Les théories de l'évolution
Dans la Galerie de paléontologie du Muséum national d'histoire naturelle, à Paris, on croise des squelettes d'animaux qui ne vivent plus nulle part sur Terre. Pourtant, pendant des siècles, on a cru que les espèces étaient fixées une fois pour toutes. Comment est-on passé de cette idée à celle d'une évolution du vivant, et sur quelles preuves repose-t-elle ?
Le fixisme et ses premières failles
Les chiens de race font des chiots de la même race, le blé donne toujours du blé : cette stabilité apparente signifie-t-elle que les êtres vivants ont toujours été exactement les mêmes ?
Qu'est-ce qu'un fossile ?
Un fossile est le reste ou la trace d'un être vivant conservé dans une roche sédimentaire. Il se forme le plus souvent quand un organisme est rapidement recouvert de sédiments : les parties dures (coquilles, os, dents) se minéralisent peu à peu. Un fossile renseigne sur deux choses : comment étaient les êtres vivants du passé (forme, mode de vie) et l'âge des roches qui le contiennent (un fossile caractéristique d'une époque permet de dater la couche).
Les observations de Darwin
Pendant son voyage sur le Beagle (1831-1836), Darwin remarque par exemple que :
-
des fossiles de grands mammifères disparus ressemblent à des espèces actuelles de la même région : les espèces actuelles pourraient descendre des anciennes ;
-
les pinsons et les tortues des îles Galápagos diffèrent d'une île à l'autre tout en ressemblant à ceux du continent voisin : les espèces pourraient se modifier à partir d'un ancêtre commun.
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…
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.
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…
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.
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…
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.
Le lamarckisme : l'usage transforme l'individu
Un forgeron développe des bras très musclés à force de frapper l'enclume pendant des années. Ses enfants naîtront-ils avec les mêmes muscles ?
Deux expériences l'illustrent. Couper la queue de souris pendant des générations ne raccourcit pas celle des petits : la mutilation touche le corps, pas les gamètes. En revanche, irradier les testicules de souris mâles aux rayons X provoque des malformations chez leurs petits : l'ADN des cellules germinales a été modifié, donc le changement est transmis.
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…
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.
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…
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.
Analyser les deux situations suivantes : 1) Si l'on coupe chirurgicalement la queue de souris pendant plusieurs générations successives, tous les petits des portées…
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.
Le darwinisme : la sélection naturelle
Dans une population de mulots, certains ont le pelage sombre et d'autres clair, sur un sol de roche volcanique noire, comme dans la chaîne des Puys. Si les rapaces chassent à vue, tous ont-ils autant de chances de se reproduire ?
Une adaptation est un caractère héréditaire qui augmente les chances de survie ou de reproduction dans un milieu donné. Exemples : le pelage blanc de l'hermine en hiver, qui la camoufle dans la neige des Alpes ; le long bec du colibri, qui lui permet d'atteindre le nectar au fond des fleurs.
Comparons les deux explications du long cou des girafes :
| Lamarck | Darwin | |
|---|---|---|
| Origine de la variation | Cou étiré par l'effort | Variation préexistante, due au hasard |
| Ce qui change | Chaque individu pendant sa vie | La proportion d'individus dans la population |
| Ce qui est transmis | Le caractère acquis | Le caractère héréditaire déjà présent |
Expliquer ce qu'est l'évolution biologique et ce que signifie l'affirmation selon laquelle les espèces actuelles descendent d'espèces du passé.
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 idées clés du darwinisme : variabilité entre les individus, lutte pour l'existence et sélection naturelle des individus les mieux adaptés.
Résumer les idées clés du darwinisme : variabilité entre les individus, lutte pour l'existence et sélection naturelle des individus les mieux adaptés.
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…
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.
Définir l'adaptation et donner deux exemples d'adaptations d'êtres vivants à leur milieu, en expliquant en quoi consiste l'avantage de chacune.
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…
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.
Les arguments en faveur de l'évolution
Les organes vestigiaux sont une preuve : leur présence s'explique mal par un dessein, mais très bien si l'espèce descend d'ancêtres chez qui l'organe était fonctionnel.
Citer et décrire brièvement trois types d'arguments en faveur de l'évolution : les fossiles, l'anatomie comparée (os homologues) et la biogéographie.
Citer et décrire brièvement trois types d'arguments en faveur de l'évolution : les fossiles, l'anatomie comparée (os homologues) et la biogéographie.
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…
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…
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.
La théorie synthétique et l'évolution en action
Darwin ne connaissait ni les gènes ni les mutations. Les lois de Mendel, publiées en 1866, sont passées inaperçues et n'ont été redécouvertes qu'en 1900. Comment la génétique a-t-elle complété la sélection naturelle ?
Pour situer les étapes dans le temps : Lamarck (1809), voyage du Beagle (1831-1836), L'Origine des espèces de Darwin (1859), redécouverte des lois de Mendel (1900), théorie synthétique (milieu du XXe siècle).
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…
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.
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,…
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…
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…
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…
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.
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…
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.
Sélection, dérive génétique et flux de gènes
La sélection naturelle modifie les fréquences des variantes héréditaires selon leur succès reproducteur. La dérive génétique les modifie par hasard, surtout dans les petites populations. Le flux de gènes (migration suivie de reproduction) introduit ou retire des allèles. La mutation crée de nouveaux allèles ; le brassage forme de nouvelles combinaisons.
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…
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…
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 ».
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…
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…
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.
Retour au début : les squelettes disparus de la Galerie de paléontologie témoignent d'espèces qui ont changé ou disparu ; la variabilité héréditaire et la sélection naturelle expliquent comment les populations se transforment, sans que les espèces soient fixes.