. CHARLAT/CNRS

Un petit bilan De 5 à 50 milliards d’espèces de plantes et animaux auraient vécu sur notre planète depuis l’apparition de la vie. Actuellement, ce nombre serait approximativement de 40 millions, donc 99,9 % des espèces qui ont existé, ont aujourd'hui disparu.

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La recette

de l’évolution Le secret des grands cuisiniers : de bons ingrédients !

Pour la vie, c’est pareil. La recette n’est pas compliquée, et le résultat n’est jamais deux fois le même !

Ustensiles :

Les ingrédients :

Sélection naturelle

A

T

A C G T

T

A T

G C

A

Hasard

Dérive génétique

Temps de préparation : Selon les goûts : Al dente : quelques minutes Bien cuit : 4 milliards d’années

La recette :

2. Laissez la se répliquer (se recopier) en ajoutant une pincée de mutation qui introduira des erreurs au hasard et donnera à votre plat une saveur et une apparence inattendues (attention à ne pas forcer la dose) 3. Placez la préparation dans une passoire (sélection naturelle), et ne conserver, au hasard, qu'une partie de son contenu (dérive génétique) 4. Recommencez l'opération indéfiniment 5. Servez

Texte : S.CHARLAT & V. DAUBIN/CNRS

1. Choisissez une belle molécule d'ADN (à défaut, n'importe quel réplicateur fera l'affaire)

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De Darwin aux

GENES EGOISTES Le mystérieux Charles D. Personnage central dans l’histoire de l’évolution.

Gregor Mendel (1822-1884) Moine, physicien et botaniste Austro-Hongrois, cet homme là a passé toute sa vie à cultiver des pois au fin fond de son monastère d'Europe central. Pour avoir compris les lois de la transmission des gènes, il est tout simplement le père de la génétique. Malheureusement, ses travaux sont restés méconnus jusqu'à leur re-découverte, 35 années plus tard.

August Weismann (1834-1914) Biologiste allemand, il est le premier à réaliser que tous les organismes sont composés des mêmes briques élémentaires, les cellules, dont seule une partie transmet ses caractéristiques à la génération suivante. Ce faisant, il élimine une bonne fois pour toute la transmission des caractères acquis de la théorie de l'évolution. On parle dès lors de Néodarwinisme.

Fisher Simpson

Dobzhan

sky

Hald

ane

August Weismann (1834-1914) Biologiste allemand, il est le premier à réaliser que tous les organismes sont composés des mêmes briques élémentaires, les cellules, dont seule une partie transmet ses caractéristiques à la génération suivante. Ce faisant, il élimine une bonne fois pour toute la transmission des caractères acquis de la théorie de l'évolution. On parle dès lors de Néodarwinisme.

Fisher Simpson

Hald

ane

Dobzhan

sky

Wright

Mayr

Ils sont les pères de la "théorie synthétique de l'évolution" qui réconcilie génétique et néodarwinisme.

Leur conclusion: l'évolution est un changement de fréquence des gènes au sein des populations.

(1928), James Watson 916-2004) Francis Crick (1 et Rosalind Fra nklin (1920-1958)

Pionniers de la biologie moléculaire, ils ont découvert la structure de l'ADN, et par là-même le secret de l'hérédité.

Motoo Kimura (1924-1994) Mathématicien et biologiste japonais, il est l'auteur de "la théorie neutraliste de l'évolution moléculaire".

Sa participation a rétabli la place centrale de la dérive génétique dans les processus évolutifs : les fréquences des gènes dans les

d Franklin (1920-1958)

Pionniers de la biologie moléculaire, ils ont découvert la structure de l'ADN, et par là-même le secret de l'hérédité.

Motoo Kimura (1924-1994) Mathématicien et biologiste japonais, il est l'auteur de "la théorie neutraliste de l'évolution moléculaire".

Sa participation a rétabli la place centrale de la dérive génétique dans les processus évolutifs : les fréquences des gènes dans les populations varient au cours du temps sous les effets combinés de la sélection naturelle et du hasard.

Biologiste anglais. En considérant le gène comme unité fondamentale de la sélection naturelle, il résout le paradoxe évolutif de l'altruisme. Dans cette nouvelle perspective, popularisée par la métaphore du gène égoïste de Richard Dawkins, "les individus sont des véhicules inventés par les gènes pour se reproduire".

Illustrations : O. MARTIN - Shakeprod / Texte: L. BOBAY & F. DOUAM / V. DAUBIN & S. CHARLAT

William Donald Hamilton (1936-2000)

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Les chiens ne font pas des chats

C’est dans l’ADN !

Comment recopier son ADN : la réplication.

Dans la double chaîne d’ADN, A est toujours en face de T et C en face de G. Pour créer 2 molécules d’ADN filles à partir d’une molécule mère, il suffit d’ouvrir la double chaîne et de suivre ce mode d’emploi.

C’est le secret de l’hérédité !

Comment l’ADN guide la mise en place des caractères : la traduction.

Entre l’information inscrite dans l’ADN et un être bien vivant, il y a un long chemin, qui commence par la traduction du message génétique sous la forme de protéines. Ce sont alors les protéines qui s’organisent et mettent en place les caractères !

Vrai pour la bactérie comme pour l'éléphant !

Vers 1950, on découvre que la réplication et la traduction de l’ADN fonctionnent de la même manière chez TOUS les êtres vivants.

Ces points communs confirment l’intuition de Darwin : tous, de la bactérie à l'éléphant, sommes les descendants d’un unique ancêtre commun.

Vous ressemblez plus à vos parents qu’à vos amis.

Pourquoi ? Parce que vos parents ont recopié leur ADN et vous en ont transmis une partie.

L’ADN est une double chaîne de quatre éléments (A,T,C,G) qui guide la mise en place des caractères héréditaires.

Le secret de l’hérédité : A en face de T et C en face de G !

Le message de l’ADN est traduit en protéines.

Conception : L. BOBAY et F. DOUAM / Illustrations : O. MARTIN - Shakeprod / Texte: V. DAUBIN & S. CHARLAT/CNRS

Pour en savoir plus !

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La mutation :

étincelle de l'évolution

Pour en savoir plus !

La mutation, source d’innovation Lorsqu’une mutation se produit, le message génétique est modifié.

Pendant la traduction, ce nouveau message mène à la fabrication de nouvelles protéines, et donc à de nouveaux caractères.

Le plus souvent, le nouveau caractère est néfaste pour son porteur. Mais dans le cas contraire, c’est une nouvelle piste pour l’évolution...

A en face de T et C en face de G : voici donc le secret de l’hérédité.

Mais la molécule d’ADN est immense.

Plus de 3 milliards de lettres dans l'espèce humaine ! Et le système de copie n’est pas infaillible...

Rarement, par hasard, une erreur se produit. C’est la mutation.

Et sans elle : pas d'évolution !

Sans erreur : pas d'évolution !

Imaginez un autre monde, où chaque être vivant, lors de sa reproduction, recopierait sans la moindre erreur son ADN. Dans ce monde « parfait », le vivant resterait figé, sans évolution possible.

Texte : S.CHARLAT & V. DAUBIN/ENS

La mutation est source de nouveauté dans les populations. Par exemple, une nouvelle couleur !

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La sélection

naturelle

La sélection naturelle : c’est pas des blagues !

C’est l’histoire de deux zèbres poursuivis par un Lion.

L’un d’eux, épuisé, dit à l’autre : « laisse tomber, on pourra jamais courir plus vite qu’un lion ».

Et l’autre lui répond : « euh oui mais tu vois, j’essaie seulement de courir plus vite que toi...! »

De la mutation à la fixation du nouveau caractère Si une mutation améliore les chances de survie et de reproduction de son porteur, elle augmente en fréquence au cours des générations.

On dit qu’elle est sélectionnée.

Après un temps suffisamment long, elle peut totalement envahir la population.

L’ancien caractère a disparu, et le nouveau caractère est dit « fixé » dans la population.

Ainsi, une espèce blanche peu devenir une espèce rouge, sous l’action de la mutation et de la sélection naturelle.

La mutation, cette erreur hasardeuse dans la copie de l’ADN, est le plus souvent néfaste pour son porteur.

Mais parfois, au contraire, elle améliore ses chances de survie et de reproduction.

Sous l’action de la sélection naturelle, la fréquence du nouveau caractère augmente alors au cours des générations.

Beurk ! une fleur rouge... je déteste les fleurs rouges !

Un peu plus tard...

Encore plus tard

Texte : S.CHARLAT & V. DAUBIN/ENS

Pour en savoir plus !

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La dérive

GENETIQUE

Les petites populations évoluent au hasard...

Dans notre exemple, la population est toute petite (seulement 10 individus).

Dans ces conditions, le hasard change très rapidement les proportions des deux couleurs.

Dans les grandes populations, la dérive se produit également, mais son effet est moins fort.

L'évolution neutre Quand une nouvelle mutation ne change pas les chances de survie ou de reproduction de son porteur, on dit qu’elle est neutre. Cela signifie que son destin ne dépend que du hasard. Le plus souvent, elle disparaît de la population. Parfois, rarement, elle peut se fixer, c’est-à-dire envahir la population. C’est l'évolution neutre.

Dérive et sélection : les frères ennemis Quand une mutation a un effet sur les chances de survie et de reproduction de son porteur, son destin dépend en grande partie de l’action de la sélection naturelle.

Mais là aussi, le hasard de la dérive génétique peut jouer son rôle, surtout si la population est petite.

La dérive génétique tend donc à interférer avec l’action de la sélection naturelle.

Mais d’où vient la variation?

Tôt ou tard, sous l’effet de la dérive, une seule couleur l’emporte. Mais alors, pourquoi observe-t-on de la variation dans les populations ? La réponse : la mutation ! Encore elle... Qui introduit constamment de la nouveauté.

1ere génération 2eme génération

3eme génération

Beaucoup plus tard...

Les bleus ont gagné ! Pas de chance pour les rouges...

Texte : S.CHARLAT & V. DAUBIN/CNRS

Pour en savoir plus !

Imaginez une toute petite population de fleurs (disons 10), dans un tout petit jardin au milieu d’une grande ville.

Une moitié des fleurs est rouge, l’autre bleue.

Dans ce jardin, pas de vaches : la couleur n’affecte pas les chances de survie ou de reproduction.

Par pur hasard, les proportions des deux couleurs changent forcément au cours des générations.

C’est la dérive génétique !

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Cherchez les

Pour en savoir plus !

A l’origine de la génétique : une mouche !

Grâce à des mutations apparues spontanément chez la drosophile, l'équipe de l'américain Thomas Morgan montre que les gènes sont localisés sur les chromosomes.

Il obtiendra le prix Nobel en1933.

Chacune des mutations présentées ici affecte un gène unique 1. white (w): ce mutant a les yeux blancs au lieu de rouges. Le gène touché code pour une protéine impliquée dans la pigmentation des yeux.

2. ebony (e) : ce mutant a le corps noir au lieu de jaune. Le gène touché code pour une protéine impliquée dans la pigmentation du corps.

3. vestigial (vg) : chez ce mutant, les ailes sont très réduites. Le gène touché code pour une protéine impliquée dans le développement des ailes.

4. antennapedia (antp) : ce mutant porte des pattes à la place d'antennes.

Le gène touché joue un rôle majeur dans le développement : c'est un gène homéotique.

La famille des drosophiles compte plus de 3500 espèces. L'une d'elles, la mouche du vinaigre (Drosophila melanogaster), est la star de la génétique depuis plus de 100 ans.

Sous ces loupes binoculaires, vous pouvez observer les effets de 4 mutations, par comparaison avec la forme « sauvage » (normale).

Trois types de mutants sont aussi présents, et bien vivants, dans le terrarium. Cherchez les !

1. Mutation White sauvage

Type sauvage

Mutant

(« normal »)

(oeil blanc)

mutant

(oeil blanc)

2. Mutation Ebony sauvage

3. Mutation Vestigial mutant

(corps sombre) 4. Mutation Antennapedia

(ailes réduites)

Type sauvage

Mutant

(« normal »)

(pattes)

mutant sauvage

(antennes donnant pattes)

Texte: F. BONNETON/CNRS - Fourniture des spécimens : R. ALLEMAND/CNRS - Préparation des lames : H G.DUPUY/ENS - Photos: G. MIALDEA/Laboratoire BBE/CNRS

MUTANTS !

EVOLUTION ... REVOLUTION ! De Darwin à nos jours - EXPOSITION JARDIN BOTANIQUE DE LYON - 2009/2010

L'embryon au coeur

de l'evolution

A l’époque de Darwin, la génétique n’existait pas. Récemment encore, les gènes impliqués dans l’adaptation était inconnus : c’était la boîte noire de l’évolution.

Heureusement, les choses changent, notamment grâce à « l’évo-dévo », une nouvelle discipline qui éclaire le rôle du développement dans l’évolution.

Aujourd’hui, la conservation d’une organisation embryonnaire commune s’explique par la conservation des gènes du développement qui mettent en place les ébauches d’organe.

Par exemple, l’oeil et le coeur se forment dans le jeune embryon grâce à des gènes similaires chez le poulet et chez la souris.

En revanche, les différences entre adultes s’expliquent par des différences entre les gènes qui agissent plus tard pour former les caractères de chaque espèce.

Par exemple, les plumes qui apparaissent juste avant l’éclosion du poulet, ou les poils qui apparaissent peu après la naissance de la souris.

xénope

poulet

souris

«consiL’dérons embryoll’oegimbryon e acquicomme ert unungrandportraiinttérêtplu,s siou nousmoins effacé de l ’ a ncêt r e commun, à l ’ é t a t de l a rv e ou à lgrande ’état adulclatesse., de»tous les membres d’une même Darwin, L’origine des espèces, 1859.

Texte : F. BONNETON/ENS

Pour en savoir plus !

Tous les embryons d’un même groupe d’animaux passent par un stade où ils se ressemblent.

La conservation de cette organisation embryonnaire contraste avec la diversité des formes adultes.

Pour Darwin, cette ressemblance était une des meilleures preuves de l’évolution.

EVOLUTION ... REVOLUTION ! De Darwin à nos jours - EXPOSITION JARDIN BOTANIQUE DE LYON - 2009/2010

Un tout petit fragment du genome humain ...

A vos lunettes !

Vous avez du mal à lire ce panneau?

C'est normal, 50 000 ATGC qui s'enchaînent, c'est un peu long et monotone.

Pourtant, ce texte ne représente qu'une infime portion (0,001 %) de votre « information génétique ».

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2

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cccacttatccactcactcacgcactcatccatccatccactcaccctcccatctacccatccactcatctatccatctacccactcgcccactcatcatccacccactcacccacttacccacaaactcacccactcatccatccatccactcaccctcccatccacccacccagtcatctatccatctacccattcacccacttacccactcactcacccactcatccatccatccacgcaccctccatccacccacccactcatctatctactcacctgtccatccacccacttaactctcactcacccactcatccatcc atccactcaccctccatccactcacccagtcatctatctattcatctgtccatccacccactcacccacttacctctcactcgcccactcatccatccatccactcaccctccatccacccacccactcatctatctattcatctatccatctacccactcacccacttacccactcacccactcatccatccatccactcaccctccatccacccacccagtcatctatctattcatctatccatctatccactcacccacttacctctcactcgcccactcatccatccaaccactcaccctccatccacccacccagtcatctat ccatctatccatctacccattcacccacttacccgctcacccactcatccatccatccactcaccctccatccacccacccagtcatctatctattcatctattcatctatccatctacccactcacccactcacccactcatccatccatccactcaccctccatccatccacccactcatctatctatccatctatccatctacccactcacccacttacccgctcacccactcatccatccatccactcgccctccatccaccccccagtcatctgtctactcatctgtccatctacccacttaactctcactcacccactcatcc 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Sur ce panneau, les gènes identifiés, c’est-à-dire les régions codant des protéines, sont indiquées en lettres majuscules et en couleur. Pour les plus curieux, en voici la liste...

1. En vert: le gène TH produit une enzyme (Tyrosine 3-hydroxylase), utile

Sur ce panneau, les gènes identifiés, c’est-à-dire les régions codant des protéines, sont indiquées en lettres majuscules et en couleur. Pour les plus curieux, en voici la liste...

1. En vert: le gène TH produit une enzyme (Tyrosine 3-hydroxylase), utile dans les neurones.

2. En rouge: le gène INS produit l'insuline. Cette hormone est nécessaire pour réguler la quantité de sucre dans le sang. Des mutations de ce gène sont à l'origine de certains diabètes.

3. En bleu: voici une région dont on pense qu'elle pourrait correspondre à un gène codant une nouvelle protéine. Mais des expériences complémentaires sont nécessaires pour déterminer s'il s'agit bien d'un gène, et si oui, pour établir quelle est sa fonction. Ce gène potentiel a été provisoirement nommé IGF2-AS. 4. En rose : le gène IGF2 produit une hormone de croissance.

Mais où se cachent

nos genes ?

Seulement 20 000 gènes...

Les gènes sont des parties très importantes du génome : ils constituent les modes d’emploi nécessaires à la fabrication des protéines, elles-même indispensables au fonctionnement de l’organisme.

Depuis le 1er séquençage d’un génome humain, en 2001, on sait que notre génome ne contient « que » 20 000 gènes (environ) !

Un océan « non codant » Le grand panneau ci-contre représente un petit extrait (0,04%) du chromosome 11.

Ce fragment contient 4 gènes, perdus au milieu de longues séquences « non codantes » qui occupent plus de 98% de notre génome.

Une petite partie (environ 10%) des régions non codantes est nécessaire pour réguler le fonctionnement des gènes. Le reste n'a pas de fonction connue et correspond principalement à de l’ADN parasite (virus, ADN sauteur) accumulé au cours de l'évolution.

C'est votre génome !

Chacune de vos cellules contient les chromosomes, qui sont constitués d'ADN.

Texte : LAURENT DURET - S. CHARLAT & V.DAUBIN

Pour en savoir plus !

Le jour de votre conception (9 mois avant votre naissance...), vous étiez constitué d'une seule cellule comprenant 23 chromosomes de votre père, et 23 de votre mère.

Les cellules se sont divisées, et vous avez bien grandi.

Aujourd'hui chacune de vos milliards de cellules porte une copie de ces 23 paires de chromosomes.

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A l'origine de l’altruisme :

le gène égoïste

Les fourmis, reines de l'altruisme Dans une colonie de fourmis, seule la reine se reproduit. Les autres individus se tuent au travail ou au combat. Comment de tels comportements de sacrifices peuvent-ils évoluer par sélection naturelle ?

C'est Bill Hamilton qui a découvert l’explication de ce paradoxe en 1963.

Tous les individus d'une colonie sont étroitement apparentés, c'est-à-dire qu'ils partagent un grand nombre de gènes identiques. La sélection avantage les gènes qui se reproduisent plus efficacement quelqu'en soit le moyen. Si un gène pousse un individu à se sacrifier afin d'augmenter la descendance d'un autre individu qui le porte, il peut être sélectionné.

C'est ce qui se passe chez les fourmis : les gènes des ouvrières et des soldats se reproduisent plus efficacement par l'intermédiaire de la reine!

«Les individus sont des véhicules inventés par les gènes pour se reproduire» R. Dawkins, 1976 C'est donc sur les gènes qu'agit la sélection naturelle. Ils sont « égoïstes », dans le sens où c'est leur capacité à se reproduire qui est sélectionnée. Mais cet « égoïsme » peut établir des coopérations entre gènes, si chacun en retire un bénéfice.

Ainsi, les organismes peuvent être vus comme le résultat de la coopération des milliers de gènes qu'ils portent en eux : les gènes construisent ensemble un organisme, qui les reproduit plus efficacement que s'ils étaient seuls.

Le revers de la médaille : l’individu morcelé...

La théorie du gène égoïste prédit que les gènes d'un même organisme peuvent aussi parfois entrer en conflit, avec des conséquences graves sur leurs porteurs.

On connaît de nombreux exemples de ces « conflits génétiques ». Par exemple, chez les plantes, des gènes liés au sexe femelle peuvent fréquemment forcer les individus à ne produire que des femelles...

A priori, la sélection naturelle, c’est « chacun pour soi » : les individus qui laissent le plus de descendants sont avantagés.

Comment alors expliquer les comportements d’entraide ou d’auto-sacrifice, pourtant fréquents dans la nature ?

La réponse est dans les gènes : c’est leur égoïsme qui pousse les individus qui les portent à s’entraider.

Texte : S.CHARLAT & V. DAUBIN/CNRS

Pour en savoir plus !

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La science a besoin de vous !

L’évolution sous vos yeux

Le polymorphisme...

Avec l'escargot des haies (Cepaea nemoralis) et l'escargot des jardins (Cepaea hortensis), vous en verrez de toutes les couleurs : des jaunes, des roses, des marrons...

Avec bandes, sans bandes.

Toute cette variation s'observe au sein de chacune de ces espèces : on parle de polymorphisme.

La sélection naturelle en action Pourquoi une telle variation de couleur ?

L'hypothèse que les scientifiques souhaitent tester est la suivante : les escargots les plus foncés sont les mieux camouflés dans la forêt, et évitent ainsi la prédation par les oiseaux.

Au contraire, les escargots les plus clairs sont avantagés dans les milieux ouverts.

Si cette hypothèse est correcte, on s'attend à observer plus d'escargots foncés dans la forêt, et plus d'escargots clairs dans les milieux ouverts.

Et pour y parvenir, les scientifiques comptent sur vous ! Pour les aider, il vous suffit d’utiliser ce site Internet pour entrer vos propres données : http://www.evolutionmegalab.org/fr

Sur cet ordinateur, découvrez quelques pages du site Web « Evolution Megalab ».

De retour chez vous, vous pourrez visiter le site complet sur Internet et communiquer vos propres observations aux scientifiques !

Texte : S.CHARLAT & V. DAUBIN/ENS

Pour en savoir plus !

Observer en direct l'évolution de ce petit escargot.

C’est le pari du projet « Evolution MegaLab ».

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Darwinisme

VS. LAMARCKISME

On oppose souvent Darwinisme et Lamarckisme, mais ce qu'on entend aujourd'hui par ces termes est souvent bien différent de ce que les deux hommes avaient formulé comme théorie.

Pour Lamarck : L'évolution est le produit de l'utilisation des organes et de la volonté, et les caractéristiques acquises par les individus au cours de leur vie sont transmises à leur progéniture.

Un exemple : par leur désir d'atteindre la cime des arbres, les girafes finissent par allonger leur cou. Cela se passe chez toutes les girafes, et à la génération suivante, tout le monde a un coup un peu plus long.

Pour Darwin : L'évolution est le fruit de la variation des caractères au sein des espèces, suivie de l’action de la sélection naturelle.

Les individus présentant des caractères avantageux laissent plus de descendants et leur transmettent ces caractères. Ils finissent donc par envahir la population.

Exemple : les girafes ont des cous plus ou moins longs. Celles qui ont les cous les plus longs sont avantagées et deviennent majoritaires.

Aujourd'hui, le terme "lamarckien" désigne toutes les mécanismes qui impliqueraient une hérédité des caractères acquis au cours de la vie, en réponse aux pressions de l'environnement. On sait depuis August Weismann que l'évolution biologique ne procède pas de cette manière. Au contraire, les mécanismes "darwiniens", impliquent des variations qui se font d'abord au hasard, sans influence dirigée de l'environnement, et qui sont soumises au tri de la sélection naturelle.

Mais Darwin pensait lui aussi que les caractéristiques acquises par les individus au cours de leur vie étaient héréditaires.

Au sens moderne, Darwin était donc lamarckien...

On sait aujourd’hui que le Lamarckisme n'est pas le mécanisme de l’évolution du vivant et que le Darwinisme est validé par les observations et les expériences.

Texte : O. MARTIN/SHAKEPOD - S.CHARLAT & V. DAUBIN/CNRS

Pour en savoir plus !

On entend généralement par « Lamarckisme », « l'évolution par l’hérédité des caractères acquis ».

Darwinisme est lui synonyme « d’évolution par le biais du hasard et de la sélection naturelle ».

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Chuuuut,

une mouche...

La sélection en action

Pour en savoir plus !

Sur l'île de Kauai, dans l’archipel d’Hawaii, les grillons ne chantent plus !

L’explication ?

Comment chantent les grillons?

Les grillons possèdent deux paires d’ailes. Les ailes situées les plus à l'arrière du corps sont couvertes de stries et se nomment les élytres. Pour chanter, les grillons frottent leurs élytres l’une contre l’autre.

Une mouche parasite, qui repère ses proies grâce à leur chant.

Sa présence sur l'île a sélectionné les mâles muets qui ont rapidement envahi la population.

La loi du silence...

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Texte : S.CHARLAT & S. DAUBIN / CNRS

Le grillon polynésien Teleogryllus oceanicus est originaire d'Australie. Arrivé à Hawaii à la fin du 19ème siècle, il y rencontre un nouveau parasite: la mouche Ormia ochracea. La mouche localise les grillons mâles au chant qu’ils émettent pour attirer les femelles et marquer leur territoire.

Dans les années 90, le hasard de la mutation crée un nouveau type de mâle, aux élytres plates et silencieuses.

Certes, les mâles muets manquent de « sex-appeal », mais l'évitement du parasite compense largement ce désavantage.

En moins de 20 générations, la mutation « ailes muettes » a atteint une fréquence supérieure à 90%.

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Ernesto, ou le jeu du hasard dans l'evolution Ernesto et Georges sont des mutants. Mais pas de panique, ce n'est qu'une mutation décorative ! Elle n'affecte pas leurs chances de survie ou de reproduction. On dit que c'est une mutation neutre.

Halo, yé souis Ernesto dé Couba.

Yé souis oun poco différent dé mes collègues, perqué y'ai oune moutatione qué mé fait des rayoures sour tout lé corps.

Soul' mon îles, nous sommes 100.

Y'ai autant dé chances qué mes amigo dé trouver oun pépé et dé faire des ninos rayés comme moi.

Moé là, c'est Georges.

Sais-tu pas qu'je reste au Canada.

Moi aussi j'ai une mut'tion qui me met des bandes sur tout le corps.

J'ai l'air croche comme ça, mais j'suis ben correct.

Sul' continent, mes chums et moi on est 100000.

J'ai les mêmes chances qu'eux de trouver une cute blonde et d'avoir des flos à rayure comme moi.

Si la taille de la population ne change pas, à chaque génération, chaque lézard laisse EN MOYENNE un descendant. Cela signifie cependant que, par hasard, certains laissent plusieurs descendants, et d'autres aucun.

Si la taille de la population ne change pas, à chaque génération, chaque lézard laisse EN MOYENNE un descendant. Cela signifie cependant que, par hasard, certains laissent plusieurs descendants, et d'autres aucun.

Pour une mutation neutre, la probabilité d'être présente à la génération suivante dépend donc uniquement de sa fréquence. Par hasard, cette fréquence peut varier : si on a de la chance, on peut avoir deux descendants, si on est malchanceux, on peut n'en avoir aucun.

On montre que, au moment où elle apparaît, une nouvelle mutation neutre a une probabilité de se fixer chez tous les individus d'une génération lointaine, qui dépend uniquement de la taille de la population. Cette probabilité est égale à la fréquence de la mutation quand elle est apparue, c'est à dire à 1/N (N étant la taille de la population).

Ca me fait juste une chance sur 100000 de répandre ma mutation dans toute la population?

Hostie ! On peut pas bargainer?

Ainsi, les effets du hasard sont plus importants dans les populations plus petites. Ernesto a plus de chance de répandre ses rayures dans toute son espèce que Georges. Ceci est vrai pour les

ARTIN - Shakeprod / Texte: V. DAUBIN & S. CHARLAT

Ca mé fait oune chance sour 100 dé répandre ma moutation dans toute la popoulation!

Pas mal! Hop, au travail!

Conception : L. BOBAY et F. DOUAM / Illustrations : O. MARTIN - Shakeprod / Texte: V. DAUBIN & S. CHARL

Ainsi, les effets du hasard sont plus importants dans les populations plus petites. Ernesto a plus de chance de répandre ses rayures dans toute son espèce que Georges. Ceci est vrai pour les mutations neutres, mais le hasard peut également jouer sur des mutations qui affectent la survie ou la reproduction. Ces effets du hasard ont joué un rôle très importants dans l'évolution, et ils suggèrent que tout ce qu'on voit n'est pas forcément le résultat d'une adaptation.

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TROU - ECRAN 32,2 X 2,1

La spéciation :

Une espèce => Deux espèces

Mais au fait, qu’est-ce qu’une espèce ?

Chez les organismes qui se reproduisent de manière sexuée (la plupart des animaux et des plantes), il existe une réponse assez simple: si un mâle et une femelle peuvent produire une descendance fertile, alors ils appartiennent à la même espèce.

C’est la « définition biologique de l'espèce ».

Les choses se compliquent sérieusement si l’on pense aux très nombreux organismes qui se reproduisent sans sexe, par clonage (par simple division) comme le font les bactéries et les archées. Ici, pas de critère simple...

Les mécanismes de spéciation Chez les organismes à reproduction sexuée, la spéciation équivaut à l'évolution de barrières sexuelles, par exemple, un changement de la forme des organes sexuels, ou un changement des comportements de séduction. Les scientifiques s'intéressent beaucoup à ce phénomène, qui conduit à une séparation définitive entre deux nouvelles espèces.

1×2=2 2×2=4 4 × 2 = 8...

Au début

Une espèce ta Mu

tio

n ta Mu

Sélection naturelle, Dérive génétique...

tio

n

Un peu plus tard...

Sélection naturelle, Dérive génétique...

Encore plus tard...

Deux espèces !

Texte : S.CHARLAT & V. DAUBIN/CNRS

Pour en savoir plus !

Imaginez qu’une espèce se retrouve divisée en deux populations (par exemple à cause d’une nouvelle chaîne de montagnes). Ces deux populations peuvent évoluer dans des directions différentes, et devenir finalement des espèces bien distinctes...

Ainsi, à partir d’une seule origine, la vie a pu former des millions d'espèces, comme les branches d’un arbre à partir d’une seule pousse !

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Partie III

Le grand arbre de la vie.

EVOLUTION AUJOURD'HUI

Des dinosaures

à la tête d'or ?

Lire un arbre Les feuilles de l'arbre représentent des espèces vivantes ou fossiles, et les branches qui les relient sont leurs liens de parenté. Plus on remonte dans l'arbre, plus on remonte dans le temps.

Pour transformer un arbre en classification du vivant, on donne des noms aux ancêtres communs des espèces (les "noeuds" de l'arbre).

On obtient ainsi une classification hiérarchique où les groupes s'emboîtent les uns dans les autres.

Par exemple, dans l'arbre ci-contre, Velociraptor, Archaeopteryx et le colibri forment le groupe des dinosaures (Dinosauria). Et le groupe frère des dinosaures est celui des crocodiles.

Les "poissons" n'existent pas...

Bien sûr, le coelacanthe ressemble plus à une carpe qu'à votre petit cousin.

Il serait tentant de les mettre dans un même groupe qui s'appellerait "poissons".

Mais l'observation de l'arbre des vertébrés nous suggère autre chose.

Si l'on remonte à l'ancêtre commun du poisson clown, de la carpe et du coelacanthe, qui devrait définir le groupe des "poissons", on s'aperçoit qu'il est également l'ancêtre des Tetrapodes (c'est à dire le nôtre) !

A ce titre, nous devrions donc tous faire partie du groupe "poisson".

Les scientifiques ont aujourd'hui abandonné le terme de poisson.

Des innovations partagées La structure des nageoires du coelacanthe ressemble beaucoup à celle des pattes des tétrapodes, c'est-à-dire les nôtres. Ces "nageoires-pattes" correspondent à une innovation qui a eu lieu chez notre ancêtre commun.

Nous sommes donc plus proche du coelacanthe qu'il ne l'est de la carpe !

Vous et le coelacanthe êtes des "Sarcopterygiens" (ce qui signifie : "nageoire charnue"), vous partagez également avec eux le fait d'avoir de l'émail sur les dents.

Les spéciations successives qui font l'histoire de la vie peuvent se représenter comme un arbre : chaque noeud, est une espèce ancestrale qui en génère deux, en transmettant ses caractères.

Ainsi, en comprenant les liens évolutifs entre espèces, on obtient naturellement une classification logique du vivant.

Texte : S. CHARLAT, V. DAUBIN/CNRS

Pour en savoir plus !

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L'ordre du vivant...

dans l'histoire Dans ses représentations du vivant, l'homme a toujours essayé de se donner une place de choix. Pourtant, le concept d'évolution nous apprend que tous les êtres vivants aujourd'hui ont 3,8 Milliards d'années d'évolution derrière eux. Aucun organisme n'est donc plus évolué qu'un autre. Mais l'anthropocentrisme a la vie dure...

"Scala naturae", l'échelle de la nature.

De Dieu aux minéraux, en passant par les anges, les hommes, les oiseaux, les poissons, les animaux terrestres et les plantes.

Lamarck, 1809 : Les organismes évoluent, des vers aux insectes, aux poissons et finalement aux mammifères... et l'homme ?

Darwin 1837 : Les espèces sont toutes apparentées les unes aux autres.

Les espèces proches se ressemblent plus que les plus distantes.

Il n'y a pas de hiérarchie des êtres actuels, seulement des ancêtres et des descendants.

Haeckel, 1866 : Suivant les idées de Darwin, Haeckel dessine les premiers arbres du vivant... en réintroduisant la "Scala naturae" ?

Whittaker, 1969 : Le vivant se divise en 5 règnes : les monères, les protistes, les plantes, les champignons et les animaux. Toujours un parfum de "Scala naturae".

Woese, 1977 : Première phylogénie moléculaire du vivant. Les êtres vivants sont en fait divisés en trois grands domaines : les bactéries, les archées et les eucaryotes. Les bactéries et les archées, qui représentent les deux tiers de la diversité moléculaire du vivant, sont quasi exclusivement microscopiques !

Regardez la grande rosace qui est à côté de ce poster : les Eucaryotes occupent l'essentiel de la diversité qu'elle décrit. Cela correspond au biais d'observation que nous avons (il est plus facile de décrire des organismes macroscopiques que microscopiques), mais pas à la réalité de la diversité du vivant...

Texte : S. CHARLAT, V. DAUBIN/CNRS

Doolittle, 1999 : L'arbre du vivant n'est pas seulement un arbre... Des organismes, même distants peuvent quelquefois échanger de l'information génétique, établir des symbioses...

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Partie IV

L’évolution de l’Homme.

EVOLUTION AUJOURD'HUI

Les espèces

H

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H. habilis

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H. ergaster

1

2

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3

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rin tugenens is

6

Sahelanthropus tchadensis

7

B A

8

C

D

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F

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H

Temps, Millions d'annĂŠes

4

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s pu o r th s Paraonpicu G aethi

ps s platyo H Kenyanthropu

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Pan troglodytes

s

Parant hropus bois ei

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Par anthropus robustus

s H.

0

H. neanderthalensis H. er ec t us

HUMAINES

Neanderthal :

notre alter ego Pour en savoir plus !

Les scientifiques nous dépeignent Homo neanderthalensis comme une autre espèce humaine fabriquant des outils perfectionnés et enterrant ses morts. A mille lieues de la brute épaisse parfois imaginée...

Depuis une dizaine d'années, les ossements d'hommes de Neanderthal sont aussi utilisés par des généticiens d'un nouveau genre, les paléogénéticiens. Ceux-ci cherchent à répondre, grâce à l'ADN parfois encore contenu dans les restes neanderthaliens, à des questions difficiles à résoudre sur la seule base d'études culturelles ou morphologiques.

Beaucoup de leurs efforts se sont par exemple concentrés sur la possibilité qu'Homo neanderthalensis ait contribué à notre humanité dans toute sa diversité.

Les résultats de ces recherches suggèrent clairement que ce n'est pas le cas : nos probables rencontres ne se sont pas traduites par un « mélange » génétique.

Bien avant nous (Homo sapiens), les hommes de Neanderthal (Homo neanderthalensis) ont peuplé l'Europe, le Proche-Orient et l'Asie Centrale.

Après quelques milliers d'années de cohabitation, mais pas d'échanges génétiques, notre alter ego a disparu, voici à peine 30.000 ans.

Le perfectionnement des méthodes paléogénétiques permet d'envisager le séquençage du génome complet d'Homo neandertalensis. Sa comparaison systématique avec notre génome nous permettra de mieux comprendre nos différences et nos ressemblances...

L¹arbre phylogénétique ci-contre, reconstruit à partir d'ADN d'Homo sapiens et d'ADN fossile de Néanderthal montre que ces groupes sont bien séparés.

Sources : Briggs et al. 2009 Science.

Crédit photos : Stephan Schuster, Penn State University.

Texte : S. CALVIGNAC, V. DAUBIN & S. CHARLAT/ CNRS

D'autres études paléogénétiques ont pu montrer que certains hommes de Neanderthal avaient probablement la peau claire et les cheveux roux ou encore que le groupe sanguin O existait déjà chez l'ancêtre commun de sapiens et neanderthal.

Plus frappant encore, il semble qu'Homo neanderthalensis ait disposé des bases génétiques requises pour articuler des mots de plusieurs syllabes.

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L'environnement mouvant des hommes

de neanderthal

Pour en savoir plus !

Les manifestations continentales les plus immédiates des glaciations ont été l'extension des glaciers bien au-delà de leurs limites actuelles (le glacier alpin recouvrait Lyon lors du dernier maximum glaciaire), l'avancée concomitante du permafrost (c'est-à-dire du sol qui ne dégèle à aucun moment de l'année), et, conséquence du piégeage d'une si grande quantité d'eau sous forme de glace, la chute du niveau des mers.

Comme l'illustre la carte ci-contre, la géographie européenne a donc beaucoup évolué au cours du Pleistocène, au gré des changements climatiques.

Les hommes de Neanderthal ont vécu à la fin du Pleistocène, une période marquée par une succession de variations climatiques extrêmement brutales : les glaciations.

Leurs effets ont été particulièrement importants en Europe de l'Ouest, la terre d'élection de Homo neanderthalensis.

L'analyse des grains de pollens fossiles décrit, dans les périodes interglaciaires, des environnements essentiellement forestiers, auxquels succèdent, lors des glaciations, des environnements beaucoup plus ouverts de type toundra (c'est-à-dire steppe froide). Ces changements de végétation sont associés à des changements de faune réguliers (identifiables dans le registre fossile) dont le point d'orgue sera sans doute la disparition à la toute fin du Pleistocène d'une grande partie de la mégafaune (mammouths, cerfs géants ou encore ours et lions des cavernes).

Aire de répartition d'H. neanderthalensis

Glaciers permanents lors du dernier maximum glaciaire (20.000 ans)

Limite australe de la zone steppique froide

Aire de répartition de l’homme de Neanderthal (grisée).

La flèche grise (à droite) indique l’existence de populations neanderthaliennes encore plus à l’est.

L’étendue des terres recouvertes de glace ainsi que de la zone steppique froide (tundra) est indiquée au moment du dernier maximum glaciaire (il y a 20.000 ans) qui constitue un bon exemple des conditions les plus froides auxquelles Homo neanderthalensis avait pu être exposé précédemment.

Sources: Finlayson et Carrion 2007 Trends in Ecology and Evolution ; Krause et al. 2007 Nature.

Texte : S. CALVIGNAC, V. DAUBIN & S. CHARLAT/ CNRS

Les variations climatiques ayant eu une influence directe sur la composition des biotopes, elles ont aussi vraisemblablement eu un impact sur les homininés qui en faisaient partie. Si la disparition des hommes de Neanderthal, il y a environ 30.000 ans, ne coïncide avec aucun évènement climatique majeur, certains chercheurs considèrent que les oscillations climatiques seraient responsables du triste sort de notre espèce-soeur. Un plus grand nombre encore voient dans l'arrivée de notre propre espèce un facteur déclenchant essentiel expliquant le déclin de Homo neanderthalensis.

EVOLUTION ... REVOLUTION ! De Darwin à nos jours - EXPOSITION JARDIN BOTANIQUE DE LYON - 2009/2010

Les langues aussi racontent notre histoire

Espèce de Langue !

Darwin, La descendance de l’Homme (1891) « Il est à remarquer, et c’est un fait extrêmement curieux, que les causes qui expliquent la formation des langues différentes expliquent aussi la formation des espèces distinctes » Le francais d’hier est bien différent de celui d’aujourd’hui, comme le montre cet exemple de Français parlé au 16ème siècle.

(François Rabelais, Gargantua, 1542)

Et, pour vous donner à entendre de moy qui parle, je cuyde que soye descendu de quelque riche roy ou prince au temps jadis [...].

La culture évolue !

Il n’y pas que les gènes ou les langues à savoir raconter des histoires d’hommes.

Par exemple, la façon de tailler des flèches ou de tisser des tapis se transmet elle aussi de génération en génération avec modification.

Ces éléments de la culture peuvent donc servir, eux aussi, à retracer l’histoire des populations humaines.

Pour aller plus loin...

Les Mondes Darwiniens : l’évolution de l’évolution, ouvrage collectif dirigé par Thomas Heams, Philippe Huneman, Guillaume Lecointre et Marc Silberstein, Éditions Syllepse, Paris, 2009.

Comme les espèces, les langues évoluent : lorsque les enfants apprennent à parler, ils apprennent une langue légèrement différente de celle de leurs parents. Ainsi, l’évolution des langues, permettent de découvrir l’histoire des populations humaines.

1

Taiwan

2

Philippines

3

6

Micronésie

Polynésie orientale 7

Indonésie 4

Îles Salomon

5

Polynésie centrale

A partir des ressemblances et des différences de vocabulaire, on peut construire « l’arbre des langues ». Dans l'océan pacifique, cet arbre raconte l’histoire des migrations humaines : de l’est vers l’ouest !

Texte : Mahé BEN HAMED- Laboratoire Dynamique du Langage (UMR 5596, Lyon)

Pour en savoir plus !

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Révolution au néolithique :

Agriculture et civilisation Pour en savoir plus !

Les neuf foyers de l’agriculture La première agriculture naît dans la région du croissant fertile (Turquie, Syrie, Liban et Irak actuels). Elle est basée sur le blé, l’olive, les pois, et les chèvres et les moutons. Huit autres régions du globe développeront indépendamment des agricultures à partir d'espèces locales.

Il y a environ 10.000 ans, des humains qui vivaient jusque-là de la chasse et de la cueillette se sédentarisent et développent la première agriculture.

L’émergence des premières civilisations L’agriculture apporte beaucoup plus d’aliments et de manière plus régulière que la chasse et la cueillette.

Des ressources sont mises de côté et permettent de nourrir des artisans spécialisés, des soldats, des administrateurs, des prêtres et des dirigeants. Les premières civilisations émergent quelques millénaires après l’apparition de l’agriculture.

La domestication fait évoluer plantes et animaux vers des formes parfois très différentes de celles des espèces sauvages.

C’est le cas du sanglier, espèce sauvage à partir de laquelle le cochon a été domestiqué.

L’homme a également évolué suite à la domestication.

Par exemple, les populations humaines qui ont domestiqués des animaux pour leur lait ont évolué une tolérance au lactose à l’âge adulte. Dans les autres populations, seuls les enfants en bas âge sont capables de digérer le lait.

La domestication fait évoluer plantes et animaux vers des formes parfois très différentes de la forme sauvage, et influence profondément l’évolution de l’homme et l’émergence des premières civilisations.

Source: Jared Diamond. De l'inégalité parmi les sociétés (Guns, Germs and Steel). Ed. Gallimard, 2000.

Texte : G. MARAIS (CNRS, Lyon) & J. MAUFFREY (Université St Charles, Marseille)

La domestication et ses conséquences pour l’homme

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Chapitre II

Fin