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Pourquoi l'évolution de grands organismes à reproduction lente a-t-elle été préférée ?

Pourquoi l'évolution de grands organismes à reproduction lente a-t-elle été préférée ?


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L'un des faits les plus fondamentaux que Darwin a soulignés concernait la durée de vie des organismes. Les organismes ayant une durée de vie plus courte se reproduisent rapidement et, par conséquent, des variations sont produites plus rapidement. Cela aide à une évolution plus rapide.

L'un des principaux objectifs des organismes vivants est de se reproduire, ce fait étant l'épine dorsale du néo-darwinisme. Pour les organismes ayant une durée de vie plus longue, par exemple les humains, le temps nécessaire à l'apparition de nouvelles générations, ainsi que les besoins énergétiques sont élevés, beaucoup plus élevés par rapport aux bactéries. Puis pourquoi l'évolution de la complexité est-elle apparue si les formes de vie bactériennes pouvaient survivre dans des conditions difficiles et se reproduire et muter plus rapidement ?


La réponse simple est que l'évolution des grands organismes à reproduction lente est ne pas préféré : il n'est tout simplement pas sélectionné contre.

L'erreur principale dans votre pensée est cette déclaration :

L'un des principaux objectifs des organismes vivants est de se reproduire

La plupart des organismes vivants n'ont pas un tel objectif, ils prennent simplement des mesures qui, historiquement, ont conduit à la continuation de leur lignée.

Dans un monde complexe, il existe de nombreuses stratégies différentes qui peuvent conduire à la survie et à la propagation d'un organisme, et la coopération entre les cellules en fait partie. Même les bactéries simples forment souvent de grands agrégats multicellulaires, qui peuvent offrir des avantages physiques à leurs membres par rapport aux individus dissociés, tels que la résistance aux dommages physiques et la formation de microclimats protégés. L'intérieur de votre corps est un autre microclimat protégé. La multicellularité peut donc être assez avantageuse.

Quant à la limitation de la reproduction : rappelez-vous que les concurrents les plus proches de chaque nouvel organisme sont ses propres parents, qui occupent le même espace et se disputent les mêmes ressources. Même les bactéries limitent souvent leur reproduction lorsque les ressources sont limitées. La reproduction requiert également des ressources importantes. Une reproduction plus rapide n'est donc pas non plus nécessairement avantageuse pour la survie à long terme.

Bottom line: ni grand ni petit, rapide ou lent est préféré. Au lieu de cela, l'étude de l'évolution prédit que nous verrons ce que nous voyons : une multiplicité de formes et de stratégies adaptées pour différentes niches de l'écosystème formées par leurs interactions avec d'autres espèces et l'environnement extérieur.


Cycles de vie des animaux

Les animaux invertébrés ont une riche variété de cycles de vie, en particulier parmi les formes qui subissent une métamorphose, un changement physique radical. Les papillons, par exemple, ont un stade chenille (larve), un stade chrysalide dormant (nymphe) et un stade adulte (imago). Un aspect remarquable de ce développement est que, lors de la transition de la chenille à l'adulte, la plupart des tissus de la chenille se désintègrent et sont utilisés comme nourriture, fournissant ainsi de l'énergie pour la prochaine étape de développement, qui commence lorsque certaines petites structures (disques imaginaux) dans la larve commence à se développer jusqu'à la forme adulte. Ainsi, le papillon subit essentiellement deux périodes de croissance et de développement (larve et pupe-adulte) et deux périodes de petite taille (œuf fécondé et disques imaginaux). Un phénomène quelque peu similaire se produit chez les oursins. La larve, appelée pluteus, a un petit bourgeon verruqueux qui se développe jusqu'à l'adulte tandis que le tissu pluteus se désintègre. Dans les deux exemples, c'est comme si l'organisme avait deux histoires de vie, l'une construite sur les ruines de l'autre.

Un autre modèle de cycle de vie trouvé chez certains invertébrés illustre le principe selon lequel les différences majeures entre les organismes ne se trouvent pas toujours dans l'apparence physique de l'adulte, mais dans les différences de l'ensemble de l'histoire de la vie. Dans le cœlentéré Obélie, par exemple, l'œuf se développe en un hydroïde colonial constitué d'une série de ramifications Hydre-comme des organismes appelés polypes. Certains de ces polypes se spécialisent (polypes reproducteurs) et bourgeonnent de la colonie sous forme de méduses nageant librement (méduses) qui portent des œufs et du sperme. Comme pour les chenilles et les oursins, deux phases distinctes se produisent dans le cycle de vie des Obélie: les polypes sessiles (ancrés), ramifiés et les méduses mobiles. Chez certains coelentérés apparentés, la forme méduse a été totalement perdue, ne laissant que le stade polype pour porter directement les ovules et le sperme. Chez d'autres coelentérés encore, le stade polype a été perdu et les méduses produisent directement d'autres méduses, sans le stade sessile. Il existe en outre des formes intermédiaires entre les extrêmes.


Un lancer de dés évolutif explique pourquoi nous ne sommes pas parfaits

Si l'évolution sélectionne les organismes les plus aptes, pourquoi avons-nous encore des imperfections ? Les scientifiques du Milner Center for Evolution de l'Université de Bath enquêtant sur cette question ont découvert que chez les espèces avec de petites populations, les événements aléatoires ont préséance sur la sélection naturelle, permettant aux imperfections de s'infiltrer.

Les travaux récents d'Alex Ho et Laurence Hurst du Milner Center for Evolution de l'Université de Bath ont analysé les génomes d'un large éventail d'organismes, des mammifères aux algues unicellulaires. Ils ont comparé les instructions génétiques utilisées par les cellules pour fabriquer des protéines, en particulier le code à la fin du gène qui dit à la cellule d'arrêter de lire, appelé codons d'arrêt.

Lors de la fabrication de protéines, notre ADN est lu dans des chaînes, avec un codon d'arrêt à la fin d'une chaîne pour dire à la cellule d'arrêter la lecture. Dans un gène donné, la plupart des organismes ont le choix d'utiliser l'un des trois codons d'arrêt très similaires, cependant, l'un d'entre eux (appelé TAA) est bien meilleur que les autres (appelés TGA et TAG) pour arrêter la machinerie cellulaire.

Les chercheurs, publiant dans Biologie moléculaire et évolution, ont examiné pourquoi certains gènes utilisent les codons d'arrêt les moins efficaces, alors que l'évolution par sélection naturelle devrait amener la plupart des gènes à utiliser le codon TAA plus efficace.

Ils ont découvert que chez des espèces telles que les humains et d'autres mammifères, où les populations sont relativement petites et la reproduction lente, la sélection favorisait le TAA dans les gènes les plus exprimés. Cependant, les mutations créant les codons d'arrêt les moins efficaces pourraient augmenter en fréquence en raison d'événements aléatoires, le coup de dés étant plus influent lorsque les populations sont petites. Il en résulte qu'un codon d'arrêt moins efficace est trouvé plus souvent que prévu, principalement dans les gènes les moins couramment utilisés.

En revanche, chez les espèces avec de grandes populations à réplication rapide, telles que les levures ou les bactéries, le hasard est moins important et la sélection naturelle a donc tendance à "éliminer" les mutations moins favorables, ce qui fait que le TAA est très courant.

Les résultats pourraient aider à la conception de nouvelles thérapies géniques pour les maladies génétiques.

Le professeur Laurence Hurst, directeur du Milner Center for Evolution, a déclaré : « Notre ensemble total d'ADN semble beaucoup plus compliqué que celui de quelque chose comme la levure. Les humains ont beaucoup d'ADN énigmatique entre nos gènes et chacun de nos gènes peut généralement produire de nombreux produits différents, alors que les gènes de levure ont tendance à n'en produire qu'un.

"Notre travail montre que la sélection naturelle chez l'homme n'est pas très efficace et que notre ADN finit donc par ressembler à une ancienne voiture à moteur rouillée - juste capable de fonctionner, avec toutes sortes de mauvaises réparations et d'accrétions accumulées au fil du temps. La levure est plutôt plus comme un organisme tout droit sorti du showroom : la machine parfaite."

Leurs résultats indiquent que les organismes, tels que les humains et d'autres mammifères, avec des tailles de population relativement petites, ne peuvent pas maintenir un état parfait au cours de l'évolution. Cela soutient également l'idée que l'ADN humain est sujet aux erreurs et de mauvaise qualité, non pas en tant que partie d'une machine complexe pour un organisme complexe, mais plutôt parce que la sélection est une force trop faible pour empêcher notre ADN de se détériorer.

Le professeur Hurst a déclaré: "Ces résultats sont importants car ils nous aident à comprendre que ce n'est pas parce que quelque chose est commun que c'est le meilleur. Cela aide à la fois à comprendre et à traiter les maladies génétiques.

"Par exemple, cela suggère que lors de la fabrication de nouveaux gènes pour la thérapie génique, nous devrions faire ce que font les levures et utiliser le meilleur codon d'arrêt: TAA."


Évolution minérale de la Terre

L'évolution n'est pas réservée aux organismes vivants. Des scientifiques de la Carnegie Institution ont découvert que le règne minéral a co-évolué avec la vie et que jusqu'à deux tiers des plus de 4 000 types de minéraux connus sur Terre peuvent être directement ou indirectement liés à l'activité biologique. La découverte, publiée dans American Mineralogist, pourrait aider les scientifiques à rechercher la vie sur d'autres planètes.

Robert Hazen et Dominic Papineau du laboratoire de géophysique de l'Institution Carnegie, avec six collègues, ont passé en revue les processus physiques, chimiques et biologiques qui ont progressivement transformé une douzaine de minéraux primordiaux différents dans d'anciens grains de poussière interstellaire en des milliers d'espèces minérales actuelles. -jour de la Terre. (Contrairement aux espèces biologiques, chaque espèce minérale est définie par sa composition chimique et sa structure cristalline caractéristiques.)

"C'est une manière différente de considérer les minéraux par rapport aux approches plus traditionnelles", explique Hazen. Mais nous avons découvert que la variété et l'abondance relative des minéraux ont radicalement changé au cours de plus de 4,5 milliards d'années d'histoire de la Terre.

Tous les éléments chimiques étaient présents dès le début dans la poussière primordiale du système solaire, mais ils formaient relativement peu de minéraux. Ce n'est qu'après la congélation de grands corps tels que le soleil et les planètes qu'il y a eu les extrêmes de température et de pression nécessaires pour forger une grande diversité d'espèces minérales. De nombreux éléments étaient également trop dispersés dans les nuages ​​de poussière d'origine pour pouvoir se solidifier en cristaux minéraux.

Au fur et à mesure que le système solaire prenait forme grâce à un " amas gravitationnel " de petits corps indifférenciés - dont on trouve aujourd'hui des fragments sous forme de météorites - environ 60 minéraux différents ont fait leur apparition. Des corps plus grands et de la taille d'une planète, en particulier ceux ayant une activité volcanique et contenant d'importantes quantités d'eau, auraient pu donner naissance à plusieurs centaines de nouvelles espèces minérales. Mars et Vénus, que Hazen et ses collègues estiment avoir au moins 500 espèces minérales différentes dans leurs roches de surface, semblent avoir atteint ce stade de leur évolution minérale.

Cependant, ce n'est que sur Terre - du moins dans notre système solaire - que l'évolution minérale a progressé vers les étapes suivantes. Un facteur clé a été le barattage de l'intérieur de la planète par la tectonique des plaques, le processus qui entraîne le déplacement lent des continents et des bassins océaniques au cours des temps géologiques. Unique sur Terre, la tectonique des plaques a créé de nouveaux types d'environnements physiques et chimiques où les minéraux pouvaient se former, et a ainsi porté la diversité minérale à plus d'un millier de types.

Ce qui a finalement eu le plus grand impact sur l'évolution minérale, cependant, était l'origine de la vie, il y a environ 4 milliards d'années. "Sur les quelque 4 300 espèces minérales connues sur Terre, peut-être les deux tiers d'entre elles sont à médiation biologique," dit Hazen." C'est principalement une conséquence de notre atmosphère riche en oxygène, qui est un produit de la photosynthèse par des algues microscopiques." les minéraux sont des produits d'altération oxydés, y compris les minerais de fer, de cuivre et de nombreux autres métaux.

Les micro-organismes et les plantes ont également accéléré la production de divers minéraux argileux. Dans les océans, l'évolution des organismes à coquilles et squelettes minéralisés a généré d'épais dépôts stratifiés de minéraux tels que la calcite, ce qui serait rare sur une planète sans vie.

"Pendant au moins 2,5 milliards d'années, et peut-être depuis l'émergence de la vie, la minéralogie de la Terre a évolué parallèlement à la biologie", explique Hazen. "Une implication de cette découverte est que les observations à distance de la minéralogie d'autres lunes et planètes peuvent fournir des preuves cruciales des influences biologiques au-delà de la Terre."

Le géologue de l'Université de Stanford, Gary Ernst, a qualifié l'étude de "à couper le souffle", affirmant que "la perspective unique présentée dans cet article pourrait révolutionner la façon dont les scientifiques de la Terre considèrent les minéraux".


Pourquoi les océans profonds ont donné vie aux premiers grands organismes complexes

Au début, la vie était petite. Pendant des milliards d'années, toute la vie sur Terre était microscopique, constituée principalement de cellules individuelles. Puis soudainement, il y a environ 570 millions d'années, des organismes complexes, dont des animaux au corps mou ressemblant à une éponge, mesurant jusqu'à un mètre de long ont pris vie. Et pendant 15 millions d'années, la vie de cette taille et de cette complexité n'a existé que dans les eaux profondes.

Les scientifiques se demandent depuis longtemps pourquoi ces organismes sont apparus quand et où ils sont apparus : dans les profondeurs de l'océan, où la lumière et la nourriture sont rares, à une époque où l'oxygène dans l'atmosphère terrestre était particulièrement rare. Une nouvelle étude de l'Université de Stanford, publiée le 12 décembre dans la revue à comité de lecture Actes de la Royal Society B, suggère que les températures plus stables des profondeurs de l'océan ont permis aux formes de vie en plein essor de tirer le meilleur parti des réserves limitées d'oxygène.

Tout cela compte en partie parce que comprendre les origines de ces créatures marines de la période édiacarienne consiste à découvrir les chaînons manquants dans l'évolution de la vie, et même de notre propre espèce. "Vous ne pouvez pas avoir de vie intelligente sans vie complexe", a expliqué Tom Boag, auteur principal de l'article et doctorant en sciences géologiques à la Stanford's School of Earth, Energy & Environmental Sciences (Stanford Earth).

La nouvelle recherche s'inscrit dans le cadre d'un effort modeste mais croissant visant à appliquer les connaissances de la physiologie animale pour comprendre les archives fossiles dans le contexte d'un environnement en évolution. L'information pourrait faire la lumière sur les types d'organismes qui seront capables de survivre dans différents environnements à l'avenir.

"Apporter ces données de physiologie, traiter les organismes comme des êtres vivants et respirants et essayer d'expliquer comment ils peuvent traverser une journée ou un cycle de reproduction n'est pas une façon dont la plupart des paléontologues et géochimistes ont généralement abordé ces questions", a déclaré Erik. Sperling, auteur principal de l'article et professeur adjoint de sciences géologiques.

Boucle d'or et changement de température

Auparavant, les scientifiques avaient émis l'hypothèse que les animaux ont une température optimale à laquelle ils peuvent prospérer avec le moins d'oxygène. Selon la théorie, les besoins en oxygène sont plus élevés à des températures plus froides ou plus chaudes qu'un juste milieu. Pour tester cette théorie chez un animal rappelant ceux qui fleurissent dans les profondeurs de l'océan édiacarien, Boag a mesuré les besoins en oxygène des anémones de mer, dont les corps gélatineux et la capacité à respirer à travers la peau imitent étroitement la biologie des fossiles collectés dans les océans édiacariens.

"Nous avons supposé que leur capacité à tolérer un faible taux d'oxygène s'aggraverait à mesure que les températures augmentaient. Cela avait été observé chez des animaux plus complexes comme les poissons, les homards et les crabes", a déclaré Boag. Les scientifiques ne savaient pas si des températures plus froides mettraient également à rude épreuve la tolérance des animaux. Mais en effet, les anémones avaient besoin de plus d'oxygène lorsque les températures dans un réservoir expérimental ont dévié en dehors de leur zone de confort.

Ensemble, ces facteurs ont amené Boag et ses collègues à soupçonner que, comme les anémones, la vie édiacarienne aurait également besoin de températures stables pour utiliser le plus efficacement possible les réserves limitées d'oxygène de l'océan.

Refuge en profondeur

Il aurait été plus difficile pour les animaux édiacariens d'utiliser le peu d'oxygène présent dans les eaux océaniques froides et profondes que dans les eaux peu profondes plus chaudes, car le gaz se diffuse plus lentement dans les tissus dans l'eau de mer plus froide. Les animaux dans le froid doivent dépenser une plus grande partie de leur énergie juste pour déplacer l'eau de mer oxygénée à travers leur corps.

Mais ce qui lui manquait en oxygène utilisable, l'océan profond d'Édiacarien le compensait par la stabilité. Dans les bas-fonds, le passage du soleil et des saisons peut entraîner des variations sauvages de température - jusqu'à 10 degrés Celsius dans l'océan moderne, par rapport à des variations saisonnières de moins de 1 degré Celsius à des profondeurs inférieures à un kilomètre (0,62 mile) . "Les températures changent beaucoup plus rapidement sur une base quotidienne et annuelle dans les eaux peu profondes", a expliqué Sperling.

Dans un monde avec de faibles niveaux d'oxygène, les animaux incapables de réguler leur propre température corporelle n'auraient pas pu résister à un environnement qui oscillait si régulièrement en dehors de la température de leur boucle d'or.

L'équipe de Stanford, en collaboration avec des collègues de l'Université de Yale, propose que le besoin d'un refuge contre un tel changement puisse avoir déterminé où les plus gros animaux pourraient évoluer. "Le seul endroit où les températures étaient constantes était dans l'océan profond", a déclaré Sperling. Dans un monde où l'oxygène est limité, la nouvelle vie en évolution devait être aussi efficace que possible et cela ne pouvait être atteint que dans des profondeurs relativement stables. "C'est pourquoi les animaux sont apparus là-bas", a-t-il déclaré.


Boucle d'or et changement de température

Auparavant, les scientifiques avaient émis l'hypothèse que les animaux ont une température optimale à laquelle ils peuvent prospérer avec le moins d'oxygène. Selon la théorie, les besoins en oxygène sont plus élevés à des températures plus froides ou plus chaudes qu'un juste milieu. Pour tester cette théorie chez un animal rappelant ceux qui fleurissent dans les profondeurs de l'océan édiacarien, Boag a mesuré les besoins en oxygène des anémones de mer, dont les corps gélatineux et la capacité à respirer à travers la peau imitent étroitement la biologie des fossiles collectés dans les océans édiacariens.

«Nous avons supposé que leur capacité à tolérer un faible taux d'oxygène s'aggraverait à mesure que les températures augmentaient. Cela avait été observé chez des animaux plus complexes comme les poissons, les homards et les crabes », a déclaré Boag. Les scientifiques ne savaient pas si des températures plus froides mettraient également à rude épreuve la tolérance des animaux. Mais en effet, les anémones avaient besoin de plus d'oxygène lorsque les températures dans un réservoir expérimental ont dévié en dehors de leur zone de confort.

Ensemble, ces facteurs ont amené Boag et ses collègues à soupçonner que, comme les anémones, la vie édiacarienne aurait également besoin de températures stables pour utiliser le plus efficacement possible les réserves limitées d'oxygène de l'océan.


Pourquoi l'évolution de grands organismes à reproduction lente a-t-elle été préférée ? - La biologie

A. Variation et sélection

1. Mécanismes qui produisent une variation génétique dans les populations.

Une mutation est un changement dans la séquence nucléotidique de l'ADN dans une cellule. Il existe de nombreux types de mutations. Des mutations peuvent survenir avant, pendant et après la mitose et la méiose. Si une mutation se produit dans des cellules qui fabriqueront des gamètes par méiose ou pendant la méiose elle-même, elle peut être transmise à la descendance et contribuer à la variabilité génétique de la population. Les mutations sont la seule source de variabilité génétique qui peut se produire dans la reproduction asexuée. Les mutations sont généralement nuisibles ou neutres pour la progéniture, mais peuvent parfois être bénéfiques.

Les mutations peuvent résulter de l'insertion, de la délétion ou de la substitution d'un ou de quelques nucléotides dans une séquence génique. De petits changements de ce type résultent généralement d'erreurs dans la réplication de l'ADN avant la division cellulaire ou d'erreurs dans la réparation de l'ADN qui se produisent en réponse à des dommages à l'ADN. Ces petits changements sont généralement connus sous le nom de « mutations ponctuelles ». Si le petit changement se produit dans une région du gène qui code pour une partie importante de sa protéine, l'effet peut être important, comme la mutation qui provoque la drépanocytose.

Les mutations résultent également de réarrangements de gènes et d'autres changements importants dans la séquence d'ADN d'un chromosome. Une translocation est le mouvement d'un segment d'ADN d'un endroit à un autre dans un chromosome ou entre des chromosomes. Une inversion est une mutation dans laquelle un segment d'ADN s'est retourné à l'intérieur d'un chromosome. Une délétion est la perte d'un segment d'ADN. Ces grands changements sont relativement courants, au moins sur de longues périodes de temps, et sont abondants dans les génomes qui ont été séquencés.

Le croisement fait référence à l'échange relativement fréquent de segments chromosomiques entre des chromosomes homologues appariés qui se produit pendant la prophase I. Souvent, cet échange produit peu ou pas de changement dans l'ordre ou le nombre de gènes sur les chromosomes. Cela signifie que certains des gènes provenant des homologues maternels se mélangent avec des gènes des homologues paternels, et vice versa. En d'autres termes, certains des allèles de maman entrent dans les homologues de papa et vice versa.

Parfois, le croisement est inégal. Un chromosome obtient un morceau plus long de son homologue que l'autre chromosome n'en obtient en retour. Cela peut entraîner une duplication du gène dans le chromosome qui a plus d'ADN. La duplication de gènes peut donner naissance à de nouveaux gènes, car le gène supplémentaire peut supporter des mutations tandis que le gène dupliqué continue de remplir sa fonction normale. Les analyses des génomes de nombreux organismes suggèrent que les gènes sont souvent dupliqués au cours de l'évolution. Les groupes de gènes dupliqués sont appelés « familles de gènes », en raison de la ressemblance de leurs séquences et de leur origine par descendance d'un gène ancêtre commun.

Les mutations se produisent lors de la réplication de l'ADN avant la méiose. Le croisement au cours de la métaphase I mélange les allèles de différents homologues en de nouvelles combinaisons.

Lorsque la méiose est terminée, les ovules ou les spermatozoïdes qui en résultent ont un mélange de chromosomes maternels et paternels. En effet, pendant l'anaphase I, le fuseau sépare avec précision un ensemble complet de 23 chromosomes humains dans chaque cellule fille mais ne fait pas la distinction entre les 23 de maman et les 23 de papa. Les homologues de maman et papa sont mélangés au hasard pendant l'anaphase de telle sorte que chaque ovule ou spermatozoïde possède une combinaison presque unique des allèles de maman et papa. Le nombre de combinaisons de 23 homologues maternels et paternels pouvant résulter d'un assortiment indépendant est de 2 23 , soit environ 8 millions. Cela laisse de côté les variations causées par des mutations ou des croisements.

La fécondation rassemble aléatoirement deux gamètes produits chez deux individus différents. Cela signifie que pour un homme et une femme en particulier, le nombre de combinaisons uniques de gènes qui pourraient se produire dans leur progéniture est de 8 millions de fois 8 millions (64 000 milliards), sans compter les variations causées par les croisements et les mutations. La fécondation aléatoire est un autre mécanisme qui produit une variation génétique dans le processus de reproduction sexuée.

La variation génétique qui résulte des mutations, de la méiose et de la fécondation est à l'origine du phénomène que nous connaissons tous : même dans de très grandes populations, comme la population humaine, chaque individu est génétiquement unique.

Il existe des mécanismes supplémentaires qui génèrent une variation génétique. L'un est la polyploïdie, qui se produit couramment chez les plantes et conduit à de nouvelles espèces en une génération. Les événements de polyploïdie conduisent à des organismes avec plus de deux ensembles de chromosomes. Plus de la moitié des plantes sauvages sont polyploïdes et de nombreuses plantes domestiques. Aux pages 240 et 241, votre texte décrit les événements de polyploïdie qui conduisent aux cultivars de blé modernes.

Un autre mécanisme qui produit une variation génétique est le transfert de gènes entre espèces. Ceci est commun entre différentes espèces de bactéries et peut se produire chez les eucaryotes à la suite d'infections virales dans lesquelles le virus intègre certains de ses gènes dans des cellules qui donnent naissance à des ovules ou à des spermatozoïdes.

La variété génétique produite par la reproduction sexuée offre de nombreuses possibilités quant à la façon dont une population d'organismes pourrait changer au fil du temps. La possibilité qui se produit réellement est déterminée par la sélection. Les variantes les mieux adaptées aux conditions dominantes produisent plus de descendants que les autres et leurs combinaisons de gènes ont donc tendance à prévaloir dans la population, au moins jusqu'à ce que le régime de sélection change et qu'une autre combinaison de gènes soit préférée.

La sélection est mieux considérée comme un filtre à travers lequel passe un sous-ensemble des variantes génétiques d'une population. Certains génotypes le font, d'autres non.

B. Micro- et macro-évolution

L'évolution biologique est probablement la plus grande de toutes les théories biologiques. Il a été dit que rien en biologie n'a de sens sauf à la lumière de l'évolution (Theodosius Dobzhansky, 1970). De même, la biologie cellulaire et la génétique modernes ont beaucoup fait pour donner un sens à l'évolution biologique. Le premier exemple en est peut-être la découverte de gènes par Gregor Mendel, qui s'est produite après l'hypothèse de la sélection naturelle de Charles Darwin et a fourni une explication de l'hérédité des traits qui étaient avantageux.

L'ampleur de l'évolution biologique a conduit à deux perspectives sur son fonctionnement : la micro-évolution et la macro-évolution. Ils sont qualitativement identiques mais présentent des échelles de changement et de temps différentes.

La micro-évolution fait référence à de petits changements qui se produisent rapidement dans une population d'organismes. La diversité des chiens résultant de la sélection artificielle pour différents traits physiques en est un exemple. La microévolution est facile à comprendre parce que nous la pratiquons dans l'élevage sélectif d'animaux et de plantes et parce qu'elle se produit dans la nature à une échelle de temps que nous pouvons observer. La micro-évolution procède par l'action de la sélection sur la diversité génétique d'une population, comme nous l'avons vu.

La macro-évolution fait généralement référence à des changements spectaculaires dans la diversité de la vie sur Terre sur des périodes plus longues que celles que les humains peuvent percevoir. L'explosion cambrienne est un exemple de macroévolution (nous en discuterons plus tard).

La macro-évolution peut être considérée comme composée de deux parties : l'extinction et la spéciation. L'extinction est facile à comprendre. C'est la disparition d'une population quand la sélection l'accable. Les causes d'extinction comprennent les nouvelles maladies, les nouveaux prédateurs (par exemple l'homme), les changements climatiques (par exemple les périodes glaciaires), la perte d'habitat, les processus géologiques (par exemple la dérive des continents) et les événements catastrophiques comme les impacts d'astéroïdes avec la Terre.

La spéciation est plus difficile à comprendre et est discutée plus loin. La spéciation est essentiellement une microévolution dans des populations qui sont devenues isolées sur le plan de la reproduction, c'est-à-dire qu'elles ne peuvent plus partager la diversité génétique par croisement.

L'évolution micro et macro sont des concepts artificiels qui sont définis par une perspective humaine du temps. Pour cette raison, ils ne correspondent pas vraiment à l'ensemble croissant de preuves et d'hypothèses sur l'évolution. Par exemple, l'hypothèse Endosymbiont propose que les eucaryotes ont évolué à partir d'ancêtres procaryotes en quelques instants. Était-ce une micro ou une macro-évolution ?

La spéciation est le processus par lequel de nouvelles espèces naissent à partir d'espèces existantes. Deux modèles pour le processus de spéciation ont été proposés : la spéciation phylétique et la spéciation divergente.


Boucle d'or et changement de température

Auparavant, les scientifiques avaient émis l'hypothèse que les animaux ont une température optimale à laquelle ils peuvent prospérer avec le moins d'oxygène. Selon la théorie, les besoins en oxygène sont plus élevés à des températures plus froides ou plus chaudes qu'un juste milieu. Pour tester cette théorie chez un animal rappelant ceux qui fleurissent dans les profondeurs de l'océan édiacarien, Boag a mesuré les besoins en oxygène des anémones de mer, dont les corps gélatineux et la capacité de respirer à travers la peau imitent étroitement la biologie des fossiles collectés dans les océans édiacariens.

«Nous avons supposé que leur capacité à tolérer un faible taux d'oxygène s'aggraverait à mesure que les températures augmentaient. Cela avait été observé chez des animaux plus complexes comme les poissons, les homards et les crabes », a déclaré Boag. Les scientifiques ne savaient pas si des températures plus froides mettraient également à rude épreuve la tolérance des animaux. Mais en effet, les anémones avaient besoin de plus d'oxygène lorsque les températures dans un réservoir expérimental ont dévié en dehors de leur zone de confort.

Ensemble, ces facteurs ont amené Boag et ses collègues à soupçonner que, comme les anémones, la vie édiacarienne aurait également besoin de températures stables pour utiliser le plus efficacement possible les réserves limitées d'oxygène de l'océan.


Adaptations structurelles et comportementales

Les adaptations sont le résultat de l'évolution. L'évolution est un changement dans une espèce sur de longues périodes de temps.

Les adaptations se produisent généralement parce qu'un gène mute ou des changements par accident ! Certaines mutations peuvent aider un animal ou une plante à mieux survivre que d'autres dans l'espèce sans la mutation.

Par exemple, imaginez une espèce d'oiseau. Un jour, un oiseau naît avec un bec plus long que celui des autres oiseaux de l'espèce. Le bec plus long aide l'oiseau à attraper plus de nourriture. Parce que l'oiseau peut attraper plus de nourriture, il est en meilleure santé que les autres oiseaux, vit plus longtemps et se reproduit plus. L'oiseau transmet le gène du bec plus long à sa progéniture. Ils vivent également plus longtemps et ont plus de descendants et le gène continue d'être hérité de génération en génération.

Finalement, le bec plus long peut être trouvé dans toutes les espèces. Cela ne se fait pas du jour au lendemain. Il faut des milliers d'années pour qu'une mutation soit trouvée dans une espèce entière.

Au fil du temps, des animaux mieux adaptés à leur environnement survivent et se reproduisent. Les animaux qui ne sont pas bien adaptés à un environnement peuvent ne pas survivre.

Les caractéristiques qui aident une espèce à survivre dans un environnement sont transmises aux générations futures. Les caractéristiques qui n'aident pas l'espèce à survivre disparaissent lentement.

Le saviez-vous?
. le plus gros rongeur d'Amérique du Nord est le castor.

. Les dents de devant des castors poussent tout au long de leur vie.

. les étangs de castors peuvent améliorer la qualité de l'eau et fournir une source d'eau pour d'autres animaux.

Qu'est-ce que tu penses?

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Fichiers Nature

Apprenez-en plus sur les adaptations de ces animaux qui les aident à survivre et à prospérer dans leurs habitats.

Guide de l'enseignant

Types de Gradualisme

Gradualisme phylétique

Vu dans le haut de l'image ci-dessous, le gradualisme phylétique suggère que les changements chez les animaux se produisent régulièrement au fil du temps. Les lignes inclinées suggèrent que le changement de morphologie montré s'est produit lentement, à travers de nombreuses générations d'animaux. Bien que cette image soit entièrement hypothétique, elle pourrait représenter n'importe quel groupe d'animaux.

Par exemple, si les deux arbres représentent tous deux des relations hypothétiques entre les chiens domestiques, le cladogramme du gradualisme phylétique sur le dessus raconterait une histoire de changements lents au fil du temps. Au pied de l'arbre se trouverait le loup, ou le parent ancestral le plus proche. Au fur et à mesure que l'arbre progressait vers le haut, de nouvelles générations de créatures ressemblant à des chiens étaient nées. Certaines des lignes, inadaptées à leur environnement, se sont éteintes en cours de route. Cependant, de nombreuses lignes sont parvenues jusqu'à nos jours (le sommet de l'arbre). L'un des chiens de gauche pourrait être les plus petits chiens, tels que le teckel et le rat terrier. De l'autre côté, il y aurait des chiens qui sont maintenant morphologiquement plus grands que les loups, tels que les grands danois et les Irish Wolf Hounds.

Le progressif suggère spécifiquement que les changements chez ces animaux se sont produits par petits incréments, au fil du temps. Pour arriver à un teckel, suggère le gradualisme, il faut d'abord élever un loup plus petit et plus long. À chaque génération, les loups deviennent plus petits et plus longs. Finalement, après plusieurs générations, vous avez un chien qui ne ressemble plus du tout à un loup. La même chose se produirait dans l'autre sens, les animaux grossissant lentement avec le temps. Ainsi, la théorie du gradualisme propose que les changements se produisent en plusieurs petites étapes, au fil du temps. While this is an interesting theory, and probably true to some extent, fossil record analysis have shown that at least some organisms experience much more rapid change.

Punctuated gradualism

Punctuated equilibrium, seen in the lower half of the image above, suggests that instead of slow changes over time, change happens drastically and almost immediately. While several fossil records and studies of microévolution have shown that drastic change can happen quickly, it might not get the whole picture. Punctuated gradualism is a step between the two.

In an unpredictable manner, environmental changes can change the expression of an organism’s genetics. At times when there are large environmental upheavals, these “punctuated” change events can occur. Some organisms within a group, now able to utilize their genetic advantage, break off from the pack and forge their own evolutionary history. Punctuated gradualism is a middle-of-the-road approach to understanding evolutionary change.

Gradualism in the Environment

Gradualism, as a theory in general, started in geology. Scientists studying rock formations, such as the Grand Canyon, made the observation that the river within the canyon was carrying minute amounts of sediment from the canyon out to sea. While these deposits were small each year, over eons the Grand Canyon was carved.

Using the theory of gradualism, scientists can understand and infer more about the abiotic factors affecting biology. For example, every year the tectonic plates move a fraction of an inch. While this movement is negligible in our lifetimes (besides causing earthquakes), the movement of the continents over time has serious consequences for evolution as a whole. Measuring the movements of the continents, scientists have been able to model the Earth through the evolutionary history of organism. This not only gives us a greater understanding of the world around us, but shows us how seemingly different animals were once populating a mega-continent called Pangée.


Voir la vidéo: 13 Le processus de lévolution biologique: La variation, pourquoi chaque être est unique (Février 2023).