diffusion des mutations dans une espèce

[invite5e79dbd6]

Bonjour,

Nous ne sommes pas d'accord dans mon bureau concernant la façon dont une mutation génétique bénéfique dans l'environnement s'étend à toute l'espèce.
N'ayant pas trouvé la réponse sur internet je pense que vous aller pouvoir m'aider.

2 solutions semblent possibles:

- la 1ere est qu'un individu (une seule personne) ayant eu une mutation génétique avantageuse va plus facilement se reproduire, donner sa mutation à ses enfants qui eux aussi vont plus facilement se reproduire etc. Au final, après un certains temps, l'anomalie génétique d'une seule personne sera la cause d'une mutation génétique sur une espèce entière.
Au final voilà ce que cela donnerais: (en ordonné le temps, point noir individu normaux, point vert individus avec la mutation génétique avantageuse).


- Dans la 2eme solution, un individu (une seule personne) ayant eu une mutation génétique avantageuse va toujours plus facilement se reproduire mais la dispersion de la mutation restant lente et la pression de l'environnement étant la même partout il est alors impensable qu'une mutation génétique étendues à toute l'espèce vienne d'un seul individu (une personne). Il est plus logique de penser qu'une même mutation génétique soit apparue chez plusieurs personnes a des génération plus ou moins proche. C'est une sorte de convergence évolutive à l’intérieur même d'une espèce. Cela donnerais ceci:


Les deux solutions me semblent possible, mais quelle est celle qui se produit le plus dans la nature? Si vous avez des soucres ce serait parfait!

J'espère avoir été clair, je suis loin d'avoir votre bagage!

D'avance Merci,

Brambelmousse
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[invite9dc7b526]

La question que tu poses est celle de la fixation d'une nouvelle mutation: quand une mutation apparaît chez un individu, avec quelle probabilité et à quelle vitesse envahit-elle la population? Cette probabilité dépend de la taille de la population, où par population il faut entendre un ensemble d'individus parmi lesquels la reproduction se fait "au hasard" (on dit "panmictique", cherche ce mot pour avoir la définition précise).

[Amanuensis]

Les deux cas sont possibles. Le second est fortement improbable.

Et il y a (au moins) une troisième possibilité, quand on prend en compte que le côté "avantageux" (i.e., la différence positive statistique du nombre de descendants) d'une mutation est variable dans le temps.

Par exemple, avec l'environnement extérieur variable: une mutation initialement neutre (sans influence sur le nombre de descendants dans l'environnement initial) se diffuse plus ou moins au hasard des couples dans la population ; l'environnement change et on a alors un schéma ressemblant au deuxième cas (en le faisant précéder d'une diffusion au hasard).

Autre exemple, avec les autres gènes: deux mutations initialement neutres quand prises séparément se diffusent par hasard dans la population. Cela amène plusieurs fois des individus ayant les deux mutations, qui sont alors "avantageuses" (plus de descendants, statistiquement), ce qui augmente la prévalence de chacune des mutations. Les descendants d'un parent ayant les deux mutations n'ont pas nécessairement les deux, mais la prévalence d'avoir les deux mutations augmente quand même petit à petit, jusqu'à (éventuellement) que la population soit composée d'individus ayant tous les deux mutations. Là encore, cela donne un schéma ressemblant un peu (mais différent) au second cas.

Et on peut imaginer bien plus compliqué.

Bref, les deux cas décrits dans le message #1 sont deux très simples parmi bien d'autres, et d'occurrence très faible dans la nature, le second bien plus faiblement que le premier si on prend une seule mutation et un environnement stable. Mais le second "qualitativement" plus proche des cas ("plus compliqués") courant que le premier.

[invite9dc7b526]

A mon avis le cas 2 n'a pas lieu d'être: à terme une seule des mutations va s'imposer. Qu'il y ait d'autres mutations identiques ne change rien à l'affaire.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Amanuensis]

À quel message cela s'adresse-t-il? De quel "cas 2" s'agit-il?

[Amanuensis]

Autre exemple, avec les autres gènes: deux mutations initialement neutres quand prises séparément

Il s'agit de mutations sur deux gènes différents, qui interagissent d'une manière ou d'une autre. Neutres séparément, mais "avantageuses" ensemble.

[invite5e79dbd6]

Bonjour,
Merci 1000 fois pour vos éclaircissements, j'en apprends beaucoup, c'est fou.

Néanmoins il reste un point sur lequel j'ai besoin d'une réponse. En réalité tout cela est partit d'une vidéo de science étonnante sur Adam chromosome Y et Eve Mitochondriale https://www.youtube.com/watch?v=bD9wUg2aaKM
Infos wiki https://fr.wikipedia.org/wiki/Dernie...3%AAtre_commun et surtout https://fr.wikipedia.org/wiki/Plus_r...%A9aire_commun
L'idée d'un père commun de seulement 70.000 ou 150.000 ans (un hommo sapiens donc) peu sembler déroutante. Le peu de sources fiable sur son existence n'aida pas.

J'ai donc expliqué que deux même anomalies génétiques (avantageuse) dans la même espèce et rapproché dans le temps ont très très très peu de chance d'arriver (la convergence évolutive). Et donc une seule personne même avec un très faible avantage diffusera son gène à toute la population (après un certain temps).
Soit le 1er schéma plutôt que le second.

Dans les deux autres cas que tu présente Amanuensis sont passionnant mais il reste toujours un individu originel ayant eu l'anomalie (ou la combinaison de deux anomalies) et qui a aidé ce même individu (ou ces descendant après modification de l'environnement) a diffuser ces gènes à toute la population.
Tes deux cas(passionnant qui plus est) continuent donc de corroborer l'idée qu'une seule personne avec l'anomalie finie par donner ce gêne mutant à toute l'espèce (si j'ai bien compris).

Donc la question serait: Dans la nature et pour une même espèce, y'a t'il plus de convergence évolutive ou d'individu(personne) finissant par diffuser son gêne avantageux à toute l'espèce?

D'avance merci,

Brambelmousse

[Amanuensis]

L'idée d'un père commun de seulement 70.000 ou 150.000 ans (un hommo sapiens donc) peu sembler déroutante. Le peu de sources fiable sur son existence n'aida pas.

Le texte mélange l'idée d'un ancêtre mâle commun avec l'idée de mutation, "d'avantage".

Plusieurs points méritent d'être clarifiés.

Déjà, quasiment personne (et même peut-être personne) sur Terre actuellement possède un chromosome Y identique à celui de l'ancêtre unique postulé. De même, la population mâle actuelle possède un très grand nombre de variations distinctes du chromosome Y. On ne peut pas dire que le Y de l'ancêtre unique postulé a diffusé "à l"identique" dans toute la population: à aucun moment de l'histoire de la population cela a été le cas.

Autre point, il est fort peu probable que la variante particulière du Y de l'ancêtre unique ait été particulièrement "avantageuse" par rapport aux variantes présentes à l'époque.

L'existence d'un ancêtre unique pour une variante donnée (du chromosome Y, du génome mitochondrial ou d'un gène donné) est un simple phénomène statistique, présent même quand les différentes variantes sont "neutres", c'est à dire n'affectent pas la statistique du nombre de descendants.

C'est une application du "théorème de l'homme ivre", qui dit que si on va au hasard un peu à droite un peu à gauche à chaque pas sur un trottoir délimité d'un côté par un mur de l'autre par un fossé, on finit tôt ou tard par se casser la figure dans le fossé.

Application: dans une population de taille finie se reproduisant "au hasard" (sans pression de sélection), toutes les lignées du chromosome Y finissent par disparaître (tombée dans le fossé), sauf une.

L'ordre de grandeur du nombre de générations pour cela est le nombre de personnes dans la population.

L'hypothèse sur la date de coalescence (c'est le terme utilisé pour parler de la réduction à un seul ancêtre en remontant l'arbre de descendance partant de la population actuelle vers le passé) est basée sur le nombre de mutations étant apparues après. Connaissant toutes les variantes actuelles du Y, et en supposant qu'elles sont toutes issues d'une même variante originelle moyennant des mutations successives différentes selon les branches, on obtient un nombre moyen de mutations par lignée. Un calibrage permet de passer de ce nombre moyen à une durée (ce calibrage est le point critique de l'approche).

Le fait que la durée obtenue soit faible (2000 à 5000 générations seulement) est considéré comme indiquant non pas un "avantage" particulier de la variante ancestrale, mais d'un "goulot démographique", d'une époque où la population dont nous descendons était réduite à quelques dizaines de milliers d'individus.

Que nous soyons descendants d'une si faible population peut avoir diverses causes, sans que le chromosome Y (ou le génome mitochondrial) y soit pour quoi que ce soit. Ce peut être une catastrophe naturelle (volcanisme (1)) n'ayant laissé aucun cousins avec lesquels cette population aurait pu se mélanger, ou des mutations "avantageuses" sur d'autres chromosomes, qui auraient isolé reproductivement cette petite population de ses cousins, ou même une culture développant une forte xénophobie .

La simple existence du goulet suffit pour impliquer que pour les séquences "neutres" du génome (celles dont les mutations n'ont pas d'effet) on trouvera nécessairement un "ancêtre unique" quelque part autour d'une même ancienneté (avec une variation statistique importante), par application du théorème de l'homme ivre.

Pour des séquences non neutres, la coalescence peut ne pas avoir de sens (3) (si tous les individus actuels ont la même séquence , parce que très stable, telle que la plupart des mutations ont un effet fortement négatif sur le développement: ), ou plus récente (cas d'une variante sélectionnée). Un exemple de ce dernier cas est celui de la "tolérance au lactose" (2) dans les populations européennes, dont l'origine est datée de quelques 6000 ans: on peut parler alors d'une variante, d'origine vraisemblablement unique, qui a progressé dans une population locale, ce au point que sa prévalence est de presque 100% dans les populations scandinaves non Sami.

(1) L'éruption du Toba vers -75000 ans est proposée par certains auteurs.

(2) Ce qui permet aux enfants et adultes de continuer à bien tolérer la consommation de lait de vache après l'âge de quatre ans. Ce qui est "avantageux" dans une culture où la production laitière est un aspect important de l'alimentation.

(3) On peut alors chercher à remonter plus loin, en augmentant la population actuel de départ, par exemple en prenant humains + chimpanzés. Ce faisant on peut arriver encore à un "ancêtre unique", cette fois ancêtre à la fois aux humains et aux chimpanzés actuels. L'ancêtre commun, la coalescence, dépend de la population actuelle considérée.

[invite5e79dbd6]

Bonjour,

Je me permet de relancer la discussion car je crois que j'ai mal posé le problème et comme je vais en parler lors d'une conférence je préfère m'assurer que je ne vais pas dire de bêtise.

Si je prends un cas 'simple' comme la persistance de la lactase:

https://www.youtube.com/watch?v=nv44xCo24rg

http://acces.ens-lyon.fr/evolution/e...e/plan-lactase

La modification de l'ADN de 'CG' (Lactose non persistant) vers 'TA' (Lactose persistant) s'est t'elle imposée dans une grande partie de la population européenne via:

- Une seule modification chez un individu (avantageuse ou pas au moment T). Une personne qui a eu au moins un enfant et dont les ancêtres ont profité de cet avantage de pouvoir boire du lait (et donc se sont + reproduis) . Au final la mutation dans la population de 'CG' (Lactose non persistant) vers 'TA' (Lactose persistant) viendrait d'un seul individu/personne.

- Exactement la même modification de 'CG' vers 'TA' mais apparue à peu près en même temps chez plusieurs personnes qui étaient soumis au même environnement. Toute utiles elles ont persisté et se sont transmises.

La question se pose pour la persistance de la lactase comme pour toute autre mutation du vivant.

D'avance merci de votre aide,

Brambelmousse

[Amanuensis]

On ne peut pas savoir. Mais le plus probable est le premier scénario (une seule apparition), avec bémol.

Car cette apparition peut très bien avoir été très antérieure au phénomène qui a été à l'origine de l'expansion de cette mutation, et donc non avantageuse au moment de son apparition. Le phénomène a été (très vraisemblablement) la consommation de lait de vache par des enfants entre quatre et douze ans (disons) et/ou les adultes (moins vraisemblable).

Donc 1) une apparition unique chez un individu , 2) une phase d'évolution neutre, avant le lait de vache, faisant que l'allèle se diffuse un peu dans la population concernée et est donc porté par plusieurs individus "au moment T', 3) une phase d'évolution avec sélection, quand l'évolution culturelle de la population introduit la consommation de lait de vache par les enfants entre le sevrage et la puberté, et diminuant ainsi un peu la mortalité de ceux qui sont lactose-persistant dans les cas de manque d'autres aliments.

Et on peut imaginer un effet croisé entre le biologique (l'augmentation de la prévalence de l'allèle) et la culture (choix de consommer du lait directement plutôt qu'après une fermentation supprimant ou diminuant le lactose (lait fermenté, yaourt, fromage), solution alternative suivie par d'autres populations.

L'hypothèse de cette co-évolution rend l'hypothèse d'une phase neutre préalable vraisemblable, car si on voit bien comment la co-évolution peut être amorcée par le génétique (qui rend d'emblée la consommation de lait intéressante) on voit mal l'inverse, comment la consommation de lait non fermenté peut s'installer culturellement en "attendant" la mutation génétique qui en combattra les inconvénients.

[Amanuensis]

PS: Ce qui précède consiste en des supputations, juste la création d'un scénario paraissant vraisemblable. On ne peut exclure d'autres scénarios, ni même que ce qui s'est passé ait suivi un scénario moins vraisemblable que le plus vraisemblable avec les données prises en compte.

[invite9dc7b526]

Donc la question serait: Dans la nature et pour une même espèce, y'a t'il plus de convergence évolutive ou d'individu(personne) finissant par diffuser son gêne avantageux à toute l'espèce?

Si une même mutation avantageuse apparaît plusieurs fois, ces différents mutants vont envahir la population. Une fois que les autres allèles auront été éliminés, l'évolution de ce locus va être neutre, et on peut montrer que finalement il ne va en rester qu'un seul. Cela sous la condition que les pressions de sélection ne changent pas. Comme le taux d'évolution dépend de la taille de la population, cette condition a plus ou moins de chances d'être remplie dans une population réelle.

je crois que tu trouverais les réponses à tes questions si tu lisais un traité de génétique des populations, par exemple Hartl.

[Amanuensis]

Une fois que les autres allèles auront été éliminés, l'évolution de ce locus va être neutre, et on peut montrer que finalement il ne va en rester qu'un seul.

Sûr que quand tous les allèles sont éliminés sauf un, il n'en reste qu'un seul.

Mais appeler "évolution neutre" le cas d'un locus avec un seul allèle est curieux (et nocif au sens usuel de "évolution neutre").

Si une même mutation avantageuse apparaît plusieurs fois, ces différents mutants vont envahir la population.

Si "mutants" réfère aux allèles mutés, le pluriel ne s'applique pas. Si "mutants" référe aux porteurs de l'allèle muté, ça fait assez "guerrier".

[invite9dc7b526]

En fait quand une mutation apparaît plusieurs fois, on arrive quand-même à distinguer les différents mutants, grâce aux séquences encadrantes. Ce que je voulais dire c'est qu'une fois que les allèles non mutés ont disparu, il ne reste que les mutants, qui sont identiques pour le locus considéré mais différents ailleurs. Leur évolution est neutre en ce qui concerne ce locus.

[invite5e79dbd6]

Donc on est d'accord pour dire que (dans une grande majorité) les mutations qui ont finie par se globaliser à toute une espèce sont apparue chez un seul individu/une personne?
La seule solution qui irais contre cette idée et la convergence évolutive or il est rare d'avoir ce cas de figure à l’intérieur même d'une espèce.

D'avance merci,

Brambelmousse

[Amanuensis]

Si on le cas de la persistance de la lactase, il semble qu'il y a (au moins) deux mutations, une chez une population d'Europe, l'autre chez les Masaïs. Les deux mutations sont différentes, toutes deux liées à la consommation de lait de bovin, et on pourrait parler de "convergence évolutive".

[invite5e79dbd6]

Oui, au niveau de la fonction (boire du lait) il y a convergence.
Mais pour ma question (les mutations génétiques proviennent t'elle à l'origine d'un individus unique) ça ne marche pas car ce sont deux mutations différentes; ce ne sont pas les mêmes gênes qui ont mutés pour permettre la fonction).