Exercices: Les théories de l'évolution

Expliquer ce qu'est l'évolution biologique et ce que signifie l'affirmation selon laquelle les espèces actuelles descendent d'espèces du passé.

Résumer les deux idées principales de Lamarck (usage et non-usage des organes et hérédité des caractères acquis) et expliquer comment il interprétait le long cou des girafes.

Résumer les idées clés du darwinisme : variabilité entre les individus, lutte pour l'existence et sélection naturelle des individus les mieux adaptés.

Expliquer ce que défendait le fixisme ou créationnisme à propos de l'origine et de la permanence des espèces, et pourquoi les fossiles d'animaux qui n'existent plus posaient problème à cette idée.

Expliquer ce qu'est un fossile, comment il se forme habituellement et quels deux types d'informations il apporte sur l'évolution : comment étaient les êtres vivants du passé et quel âge ont les roches qui les contiennent.

Expliquer la phrase « ce ne sont pas les individus qui évoluent, ce sont les populations » : ce qui arrive aux individus au cours de leur vie et ce qui change dans la population de génération en génération.

Au cours de son voyage sur le Beagle, Darwin a fait des observations qui lui ont fait douter du fixisme. En citer deux (par exemple, des fossiles d'espèces disparues ressemblant aux espèces actuelles ou des espèces différentes sur chaque île des Galápagos) et expliquer ce que chacune lui a suggéré.

Définir l'adaptation et donner deux exemples d'adaptations d'êtres vivants à leur milieu, en expliquant en quoi consiste l'avantage de chacune.

Observer le schéma, qui présente deux explications différentes (A et B) de la manière dont les girafes ont acquis un long cou. Indiquer laquelle correspond à Lamarck et laquelle à Darwin, et préciser la différence fondamentale entre les deux quant à ce qui est transmis.

Qu'apporte le néodarwinisme ou théorie synthétique aux idées de Darwin ? Expliquer comment la génétique (mutations et hérédité) a complété la théorie de la sélection naturelle.

Citer et décrire brièvement trois types d'arguments en faveur de l'évolution : les fossiles, l'anatomie comparée (os homologues) et la biogéographie.

La théorie de Lamarck paraissait raisonnable à son époque. Expliquer quelle donnée sur l'hérédité Lamarck ignorait et qui nous permet aujourd'hui de rejeter l'hérédité des caractères acquis, et ce que dirait un lamarckiste et ce que dirait un darwiniste pour expliquer pourquoi les gazelles courent vite.

Distinguer organes homologues et organes analogues à l'aide de l'aile d'un oiseau, de l'aile d'une chauve-souris, du bras humain et de l'aile d'un papillon, et expliquer lequel des deux cas est une preuve de lien de parenté évolutif et pourquoi.

Expliquer ce que sont les organes vestigiaux et donner deux exemples (par exemple, l'appendice humain ou les restes de bassin des baleines), en justifiant pourquoi ils constituent une preuve de l'évolution.

Classer chronologiquement ces jalons et expliquer en une phrase ce qu'a apporté chacun : la publication de « L'Origine des espèces », la redécouverte des lois de Mendel, la théorie de Lamarck, le voyage du Beagle et la formulation de la théorie synthétique.

Après des années d'utilisation du même insecticide, les moustiques d'une région y sont devenus résistants. Expliquer pourquoi il est incorrect de dire que « chaque moustique s'est adapté à l'insecticide au cours de sa vie » et comment la sélection naturelle l'explique correctement.

Sur une petite île, une sécheresse prolongée détruit les plantes à graines tendres et seules survivent celles à graines grosses et dures. Une équipe de biologistes mesure l'épaisseur du bec dans une population de pinsons avant la sécheresse (moyenne de 8,8 mm) puis un an plus tard chez les survivants (moyenne de 9,8 mm). A) Justifier à l'aide de la théorie synthétique ce qui s'est passé dans la population aux niveaux phénotypique et génotypique. B) Un élève commente : « Les pinsons ont dû faire des efforts pour casser les graines dures, ce qui a fait grandir leur bec de 1 mm au cours de leur vie, et c'est pourquoi leurs petits sont nés avec des becs plus grands ». Réfuter son affirmation en indiquant pourquoi elle relève du lamarckisme et comment la sélection naturelle agit en réalité.

Dans une région industrielle anglaise, on a mesuré la proportion de phalènes du bouleau (Biston betularia) sombres (carbonaria) et claires (typica). Après l'adoption de lois contre la pollution par le charbon en 1960, les relevés ont montré : en 1960, 90 % de phalènes sombres ; en 1980, 50 % ; et en 2000, seulement 10 %. A) Interpréter ces données en identifiant le facteur de sélection naturelle et en expliquant pourquoi les fréquences alléliques ont changé. B) Prévoir, en justifiant, ce qui arriverait à la proportion des deux variétés si l'on introduisait un nouveau prédateur nocturne qui repère ses proies exclusivement à l'odorat et non à la vue.

Analyser les deux situations suivantes : 1) Si l'on coupe chirurgicalement la queue de souris pendant plusieurs générations successives, tous les petits des portées suivantes naissent toujours avec la queue intacte. 2) Si l'on irradie les testicules de souris mâles aux rayons X, beaucoup de leurs petits naissent avec des malformations de la queue. A) Justifier ces résultats en s'appuyant sur la différence entre cellules somatiques et cellules de la lignée germinale. B) Si un culturiste utilisait la thérapie génique pour modifier l'ADN des fibres musculaires de ses bras afin de les hypertrophier, ses descendants hériteraient-ils de cette masse musculaire ? Justifier la réponse.

Sur un réseau social, vous lisez le commentaire suivant : « Si l'être humain descend du singe, pourquoi les chimpanzés actuels existent-ils encore au lieu de s'être tous transformés en humains ? ». Rédiger une réponse scientifique qui dissipe ce doute : A) Identifier les deux erreurs conceptuelles sur le fonctionnement de l'évolution biologique que contient cette phrase. B) Utiliser le modèle de l'arbre phylogénétique pour expliquer le lien de parenté réel entre chimpanzés, humains et leur ancêtre commun, en justifiant pourquoi les chimpanzés sont des « cousins évolutifs » et non des « ancêtres ».

L'orchidée Angraecum sesquipedale accumule du nectar au fond d'un tube de près de 30 cm de profondeur, et seul le papillon de nuit Xanthopan morganii, dont la trompe a une longueur similaire, peut le butiner et la pollinise. A) Expliquer la « course aux armements » évolutive (coévolution) entre les deux : quel avantage sélectif a représenté pour la plante le fait que son tube soit plus long que la trompe moyenne, et quelle pression de sélection a obligé le papillon à allonger la sienne ? B) Si une maladie éteignait brusquement ce papillon, prévoir le devenir évolutif de l'orchidée et réfuter l'idée selon laquelle la plante pourrait « modifier volontairement son nectar pour attirer d'autres insectes ».

En étudiant une série de strates marines couvrant 12 millions d'années, une équipe de paléontologie découvre qu'une espèce de mollusque conserve exactement la même morphologie pendant 10 millions d'années. Pourtant, dans une couche correspondant à un changement brusque de seulement 40 000 ans, l'espèce disparaît et deux espèces dérivées très différentes apparaissent, qui restent stables le reste du temps. A) Comparer la façon dont le gradualisme phylétique de Darwin et la théorie des équilibres ponctués de Gould et Eldredge expliqueraient ce registre fossile. B) Justifier pourquoi le rythme « rapide » défendu par les équilibres ponctués ne contredit pas la sélection naturelle et n'implique pas des changements instantanés.

La célèbre illustration de la « marche du progrès » montre une file où des primates quadrupèdes se redressent peu à peu jusqu'à aboutir à l'être humain, véhiculant l'idée que l'évolution est un escalier vers la perfection. A) Démonter cette idée en utilisant comme contre-exemples le succès évolutif des bactéries (organismes unicellulaires simples depuis plus de 3 500 millions d'années) et des parasites internes comme les ténias (qui ont perdu des organes complexes comme l'appareil digestif). B) Justifier pourquoi, en biologie, la notion de « succès adaptatif » n'équivaut pas à « plus grande complexité » et expliquer pourquoi la sélection naturelle n'a ni but ni finalité intrinsèque.

Un laboratoire analyse un organite cellulaire inconnu trouvé dans le cytoplasme d'une amibe et obtient les données suivantes : il possède une double membrane (l'interne sans cholestérol, semblable à celle des bactéries), contient des ribosomes de taille 70S et possède une molécule d'ADN circulaire fermée capable de se répliquer indépendamment du noyau. De plus, un antibiotique qui bloque la synthèse des protéines bactériennes arrête le fonctionnement de l'organite. A) Interpréter ces résultats en justifiant comment ils appuient la théorie endosymbiotique de Lynn Margulis. B) Expliquer quel changement de paradigme cette théorie a représenté par rapport à la vision évolutive traditionnelle fondée exclusivement sur la compétition entre êtres vivants.