L'ouvrage de Darwin sur l'origine des espèces a deux thèmes : les preuves de l'évolution et ses idées sur la façon dont l'évolution s'est produite. Cette section traite de la deuxième question.
Variation
Les deux premiers chapitres de l'Origine traitent de la variation des plantes et des animaux domestiqués, et de la variation de la nature.
Tous les êtres vivants présentent des variations. Toutes les populations étudiées montrent que les animaux et les plantes varient autant que les hommes. p90 C'est un grand fait de la nature, et sans lui l'évolution ne se produirait pas. Darwin a dit que, tout comme l'homme sélectionne ce qu'il veut dans ses animaux de ferme, les variations dans la nature permettent à la sélection naturelle de fonctionner.
Les caractéristiques d'un individu sont influencées par deux choses, l'hérédité et l'environnement. Premièrement, le développement est contrôlé par les gènes hérités des parents. Deuxièmement, le fait de vivre apporte ses propres influences. Certaines choses sont entièrement héritées, d'autres partiellement, et d'autres pas du tout.
La couleur des yeux est entièrement héritée ; c'est un trait génétique. La taille ou le poids ne sont que partiellement hérités, et la langue n'est pas du tout héritée. Pour être clair : le fait que les humains puissent parler est héréditaire, mais la langue parlée dépend de l'endroit où une personne vit et de ce qu'on lui enseigne. Autre exemple : une personne hérite d'un cerveau de capacité quelque peu variable. Ce qui se passe après la naissance dépend de nombreux facteurs tels que l'environnement familial, l'éducation et d'autres expériences. Lorsqu'une personne est adulte, son cerveau est ce que son héritage et son expérience de vie ont fait.
L'évolution ne concerne que les traits qui peuvent être hérités, en tout ou en partie. Les traits héréditaires sont transmis d'une génération à l'autre par les gènes. Les gènes d'une personne contiennent tous les traits qu'elle a hérités de ses parents. Les accidents de la vie ne sont pas transmis. De plus, bien sûr, chaque personne vit une vie quelque peu différente : cela accroît les différences.
Le succès reproductif des organismes varie d'une population à l'autre. p81 Du point de vue de l'évolution, le "succès reproductif" désigne le nombre total de descendants qui vivent pour se reproduire et qui laissent des descendants eux-mêmes.
Variation héréditaire
La variation ne peut affecter les générations futures que si elle est héritée. Grâce au travail de Gregor Mendel, nous savons qu'une grande partie de la variation est héritée. Les "facteurs" de Mendel sont maintenant appelés gènes. Les recherches ont montré que presque chaque individu d'une espèce se reproduisant sexuellement est génétiquement unique. p204
La variation génétique est accrue par les mutations de gènes. L'ADN ne se reproduit pas toujours exactement. De rares changements se produisent, et ces changements peuvent être hérités. De nombreuses modifications de l'ADN provoquent des défauts ; certaines sont neutres ou même avantageuses. Cela donne naissance à la variation génétique, qui est la graine de l'évolution. La reproduction sexuelle, par le croisement des chromosomes lors de la méiose, répand la variation dans la population. D'autres événements, comme la sélection naturelle et la dérive, réduisent la variation. Ainsi, une population dans la nature présente toujours des variations, mais les détails changent toujours. p90
Sélection naturelle
L'évolution fonctionne principalement par sélection naturelle. Qu'est-ce que cela signifie ? Les animaux et les plantes qui sont les mieux adaptés à leur environnement survivront en moyenne mieux. Il y a une lutte pour l'existence. Ceux qui survivent produiront la prochaine génération. Leurs gènes seront transmis, et les gènes de ceux qui ne se sont pas reproduits ne le seront pas. C'est le mécanisme de base qui change une population et provoque l'évolution.
La sélection naturelle explique pourquoi les organismes vivants changent au fil du temps pour avoir l'anatomie, les fonctions et le comportement qu'ils ont. C'est ainsi que cela fonctionne :
- Tous les êtres vivants ont une telle fécondité que la taille de leur population pourrait augmenter rapidement à jamais.
- Nous constatons que la taille des populations n'augmente pas à ce point. La plupart du temps, les chiffres restent à peu près les mêmes.
- Les ressources alimentaires et autres sont limitées. Il y a donc une concurrence pour la nourriture et les ressources.
- Il n'y a pas deux individus identiques. Par conséquent, ils n'auront pas les mêmes chances de vivre et de se reproduire.
- Une grande partie de cette variation peut être héritée. Les parents transmettent ces caractéristiques à leurs enfants par leurs gènes.
- La prochaine génération ne peut venir que de ceux qui survivent et se reproduisent. Après plusieurs générations, la population aura des différences génétiques plus utiles et moins nuisibles. La sélection naturelle est en réalité un processus d'élimination. p117 L'élimination est causée par l'adéquation relative entre les individus et l'environnement dans lequel ils vivent.
Sélection dans les populations naturelles
Il y a maintenant de nombreux cas où la sélection naturelle a été prouvée dans les populations sauvages. Presque tous les cas étudiés de camouflage, de mimétisme et de polymorphisme ont montré de forts effets de la sélection.
La force de sélection peut être beaucoup plus forte que ne le pensaient les premiers généticiens des populations. La résistance aux pesticides s'est rapidement accrue. La résistance à la warfarine chez les rats de Norvège (Rattus norvegicus) a augmenté rapidement parce que ceux qui ont survécu constituaient une part de plus en plus importante de la population. Les recherches ont montré qu'en l'absence de warfarine, l'homozygote résistant était désavantagé de 54% par rapport à l'homozygote normal de type sauvage. p182 Ce grand désavantage a été rapidement surmonté par la sélection pour la résistance à la warfarine.
Les mammifères ne peuvent normalement pas boire de lait à l'âge adulte, mais les humains sont une exception. Le lait est digéré par l'enzyme lactase, qui s'éteint lorsque les mammifères cessent de prendre le lait de leur mère. La capacité de l'homme à boire du lait pendant sa vie d'adulte est soutenue par une mutation de la lactase qui empêche cet arrêt. Les populations humaines présentent une forte proportion de cette mutation partout où le lait est important dans l'alimentation. La propagation de cette "tolérance au lait" est favorisée par la sélection naturelle, car elle aide les gens à survivre là où le lait est disponible. Des études génétiques suggèrent que les plus anciennes mutations provoquant la persistance de la lactase n'ont atteint des niveaux élevés dans les populations humaines qu'au cours des dix derniers milliers d'années. C'est pourquoi la persistance de la lactase est souvent citée comme un exemple de l'évolution récente de l'homme. Comme la persistance de la lactase est génétique, mais que l'élevage est un trait culturel, il s'agit d'une coévolution gène-culture.
Adaptation
L'adaptation est l'un des phénomènes fondamentaux de la biologie. Grâce au processus d'adaptation, un organisme devient mieux adapté à son habitat.
L'adaptation est l'un des deux principaux processus qui expliquent la diversité des espèces que nous voyons en biologie. L'autre est la spéciation (scission des espèces ou cladogenèse). L'évolution des cichlidés dans les rivières et les lacs africains est l'un des exemples préférés utilisés aujourd'hui pour étudier l'interaction entre l'adaptation et la spéciation.
Lorsque les gens parlent d'adaptation, ils veulent souvent dire quelque chose qui aide un animal ou une plante à survivre. L'une des adaptations les plus répandues chez les animaux est l'évolution de l'œil. Un autre exemple est l'adaptation des dents des chevaux au broyage de l'herbe. Le camouflage est une autre adaptation, tout comme le mimétisme. Les animaux les mieux adaptés sont ceux qui ont le plus de chances de survivre et de se reproduire avec succès (sélection naturelle).
Un parasite interne (tel qu'un douve) est un bon exemple : il a une structure corporelle très simple, mais l'organisme est tout de même très adapté à son environnement particulier. L'adaptation n'est donc pas seulement une question de caractéristiques visibles : chez ces parasites, des adaptations critiques ont lieu au cours du cycle de vie, qui est souvent assez complexe.
Limitations
Toutes les caractéristiques d'un organisme ne sont pas des adaptations. p251 Les adaptations ont tendance à refléter la vie passée d'une espèce. Si une espèce a récemment modifié son mode de vie, une adaptation autrefois précieuse peut devenir inutile, et finalement devenir un vestige en voie d'extinction.
Les adaptations ne sont jamais parfaites. Il y a toujours des compromis entre les différentes fonctions et structures d'un organisme. C'est l'organisme dans son ensemble qui vit et se reproduit, c'est donc l'ensemble des adaptations qui est transmis aux générations futures.
La dérive génétique et ses effets
Dans les populations, il y a des forces qui ajoutent des variations à la population (comme la mutation), et des forces qui l'enlèvent. La dérive génétique est le nom donné aux changements aléatoires qui suppriment la variation d'une population. La dérive génétique élimine la variation au taux de 1/(2N) où N = taille de la population. p29 Il s'agit donc d'une "force évolutive très faible dans les grandes populations". p55
La dérive génétique explique comment le hasard peut affecter l'évolution de manière étonnamment importante, mais seulement lorsque les populations sont assez petites. Globalement, son action consiste à rendre les individus plus semblables les uns aux autres, et donc plus vulnérables aux maladies ou aux événements aléatoires de leur environnement.
- La dérive réduit la variation génétique des populations, ce qui peut réduire la capacité d'une population à survivre à de nouvelles pressions sélectives.
- La dérive génétique agit plus rapidement et a des résultats plus drastiques dans les petites populations. Les petites populations s'éteignent généralement.
- La dérive génétique peut contribuer à la spéciation, si le petit groupe survit.
- Les goulets d'étranglement : lorsqu'une population importante est soudainement et radicalement réduite par un événement quelconque, la variété génétique sera très réduite. Les infections et les événements climatiques extrêmes sont des causes fréquentes. Parfois, les invasions d'espèces plus compétitives peuvent être dévastatrices.
♦ Dans les années 1880/90, la chasse a réduit l'éléphant de mer du Nord à une vingtaine d'individus seulement. Bien que la population ait rebondi, sa variabilité génétique est beaucoup moins importante que celle de l'éléphant de mer du Sud.
♦ Les guépards ont très peu de variation. Nous pensons que l'espèce a été réduite à un petit nombre récemment. En raison de son manque de variation génétique, il est en danger de maladies infectieuses. - Événements fondateurs : ils se produisent lorsqu'un petit groupe se détache d'une population plus importante. Le petit groupe vit alors séparément de la population principale. L'espèce humaine est souvent citée comme ayant passé par de telles étapes. Par exemple, lorsque des groupes ont quitté l'Afrique pour s'installer ailleurs (voir évolution humaine). Apparemment, notre répartition mondiale présente moins de variations que ce à quoi on pourrait s'attendre.
Les groupes qui arrivent sur des îles éloignées du continent sont également de bons exemples. Ces groupes, en raison de leur petite taille, ne peuvent pas porter toute la gamme d'allèles que l'on trouve dans la population mère.
Espèces
La façon dont les espèces se forment est une partie importante de la biologie de l'évolution. Darwin a interprété le terme "évolution" (un mot qu'il n'a pas utilisé au début) comme étant une question de spéciation. C'est pourquoi il a intitulé son célèbre livre "L'origine des espèces".
Darwin pensait que la plupart des espèces étaient directement issues d'espèces préexistantes. C'est ce qu'on appelle l'anagénèse : de nouvelles espèces par des espèces plus anciennes qui se transforment. Aujourd'hui, nous pensons que la plupart des espèces naissent d'une scission d'espèces antérieures : la cladogenèse.
Fractionnement des espèces
Deux groupes qui commencent la même chose peuvent aussi devenir très différents s'ils vivent dans des endroits différents. Lorsqu'une espèce est divisée en deux régions géographiques, un processus s'enclenche. Chacune s'adapte à sa propre situation. Après un certain temps, les individus d'un groupe ne peuvent plus se reproduire avec l'autre groupe. Deux bonnes espèces ont évolué à partir d'une seule.
Un explorateur allemand, Moritz Wagner, pendant ses trois années en Algérie dans les années 1830, a étudié les coléoptères sans vol. Chaque espèce est confinée à une partie de la côte nord entre les rivières qui descendent des montagnes de l'Atlas jusqu'à la Méditerranée. Dès que l'on traverse un fleuve, une espèce différente mais étroitement apparentée apparaît. Il a écrit plus tard :
"... une [nouvelle] espèce n'apparaîtra que lorsque quelques individus auront franchi les limites de leur aire de répartition... la formation d'une nouvelle race ne réussira jamais... sans une longue séparation continue des colons des autres membres de leur espèce".
C'était un des premiers témoignages de l'importance de la séparation géographique. Un autre biologiste qui pensait que la séparation géographique était essentielle était Ernst Mayr.
Un exemple de spéciation naturelle est l'épinoche à trois épines, un poisson de mer qui, après la dernière période glaciaire, a envahi les eaux douces et a établi des colonies dans des lacs et des cours d'eau isolés. Sur environ 10 000 générations, les épinoches présentent de grandes différences, notamment des variations de nageoires, des changements dans le nombre ou la taille de leurs plaques osseuses, une structure de mâchoire variable et des différences de couleur.
Les wombats d'Australie se divisent en deux groupes principaux, les wombats communs et les wombats à nez poilu. Les deux types se ressemblent beaucoup, à part la pilosité de leur nez. Cependant, ils sont adaptés à des environnements différents. Les wombats communs vivent dans des zones forestières et mangent principalement des aliments verts très humides. Ils se nourrissent souvent pendant la journée. Les wombats à nez poilu vivent dans des plaines chaudes et sèches où ils se nourrissent d'herbe sèche contenant très peu d'eau ou de bonnes choses. Leur système métabolique est lent et ils dorment la majeure partie de la journée sous terre.
Lorsque deux groupes qui ont commencé la même chose deviennent assez différents, ils deviennent alors deux espèces différentes. Une partie de la théorie de l'évolution est que tous les êtres vivants ont commencé de la même façon, mais se sont ensuite divisés en différents groupes pendant des milliards d'années.