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Prédire l’évolution darwinienne?

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Prediction
Comprendre c’est bien, quantifier c’est mieux. Mais finalement, le but de la Science n’est-il pas in fine de prédire les phénomènes? Qu’en est-il pour la théorie de notre Charles Darwin? Est-il possible de prédire l’évolution future d’une espèce? La réponse est oui! Et nous allons voir que la biologie évolutive a elle aussi son E = mc².



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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