Variation et hérédité

Dans une étude menée en Jordanie, 26.1 pour cent des gènes du groupe sanguin ABO portaient l'allèle A ; une variation d'un tel chiffre correspond à ce que les biologistes appellent l'évolution.

La sélection naturelle ne peut agir que sur les différences entre individus, et seulement sur celles qui sont héréditaires. Un enfant qui grandit grâce à une bonne alimentation n'aura pas des enfants plus grands pour cette raison. Un muscle développé à la salle de sport ne se transmet pas non plus à la génération suivante. Darwin et Wallace savaient qu'une grande partie de la variation était héréditaire, mais ignoraient comment. La réponse était déjà publiée : Gregor Mendel avait présenté ses expériences sur les pois en 1866, quelques années après L'Origine, mais presque personne ne les lut avant 1900. Dans les années 1940, les biologistes réunirent la génétique de Mendel et la sélection de Darwin : cette association est appelée théorie synthétique de l'évolution.

D'où vient la nouvelle variation ?

Il existe deux sources principales. La mutation, une modification de l'ADN, est la seule source d'allèles entièrement nouveaux. Elle peut diminuer les chances de survie ou de reproduction d'un organisme, les augmenter ou ne rien changer ; dans ce dernier cas, on parle de mutation neutre, et beaucoup de mutations le sont. La reproduction sexuée est la seconde source. Elle ne crée pas de nouveaux allèles, mais chaque ovule et chaque spermatozoïde contient une combinaison différente des allèles du parent : chaque descendant reçoit donc une combinaison nouvelle. Chez les animaux, une limite s'impose : une mutation dans une cellule de la peau ou du foie reste dans cet organisme. Seuls les changements dans les cellules à l'origine des ovules ou des spermatozoïdes peuvent atteindre la génération suivante.

L'expérience ci-dessous commence avec 100 coléoptères fictifs, tous de teinte intermédiaire, et des oiseaux qui ignorent la couleur (pression de sélection 0). Appuie plusieurs fois sur Génération suivante. Les mutations produisent quelques coléoptères plus clairs et plus foncés. Sans sélection, leurs proportions fluctuent au hasard d'une génération à l'autre. Augmente ensuite la pression de sélection : les barres tendent alors vers la couleur de l'écorce.

Compter les allèles dans une population

La génétique des populations étudie une population entière plutôt qu'une seule famille. La fréquence allélique est la proportion des copies d'un gène qui correspondent à un allèle donné dans la population. OpenStax fournit un exemple réel : une étude jordanienne a relevé les allèles du groupe sanguin ABO à 26.1 pour cent pour A, 13.4 pour cent pour B et 60.5 pour cent pour O, soit 100 pour cent au total. En génétique des populations, l'évolution est une modification des fréquences alléliques au fil des générations. La sélection naturelle en est un mécanisme. La dérive génétique en est un autre : c'est un changement dû au seul hasard, particulièrement marqué dans les petites populations. Lorsque quelques individus fondent une population, sur une île par exemple, la répartition de leurs allèles peut différer de celle de la population d’origine : ce cas particulier s'appelle l'effet fondateur.

Une population qui ne change pas

Au début des années 1900, le mathématicien Godfrey Hardy et le médecin Wilhelm Weinberg décrivirent une population sur laquelle aucun facteur de changement n'agit. Notons p la fréquence d'un allèle et q celle de l'autre : p + q = 1. Si les partenaires s'apparient au hasard, les fréquences des génotypes sont p² pour les homozygotes dominants, 2pq pour les hétérozygotes et q² pour les homozygotes récessifs ; ainsi, p² + 2pq + q² = 1. Le modèle suppose une immense population sans mutation, migration ni sélection. Aucune population réelle ne remplit toutes ces conditions, et c'est justement son intérêt : si les effectifs observés diffèrent des prévisions, un facteur agit sur la population. Dans l'exemple d'OpenStax, une population de 500 plantes a une fréquence p = 0.8 pour l'allèle violet V et q = 0.2 pour l'allèle blanc v. Le modèle prévoit 0.64 × 500 = 320 plantes VV, 0.32 × 500 = 160 plantes Vv et 0.04 × 500 = 20 plantes vv.

Les populations qui changent rapidement en offrent une application concrète. Les virus de la grippe se multiplient vite et mutent souvent : les souches en circulation changent donc d'une année à l'autre. Chaque année, les scientifiques étudient leur évolution et choisissent celles du prochain vaccin. C'est pourquoi le vaccin de l'année précédente peut mal protéger cette année.