Biologie · Chapitre 6 · Fiche 4/7

Les deux moteurs : la mutation crée au hasard, la sélection trie

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1L'équation de l'évolution : deux moteurs, un support

Communément, « évolution » veut dire « le vivant se transforme au cours du temps ». C'est vrai, mais ça n'explique rien : pourquoi se transforme-t-il ? La réponse tient en une équation qui structure tout le chapitre.

Formule1.1l'équation qui résume tout le chapitre

\underbrace{\text{MUTATION}}_{\substack{\text{crée la variation}\\ \text{\itshape au hasard}}} \ \xrightarrow{\qquad}\ \underbrace{\text{SÉLECTION}}_{\substack{\text{trie la variation}\\ \text{\itshape pas au hasard}}} \ \xrightarrow{\qquad}\ \underbrace{\text{ÉVOLUTION}}_{\substack{\text{la population}\\ \text{\itshape change}}}

où :

Mutation — une modification de l'ADN, apparue par hasard. C'est le premier moteur : il produit de la nouveauté, sans but.
Sélection — l'environnement laisse survivre et se reproduire les variants les plus adaptés, élimine les autres. C'est le second moteur : il trie, de façon orientée.
Évolution — le résultat : au fil des générations, la composition de la population change (certaines versions de gènes deviennent plus fréquentes, d'autres disparaissent).

Retiens l'image des deux moteurs, car c'est le cœur de tout : un moteur qui crée au hasard (la mutation) et un moteur qui trie sans hasard (la sélection). Les confondre est la faute classique du concours.

Le support matériel : ADN, gène, allèle

Avant de parler de mutation, il faut savoir ce qui mute. Tout part d'une seule molécule.

Définition1.1ADN, la molécule de l'hérédité

L'ADN est la molécule qui contient toute l'information biologique d'un être vivant. On l'appelle le support de l'hérédité parce qu'il est transmis de génération en génération : les parents lèguent leur ADN à leurs descendants.

Définition1.2gène et allèle

Un gène est une portion d'ADN qui code une protéine précise. Cette protéine assure un caractère (une propriété biologique) jouant un rôle dans le fonctionnement de la cellule, donc de l'organisme.
Un allèle est une version d'un gène. Deux allèles = deux séquences d'ADN légèrement différentes = deux versions d'un même caractère (p. ex. deux couleurs d'yeux pour le gène « couleur de l'iris »).

La chaîne de causalité qui relie l'ADN au vivant visible est la clé pour comprendre comment une mutation peut avoir un effet — ou aucun.

De l'ADN au vivant observable : un gène fabrique une protéine, qui assure un caractère, qui compose le phénotype.

Formule1.2du gène au phénotype, et jusqu'à la survie

\text{gène (ADN)} \to \text{protéine} \to \text{caractère} \to \text{phénotype} \to \text{valeur sélective}

où :

chaque flèche « $\to$ » = une étape où l'information est traduite vers un niveau plus concret ;
phénotype = l'ensemble des caractères observables d'un individu ;
valeur sélective (ou fitness) = la capacité d'un individu, avec ce phénotype, à survivre et à se reproduire dans son milieu.

Lecture : une mutation touche l'ADN à gauche ; c'est tout à droite, sur la valeur sélective, que la sélection « juge » le résultat.

Remarque

On lit parfois « évolution » comme un progrès vers le « mieux ». Faux. L'évolution n'a pas de but ni de direction planifiée : c'est seulement le changement de composition d'une population, sous l'effet mécanique de nos deux moteurs.

2Premier moteur — la mutation crée de la variation, au hasard

Définition2.1mutation

Une mutation est une modification de l'ADN portant sur un ou quelques nucléotides. C'est la seule source de nouveauté génétique : sans mutation, aucun nouvel allèle, donc rien à trier — pas d'évolution.

L'ADN est très stable et la cellule possède des mécanismes de correction qui réparent la plupart des erreurs. Malgré cela, des modifications passent. Elles ont deux origines.

Origine 1 — les agents mutagènes

Définition2.2agent mutagène

Un agent mutagène est un facteur extérieur capable d'endommager l'ADN et donc de provoquer des mutations. Les principaux : les rayons ultraviolets (UV) du Soleil, la radioactivité, le tabac et divers produits chimiques.

Exemplepourquoi les UV ont façonné les débuts de la vie

Aujourd'hui, une couche d'ozone filtre une grande partie des UV solaires. Mais l'ozone ( $\ce{O3}$ ) se forme à partir du dioxygène ( $\ce{O2}$ ) : au début de l'histoire de la vie, l'atmosphère contenait très peu de $\ce{O2}$ , donc peu d'ozone. Les cellules primitives étaient peu protégées et recevaient énormément d'UV. Résultat : des mutations nombreuses, donc une explosion de variété génétique — le carburant des premiers pas de l'évolution.

Origine 2 — les erreurs de réplication

Chaque fois qu'une cellule se divise, elle doit d'abord copier tout son ADN. Cette copie a lieu en phase S de l'interphase (la phase qui précède la mitose ou la méiose). Copier, c'est risquer de se tromper.

Propriété2.1la réplication est semi-conservative — et faillible

Les deux brins de la double hélice parentale se séparent ; chacun sert de modèle pour construire un nouveau brin complémentaire (règle $\ce{A}$ – $\ce{T}$ , $\ce{G}$ – $\ce{C}$ ). Chaque molécule fille est donc faite d'un brin ancien + un brin nouveau : on dit la réplication semi-conservative. Une erreur de copie non corrigée devient une mutation transmise aux cellules filles.

Réplication semi-conservative : chaque brin ancien guide un brin nouveau. Si la copie se trompe et que la faute n'est pas réparée, une mutation naît.

Exemplel'ampleur de la tâche

Le génome humain compte environ $3$ milliards de paires de bases. Recopier une telle longueur à chaque division cellulaire, des milliards de fois dans un corps, garantit que quelques erreurs échapperont toujours aux correcteurs. La mutation n'est donc pas un accident rare et bizarre : c'est une conséquence inévitable de la copie de l'ADN.

Propriété2.2la mutation est aléatoire et non orientée

Une mutation survient au hasard, sans « savoir » ce qui serait utile à la cellule ou à l'organisme. Elle peut tomber n'importe où, être bénéfique, neutre ou nuisible — indépendamment du besoin. C'est ce hasard qui fait de la mutation le moteur qui crée, et non celui qui choisit.

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3. Types de mutations et conséquences sur la protéine
4. Somatique ou germinale : qui hérite de la mutation ?
5. Second moteur — la sélection trie ce qui préexiste
… et 1 de plus

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