Biologie moléculaire/Evolution/Sélection naturelle - Comment ?

[Vat02]

Bonjour / Bonsoir,

Ca fait plusieurs années que des questions sans réponse me tracassent, à propos de l’évolution des espèces et donc étant en lien (ou pas toujours justement ?) à la sélection naturelle.
J’ai lu / eu des cours assez vagues sur le sujet qui ne m’ont jamais permis d’avoir un avis clair sur la situation.

Mes connaissances en la matière restent tout à fait (trop) faibles, et je me tourne donc vers ce forum de savants pour m’éclairer, et pourquoi pas m’introduire des mots qualifiant certains phénomènes génétiques que j’aborde sans le savoir.

Je vais ici transcrire mon raisonnement (désordonné je m’en excuse) sur le sujet, et j’aimerais cher lecteur qu’on me dise où il y a problème dans le raisonnement que j’adopte.

Donc un résumé de mes connaissances et de mon raisonnement avec des mots tout simples :

Les mutations génétiques sont aléatoires, et sont soumises à la sélection naturelle Cette dernière sélectionne par la « loi du + fort » ou la « loi de la mutation la + optimale pour vivre le + facilement possible (ou presque)».

La vie sur terre est apparue dans la mer (le bon vieux LUCA).

-LUCA se reproduit (ainsi que ses descendants ; mitose / méiose, etc..)
-Les descendants de LUCA se métamorphosent au fil des millénaires via des mutations génétiques aléatoires.
-Puis, des mutations génétiques aléatoires permettent à certains de vivre hors de l’eau (dès lors la vie apparaît sur la vraie terre, la terre battue !)
-Les années passent, les mutations aléatoires font leur boulot, des espèces nouvelles (et toujours + complexes) se dessinent.
-L’homme (homo sapiens) est finalement si bien génétiquement programmé (ses ancêtres ont donc subit des si bonnes mutations) qu’il envahit la planète ! :’(

Déjà première question, est-ce que je n’ai pas trop souvent utilisé le terme « aléatoire » ?

Ensuite, j’utiliserai un caractère connu qui me passe par l’esprit pour illustrer ma question :

On a tendance à (se) dire qu’une personne qui se rend obèse au cours de sa vie donnera une descendance prédisposée à être obèse.

De plus, la méiose produit les cellules sexuelles qui permettent la reproduction. C’est donc seulement le programme génétique que contiennent ces cellules sexuelles qui déterminera le phénotype du descendant. Une mutation génétique, pour qu’elle se transmette, doit donc avoir lieu lors de la création de ces cellules sexuelles.

Alors, un gars qui mange comme un porc (admettons), dont le tissu adipeux se sur-développe, ses adipocytes subissent une hypertrophie, une hyperplasie, ok. Mais comment est-ce que cette capacité à s’hyperplasier, s’hypertrophier, peut se « graver » dans le programme génétique de ses cellules sexuelles qui n’ont à priori rien à voir (anatomiquement parlant) avec cette « information environnementale » ?

Donc finalement, pourquoi est-ce qu’un mec nouvellement obèse, donnera un enfant obèse (ou prédisposé à l’être) ? Car là on ne peut plus parler de « stochastisme » !
; si tant est que cette proposition est vraie, mais ce n’est qu’un exemple parmi tant d’autres.

Donc + généralement, comment est-ce qu’un caractère phénotypique acquis chez un individu grâce/à cause de son environnement, peut se retrouver dans ses cellules sexuelles et ainsi les transmettre à sa descendance ?

Et donc avec tout cet aléatoire qui a par exemple permis à des êtres vivants de sortir de l’eau, n’y a-t-il vraiment pas à un moment donné, une empreinte environnementale « si forte » qu’on pourrait établir une relation telle que : le phénotype implique la génétique, plutôt que la génétique implique le phénotype ?

Comment et pourquoi notre phénotype évolue-t-il si progressivement ?

Enfin, à vous puristes de la génétique et de l’évolution, je vous prie de m’excuser pour mon ignorance en la matière qui doit probablement induire de grossières erreurs

Bref, expliquez-moi , résumez-moi, en vous pliant à ma façon de penser car j’avoue ne pas comprendre en profondeur tout ce que je peux lire autre part concernant le sujet..

Un grand merci
-----

[Loupsio]

Salut a toi,

Donc finalement, pourquoi est-ce qu’un mec nouvellement obèse, donnera un enfant obèse

Si on met de coté l'épigénétique, qui n'est pas majoritairement responsable dans ce genre de cas, la culture a un impact beaucoup plus fort que la génétique,
cette personne qui mange beaucoup trop va non seulement donner les mêmes proportions en terme de repas a son enfant qu'a lui même, il mangera naturellement plus que si il était élevé par quelqu'un au régime plus léger, mais en plus il va prendre les mêmes habitudes (plusieurs grignotages par jours, achat de même type de nourriture plus tard...) ce n'est donc pas parce que son père ou sa mère est obèse qu'il le deviendra, c'est parce que son père ou sa mère mange trop et que son enfant va suivre le même chemin que l'enfant deviendra obèse,
il ne nait pas obèse génétiquement juste parce que son père ou sa mère (anciennement de corpulence normale) se met a manger de façon disproportionnée et grossir, un peu avant la naissance de son enfant
c'est ici culturel, pas génétique

Déjà première question, est-ce que je n’ai pas trop souvent utilisé le terme « aléatoire » ?

Non, pas spécialement, en génétique l'aléatoire au niveau mutationel est responsable de nombreux changements

Comment et pourquoi notre phénotype évolue-t-il si progressivement ?

parce que nous possédons des systèmes de réparations limitant les modifications du génome (pas a 100% mais ca limite) et que sur toutes les mutations qui peuvent se produire toutes ne seront pas bénéfiques

le phénotype implique la génétique, plutôt que la génétique implique le phénotype ?

le phénotype ne peut pas impliquer le génotype, puisqu'il en est issu, mais Lamarck avait envisagé que l'environnement puisse influencer directement le génotype (en très simplifié: nécessité d'avoir un grand cou ---> allongement du cou ---> naissance des girafes) mais ca n'a pas été validé

[toothpick-charlie]

La vie sur terre est apparue dans la mer (le bon vieux LUCA).

LUCA n'est pas le premier être vivant. C'est le dernier ancêtre commun à tous les êtres vivant actuellement.

On a tendance à (se) dire qu’une personne qui se rend obèse au cours de sa vie donnera une descendance prédisposée à être obèse.

je ne sais pas si c'est vrai. Mais si tu admets qu'il existe une prédisposition à être obèse, et si cette prédisposition est héritable, alors une personne obèse aura en effet tendance à avoir des enfants obèses, mais ce n'est pas le fait qu'elle mange comme un porc (pour te citer) qui rendra ses enfants obèses, c'est juste qu'il auront hérité des mêmes gènes.

Bref, expliquez-moi , résumez-moi, en vous pliant à ma façon de penser car j’avoue ne pas comprendre en profondeur tout ce que je peux lire autre part concernant le sujet..

et pourquoi est-ce qu'on se plierait à ta façon de penser?

[shmikkki]

Bonjour à tous,

Les mutations génétiques sont aléatoires, et sont soumises à la sélection naturelle Cette dernière sélectionne par la « loi du + fort » ou la « loi de la mutation la + optimale pour vivre le + facilement possible (ou presque)».

Premier point: Toutes les mutations ne sont pas soumises à la sélection naturelle. Certaines sont qualifiées de mutations synonymes (ce qui veut dire que le changement de nucléotide sur l'ADN n'est pas suivit par un changement d'acide aminé sur la protéine associée à ce gène. Cela est dû à la redondance du code génétique)

Deuxième point: La sélection naturelle ne sélectionne pas le plus fort, ni celui qui vit le plus facilement possible. La sélection, comme son nom l'indique, est une sélection entre les individus. C'est à dire que la force de sélection dépend principalement des autres. Ce qui veut dire par exemple qu'un individu avec un phénotype particulier qui vit dans un milieu X, peut être sélectionné (avantagé) dans la population A, mais peut être pas dans la population B (alors que c'est le même milieu X). Cela dépend des autres individus.

La vie sur terre est apparue dans la mer (le bon vieux LUCA).

A l'époque il devait y avoir plein de "LUCA".
LUCA est un ancêtre hypothétique. Mais rien n'indique qu'un jour dans les fossiles on ne trouve pas un "autre LUCA" (dont les descendants ne nous seront pas parvenus, car peut être moins compétitif que LUCA).

Déjà première question, est-ce que je n’ai pas trop souvent utilisé le terme « aléatoire » ?

Non, mais je vais rajouter une petite autre notion, qui est souvent oubliée: Une espèce peut "évoluer" sans forcément l'apparition d'une nouvelle mutation (je passe volontairement sur la dérive génétique). Je m'explique: Il suffit du'un changement d'environnement de l'espèce. Cela va occasionner de nouvelle pressions de sélection (les donnée du jeux auront été changées on peut dire). Donc certains types de variants (déjà présent, mais en très petite quantité) seront sélectionnés. Et au final, c'est toute l'espèce qui va se retrouver métamorphosée, sans l'apparition d'une mutation génétique.

On a tendance à (se) dire qu’une personne qui se rend obèse au cours de sa vie donnera une descendance prédisposée à être obèse.

Je plussoie Loupsio ... Evolution culturelle.

Donc + généralement, comment est-ce qu’un caractère phénotypique acquis chez un individu grâce/à cause de son environnement, peut se retrouver dans ses cellules sexuelles et ainsi les transmettre à sa descendance ?

Là aussi, voir avec l'épigénétique (en développement encore).

le phénotype ne peut pas impliquer le génotype, puisqu'il en est issu, mais Lamarck avait envisagé que l'environnement puisse influencer directement le génotype (en très simplifié: nécessité d'avoir un grand cou ---> allongement du cou ---> naissance des girafes) mais ca n'a pas été validé

Lamarck .... ET Darwin. (La théorie de l’évolution de Darwin n'avait pas encore de réelle théorie de l'hérédité ... et il croyait lui aussi comme Lamarck a une sorte d’hérédité des caractères acquis.
Pour changer ça il va falloir attendre la fin du XIX siècle, avec Weismann qui sera le premier à montrer la séparation de la lignée somatique et la ligné germinal, et la seul transmission à la descendance seulement de la lignée germinale.

Attention aussi à l'exemple de la girafe, qui est souvent utilisé pour illustrer le transformisme et qui n'a pourtant jamais été utilisé par Lamark lui même

[A voir en vidéo sur Futura]

[mh34]

Bonsoir.
Juste ça :

On a tendance à (se) dire qu’une personne qui se rend obèse au cours de sa vie donnera une descendance prédisposée à être obèse.

L'obésité peut parfaitement être un marqueur d'une anomalie génétique ( et c'est d'ailleurs plus fréquemment le cas que ce qu'"on" imagine).

[toothpick-charlie]

Mais rien n'indique qu'un jour dans les fossiles on ne trouve pas un "autre LUCA" (dont les descendants ne nous seront pas parvenus, car peut être moins compétitif que LUCA).

ben non, par définition les ancêtres de LUCA nous sont parvenus...

[shmikkki]

ben non, par définition les ancêtres de LUCA nous sont parvenus...

Oui ...
Je me rends compte de la bêtise que j'ai écrite ...
Je voulais appuyer le fait que à l'époque de "LUCA" d'autres organismes similaires devaient exister (et ont eut peut être des descendants, et même des lignées entière), et LUCA n'est pas le premier être vivant (comme intuitivement on se le représente).

[Cliolamuse]

Bonjour,

je ne m’appesantirais pas sur ce qui a déjà été dit à propos de ton lancement, Vat02 (LUCA, "pliage à ton mode de pensées", mélange Lamarckisme/Darwinisme, etc...). Ton exemple "une personne qui mange comme un porc --> obèse" est je trouve très mal choisi et énoncé,... mais soit.

Je vais donc, si vous me le permettez, le prendre (l'exemple) à contre-pied: une personne qui est obèse à de fortes chances d'avoir DÉJÀ des gènes de prédisposition à l'obésité (et je ne parle pas forcément de diabète de type II). Les facteurs environnementaux, à savoir, par exemple, ici, le fait qu'elle mange beaucoup, font que la personne "exprime" ces gènes (c'est affreusement raccourci mais l'idée est là je crois). --> Donc cette personne transmettra ses gènes à sa descendance et si, et seulement si, elle leur transmet aussi ses habitudes alimentaires, alors sa descendance a de fortes chances d'être elle aussi obèse. Est-ce que çà répond à ta question de "phénotype transmis"?

De plus, je tiens à rappeler que pour faire UN individu, il faut DEUX autres individus (eh oui, nous ne sommes qu'en 2013 que voulez-vous! ...). Donc deux génomes différents. Et que c'est souvent la combinaison des deux qui aboutit à quelque chose de nouveau,je me trompe?

[Vat02]

Un grand merci pour toutes vos réponses. J'ai plus ou moins potassé tout ça et en effet j'en tire une notion qui m'éclaircit le sujet (même si toujours "en développement") : L'épigénétique

Reste toujours que je n'ai pas encore bien saisi comment les phénomènes conduisant à l'épigénétique qui "se passent" dans la lignée somatique des cellules, peut intégrer la lignée germinale et ainsi se transmettre. J'ai alors via wikipédia pu lire la notion de "Rétrotranscription dans les cellules germinales" mais je cite wikipédia : "Ces découvertes remettent en cause la séparation entre les cellules germinales et le soma admise depuis les travaux de Weismann" (http://fr.wikipedia.org/wiki/Transmi...3%A8res_acquis)

Enfin, quelqu'un aurait-il la volonté de me résumer (très schématiquement) par exemple le passage de la vie aquatique à terrestre, ponctué de notions de génétique et d'anecdotes personnelles pourquoi pas Mais vraiment ne vous embêtez pas trop pour moi

[Loupsio]

Enfin, quelqu'un aurait-il la volonté de me résumer (très schématiquement) par exemple le passage de la vie aquatique à terrestre, ponctué de notions de génétique et d'anecdotes personnelles pourquoi pas

c'est a dire?
cela s'est fait a coup de mutations, de survie et de gènes répandus dans le pool
un poisson qui acquière (pas du jour au lendemain bien sur, je parle d'un lignée qui au fur et a mesure...) la possibilité de respirer (de façon non optimale) à l'air libre, puis ses nageoires voient leur structures modifiés au fil des génération, apprend a ramper sur le sol, puis a se séprarer complètement du monde aquatique...
tu voulais du schématiquement, en voila, pour les notions de génétique je ne vois pas ce que tu recherches,

[Vat02]

puis ses nageoires voient leur structures modifiés au fil des génération, apprend a ramper sur le sol, puis a se séprarer complètement du monde aquatique...
,

A l’échelle biomoléculaire ça se traduit comment ce "voient" et ce "apprend" ?

[shmikkki]

Oui, je ne vois pas ce que Loupsio pourrait dire de façon plus schématique...

On a du mal à se représenter ce genre de mécanisme car ça nous parait absurde ("d'un coup des poumons et des pattes qui poussent, mais c'est dingue!". Mais faut bien se rendre compte que l'évolution c'est purement et simplement de l'essaie / erreur. La Nature essaye (mutation), et elle a aussi un formidable contrôle qualité (la sélection). Au final ce n'est pas très efficace, mais elle s'en fout, elle a le temps!

[Vat02]

En admettant une mutation qui provoque une malformation structurelle : un doigt au milieu du bras d'un nouveau-né. Cette mutation est transmissible, cet individu la transmet à sa descendance. Cette mutation est à priori peu contraignante... Qu'est-ce qui fait qu'au fil des générations / du temps , ce doigt va disparaître pour redonner une forme normale et optimale de ... bras .. sans ce doigt ?

[shmikkki]

La réponse est simple: Dérive génétique
Regarde aussi par exemple les sujet en dynamique adaptative: Dans le passage 4.2

Bref, donc, une mutation qui arrive dans un individu et qui lui confère un doigt au milieu du bras, ok.
Tu es d'accord qu'il a 50% de chances de transmettre la mutation à sa descendance?
Et que sa descendance a elle aussi 50% de chances de transmettre ce caractère à la sienne. Et ainsi de suite.

Bref, c'est ce que l'on appelle la dérive génétique. C'est un concept qui illustre le fait qu'on ne passe que 50% de ses allèles à ses enfants. Ce qui veut dire qu'une mutation qui arrive dans une population et qui est neutre n'est soumise qu'à la dérive génétique (et non à la sélection car elle est neutre). Elle a donc très très peu de chance statistiquement parlant de s'étendre dans la population.
(Imagine une boule rouge qui arrive dans un monde ou il y a 99 boules jaunes. Et à chaque tirage elle a 50% de chances de se transmettre et 50% de disparaître. Je peux t'assurer qu'en l'espace de quelque tirage (des générations) il ne restera plus aucune boule rouge).

[Amanuensis]

Si on considère une population sexuée de taille stable avec exactement deux descendants par individu, et des générations sans chevauchement, une mutation neutre chez un individu unique dans une génération a 3 chances sur 4 d'être présente dans la génération suivante, dont 1 sur 4 deux fois, et 1 sur 2 une seule fois.

La probabilité qu'elle se fixe (que la mutation devienne la principale version) dépend de la taille de la population. Mais même avec une grande population, la probabilité de disparaître au premier coup est 1/4, au deuxième ou avant 25/64, etc. Si par quelques générations on entend deux ou trois, faudrait pas miser de trop grosses sommes sur la disparition!

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Plus généralement, si une mutation unique disparaissait systématiquement en quelques générations, on se demande bien comment on pourrait faire des arbres phylogénétiques à partir d'un bout d'ADN considéré comme neutre! Si on prend les versions de l'ADN mitochondriale d'une espèce, on peut sans difficulté dire que la plupart sont issues d'une personne unique où s'est passé une mutation amenant à différencier la version des autres (c'est l'idée même derrière faire de la phylogénie avec les variations génétiques). La probabilité faible mais non nulle qu'une mutation neutre devienne statistiquement significative est compensée par le grand nombre de telles mutations.

[shmikkki]

Plus généralement, si une mutation unique disparaissait systématiquement en quelques générations, on se demande bien comment on pourrait faire des arbres phylogénétiques à partir d'un bout d'ADN considéré comme neutre!

Parce que bien souvent il sont neutre maintenant. Mais on ne sait pas si ils l'étaient avant. Même le test mutation synonyme / non synonyme pour voir si un gène est sous sélection n'est pas efficace et et remis en cause à l'heure actuelle.
La preuve est que l'ADN mitochondrial (qui n'est pas neutre dans son ensemble, on ne le connait pas encore très bien) et l'ADN nucléaire "neutre" (censé être neutre) ne raconte pas les même histoires phylogénétiques (et ils le devraient, s'il sont neutre, et par le principe de l'horloge moléculaire).

Pour revenir à la dérive, effectivement tu fais bien de le remarquer, la disparition de la mutation après quelque génération pour une grosse population est peu probable. Par contre, tôt ou tard, elle disparaîtra c'est certain (sans sélection).
Je me rappelle de TP de simulation ou on simulait l'apparition d'une mutation dans plein de pop de grandeur différentes (facile à trouver sur le net ahma), c'était intéressant de voir le nombre de générations moyen pour voir la mutation disparaître (ou se fixer si on la lance dans la pop avec une fréquence de 50%).
Pour N = 20 par exemple, en 3/4 générations c'est quasi sûr qu'elle a disparue.

[Amanuensis]

Par contre, tôt ou tard, elle disparaîtra c'est certain (sans sélection).

Non, pas certain. Probabilité faible, oui. Mais non nulle. Et comme il y a beaucoup de mutations neutres, on en trouve plein de forte prévalence malgré la faible probabilité, ce qui ne serait pas le cas si la proba était strictement nulle ("certain").

(Sauf à jouer sur le mot "sélection", et dire que si une mutation se fixe elle a été sélectionnée! Mais la notion de sélection s'oppose à dérive neutre dans le langage de l'évolution, non pas selon qu'il y a fixation ou non, mais en ce que la courbe de progression de la prévalence est plus rapide en cas de pression de sélection, suffisamment plus rapide pour rendre très improbable l'hypothèse de neutralité.)

[Amanuensis]

Pour N = 20 par exemple, en 3/4 générations c'est quasi sûr qu'elle a disparue.

Devriez faire les calculs dans le cas que j'ai indiqué (sexué, exactement deux descendants par individu, neutralité) avant de jouer de trop grosses sommes sur ce "quasi sûr"...

[Vat02]

Ok je vois , merci pour vos réponses

[shmikkki]

Non, pas certain. Probabilité faible, oui. Mais non nulle. Et comme il y a beaucoup de mutations neutres, on en trouve plein de forte prévalence malgré la faible probabilité, ce qui ne serait pas le cas si la proba était strictement nulle ("certain").

Je comprends ce que vous voulez dire.
Effectivement je n'avais pas raisonné de cette façon (je me calquais sur les simulations que j'avais fait, qui lorsqu'on raisonne pour une seule mutation, il faut vraiment faire énormément de fois la simulation (pour N = 20 par exemple) pour voir la mutation se fixer).

[toothpick-charlie]

Bref, donc, une mutation qui arrive dans un individu et qui lui confère un doigt au milieu du bras, ok.
Tu es d'accord qu'il a 50% de chances de transmettre la mutation à sa descendance?

c'est un chance sur deux pour chaque enfant. S'il a une descendance nombreuse il la transmettra. Dans un modèle de Fisher-Wright où chaque parent a en moyenne un descendant, on est d'accord c'est 1/2 à chaque génération. Dans une population en expansion c'est un peu plus.