Sélection et évolution

Variation 变异 signifie les différences entre les individus. Elle a trois causes possibles :

• des facteurs génétiques uniquement — fixés par les allèles 等位基因 que vous héritez (par exemple le groupe sanguin humain).
• des facteurs environnementaux 环境因素 uniquement — fixés par votre environnement (par exemple une cicatrice, ou la langue que vous parlez).
• une combinaison des deux — la plupart des caractères, comme la taille et le poids corporel, dépendent des gènes et de l'alimentation et du mode de vie.

Il existe deux types de variation :

• variation discontinue 不连续变异 — des groupes distincts et séparés sans rien entre eux (par exemple les groupes sanguins A, B, AB ou O). Elle est généralement contrôlée par un ou quelques gènes 基因, avec peu d'effet de l'environnement.
• variation continue 连续变异 — une gamme fluide d'un extrême à l'autre (par exemple la taille). Elle est contrôlée par de nombreux gènes ensemble, plus l'environnement.

Pour comparer les moyennes de deux échantillons (par exemple la hauteur des plantes au soleil et à l'ombre), vous utilisez le test t, qui vous dit si la différence est assez grande pour être réelle, ou simplement due au hasard.

Une population 种群 produit beaucoup plus de descendants 后代 que ceux qui peuvent survivre, donc les descendants doivent compétition 竞争 pour des ressources telles que la nourriture et l'espace. C'est la « lutte pour l'existence ». Les individus les mieux adaptés 适应 ont le plus de chances de survivre, de se reproduire 繁殖, et de transmettre leurs allèles à la génération suivante. Sur de nombreuses générations, les allèles avantageux deviennent plus fréquents dans la population. C'est la sélection naturelle 自然选择.

Les conditions environnementales peuvent orienter la sélection de trois manières :

• sélection stabilisatrice 稳定选择 favorise la moyenne et élimine les extrêmes (la population reste identique).
• sélection directionnelle 定向选择 favorise un extrême, donc la moyenne se déplace dans ce sens.
• sélection disruptrice 分裂选择 favorise les deux extrêmes et élimine la moyenne.

Les fréquences alléliques peuvent également changer d'autres façons :

• l'effet fondateur 奠基者效应 — quelques individus fondent une nouvelle population, ils ne portent donc qu'une partie des allèles du groupe original.
• dérive génétique 遗传漂变 — dans une petite population, les fréquences alléliques changent par hasard d'une génération à l'autre.
• l'effet de goulot d'étranglement 瓶颈效应 — une chute soudaine de la taille de la population laisse peu de survivants, réduisant la variété des allèles.

Résistance aux antibiotiques comme sélection naturelle

Une mutation hasardeuse 突变 rend quelques bactéries résistantes à un antibiotique 抗生素. Lorsque l'antibiotique est utilisé, les bactéries non résistantes meurent, mais les résistantes survivent et se reproduisent. Avec le temps, la résistance 耐药性 se propage dans la population. C'est la sélection naturelle en action.

Le principe de Hardy–Weinberg 哈迪-温伯格原理 permet de calculer les fréquences alléliques 等位基因频率 et les fréquences génotypiques 基因型 dans une population. Il n'est vrai que lorsque la population est grande, la reproduction est aléatoire, et qu'il n'y a ni mutation, ni migration, ni sélection naturelle.

Appelons la fréquence de l'allèle dominant $p$ et la fréquence de l'allèle récessif $q$. Il n'y a que deux allèles, donc :

Les fréquences génotypiques s'additionnent alors à 1, où $p^2$ est homozygote dominant, $2pq$ est hétérozygote (les porteurs), et $q^2$ est homozygote récessif :

Exemple résolu. Une condition récessive touche $1$ sur $100$ personnes. Trouvez la fréquence des porteurs.

Seul le génotype homozygote récessif ($q^2$) manifeste la condition, donc $q^2 = \tfrac{1}{100} = 0.01$, donnant $q = \sqrt{0.01} = 0.1$. Ensuite $p = 1 - q = 0.9$. Les porteurs sont les hétérozygotes :

Donc environ $18\%$ de la population sont des porteurs — bien plus que les $1\%$ qui manifestent la condition.

La sélection sélective 选择育种, également appelée sélection artificielle 人工选择, consiste à choisir quels organismes se reproduisent (par les humains, et non par la nature), afin que des caractéristiques utiles soient transmises. Exemples :

• l'élevage de la résistance aux maladies 抗病性 dans les variétés de blé et de riz.
• l'utilisation de l'inbreeding 近交 et de l'hybridation 杂交 (croisement de lignées différentes) pour obtenir un maïs vigoureux et uniforme.
• l'élevage du bétail laitier pour améliorer son rendement 产量 en lait.

L'évolution 进化 est la formation lente de nouvelles espèces 物种 à partir d'anciennes, au fur et à mesure que le pool génique 基因库 (l'ensemble des allèles d'une population) change d'une génération à l'autre.

Les données sur la séquence 序列 de l'ADN peuvent montrer à quel point deux espèces sont apparentées : plus leurs séquences d'ADN sont similaires, plus elles ont partagé récemment un ancêtre commun.

La spéciation 物种形成 se produit lorsque deux populations deviennent génétiquement isolées, ne pouvant plus se reproduire ensemble. Cette isolement 隔离 génétique peut s'opérer de deux manières :

• la spéciation allopatrique 异域物种形成 — les populations sont séparées par une ségrégation géographique 地理隔离, comme une mer ou une chaîne de montagnes.
• la spéciation sympatrique 同域物种形成 — les populations vivent dans la même zone mais sont séparées par des différences de comportement ou de mode de vie.

• Expliquer la sélection naturelle comme une séquence : variation → pression de sélection → les mieux adaptés survivent et se reproduisent → changement de fréquence des allèles.
• Utiliser les équations de Hardy–Weinberg ($p+q=1$, $p^2+2pq+q^2=1$) ; $q^2$ représente la fréquence du phénotype récessif — un calcul courant.
• Distinguer la sélection stabilisatrice, directionnelle et disruptive avec un exemple pour chacune.
• Distinguer la spéciation allopatrique vs sympatrique (isolement géographique vs reproductif).