Coévolution Mécanisme par lequel une espèce subit des changements génétiques qui lui permettent d‘échapper à un prédateur ou de survivre dans un environnement hostile. La réduction de la sélection fait que l’espèce est apte à une spéciation rapide, et apte à habiter des niches écologiques auparavant inaccessibles.
Diversité génétique/patrimoine génétique Dans une espèce donnée, il y a différentes possibilités de combinaisons génétiques – la diversité génétique définit le nombre de variations qui se produisent dans une population, ce qui peut donner des indications sur ses capacités à composer avec les changements dans l’environnement, car plus grande est la diversité génétique, meilleures sont les chances de survie dans de nouvelles conditions. Sans diversité génétique, la sélection naturelle ne s’opère guère. Le patrimoine génétique est constitué par la totalité des gènes à la disposition de l’ensemble d’une population.
Empreinte parentale Processus d’apprentissage comportemental qui se déclenche à un certain âge ou stade du développement chez l’animal. La faculté qu’ont les enfants humains de reconnaître leurs parents en est un bon exemple.
Éthologie Étude du comportement animal, particulièrement dans son environnement naturel.
Eusocialité Type de comportement animal où des sous-groupes ont des rôles précis, et une même couvée habituellement produite par une seule reine. Les sous-groupes perdent souvent les capacités liées aux autres rôles. Fourmis, abeilles, guêpes, termites et taupes sont des espèces eusociales. Le terme signifie littéralement « en bonne société », impliquant que cette forme sociale est la mieux organisée.
Influence mutuelle Développement interrelié de deux processus évolutifs. Par exemple : l’évolution d’une espèce peut avoir un impact sur l’environnement, et les changements de l’environnement peuvent avoir un impact sur les espèces.
Phylogénie/arbre phylogénétique Diagramme (parfois surnommé l’arbre de vie) qui présente les liens de l’évolution entre les espèces. Ces liens étaient autrefois basés sur les caractéristiques physiques, mais ils sont de nos jours plutôt dépendants des similitudes génétiques. Le mot « phylum » désigne une division taxonomique sous le règne mais au-dessus de la classe.
Radiation adaptative Évolution rapide d’une espèce donnée en de nouvelles espèces, particulièrement lorsque d’importants changements environnementaux surviennent, créant de nouvelles niches écologiques.
Relation symbiotique Décrit la relation étroite entre deux espèces (littéralement : vivre ensemble). À l’origine, ce terme était utilisé pour la seule interrelation présentant des bénéfices mutuels, aujourd’hui on l’utilise pour des relations moins symétriques, par exemple dans la symbiose parasitique.
Sélection de parentèle Théorie selon laquelle les processus évolutifs peuvent advenir au bénéfice d’organismes parents même s’ils sont au détriment de l’individu, ce qui explique des comportements altruistes où un individu se sacrifiera pour le bien de ses parents. L’exemple le plus patent est celui des organismes eusociaux, où certains individus perdent la faculté de se reproduire.
Sélection naturelle Principal mécanisme de l’évolution, la sélection naturelle fait en sorte que les caractéristiques particulières aptes à assurer à un individu de meilleures chances de se reproduire deviennent plus communes dans la population. En contrepartie, les autres caractéristiques deviendront moins communes. Par opposition à la sélection artificielle, où certaines caractéristiques des plantes et des animaux sont augmentées par la reproduction sélective.
Spéciation allopatrique Une variété de spéciation où des populations d’une même espèce sont isolées les unes des autres en raison de changements d’habitat, ce qui les mène à évoluer séparément sans possibilité de se reproduire entre elles.
Spéciation sympatrique Contrairement à la spéciation allopatrique, dans ce cas-ci les espèces sont formées à partir d’une seule et même espèce dans le même environnement. Cela implique généralement des distinctions génétiques qui découragent l’accouplement parmi deux groupes d’une même espèce.
Les lois de la physique expliquent pourquoi les cochons ne volent pas – ou du moins pourquoi un animal du poids d’un porc adulte ne peut pas voler. Il est moins facile d’expliquer pourquoi les araignées n’ont pas d’ailes ou les palmiers, pas de branches. Une contrainte est une limite aux résultats de l’évolution imposée par la physique ou la biologie – parfois les deux. Les vers plats sont plats parce que l’oxygène ne peut se diffuser profondément dans leurs tissus (raison physique) et qu’ils ne peuvent absorber l’oxygène d’une autre façon (raison biologique). En développant des poumons ou d’autres organes de respiration, d’autres animaux se sont libérés de ces contraintes. Mais il existe d’autres contraintes plus mystérieuses. Les oiseaux ont un nombre varié de vertèbres dans leur cou (les cygnes en ont 25), alors que chez presque tous les mammifères, de la girafe aux gerboises, le nombre de vertèbres est de 7. Les raisons de ce fait ne sont pas claires et la réponse est probablement fournie par l’embryologie : les mammifères mutants ayant des vertèbres cervicales supplémentaires sont communs, sauf qu’ils présentent d’autres déformations et ne vivent pas assez longtemps pour se reproduire. Les changements environnementaux affectent aussi les contraintes. Ainsi, lorsque les ancêtres des baleines se transformèrent en mammifères marins, ils se libérèrent des contraintes de la gravité et purent se développer, jusqu’à devenir les plus grands animaux de la planète.
La sélection naturelle est puissante, mais pas toute-puissante : tout ne peut pas évoluer et les limites de l’évolution varient selon les espèces.
Les biologistes de l’évolution la comparent à un paysage composé de collines et de vallées, les collines représentant les ensembles de traits les mieux adaptés, et les vallées, les moins bons. La sélection naturelle amène les populations vers le sommet des collines, jamais l’inverse. Les sentiers qu’empruntent la génétique et le développement rendent parfois une destination inaccessible, par exemple lorsque le sentier croise une vallée profonde, ce qui cause la mort des formes intermédiaires d’évolution. Parfois, les mutations nécessaires ne peuvent survenir, tout simplement parce qu’il n’y a pas de sentier.
SEWALL WRIGHT
1889–1988
Généticien américain qui conceptualisa le paysage adaptatif.
Louise Johnson
Le « paysage adaptatif » des biologistes de l’évolution cartographie l’action de la sélection naturelle, qui mène au développement de certains traits ou au rejet de certains autres.
L’évolution est souvent la réponse des organismes à leur environnement, quoique leur environnement abrite d’autres organismes. En coévolution, un changement évolutif dans un organisme est causé par un changement dans quelque chose qui partage son environnement. Souvent, cela se produit au niveau des organismes qui s’influencent mutuellement, mais la coévolution peut aussi se rapporter à des changements intervenant dans deux parties d’un seul organisme. Les exemples les plus patents de coévolution sont ceux des prédateurs et des proies, des parasites et de leurs hôtes, ou des organismes ayant une relation symbiotique. Tout organisme partageant un environnement et bataillant pour sa nourriture peut expérimenter l’effet de la coévolution. Les orchidées qui ont développé des fleurs longilignes de façon à s’adapter aux phalènes qui les pollinisent et qui ont développé de longues trompes sont un exemple de coévolution résultant d’une dépendance mutuelle. Quand la coévolution mène un organisme à développer une nouvelle défense contre la prédation ou les parasites, il peut y avoir une prolifération rapide et inhabituelle de nouvelles espèces. La coévolution est un concept souvent utilisé dans d’autres sphères que la biologie. En affaires, la compétition pour une nouvelle clientèle force au développement de nouveaux produits ou méthodes de travail. Et que dire des développements informatiques, qui sont clairement le fruit de la coévolution.
Plutôt que par la compétition au sein d’une espèce, l’évolution est souvent produite davantage par les changements entre les hôtes et les parasites, les proies et les prédateurs ou les organismes mutuellement dépendants.
Selon certains, la coévolution va au-delà des organismes vivants, la vie et la géologie de la Terre pouvant provoquer une énorme boucle de rétroaction. Il y a 2,3 milliards d’années, les bactéries photosynthétiques libérèrent de grandes quantités d’oxygène, transformant la structure chimique de l’air et des roches, altérant du coup la trajectoire écologique de la vie. Les organismes modernes continuent à provoquer de grands bouleversements chimiques, les humains étant les plus récents bio-ingénieurs de la Terre.
LE SEXE ET LA COURSE AUX ARMEMENTS ÉVOLUTIFS
CHARLES DARWIN
1809–1882
Naturaliste anglais qui parla le premier de coévolution dans De l’origine des espèces.
PAUL R. EHRLICH et PETER H. RAVEN
1932– et 1936–
Scientifiques américains, coauteurs de travaux révolutionnaires sur la relation entre les plantes et les papillons, et parmi les premiers à utiliser le terme de coévolution.
Brian Clegg
On peut comprendre que quelqu’un, puisse croire qu’un dauphin soit un poisson. Bien sûr, les dauphins sont des mammifères qui sont de très lointains cousins des poissons. Dauphins et poissons ont évolué, séparément, en de très efficaces machines hydrodynamiques, leurs queues et nageoires leur permettant de se mouvoir efficacement dans l’eau. Cette adaptation à un environnement marin est un exemple de l’évolution convergente, qui est caractérisée par des espèces différentes partageant des caractéristiques communes, mais qui ne sont pas issues de la même descendance. Les ancêtres des dauphins étaient des animaux ressemblant aux chevreuils, parfaitement adaptés à la vie terrestre et qui vécurent il y a 60 millions d’années. Ceux des poissons, en revanche, étaient des créatures marines vieilles de plus de 500 millions d’années. L’évolution convergente a permis à différentes espèces lointainement apparentées, éparpillées sur la planète, d’évoluer afin de s’adapter à différentes situations. Les ailes des chauves-souris, des oiseaux et des ptérosaures en sont la preuve. Ces groupes ont évolué et pris leur essor, s’éloignant de leurs ancêtres vertébrés terrestres chacun à leur façon. La convergence ne s’effectue pas seulement à un niveau morphologique. Des études récentes ont révélé des évolutions convergentes au niveau génétique entre les chauves-souris et les dauphins, de lointains parents qui partagent la faculté d’écholocation.
Toutes choses étant égales, on pourrait s’attendre à ce que les espèces proches parentes soient similaires. L’évolution convergente a lieu lorsque toutes les autres choses ne sont pas égales. Parfois, des espèces lointainement apparentées paraissent semblables, lorsque la sélection naturelle leur fournit les mêmes attributs afin de solutionner les mêmes problèmes.
Alors que certains exemples de l’évolution convergente sont évidents, la plupart sont difficiles à détecter, et seule l’étude du passé nous permet de déterminer la nature des ancêtres d’une espèce ou d’un groupe d’espèces. Les fossiles nous renseignent parfois, mais le plus souvent, les scientifiques utilisent les arbres phylogénétiques et les caractéristiques des espèces contemporaines pour tenter de déduire l’aspect du passé.
DE L’ADAPTATION À LA SPÉCIATION
Chris Venditti
Les espèces qui se ressemblent ne sont pas toujours proches parentes – l’adaptation physique à un environnement commun leur a procuré les mêmes caractéristiques, en dépit d’une hérédité très différente.
Si l’évolution est un long processus, il peut y avoir des résultats plus rapides chez les espèces aux vies brèves. Ainsi la phalène du bouleau (Biston bitularia) est-elle devenue un lépidoptère paradigme de l’évolution. Le mélanisme fait référence à la mélanine, un pigment qui sert à la protection de la peau contre les rayons UV. Le bronzage est le fruit d’une augmentation du taux de mélanine. Les couleurs de la phalène du bouleau lui permettent de se camoufler sur les arbres couverts de lichen. Mais, durant la révolution industrielle, les polluants tuèrent le lichen, exposant l’écorce foncée des troncs qui étaient aussi noircis par la suie. Les phalènes les plus foncées étaient donc celles qui se camouflaient le mieux sur ces arbres, et, du coup, avaient les meilleures chances de survie et de reproduction. La sélection naturelle favorisa donc les phalènes foncées au cours des générations. De nos jours, là où les lois environnementales ont permis d’améliorer la qualité de l’air, le processus s’est inversé : les phalènes foncées sont désormais plus visibles sur les écorces plus claires. Résultat : les phalènes ont tendance à retrouver des couleurs plus pâles. On constate des processus similaires chez d’autres variétés de phalènes et une poignée d’autres insectes, parmi lesquels au moins une espèce de coccinelle.
Certains insectes ont subi des changements de couleurs, ce qui démontre l’impact de la sélection naturelle lorsque la pollution transforme l’environnement de ces insectes.
Malgré de très forts indices de la corrélation entre les changements de pigmentation de la phalène et les niveaux de pollution, on n’a pu établir la preuve que le changement de teinte de l’écorce des arbres en est l’unique responsable. Il pourrait y avoir d’autres raisons qui expliquent que la pollution cause des changements de pigmentation : par exemple, si la mélanine contribuait à protéger les phalènes d’une toxine. Mais il est presque établi hors de tout doute que cette transformation par la sélection naturelle est la réponse de l’évolution à la pollution industrielle.
DE L’ADAPTATION À LA SPÉCIATION
BERNARD KETTLEWELL
1907–1979
Lépidoptériste britannique qui démontra que les phalènes aux couleurs claires, dans les zones polluées, avaient plus de chances d’être la proie des prédateurs.
J.B.S. HALDANE
1892–1964
Biologiste anglais qui, à l’aide d’un simple modèle mathématique, démontra que les changements dans les phalènes étaient trop rapides pour être le fruit du hasard.
Brian Clegg
Les nouvelles espèces se forment souvent à cause des séparations géographiques (spéciation allopatrique), mais une spéciation rapide peut survenir au sein d’une même espèce qui partage une zone géographique (spéciation sympatrique). Cette « radiation adaptative » se produit lorsqu’une espèce fait face à un nouvel environnement présentant un large spectre de possibilités, ou quand une espèce développe de nouvelles caractéristiques qui lui permettent d’exploiter de nouvelles niches environnementales. Les effets de ces changements peuvent être renforcés si ces mutations changent la sélection sexuelle, de telle sorte que ces nouvelles espèces qui pourraient se reproduire ne le font plus. Les développements rapides de nouvelles espèces se produisent souvent après des extinctions massives, mais dans le cas du cichlidé du lac Victoria, la formation d’un lac vaste et isolé procura de nouvelles occasions : 500 espèces émergèrent d’un seul parent dans un très court laps de temps évolutif. On a d’abord cru que ces changements s’étaient produits il y a environ 12 400 ans, date présumée de l’assèchement du lac Victoria, mais de nouvelles données d’ADN suggèrent que la spéciation commença il y a 100 000 ans, dès la naissance du lac.
Avec de nouvelles niches environnementales, des espèces peuvent se créer très rapidement, ainsi que le démontrent les quelque 500 espèces de cichlidés qui ont évolué dans le lac Victoria.
La mouche de la pomme (Rhagoletis pomonella) fournit un bon exemple de la spéciation rapide. On la trouvait, à l’origine, dans les buissons d’aubépine, puis vers 1860, ces mouches se mirent à attaquer les pommiers et en quelques décennies, elles développèrent de nouveaux comportements, grâce à des modifications génétiques qui firent en sorte que les larves se développaient lorsque les pommes mûrissaient. Même si on retrouve encore ces mouches à la fois dans les aubépines et les pommiers, le processus de spéciation est en marche.
DE L’ADAPTATION À LA SPÉCIATION
SVEN OSCAR KULLANDER
1952–
Biologiste suédois spécialisé dans l’étude des cichlidés et de leur spéciation.
Brian Clegg
Très évolués… les cichlidés et les mouches de la pomme ont connu de très importants changements dans un très court laps de temps.
L’âge de 4 ans, Peter Grant quitta Londres pour le sud de l’Angleterre. Pendant ce temps, dans le comté rural de Cumbria, Rosemary prenait goût à l’étude de la nature grâce à sa mère qui l’emmenait faire des excursions à la recherche de fossiles de plantes.
Après des études en zoologie et en botanique à Cambridge, Peter déménagea en Colombie-Britannique, où il rencontra Rosemary et entreprit un doctorat en zoologie. Rosemary avait étudié la génétique à Édimbourg et avait obtenu un poste de professeur à Vancouver. Ils se marièrent un an plus tard. Les Grant étudièrent l’interaction entre l’écologie et l’évolution, explorant la façon dont l’environnement façonne la distribution géographique et les caractéristiques des espèces. Cela les mena à étudier les becs d’oiseaux aux îles Marias, un archipel du Pacifique, où ils constatèrent que les oiseaux y avaient développé de plus gros becs que sur le continent, les avantageant pour l’obtention de nourriture. Cette découverte confortait une idée que le couple développait : la compétition au sein des espèces pour la nourriture influence leur évolution.
Inspirés par la lecture d’un livre de Darwin sur les pinsons, les Grant partirent en 1973 vers les Galapagos pour tenter de comprendre l’évolution des 14 espèces de pinsons qu’on retrouvait sur l’île de Daphne Mayor. Là-bas, ils trouvèrent un terrain propice à l’étude de la compétition induite par la nourriture et l’environnement. En 1977, lors d’une sécheresse exceptionnelle, ils constatèrent que les oiseaux aux plus gros becs, mieux outillés pour fendre les graines aux écales les plus dures, plus nombreuses après la sécheresse, avaient un taux de survie meilleur et que leurs rejetons avaient de plus gros becs : un cas exemplaire d’évolution par la sélection naturelle. Quelques années plus tard, l’inverse se produisit : de fortes pluies stimulèrent la croissance de plantes aux petites graines, ce qui fit que les pinsons à petits becs survécurent mieux. Les Grant purent aussi étudier comment la compétition modifiait les chants des oiseaux et comment une nouvelle espèce à gros bec avait progressivement chassé les autres espèces à gros bec en devenant dominante.
Durant les années 1980, les Grant déménagèrent à Princeton et leur approche devint plus statistique, anticipant les stades de changements évolutifs à partir d’une source parentale donnée, et collaborant à différentes études sur les facteurs génétiques. Pour les biologistes, prévoir les changements évolutifs est un atout très précieux, ce qui n’échappa certes pas au généticien J.B.S. Haldane, qui déclara : « Une théorie scientifique ne vaut rien si elle ne permet pas d’anticiper l’issue de processus en marche. » Récemment, Rosemary a concentré ses recherches sur l’hybridation entre différentes espèces de pinsons et leurs potentiels avantages et inconvénients quant à l’évolution de l’espèce.
Brian Clegg
Barbara Rosemary Matchett naît à Arnside, dans le comté anglais de Cumbria.
26 octobre 1936
Peter Raymond Grant naît à Londres.
1960
Peter est bachelier ès arts de l’Université de Cambridge ; Rosemary est bachelière ès sciences de l’Université d’Édimbourg.
1964
Peter obtient un Ph. D. de la University of British Columbia, à Vancouver.
1973
Peter devient professeur à l’Université McGill, à Montréal.
1973
Premier voyage des Grant aux îles Galapagos (île Daphne Mayor).
1977
Peter devient professeur à l’Université du Michigan.
1985
Les Grant déménagent à l’Université Princeton.
1985
Rosemary obtient un Ph. D. de l’Université d’Uppsala, en Suède.
1994
Publication du livre de Jonathan Weiner, The Beak of the Finch, décrivant les travaux des Grant et salué par un prix Pulitzer.
2002
Le couple reçoit la médaille Darwin de la Royal Society.
2009
Le couple est lauréat de la médaille Darwin-Wallace de la Linnean Society de Londres.
L’évolution est au cœur de l’éthologie, l’étude du comportement animal, et Darwin en fut un pionnier, même si on dut attendre 60 ans avant que cette science ne prenne son essor. Konrad Lorenz proposa des « schèmes d’action spécifique », des comportements instinctifs provoqués par des « mécanismes innés de déclenchement » du cerveau, stimulés par une influence externe, ceux-ci allant des rites nuptiaux au réflexe qu’ont les oiseaux de rapporter au nid des œufs perdus. Nikolaas Tinbergen souligna l’importance des réactions comportementales instinctives qui sont mues par des mécanismes évolutifs et adaptatifs. L’environnement est souvent le principal moteur de ces réactions ; ainsi, les sacs vocaux disgracieux des grenouilles, qui amplifient l’appel des mâles en rut, ont tendance à être moins présents dans les environnements bruyants (par exemple, une chute d’eau). Les comportements parentaux – pondre une grande quantité d’œufs et les abandonner ou, au contraire, apporter des soins attentifs à ses petits comme le font certains mammifères – sont influencés par l’écologie ainsi que par maints facteurs biologiques. À partir des années 1970, les études en behaviorisme se penchèrent davantage sur les aspects sociaux du comportement animal, et donc de l’évolution du comportement de groupe, allant des structures complexes des super-organismes « eusociaux » des abeilles et des fourmis, jusqu’aux plus petits groupes de mammifères.
L’étude du comportement animal nous enseigne que les comportements – aussi bien que les caractéristiques morphologiques – peuvent évoluer et s’adapter à différentes pressions environnementales.
Le comportement social peut sembler contreintuitif d’un point de vue évolutionnaire, mais en fait, la sociabilité augmente les chances de survie et de transmission génétique. Ainsi, des animaux chassés par des prédateurs gagnent à se regrouper en troupeaux, puisque les individus solitaires sont plus fréquemment attaqués. En dépit de certains inconvénients – moins à brouter, par exemple – l’adaptation sociale apporte de grands bénéfices.
KARL VON FRISCH
1886–1982
Biologiste autrichien et précurseur de l’éthologie, célèbre pour ses recherches sur les abeilles.
Prix Nobel (avec Konrad Lorenz) en 1973 pour ses travaux sur le comportement.
KONRAD LORENZ
1903–1989
Zoologiste autrichien et précurseur de l’éthologie, célèbre pour ses recherches sur l’empreinte génétique. Lauréat du Nobel en 1973 (avec Karl von Frisch).
Brian Clegg
De la danse nuptiale aux animaux qui trouvent la sécurité en se regroupant, le comportement instinctif constitue une réponse à l’environnement.
Envisagé de façon simpliste, l’altruisme – mettre les autres avant soi – n’est pas logique. Par contre, l’altruisme se développe de bien des façons dans un cadre évolutif. On a dit qu’il s’expliquait par la sélection des rejetons, les proches parents partageant une hérédité génétique, ce qui fait de l’altruisme une forme d’égoïsme en ce sens qu’il aide une espèce à préserver son bassin génétique. Toutefois, au-delà de cette tendance à protéger ses proches parents, génétiquement proches ou pas, l’altruisme semble difficile à concevoir (comme l’a dit, en plaisantant, J.B.S. Haldane : « Je donnerais ma vie pour deux frères ou huit cousins! »). L’idée devient plus convaincante lorsque surgit l’altruisme mutuel, quand un individu accepte de se sacrifier pour le bénéfice d’autrui en s’attendant à la réciproque. On assiste alors à une sorte d’égoïsme mutuel. (Pensez à la prescription biblique : « Pardonneznous nos offenses comme nous pardonnons à ceux qui nous ont offensés. ») Comme le papier-monnaie a remplacé l’or et l’argent, dans notre monde moderne complexe, la réputation a remplacé l’expérience directe lorsqu’il s’agit de faire confiance à autrui. Cela permet à une réciprocité indirecte de se développer entre individus, même si aucun acte altruiste n’a été réellement accompli au bénéfice de l’autre.
L’altruisme peut paraître illogique d’un point de vue purement individuel – si la seule urgence est la préservation de la génétique d’un individu. Mais la théorie de l’évolution explique les bénéfices potentiels de l’altruisme.
L’altruisme est assez commun entre les humains, même si rien n’indique que nous ne calculons pas froidement les bénéfices que peut nous procurer un acte de générosité envers notre prochain. Quoi qu’il en soit, nous sommes plus volontiers généreux envers notre famille ou nos amis, ou même nos compatriotes, qu’envers de purs étrangers. Les psychologues évolutifs ont d’ailleurs fort à faire pour expliquer la gentillesse dont font preuve les étrangers entre eux.
DE L’ADAPTATION À LA SPÉCIATION
EDWARD OSBORNE WILSON
1929–
Biologiste américain défenseur du concept de sélection de groupe (concept avec lequel peu de biologistes sont d’accord).
ROBERT L. TRIVERS
1943–
Biologiste de l’évolution américain à qui l’on doit le concept d’altruisme réciproque.
Brian Clegg
