Pour en savoir plus

Des outils pour la classe

Sélection naturelle  

Un petit historique

La sélection naturelle selon Darwin (1809-1882)

La " sélection naturelle " permet à Darwin d’expliquer comment les espèces se différencient au cours des temps géologiques. Les fondements de cette théorie reposent sur ses observations au cours d’un tour du monde de 5 ans à bord du Beagle : l’étude de différentes espèces de pinsons des îles Galapagos montrait des adaptations de ces oiseaux à des environnements particuliers. Il publiera le célèbre " De l’origine des espèces… " en 1859 soit 23 ans après son voyage. 
En premier lieu Darwin remarque que la reproduction au sein des espèces devrait amener à une croissance exponentielle des individus. Pourtant les populations restent stables. A cela s’ajoute que les ressources naturelles sont limitées et plus ou moins constantes sur le long terme (abstraction des phénomènes saisonniers cycliques). Se basant sur un concept de Malthus (économiste qui a rédigé des essais sur la croissance des populations humaines) Darwin en déduit qu’il y donc un équilibre qui s’installe entre les populations et les ressources naturelles disponibles. Une nouvelle déduction découle de la première : une concurrence s’installe donc entre les êtres vivants. 
Un autre fait se rajoute à cette dernière déduction : dans une même population les individus sont différents (on parle aujourd’hui de variabilité allélique ou polymorphisme des espèces). Il en déduit qu’une population comporte donc des individus potentiellement plus adaptés que d’autres et que la mise en concurrence de ceux-ci amènera à sélectionner les plus aptes. Il y a donc une "sélection naturelle" qui va aboutir à une transformation graduelle des populations en sélectionnant des caractères favorables. La suite de ces transformations amenant à une spéciation, par "persistance des plus aptes". 
Darwin pondère son propos en ajoutant que tous les caractères ne sont pas pris en compte par une sélection naturelle : certains caractères sont favorables, d’autres nuisibles mais la plupart restent "insignifiants" (pas de prise de la sélection naturelle sur ces caractères qui vont donc persister). Les caractères sélectionnés vont alors se transmettre de façon héréditaire. 
Les principales nouveautés portent donc surtout sur une théorisation des causes évolutives , "la sélection naturelle", pour laquelle il apporte nombre de faits d’observations issues de ses voyages. Il se démarque aussi de Lamarck en considérant la possibilité de culs-de-sac évolutifs dans lesquels on voit disparaître des populations ou espèces que la sélection naturelle élimine. 

La théorie neutraliste

Motoo Kimura (1924-1994) complétera avec la " théorie neutraliste " avançant que les mutations aléatoires ne sont pas forcément soumises à la sélection naturelle et que l’évolution peut aussi être le fruit du hasard : en cela il propose une évolution non guidée, s’écartant de tout finalisme. Il y a donc une dérive génétique aléatoire expliquant le fort polymorphisme des populations.

Qu’est-ce qui est le plus couramment admis aujourd’hui ?

On ne peut plus considérer la " sélection naturelle " comme une cause véritable de l’évolution, mais certains mécanismes décrits par Darwin restent tout à fait scientifiquement recevables (à la lumière des connaissances actuelles). 
Darwin se trompe quand il dit que l’environnement " oblige " les organismes à s’adapter et donc créé de l’innovation : il reste dans l’idée que " la fonction créé l’organe " de Lamarck et pense également que les adaptations réussies par des organismes au cours de leur existence se transmettent à la descendance (ce qui paraît aujourd’hui non recevable puisque les découvertes en génétique ont montré que, globalement, il ne doit pas y avoir de transmission héréditaire de caractères acquis). 
Darwin a raison de donner un rôle à l’environnement dans la sélection de certains caractères : il y a manifestement des formes de vie plus adaptées que d’autres dans un environnement donné. Par contre la question était de savoir si l’environnement avait le " pouvoir " de transformer les êtres vivants.
Enfin, mais Darwin le disait déjà, toutes les attributions ne sont pas soumises à sélection : des formes ne présentent ni avantage, ni inconvénient dans un environnement donné, on dirait aujourd’hui que la majorité des allèles (issus des mutations) sont neutres, ce qui explique la grande diversité intraspécifique. Si toute caractéristique était soumise à une sélection naturelle, les formes de vie auraient une tendance à toutes se ressembler et on n’observerait pas l’actuelle diversité. 

La sélection agit donc, à la manière d’un filtre, sur quelques caractères dont l’existence initiale repose totalement sur le hasard des mutations qui les ont fait apparaître. La " sélection naturelle " n’est donc pas la cause de l’évolution mais le tamis sélectif réduisant la diversité possible des formes de vie issues du hasard et des aléas de la génétique.

Un exemple théorique 

Une mutation affecte un gène, faisant apparaître ainsi deux allèles (versions différentes) de ce gène. Chaque allèle est à l’origine de deux phénotypes différents. Il y a donc eu une innovation génétique, causée au hasard par une mutation qui a pour conséquence une augmentation de la diversité.
Cette diversité est observable mais elle diffère selon les environnements. Il y a donc un filtre.
Si les deux phénotypes sont placés dans un environnement 1, défavorable au phénotype 2 : au bout de plusieurs générations, seul le phénotype 1 s’observera dans cet environnement. La mutation n’ est donc pas neutre.
Si les deux phénotypes sont placés dans un environnement 2, ni défavorable, ni favorable pour les deux phénotypes : au bout de plusieurs générations, les deux phénotypes perdurent. La mutation est neutre.
Si les deux phénotypes sont placés dans un environnement 3, défavorable au phénotype 1 : au bout de plusieurs générations, seul le phénotype 2 s’observera dans cet environnement. La mutation n’ est donc pas neutre.

Comme on le voit une mutation n’est pas favorable ou défavorable, à priori. Cela montre bien l’aspect aléatoire de la mutation, non seulement en tant que cause mais également dans ses conséquences : ce sont les mutations qui sont à l’origine de la diversité. Cela montre que l’environnement ne provoque pas une évolution des formes de vie mais exerce une pression sélective qui peut aboutir à une diminution de la diversité (environnements 1 et 3 de l’exemple) ou bien à son maintien (environnement 2).

Cet aspect du rôle de l’environnement est d’ailleurs subtilement exploité par les néo-créationnistes : le filtre environnemental, en sélectionnant certains phénotypes plutôt que d’autres, donne l’illusion d’une évolution guidée, dirigée et qu’il existe donc une forme de finalisme (si finalité il y a, alors elle est d’essence divine).

Il n’y a aucune finalité, on voit bien qu’il y a tout d’abord un hasard (c’est ce hasard que les créationnistes refusent le plus, en fait), puis une sélection non guidée : l’évolution est hasardeuse et opportuniste, elle n’obéit à aucune " feuille de route ".

Trois exemples de pression sélective environnementale

La Phalène du Bouleau

Les évolutions rapides constatées au sein des populations des phalènes du bouleau,  mises en relation avec des facteurs environnementaux et une pression de prédation, représentent un exemple souvent utilisé pour illustrer la sélection naturelle. Cet exemple peut être partiellement remis en cause pour deux raisons principales :

• le mélanisme intervient également dans la thermorégulation de ces insectes : ce n'est donc pas qu'un facteur de camouflage

• les premières études sont statistiquement discutables (méthodes de comptage à revoir) 

Mais :

• il a été constaté le même phénomène d'évolution des populations chez d'autres insectes

• une étude récente est en cours, tenant compte de meilleures méthodes de comptage : elles semblent appuyer l'idée d'une sélection naturelle rapide par pression de prédation.

Drépanocytose et environnement à paludisme

La drépanocytose est une maladie due à la présence d'hémoglobine anormale dans les globules rouges. C'est une mutation ponctuelle du gène codant pour la chaîne b de l'hémoglobine qui provoque l'apparition de l'allèle HbS (HbA étant l’allèle normal).
Les humains étant des organismes diploïdes, ils ont tous leurs chromosomes en double exemplaire. En conséquence, chacune de nos cellules possède deux fois le gène permettant la fabrication de la chaîne b de l'hémoglobine. Par contre la version de ce gène, l’allèle, n’est pas obligatoirement la même d’un chromosome à l’autre, donc trois cas sont possibles :  

• Une personne avec les deux allèles " sains " : cette personne est normale et transmet toujours un allèle HbA à sa descendance.

• Une personne avec l’allèle HbA et l’allèle HbS : cette personne est " porteuse saine ", c'est-à-dire qu’elle ne développe pas la maladie mais est susceptible de transmettre l’allèle HbS à sa descendance (un risque sur deux)

• Une personne avec les deux allèles HbS sera malade et la maladie est le plus souvent mortelle avant la puberté. 

Statistiquement, la drépanocytose étant une maladie mortelle avant que les porteurs malades ne puissent se reproduire, l’allèle HbS devrait disparaître avec le temps, la mutation étant clairement défavorable. En fait, elle ne devrait même plus exister. Pourtant cette maladie, qui cause des ravages sur le continent africain principalement, perdure.

On peut donc envisager que la mutation est défavorisante dans certains environnements mais qu’elle peut aussi conférer un avantage dans d’autres environnements.
On remarque que la drépanocytose est maintenue dans les régions où sévit le paludisme, maladie qui n’a rien d’héréditaire puisqu’il s’agit d’une maladie parasitaire transmise par l’anophèle. Quel lien entre drépanocytose et paludisme ?
Les individus homozygotes porteurs de l’allèle HbS ne sont pas plus avantagés dans un environnement à paludisme que dans un environnement dépourvu de ce fléau : la maladie est mortelle. Par contre il a été constaté que les individus hétérozygotes pour le gène de la béta-globine (individus porteurs à la fois de l’allèle HbA et HbS) sont davantage protégés contre le paludisme que les individus homozygotes " sains ", porteurs de l’allèle HbA uniquement. Il en résulte dans les zones à paludisme :

• Une mortalité des homozygotes HbS // HbS (pression de sélection négative de la mutation)

• Une plus forte mortalité des homozygotes HbA // HbA que des hétérozygotes HbA // HbS (pression de sélection négative du paludisme compensée par une pression de sélection positive de la mutation pour les hétérozygotes)

• Donc l’allèle HbS est maintenu dans les populations vivant en zone de paludisme.

Comme on le voit la même mutation a des conséquences différentes ou convergentes selon les environnements : on comprend ainsi un des mécanismes expliquant qu’à partir d’une population originelle, on aboutit à deux populations (séparées géographiquement) présentant des fréquences d’allèles différentes.