Vous avez dit sélection naturelle?

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One more theory

La sélection naturelle … tout le monde en a déjà entendu parler au moins une fois non ? Si on l’associe souvent à la loi de la jungle, la sélection naturelle reste cependant une idée un peu plus subtile. Mais subtile jusqu’à ou …. ? Etes-vous bien sûr de tout comprendre de ce concept made in Darwin ?




La survie du plus fort?

Commençons par nous attaquer à l’une des idées reçues les plus tenaces quant à la sélection naturelle: Elle serait le processus qui permettrait aux plus forts de prendre le dessus. Les individus sélectionnés seraient ceux qui écrasent les autres, chassent mieux, endurent mieux les intempéries, ont la plus grosse …. etc…. etc. Bref, l’archétype du mâle dominant alpha qui a de belles dents et qui court vite. Vous vous en doutez, tout ça est faux


La survie du plus fort? (source)
La sélection est avant tout un processus qui sélectionne (vous avez dit pléonasme?) le patrimoine génétique des individus à la génération suivante. Certes, écraser tout le monde est un bon moyen de faire perdurer nos gènes, mais pas que! Il est parfois (souvent même) plus utile de se reproduire pour transmettre nos gènes que de survivre soit même jusqu’à la génération suivante! 

Pour le dire autrement: Inutile d’être le plus fort de la jungle si c’est pour se prendre un râteau à chaque rendez-vous avec une jeune demoiselle. La sélection naturelle c’est une histoire de survie certes, mais aussi et surtout une histoire de sexe!

Et le sexe c’est bien.

La sélection naturelle est donc ce processus par lequel certains individus dotés de caractéristiques particulières transmettent mieux leur patrimoine génétique aux générations futures. Retenez bien cette phrase, car nous allons maintenant démonter une seconde idée reçue! 

En effet, prenons un exemple, certes un peu morbide, mais un exemple quand même: Imaginez un village d’une contrée perdue de 100 habitants qui vivent dans la joie et la simplicité, sans se soucier du monde qui les entoure. Quand soudain, Roger l’explorateur passe dans le coin avec son 4×4 tout terrain ultra équipé, et fonce droit vers le village. Roger roule vite. Roger roule très vite. Roger aime boire. Et Roger vient d’oublier ou se situe la pédale de frein de son bolide. L’accident est inévitable, 10 pauvres villageois sont tués sur le coup. Notons que nos 10 pauvres victimes innocentes n’avaient pas eu la chances de connaitre le plaisir charnel avant ce terrible jour. 

Question: Peut-on considérer que Roger l’explorateur constitue un facteur de sélection naturelle dans ce village?

Roger L’explorateur a encore frappé (source)

Alors…?

Trêve de suspense: Non. Roger ne constitue par un facteur de sélection naturelle (ni artificielle d’ailleurs) dans ce village. Vous pourriez me rétorquer que pourtant les chances que nos 10 victimes avaient de transmettre leur patrimoine génétique viennent de drastiquement diminuer (euphémisme?)… et c’est vrai. Mais cela ne constitue pas ce qu’on appelle de la sélection naturelle. Relisez la phrase en début de paragraphe: “…. dotés de caractéristiques particulières….“. Il y a ici une relation de causes à effet entre d’un côté, de meilleures capacités, et de l’autre une meilleur survie et / ou un meilleur succès reproducteur. Autrement dit, les individus qui sont sélectionnés doivent l’être parce qu‘ils ont de meilleures capacités. De la même façon, les individus contre-sélectionnés doivent l’être parce qu‘ils sont dotés de moins bonnes capacités que les autres. Alors que dire de nos 10 villageois tués par Roger l’explorateur? Vous l’aurez compris, ils n’ont pas été tués parce qu’ils avaient de moins bonnes capacités que leurs collègues, mais par simple hasard parce qu’ils se trouvaient là au moment où Roger est passé avec son bolide (et avait bu). Bref, rien à voir avec de la sélection naturelle, mais simplement de la poisse!


La sélection naturelle représente donc la relation entre la valeur sélective d’un individu (sa capacité à se reproduire et / ou survivre) et une aptitude particulière. L’évolution darwinienne ne peut avoir lieu sans l’un ET l’autre. Pour vous en convaincre, deux exemples chez l’Homme:

L’intelligence représente une aptitude particulière, qui varie entre les gens (la majorité des gens se croient d’ailleurs entourés de cons). Cependant, les personnes plus intelligentes que la moyenne n’ont pas plus d’enfants (jusqu’à preuve du contraire) que les redneck de l’Arkansas. Pas de relation entre phénotype ET reproduction = pas d’évolution par sélection naturelle. L’humanité de deviendra pas plus intelligente dans le futur et nos têtes ne vont pas devenir aussi grosses que celle des Asgards de Stargate SG1.

Petit bémol: Peut être qu’il existe une relation inverse …. comme dans le film Idiocratie. (ne l’espérons pas, de peur d’arroser nos champs avec du Coca …)

Un autre exemple de “non-sélection”:

Fraternisation autours d’un match de football
entre allemands et français en Noël 1914

– La première guerre mondiale a certes diminué drastiquement le succès reproducteur de beaucoup de jeunes hommes sur la planète, elle ne représente pas un épisode de sélection naturelle. Pourquoi? Tout simplement car aucune aptitude particulière n’a été sélectionnée ou contre-sélectionnée. La boucherie organisée de Verdun a tué sans discernement les jeunes allemands et français qu’ils soient gros, maigre, grand, petit, etc … pas de sélection naturelle!



Un dernier pas de plus?


La sélection naturelle c’est ce qui fixe un caractère dans la population en suivant un scénario tel que: 
– Une population ou tout le monde se ressemble (encore ces Asgards!), 
–  un individu avec une nouvelle capacité avantageuse apparaît, 
–  il se reproduit mieux que les autres, 
–  sa capacité envahit la population, 
–  et toute la population se retrouve avec cette nouvelle capacité…. 



Bref, c’est ce qui crée de l’information! La sélection c’est ce qui va à l’encontre du chaos, de l’entropie.

George Price
Le grand théoricien de la sélection naturelle George Price ne s’était d’ailleurs par trompé. Dans un article posthume, il discute de la portée philosophique du concept de sélection, et ne tarde pas à faire le rapprochement avec le concept d’information. A l’instar de la théorie de l’information de Shannon, Price voulait créer une théorie générale de la sélection (pas seulement biologique). Malheureusement, Price devient à moitié fou et se suicide en 1975.

Aujourd’hui, Francois Rodier va encore plus loin en comparant les être vivants à des structure dissipatives (ce qu’elles sont), et la sélection naturelle serait simplement le processus qui tend à maximiser celles qui dissipent leur énergie le plus efficacement possible. 

Tout ça est bien complexe … mais une chose est sûre: la sélection naturelle est encore un concept flou, toujours en débat dans les laboratoires.



QUESTION BONUS:

Entre le séisme de Lisbonne de 1755, le SIDA et la paludisme … lequel de ces trois fléaux produit de la sélection naturelle?




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Traditionnellement, l’Évolution est une Science que l’on divise en deux catégories: La macroévolution (qui se passe à l’échelle des temps géologiques), et la microévolution (qui se passe à l’échelle des générations). Nous allons ici laisser la macroévolution de côté, et nous intéresser exclusivement à la microévolution.

La microévolution c’est quoi?

Si l’on devait donner une définition très large de l’évolution, ça ressemblerait à peu prés à ça:

Transmission d’information dans le temps

Pour subsister dans le temps, la vie a trouvé un moyen imparable, beaucoup moins coûteux que l’immortalité: la reproduction. Pour qu’il y ait évolution, il faut une transmission d’information entre générations. Il faut donc un support qui va subsister entre deux générations. Vous l’aurez compris, l’ADN est le parfait support. Cette grosse molécule possède la fabuleuse propriété de pouvoir se dupliquer avec un taux d’erreur relativement faible.

Nous avons notre support de l’information, il nous manque maintenant l’information en tant que telle. Dit autrement, il nous faut la règle de tri qui nous dit comment se transmet l’information entre les générations. Si le tri est aléatoire, aucune information n’est transmise d’une génération à l’autre. Non, vous le savez, le tri n’est pas aléatoire. Ce tri s’opère sur la base de la lutte pour la survie. Dit autrement, seules les molécules d’ADN qui auront tout mis en œuvre pour se transmettre auront le privilège d’effectivement se transmettre. C’est ce que l’on appelle la sélection naturelle.

Tout ça c’est très bien, mais c’est quoi le lien avec la prédiction de l’évolution?

Résumons, l’évolution c’est une information qui se transmet dans le temps, et qui a besoin:

– D’un support: Les gènes.

– D’une règle de tri: La sélection naturelle.

Imaginons maintenant un cas ou l’on voudrait prédire l’évolution de la taille des ailes chez le faucon? Que devons-nous savoir?


Premièrement, est-ce-que cette information (taille des ailes) se transmet entre générations? Dit autrement, dans un langage plus moderne: Y-a-t’il une base génétique à la taille des ailes chez le faucon? Disons que oui. Ne nous arrêtons pas là, et essayons de quantifier cette d’information. Et ça tombe bien, l’une des plus vieille discipline de la biologie évolutive s’appelle la génétique quantitative!

Les courbes représentent la distribution de 2 traits dans la
nature.La courbe verte a une plus grande variance que la rouge
 (plus d’étalement sur l’axe des x). Soumis à la même force
de sélection naturelle, le trait vert évoluera plus vite que le rouge.
 


Quantifier l’information génétique d’un trait dans la nature cela revient à calculer ce que l’on appelle la variance génétique

Je ne rentrerais pas dans les détail mathématiques, mais pour dire les choses le plus clairement possible, la variance génétique c’est une mesure de “a quel point mon trait varie dans la nature, et à quel point cette variation et due à ses gènes“.


La sélection naturelle n’est rien d’autre que la pente entre la
fitness et le trait. Ici, la sélection est positive: Plus on a
de grande ailes, plus notre fitness est grande. Les faucons
aux grandes ailes devraient augmenter en fréquence dans la population.


Nous avons quantifier le support de l’information, il ne reste plus qu’à quantifier le tri, c’est à dire la sélection naturelle. Oui oui, vous avez bien lu, on peut tout à fait quantifier la force de la sélection naturelle qui agit sur un trait. 

Et pour ce faire, la démarche consiste en gros à calculer la relation qui existe entre le trait (ici la taille des ailes des faucons) et la fitness. La fitness, c’est en quelque sorte une mesure de la survie combinée à une mesure du succès reproducteur d’un individu. Dit autrement, la fitness c’est une mesure de “a quel point je suis vraiment plus fort (en reproduction, en survie, etc …) que mes congénères“.

Revenons à notre sélection, on disait donc que ça revenait à calculer la relation entre la fitness et le trait. La fitness varie entre les individus, c’est donc ce que l’on appelle une variable. Le trait varie lui aussi entre les individus (tous les individus n’ont pas la même taille d’aile), c’est donc aussi une variable. Nous cherchons donc à quantifier le lien entre deux variables, ce que l’on appelle aussi une covariance. Ne rentrons pas dans les détails, et gardons simplement l’idée que quantifier la sélection naturelle qui agit sur un trait c’est calculer sa covariance avec la fitness.

Trève de blabla, nous avons maintenant les deux paramètres importants pour prédire l’évolution: La variance génétique (a quel point mon trait est déterminé par les gènes) et la sélection naturelle (a quel point mon trait apporte un avantage reproducteur). Il ne reste plus qu’à les multiplier! Et voici ce que l’on pourrait appeler le E = mc² de la biologie évolutive, aussi appelée l’équation des reproducteurs (breeder’s equation en anglais):


Mon dieu une équation! Pas de panique, inutile d’en comprendre parfaitement les termes, il suffit de comprendre que cette simple équation permet ni plus ni moins de prédire l’évolution d’un trait dans la nature. Dans le cas de notre exemple avec les ailes du faucon, le résultat de cette équation nous indiquera de combien de centimètres la taille des ailes des faucons va évoluer dans l’avenir entre 2 générations!



Pour ceux qui se demandent pourquoi cette équation s’appelle “l’équation des reproducteurs”, pas besoin de chercher bien loin, ça vient tout droit de nos amis les éleveurs. Car avant d’intéresser les biologistes, les éleveurs se demandaient depuis déjà bien longtemps, comment prédire les croisements entre leurs bêtes. En clair, si je croise une vache qui donne beaucoup de lait avec un taureau dont la mère donne peu de lait, quel en sera le résultat? Les éleveurs pratiquent la sélection artificielle depuis très longtemps (un des deux termes de l’équation). Ils ne leur restent plus qu’à savoir comment ça se passe au niveau génétique (le second terme de l’équation) et le tour est joué pour connaitre le résultat de leurs croisements.




Aujourd’hui, cette équation est utilisée par les écologistes évolutifs qui essaient de prédire l’évolution des populations sauvages faces à des perturbations, le changement climatique en tête. La COP21 est passée, et certains n’hésitent pas à parler de 6ème extinction pour qualifier notre ère. Mais la question demeure: L’évolution pourra t’elle sauver les espèces?


La température augmente sur toute la surface du globe. Cette forte pression de sélection pourrait-elle permettre aux espèces d’évoluer? La réponse a cette question est complexe! Notamment parce que le réchauffement climatique n’est pas forcément une force de sélection naturelle. Nous verrons ça au prochain billet!


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