5 facteurs influant sur l'équilibre génétique

Certains des principaux facteurs qui affectent l'équilibre génétique et induisent la variabilité dans la population sont les suivants: (A) Mutations (B) Recombinaisons au cours de la reproduction sexuelle (C) Dérive génétique (D) Migration de gènes (flux de gènes) (E) Sélection naturelle .

Selon la loi d’équilibre de Hardy-Weinberg, la fréquence relative des allèles dans la population reste constante de génération en génération dans une population d’organismes se reproduisant sexuellement lorsque:

(i) La population est suffisamment nombreuse pour ignorer tout accident d'échantillonnage

(ii) L'accouplement a lieu au hasard.

(iii) La mutation n'a pas lieu ou si elle a lieu, le taux est le même dans les deux sens

(iv) Tous les membres de la population survivent et ont des taux de reproduction égaux

Facteurs affectant l'équilibre de Hardy-Weinberg:

Cinq facteurs affectent l'équilibre génétique et induisent la variabilité de la population. Ces facteurs sont appelés agents évolutifs.

(A) Mutations:

Ceux-ci sont caractérisés par:

(i) Il s’agit de modifications soudaines, importantes et héréditaires du matériel génétique.

(ii) Les mutations sont aléatoires (sans discernement) et se produisent dans toutes les directions.

(iii) La plupart des mutations sont nocives ou neutres. On estime qu'une seule mutation sur 1 000 est utile.

(iv) Le taux de mutation est très faible, c'est-à-dire un par million ou un par million de loci. Mais le taux de mutation est suffisant pour produire une variabilité génétique considérable.

(v) Certaines mutations sont pré-adaptatives et apparaissent même sans exposition à un environnement spécifique. Celles-ci n'expriment et deviennent avantageuses que lorsqu'elles sont exposées à un nouvel environnement qui ne sélectionne que les mutations préadaptives survenues plus tôt.

Esther Lederberg (1952) a démontré expérimentalement l'existence de mutations préadaptives chez Escherichia coli lors d'une expérience de réplication sur plaque (expliquée dans le néo-darwinisme).

(vi) Sur la base de la quantité de matériel génétique impliqué, les mutations sont de trois types (tableau 7.15):

(vii) Sur la base de leur origine, les mutations sont de deux types (tableau 7.16):

Tableau 7.16. Différences entre mutations spontanées et induites.

(viii) Importance des mutations:

(a) Les mutations créent et maintiennent des variations au sein d'une population.

(b) Ceux-ci introduisent également de nouveaux gènes et allèles dans un pool de gènes (Fig. 7.45).

(c) L'accumulation de mutations sur plusieurs générations peut conduire à la spéciation.

(B) Recombinaisons pendant la reproduction sexuelle:

La recombinaison implique la redistribution des gènes de chromosomes. Les chances de recombinaison sont plus fréquentes chez les organismes qui subissent une reproduction sexuée impliquant une gamétogenèse suivie d'une fécondation.

La reproduction sexuée implique des recombinaisons au cours de trois étapes:

(i) Passage en revue (Fig. 7.46):

Cela implique l'échange de matériel génétique entre les chromatides non soeurs de chromosomes homologues.

Le mécanisme de franchissement implique les étapes suivantes:

(a) Synapsis implique l’appariement de chromosomes homologues au stade zygotène de la prophase 1 de la méiose pour former des bivalents.

(b) La formation de tétrades, chaque bivalent étant formé de quatre chromatides au cours du stade pachytène de la méiose I.

(c) Formation de chiasma due à l'enroulement de chromatides non soeurs de chromosomes homologues pour former des points en forme de X, appelés chiasma.

(d) Le franchissement implique un échange de matériel génétique.

ii) par assortiment indépendant de chromosomes:

Au cours de la métaphase I, les bivalents sont disposés à l'équateur du fuseau en deux plaques équatoriales ou métaphasiques. Au cours de l'anaphase I, des chromosomes homologues se déplacent vers les pôles opposés. Ceci est appelé disjonction et entraîne une réduction du nombre de chromosomes. Des variations surviennent lors de l’arrangement fortuit des bivalents lors de la métaphase I de la méiose.

Le nombre de recombinaisons produites dépend du nombre de bivalents dans l'organisme et est donné par la formule 2 ⁿ (où n représente le nombre de bivalents), par exemple chez l'homme, le nombre de combinaisons possibles des gamètes sera de 8, 6 x 10 ⁶ (2 ²³ ).

(iii) Par fécondation aléatoire:

Il implique la fusion fortuite de gamètes, par exemple, chez l’homme, le nombre de types possibles de zygotes formés est de 70 x 10 ¹² . C'est ainsi que tout spermatozoïde avec n'importe quelle combinaison de gènes peut fusionner avec n'importe quel ovule avec n'importe quelle combinaison de gènes.

Importance:

En raison des recombinaisons, bien qu'il ne s'agisse que d'un remaniement de caractères déjà existants et qu'aucun nouveau gène ne soit produit, il en résulte une redistribution de traits différents à différents individus d'une population. Différentes combinaisons apportent une diversité de génotypes et de phénotypes d’organismes différents. La recombinaison est donc un agent d'évolution.

(C) Dérive génétique:

Il s’agit du changement aléatoire de la fréquence des allèles résultant de fluctuations aléatoires. Il est caractérisé par:

(i) Il s’agit d’une erreur d’échantillonnage binomiale du pool de gènes, c’est-à-dire que les allèles qui forment le pool de gènes de la génération suivante constituent un échantillon des allèles de la population actuelle.

(ii) La dérive génétique influence toujours les fréquences des allèles et est inversement proportionnelle à la taille de la population. La dérive génétique est donc particulièrement importante dans les très petites populations où les risques de consanguinité sont accrus, ce qui accroît la fréquence d'individus homozygotes pour les allèles récessifs, dont certains peuvent être délétères.

(iii) La dérive génétique se produit lorsqu'un petit groupe se sépare d'une population plus large et peut ne pas avoir tous les allèles ou peut différer de la population parentale dans les fréquences de certains gènes. Cela explique la différence entre les populations insulaires et la population continentale.

(iv) Dans une petite population, un événement fortuit (par exemple, une tempête de neige) peut augmenter la fréquence d'un personnage ayant une faible valeur adaptative.

(v) La dérive génétique peut également avoir un effet fondateur. En cela, la dérive génétique peut provoquer des changements dramatiques dans la fréquence des allèles dans une population dérivée de petits groupes de colonisateurs, appelés fondateurs, vers un nouvel habitat.

Ces fondateurs ne possèdent pas tous les allèles présents dans leur population source. Ces fondateurs deviennent rapidement différents de la population parentale et peuvent former une nouvelle espèce, par exemple l'évolution des pinsons de Darwin sur les îles Galapagos, probablement dérivés de quelques fondateurs initiaux.

vi) Goulet d'étranglement de la population (figure 7.47):

Il s'agit d'une réduction de la fréquence des allèles provoquée par une réduction drastique de la taille de la population appelée "effondrement de la population", par exemple une diminution de la population de guépards en Afrique due à une chasse excessive. Comme le pool de gènes donné est limité, le goulot d'étranglement de la population empêche souvent l'espèce de rétablir sa richesse antérieure, de sorte que la nouvelle population a un pool de gènes beaucoup plus restreint que la population parentale plus importante.

(D) Migration de gènes (flux de gènes):

La plupart des populations ne sont que partiellement isolées des autres populations de la même espèce. Généralement, une certaine migration-émigration (sortie de certains individus d'une population) ou d'immigration (entrée de certains membres d'une population dans une autre population de la même espèce) se produit entre les populations.

L'immigration entraîne l'ajout de nouveaux allèles au pool de gènes existant et modifie les fréquences alléliques. Le degré de modification de la fréquence des allèles dépend des différences entre les génotypes des immigrants et de la population autochtone.

S'il n'y a pas beaucoup de différences génétiques, alors l'entrée d'un petit nombre de migrants ne changera pas beaucoup les fréquences alléliques. Cependant, si les populations sont génétiquement différentes, une faible immigration peut entraîner de grands changements dans la fréquence des allèles.

Si les individus migrants se croisent avec les membres de la population locale, appelée hybridation, ceux-ci peuvent apporter de nombreux nouveaux allèles au pool de gènes local de la population hôte. Ceci s'appelle la migration de gène. Si les hybrides interspécifiques sont fertiles, ils peuvent alors initier une nouvelle tendance d'évolution menant à la formation de nouvelles espèces.

Cet ajout ou retrait d'allèles lorsque des individus entrent ou sortent d'une population d'une autre localité est appelé flux génique. Un flux de gènes non restreint diminue les différences entre les pools de gènes et réduit le caractère distinctif entre différentes populations.

Tableau 7.17. Différences entre micro-évolution et macro-évolution.

(E) Sélection naturelle:

(i) Définition:

Le processus par lequel Nature privilégie les individus relativement mieux adaptés, issus d'une population hétérogène, est appelé sélection naturelle.

ii) Mécanisme:

Le processus de sélection naturelle fonctionne par reproduction différentielle.

Cela signifie que les individus les mieux adaptés à l'environnement survivent plus longtemps, se reproduisent plus rapidement et produisent plus de progénitures que ceux moins adaptés.

Les géniteurs contribuent donc proportionnellement à un pourcentage plus élevé de gènes au pool génique de la génération suivante, tandis que les individus moins adaptés produisent moins de progénitures. Si la reproduction différentielle se poursuit pendant plusieurs générations, les gènes des individus qui produisent davantage de progénitures deviendront prédominants dans le pool de gènes de la population (figure 7.48):

En raison de la communication sexuelle, les gènes circulent librement, de sorte que la variabilité génétique qui apparaît chez certains individus se propage progressivement d’un dieu à l’autre, de démence à population, puis chez les populations soeurs voisines et enfin chez la plupart des membres du couple. espèce. La sélection naturelle entraîne donc des modifications progressives de la fréquence des gènes, c’est-à-dire que la fréquence des gènes adaptatifs augmente tandis que celle des gènes moins adaptatifs diminue.

La sélection naturelle du néo-darwinisme agit donc comme une force créatrice et s’appuie sur un succès de reproduction comparatif. L’accumulation de telles variations conduit à l’origine d’une nouvelle espèce.

(iii) Types de sélection naturelle:

Les trois types de sélections naturelles observés sont:

1. Sélection de stabilisation ou d'équilibrage:

Il conduit à l'élimination des organismes ayant des caractères surspécialisés et maintient une population homogène qui est génétiquement constante. Il favorise les phénotypes moyens ou normaux, tout en éliminant les individus aux expressions extrêmes. En cela, plus d'individus acquièrent une valeur de caractère moyenne.

Cela réduit les variations mais ne modifie pas la valeur moyenne. Il en résulte un taux d'évolution très lent. Si nous dessinons une courbe graphique de population, celle-ci est en forme de cloche. La courbe en forme de cloche se réduit en raison de l'élimination des variantes extrêmes (Fig. 7.49).

Exemple:

L'anémie falciforme chez l'homme (expliquée dans le néo-darwinisme).

2. Sélection directionnelle ou progressive:

Dans cette sélection, la population évolue dans une direction particulière en même temps que l’environnement. Alors que l'environnement subit un changement continu, les organismes ayant acquis de nouveaux caractères survivent et d'autres disparaissent progressivement (Fig. 7.50).

En cela, les individus situés à un extrême (moins adaptés) sont éliminés, tandis que les individus situés à un autre extrême (plus adaptés) sont favorisés. Cela produit de plus en plus d'individus adaptés dans la population lorsqu'une sélection de ce type fonctionne pendant plusieurs générations. Dans ce type de sélection, plus d'individus acquièrent une valeur autre que la valeur de caractère moyenne.

Exemples:

Mélanisme industriel (expliqué dans le néo-darwinisme):

Dans ce cas, le nombre de papillons de couleur claire (Biston betularia) a diminué progressivement, tandis que celui des papillons mélaniques (B. carbonaria) augmentait, ce qui indiquait une sélection directionnelle.

Moustiques résistants au DDT (expliqués dans le néo-darwinisme):

En cela, les moustiques sensibles ont été éliminés et les résistants ont augmenté en nombre. La population de moustiques résistants a donc augmenté, montrant une sélection directionnelle.

3. Sélection perturbatrice:

C'est un type de sélection naturelle qui favorise l'expression extrême de certains traits pour augmenter la variance dans une population. Il divise une population homogène en plusieurs formes adaptatives. Il en résulte un polymorphisme équilibré.

Dans ce type de sélection, plus d'individus acquièrent une valeur de caractère périphérique aux deux extrémités de la courbe de distribution. Ce type de sélection est rare et élimine la plupart des membres à expression moyenne, produisant ainsi deux pics dans la distribution d'un trait (Fig. 7.51).

Exemple:

En mer, les trois types d'escargots, à savoir de couleur blanche; la couleur brune et la couleur noire sont présentes. Les escargots de couleur blanche sont invisibles lorsqu'ils sont recouverts de bernacles. Les escargots de couleur noire sont invisibles lorsque le roc est nu. Mais les escargots de couleur brune sont mangés par les prédateurs dans les deux conditions. Donc, ceux-ci sont éliminés progressivement.