Pourquoi le vivant change : sélection naturelle, dérive et naissance des espèces

Les moustiques du métro de Londres se croisent à peine avec ceux de la surface. Des bactéries résistent à des antibiotiques qui les tuaient il y a vingt ans. Le vivant change, sous tes yeux, ni par magie ni par volonté : par quelques mécanismes simples, que tu vas pouvoir simuler avec un sac de jetons.

La biodiversité, à trois échelles

Les biologistes décrivent la biodiversité à trois niveaux : les écosystèmes (forêt, mare, récif corallien), les espèces (environ 2 millions décrites, sans doute plusieurs millions encore inconnues) et la diversité génétique au sein d'une espèce, c'est-à-dire la variété des allèles dans une population (les individus d'une même espèce vivant au même endroit). Cette biodiversité n'est pas figée : les fossiles montrent des espèces qui apparaissent, d'autres qui disparaissent, parfois en masse, comme les dinosaures non aviens il y a 66 millions d'années. Elle est une étape de l'évolution, pas son point final.

La sélection naturelle : le tri par le milieu

Charles Darwin publie en 1859 L'Origine des espèces. Son raisonnement tient en trois constats : dans une population, les individus varient (taille, couleur, résistance) — on sait aujourd'hui que ces variations viennent d'allèles nés de mutations ; une partie en est héréditaire ; dans un milieu donné, certaines donnent plus de chances de survivre et de se reproduire. Conséquence mécanique : à chaque génération, les allèles favorables sont transmis plus souvent, leur fréquence augmente. C'est la sélection naturelle : elle ne crée pas les variations, elle les trie.

Exemple travaillé : la phalène du bouleau, un papillon de nuit à forme claire ou sombre. En Angleterre, avant l'industrialisation, la forme sombre était rarissime. Quand la suie des usines a noirci les troncs, les papillons clairs sont devenus visibles pour les oiseaux ; près de Manchester, la forme sombre atteignait 98 % en 1895. Depuis les lois contre la pollution, les troncs ont retrouvé leurs lichens clairs et la forme sombre a reculé.

Autre exemple : sous antibiotique, les quelques bactéries qui portaient par hasard une mutation de résistance survivent seules, se multiplient et deviennent majoritaires. Elles ne « décident » rien : les autres sont simplement mortes. La sélection sexuelle en est une forme particulière : la queue du paon n'aide pas à survivre, mais les femelles choisissent les mâles les plus ornés, qui laissent plus de descendants.

La dérive génétique : le hasard pur

Imagine un sac de 5 jetons rouges et 5 bleus, les allèles d'une population. Pour fabriquer la génération suivante, tu tires 10 jetons au hasard avec remise : tu peux obtenir 7 rouges et 3 bleus, sans qu'aucune couleur ne soit « meilleure ». Recommence depuis ce nouveau sac : en quelques générations, une couleur peut disparaître. C'est la dérive génétique : une variation des fréquences alléliques due au seul hasard. Elle agit d'autant plus fort que la population est petite : avec 1 000 jetons, les fluctuations seraient minimes.

Deux situations l'amplifient : l'effet fondateur, quand quelques individus colonisent un nouveau territoire (une île) avec une partie seulement des allèles de l'espèce, et le goulot d'étranglement, quand une population s'effondre puis repart de quelques survivants : l'éléphant de mer du Nord, réduit à quelques dizaines d'individus par la chasse vers 1890, garde une diversité génétique très faible.

La spéciation : quand une population devient deux espèces

Une espèce, au sens biologique, est un ensemble d'individus capables de se reproduire entre eux et d'avoir une descendance fertile. Quand deux populations cessent d'échanger des gènes, chacune évolue de son côté, sous l'effet de la sélection naturelle (milieux différents) et de la dérive (hasards différents). Si l'isolement dure assez longtemps, elles finissent par ne plus pouvoir se croiser, même remises en contact : c'est l'isolement reproductif, la naissance de deux espèces. On parle de spéciation.

Le cas le plus fréquent commence par une barrière géographique : un bras de mer, une montagne, un fleuve. Les pinsons des Galápagos descendent d'un petit groupe venu du continent ; sur chaque île, la sélection a favorisé des becs adaptés aux graines locales, jusqu'à former une quinzaine d'espèces.

Répétés sur des millions d'années, ces mécanismes produisent de nouvelles espèces, puis de nouveaux groupes, et dessinent l'arbre de la vie.

À retenir

• La biodiversité se décrit à trois échelles : écosystèmes, espèces, allèles au sein des populations ; elle change au cours du temps.
• La sélection naturelle trie des variations héréditaires déjà présentes : les allèles qui favorisent la survie et la reproduction deviennent plus fréquents.
• La dérive génétique fait varier les fréquences des allèles au hasard, surtout dans les petites populations (effet fondateur, goulot d'étranglement).
• Une espèce regroupe des individus interféconds à descendance fertile ; la spéciation naît d'un isolement, souvent géographique, qui devient reproductif.

★ Pour aller plus loin

L'évolution se voit en direct. En 1971, dix lézards des ruines ont été déposés sur l'îlot croate de Pod Mrčaru ; trente-six ans plus tard, leurs descendants avaient une tête plus large, un régime bien plus végétarien et une structure digestive nouvelle.

Nous aussi, nous évoluons encore : l'allèle qui permet de digérer le lait à l'âge adulte s'est répandu en Europe en quelques milliers d'années, avec l'élevage laitier. Enfin, la définition de l'espèce a ses limites : l'ours polaire et l'ours brun peuvent avoir des descendants fertiles. Le vivant déborde toujours un peu nos catégories.

Sources pour creuser

• Charles Darwin, L'Origine des espèces (1859, nombreuses éditions de poche) : les premiers chapitres restent très lisibles.
• Guillaume Lecointre (dir.), Guide critique de l'évolution (Belin) : la référence, claire sur les idées reçues.
• Chaîne YouTube DirtyBiology (Léo Grasset) : nombreux épisodes sur la sélection naturelle et la spéciation.
• lumni.fr : vidéos de SVT sur l'évolution ; mnhn.fr (Muséum national d'Histoire naturelle) : ressources de la Grande Galerie de l'Évolution.