Dérive génétique et sélection naturelle

Ce que tu vas savoir faire

Définir une population et calculer une fréquence allélique.
Modéliser la transmission d’allèles d’une génération à l’autre.
Identifier la part aléatoire de la dérive génétique.
Relier l’amplitude de la dérive à l’effectif.
Reconnaître les trois conditions d’une réponse à la sélection naturelle.
Distinguer mutation, dérive, sélection et migration sans finalisme.
Expliquer pourquoi divergence ne signifie pas encore spéciation.

Avant de commencer

Connaître gène, allèle, mutation et phénotype.
Savoir calculer une proportion.
Distinguer individu, population et espèce.

Le chapitre en bref

Dans une population, la fréquence d’un allèle peut changer au fil des générations. La dérive génétique produit des fluctuations aléatoires dues à l’échantillonnage des reproducteurs et de leurs descendants ; elles sont plus amples lorsque l’effectif est faible. La sélection naturelle agit lorsqu’une variation héritable est associée, dans des conditions données, à une différence de succès reproducteur. Les deux mécanismes peuvent agir simultanément. Une spéciation demande en plus une divergence durable et une réduction des échanges reproductifs entre populations.

1. Quelle population et quelle génération mesure-t-on ?

Une population est un ensemble d’individus d’une même espèce vivant dans un espace et un temps définis, entre lesquels des reproductions sont possibles. Une fréquence allélique décrit cette population à une génération précise ; elle ne caractérise ni un individu ni toute l’espèce.

Pour un allèle A : $f(A) = \frac{nombre de copies de A}{nombre total de copies du gène}$ . Dans une population diploïde de N individus, $f(A) = \frac{2 n(AA) + n(Aa)}{2 N}$ . Le numérateur compte les copies de A et non le nombre d’individus qui le portent.

Que compte exactement la fréquence ?

AAAAAaAaaaaa

12 AA + 6 Aa + 2 aa30 copies de A sur 40 copiesf(A) = 0,75

Chaque homozygote AA apporte deux copies.

2. Pourquoi la génération suivante n’est-elle pas une copie exacte ?

Tous les individus ne laissent pas le même nombre de descendants et toutes les copies d’allèles ne sont pas transmises. La génération suivante constitue donc un échantillon des copies présentes dans la génération parentale.

Même si deux allèles n’ont ici aucun effet différent sur survie ou reproduction, un tirage fini produit rarement exactement les mêmes proportions. Répéter le même modèle donne plusieurs trajectoires possibles : le hasard n’est pas une direction cachée.

Quel échantillon forme la génération suivante ?

Population de départA A A A Aa a a a a

→ tirage fini →

DescendantsA A A A A Aa a a a

Génération 0 : A = 50 %20 copies transmisesGénération 1 : A = 60 %

Un autre tirage peut donner une autre fréquence.

3. Pourquoi la dérive est-elle plus visible dans un petit effectif ?

La dérive génétique est la modification aléatoire des fréquences alléliques au fil des générations. Elle existe dans toute population finie, mais un même écart de quelques copies pèse davantage dans un petit dénominateur.

Dans des simulations répétées, les petites populations montrent des trajectoires plus dispersées et atteignent plus vite la perte ou la fixation d’un allèle. Une simulation illustre un mécanisme ; elle ne prédit pas la trajectoire exacte d’une population réelle.

Que montrent plusieurs répétitions ?

Petit effectifrépétition Arépétition Brépétition C

Grand effectifrépétition Arépétition Brépétition C

N = 20, fréquence initiale 0,50Trajectoires très disperséesPerte ou fixation plus rapide

Une simulation illustre, elle ne prédit pas le cas réel.

4. Une pression du milieu suffit-elle à prouver une sélection ?

Trois conditions doivent être reliées : le caractère varie entre individus, cette variation est au moins partiellement héritable, et certaines formes sont associées dans ce milieu à une descendance plus nombreuse. Une mortalité identique pour tous ou une différence non héritable ne suffit pas.

Le succès reproducteur relatif inclut l’accès à la reproduction et la production de descendants, pas seulement la survie. L’avantage est local et temporaire : si les conditions changent, la relation entre caractère et descendance peut changer aussi.

La chaîne de sélection est-elle complète ?

variation→héritabilité→descendance différentielle→fréquence modifiée

Dates de ponte variablesPart de la variation héritableSuccès reproducteur différent selon la chaleur

La fréquence peut alors changer au fil des générations.

5. Une hausse d’allèle révèle-t-elle son mécanisme ?

Une fréquence qui augmente est un résultat, pas l’identification automatique de sa cause. La dérive peut faire monter ou baisser un allèle indépendamment de son effet ; la sélection produit un biais reproductible si une variation héritable modifie le succès reproducteur dans les conditions étudiées.

Dans une population finie, hasard et sélection agissent en même temps. On recherche donc une tendance sur plusieurs générations, populations ou répétitions, puis on mesure le lien entre phénotype, héritabilité et descendance au lieu de raconter l’histoire depuis une seule courbe.

Quelle cause la trajectoire permet-elle d’identifier ?

Allèle A : 0,40 → 0,65Hausse observéeCause encore indéterminée

Dérive et sélection peuvent toutes deux contribuer.

6. Qu’est-ce qui crée un variant et qu’est-ce qui change sa fréquence ?

Une mutation peut produire un nouvel allèle sans apparaître en réponse à un besoin. Sa transmission l’introduit dans la génération suivante ; dérive et sélection peuvent ensuite modifier sa fréquence. L’arrivée ou le départ d’individus peut aussi apporter ou retirer des copies d’allèles.

Ces verbes ne sont pas interchangeables : la mutation crée une variation, la migration déplace des variants entre populations, la dérive échantillonne au hasard et la sélection relie une variation héritable à une différence de descendance. Les nommer séparément évite de dire qu’une population choisit de s’adapter.

Quel verbe décrit le mécanisme ?

Modification nouvelle de l’ADNNouvel allèle possibleMutation

Elle n’apparaît pas parce qu’elle serait utile.

7. Deux populations différentes sont-elles déjà deux espèces ?

Une barrière géographique, écologique ou comportementale peut réduire les échanges reproductifs. Les sous-populations suivent alors des trajectoires distinctes sous l’effet des mutations, de la dérive et de la sélection. La divergence génétique ou phénotypique n’est pourtant pas, à elle seule, une nouvelle espèce.

La spéciation correspond à un processus au cours duquel des barrières reproductives s’installent et limitent durablement les échanges de gènes. Une séparation peut disparaître avant cet isolement ; il faut donc tester la continuité des échanges plutôt que déduire automatiquement une espèce de chaque différence.

Jusqu’où va la divergence ?

population→sous-populations→divergence→barrières reproductives

Barrière géographiqueFlux de gènes réduitDeux sous-populations évoluent séparément

La spéciation n’est pas encore démontrée.

Erreurs fréquentes

L'essentiel à mémoriser

Fréquence située.
Échantillon de descendants.
Dérive aléatoire.
Effet de l’effectif.
Sélection démontrée.
Forces distinguées.
Spéciation non automatique.

Vérifier sa compréhension

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1. Dans 20 individus diploïdes, on compte 12 génotypes AA, 6 Aa et 2 aa. Combien de copies de A ? 30 18 12

2. Une fréquence allélique décrit… une population à une génération définie un seul individu toutes les espèces

3. Pourquoi deux simulations neutres donnent-elles des trajectoires différentes ? Chaque génération est un échantillon aléatoire Les allèles savent lequel sera utile La fréquence ne change jamais

4. Dans quel cas la dérive produit-elle en moyenne les fluctuations les plus amples ? Dans le plus petit effectif Seulement dans un effectif infini Indépendamment de l’effectif

5. Quel faisceau soutient une sélection naturelle ? Variation héritable et descendance différentielle dans un milieu défini Mortalité identique pour tous Différence acquise non transmise

6. Un allèle augmente dans une seule petite population. Que peut-on conclure ? Le changement est observé, mais sa cause reste à tester La sélection est certaine Une nouvelle espèce existe

7. Quelle force crée un nouvel allèle ? Une mutation La dérive seule Le besoin de l’organisme

8. Quelle observation est nécessaire pour étayer une spéciation ? Des échanges reproductifs durablement réduits entre lignées divergentes Une couleur différente pendant une saison Une barrière temporaire seulement

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