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L’évolution biologique au fil du temps peut suivre plusieurs modèles différents. Des facteurs tels que l’environnement et les pressions de prédation peuvent avoir des effets différents sur la façon dont les espèces qui y sont exposées évoluent. Les biologistes de l’évolution ont qualifié ces différents modèles d’évolution divergente, convergente et parallèle.

Évolution divergente

Lorsque les gens entendent le mot « évolution », ils pensent le plus souvent à l’évolution divergente, le modèle évolutif dans lequel (par exemple) deux espèces deviennent progressivement de plus en plus différentes. Une évolution divergente se produit lorsqu’un groupe d’une population spécifique se développe en une nouvelle espèce. Afin de s’adapter à diverses conditions environnementales, les deux groupes se développent en espèces distinctes en raison des différences dans les exigences induites par les circonstances environnementales. À grande échelle, une évolution divergente pourrait donner lieu àcréer la diversité actuelle de la vie sur terre à partir des premières cellules vivantes. À plus petite échelle, cela pourrait expliquer l’évolution des humains et des singes à partir d’un ancêtre commun des primates. À l’échelle moléculaire, il pourrait expliquer l’évolution de nouvelles fonctions catalytiques des enzymes et de la topologie des protéines membranaires.

Évolution et spéciation divergentes

Si des pressions sélectives différentes agissent sur un organisme particulier, une grande variété de traits adaptatifs peuvent en résulter. Si une seule structure sur l’organisme est considérée, ces changements peuvent soit ajouter à la fonction d’origine de la structure, soit la modifier complètement. Une évolution divergente conduit à la spéciation, ou au développement d’une nouvelle espèce. La divergence peut se produire dans n’importe quel groupe d’organismes apparentés. Les différences sont produites à partir des différentes pressions sélectives. Tout genre de plantes ou d’animaux peut présenter une évolution divergente. Un exemple peut impliquer la diversité des types floraux dans les orchidées. Plus le nombre de différences est important, plus la divergence est grande. Les scientifiques spéculent que plus deux espèces similaires divergent, plus la divergence a eu lieu.

Exemples d’évolution divergente

La nature offre de nombreux exemples d’évolution divergente.

• Si une population librement métissée sur une île est séparée par une barrière, telle qu’une nouvelle rivière, les organismes peuvent commencer à diverger avec le temps. Si les extrémités opposées de l’île subissent des pressions différentes sur la population, cela peut entraîner une évolution divergente.
• Si un certain groupe d’oiseaux d’une population d’autres oiseaux de la même espèce dévie de sa voie migratoire standard en raison de fluctuations anormales du vent, ils peuvent se retrouver dans un nouvel environnement. Si la source de nourriture dans le nouvel environnement est telle que seuls les oiseaux de la population avec un bec variant sont capables de se nourrir, alors ce trait évoluera en vertu de son avantage de survie sélective. Les mêmes espèces dans la situation géographique d’origine et ayant la source de nourriture d’origine n’ont pas besoin de ce trait de bec et évolueront donc différemment.
• Une évolution divergente s’est également produite dans le cas du renard roux et du renard kit. Alors que le renard kit vit dans le désert où son pelage aide à le dissimuler de ses prédateurs, le renard roux vit dans les forêts, où son pelage rouge se fond dans son environnement. Dans le désert, le climat rend difficile l’élimination de la chaleur corporelle par les animaux. Les oreilles du kit fox ont évolué pour avoir une plus grande surface afin de pouvoir éliminer plus efficacement l’excès de chaleur corporelle. Les différents destins évolutifs des différents renards sont déterminés principalement par les différentes conditions environnementales et les exigences d’adaptation, et non par des différences génétiques. Si tous les membres d’une espèce vivent dans le même environnement, il est probable qu’ils évolueront de la même manière. L’évolution divergente est confirmée par l’analyse de l’ADN où les espèces qui ont divergé peuvent être génétiquement similaires.
• Le pied humain a évolué pour être très différent du pied d’un singe, malgré leur ascendance commune de primates. On suppose qu’une nouvelle espèce (les humains) s’est développée parce qu’il n’y avait plus besoin de se balancer des arbres. La marche verticale sur le sol a encouragé des altérations du pied qui se sont avérées donner une meilleure vitesse et un meilleur équilibre. Ces traits différents sont rapidement devenus des caractéristiques qui ont évolué avec le résultat de faciliter les mouvements sur le terrain. Bien que les humains et les singes soient génétiquement similaires, leurs différents habitats naturels ont favorisé l’évolution de différents traits physiques pour la survie.

Évolution convergente

L’évolution convergente pose des difficultés dans des domaines d’étude tels que l’anatomie comparée. L’évolution convergente a lieu lorsque des espèces d’ascendance différente commencent à partager des traits analogues en raison d’un environnement partagé ou d’une autre pression de sélection. Les circonstances environnementales qui nécessitent des modifications similaires du développement ou de la structure aux fins de l’adaptation peuvent conduire à une évolution convergente même si les espèces diffèrent par leur descendance. Ces similitudes d’adaptation résultant des mêmes pressions sélectives peuvent induire en erreur les scientifiques qui étudient l’évolution naturelle d’une espèce. L’évolution convergente crée également des problèmes pour les paléontologues utilisant des modèles évolutifs en taxonomie, ou la catégorisation et la classification de divers organismes en fonction de la parenté. Cela conduit souvent à des relations incorrectes et à de fausses prédictions évolutives.

Exemples d’évolution convergente

(1) Ptérosaure
(2) Chauve-souris
(3)Oiseau

L’un des meilleurs exemples d’évolution convergente concerne la façon dont les oiseaux, les chauves-souris et les ptérosaures (tous les différents taxons qui ont évolué le long de lignées distinctes à des moments différents) sont devenus capables de voler. Fait important, chaque espèce a développé des ailes indépendamment. Ces espèces n’ont pas évolué pour se préparer aux circonstances futures, mais le développement du vol a plutôt été induit par une pression sélective imposée par des conditions environnementales similaires, même si elles se trouvaient à des moments différents dans le temps. Le potentiel de développement de n’importe quelle espèce n’est pas illimité, principalement en raison des contraintes inhérentes aux capacités génétiques. Seuls les changements utiles en termes d’adaptation sont conservés. Pourtant, les changements dans les conditions environnementales peuvent conduire à des structures fonctionnelles moins utiles, telles que les appendices qui auraient pu exister avant les ailes. Un autre changement des conditions environnementales pourrait entraîner des modifications de l’appendice pour le rendre plus utile, compte tenu des nouvelles conditions.

Par exemple, les ailes de tous les animaux volants sont très similaires car les mêmes lois de l’aérodynamique s’appliquent. Ces lois déterminent les critères spécifiques qui régissent la forme d’une aile, la taille de l’aile ou les mouvements requis pour le vol. Toutes ces caractéristiques sont indépendamment de l’animal impliqué ou de l’emplacement physique. Comprendre la raison pour laquelle chaque espèce a développé la capacité de voler repose sur une compréhension des adaptations fonctionnelles possibles, en fonction du comportement et des conditions environnementales auxquelles l’espèce a été exposée. Bien que seules des théories puissent être faites sur les espèces éteintes et le vol, car ces comportements peuvent être prédits à l’aide d’enregistrements fossiles, ces théories peuvent souvent être testées à l’aide d’informations recueillies à partir de leurs restes. Peut-être que les ailes des oiseaux ou des chauves-souris étaient autrefois des appendices utilisés à d’autres fins, telles que le vol à voile, l’exposition sexuelle, le saut, la protection ou les bras pour capturer des proies.

Un autre exemple d’évolution convergente est les yeux des céphalopodes (calmars et poulpes), qui sont remarquablement similaires à ceux des humains ou d’autres mammifères. Cependant, les mammifères et les céphalopodes ont évolué les yeux entièrement séparément, depuis que l’évolution des vertébrés et des invertébrés a divergé il y a environ 500 millions d’années, lorsque toutes les créatures étaient aveugles.

Chez diverses espèces de plantes, qui partagent les mêmes pollinisateurs, de nombreuses structures et méthodes pour attirer les espèces pollinisatrices vers la plante sont similaires. Ces caractéristiques particulières ont permis le succès de reproduction des deux espèces en raison des aspects environnementaux régissant la pollinisation, plutôt que des similitudes dérivées du fait qu’elles sont génétiquement liées par descendance.

Un autre exemple d’évolution convergente est le cas des mantelles et des grenouilles à fléchettes empoisonnées. Les grenouilles empoisonnées vivent en Amérique du Sud, les mantelles à Madagascar. Ils sont totalement indépendants, mais ont des toxines identiques dans leur peau, qu’ils obtiennent des fourmis, qui sont également des exemples d’évolution convergente.

L’évolution convergente est soutenue par le fait que ces espèces proviennent d’ancêtres différents, ce qui a été prouvé par l’analyse de l’ADN. Cependant, il est plus difficile de comprendre les mécanismes qui provoquent ces similitudes dans les caractéristiques d’une espèce, malgré les différences génétiques.

Yi qi savourant une collation

Yi qi était un dinosaure qui vivait il y a environ 160 millions d’années, trouvé à Hebei, en Chine. Il parcourait autrefois les forêts humides du Jurassique de ginkgo et de conifères, glissant d’un arbre à l’autre. La caractéristique unique de ce dinosaure est qu’il a volé à l’aide d’une fine membrane, un peu comme les chauves-souris. Yi qi est le seul dinosaure connu à avoir cela, et est un excellent exemple d’évolution convergente.

Évolution parallèle

L’évolution parallèle se produit lorsque des organismes non apparentés développent les mêmes caractéristiques ou mécanismes d’adaptation en raison de la nature de leurs conditions environnementales. Ou autrement dit, une évolution parallèle se produit lorsque des environnements similaires produisent des adaptations similaires. Les morphologies (ou forme structurelle) de deux lignées ou plus évoluent ensemble de manière similaire dans une évolution parallèle, plutôt que de diverger ou de converger à un moment donné.

Exemples d’évolution parallèle

Un exemple est les motifs de plumage complexes qui semblent avoir évolué indépendamment parmi de nombreuses espèces d’oiseaux très différentes.

Un exemple moléculaire d’évolution parallèle est la spécificité des ligands des répresseurs et des protéines de liaison au sucre périplasmique.

L’évolution parallèle est illustrée dans le cas des mouthéars tympanaux et atympanaux chez les éperviers ou les Sphingidae. Ces insectes ont développé un tympan, ou tympan, semblable à l’homme comme moyen de communication par le son. Les sons induisent les vibrations d’une membrane qui recouvre le tympan, connue sous le nom de membrane tympanique. Ces vibrations sont détectées par de petites protéines à la surface de la membrane tympanique appelées récepteurs auditifs. Au sein des espèces de Sphingidae, deux sous-groupes différents ont acquis une capacité auditive en développant des altérations de leurs pièces buccales par une voie évolutive nettement indépendante.

L’étude de la biomécanique du système auditif révèle qu’un seul de ces sous-groupes a un tympan. L’autre sous-groupe a développé une structure de bouche différente qui n’a pas de typane, mais a une bouche avec des caractéristiques fonctionnelles essentiellement les mêmes que le sous-groupe avec le tympan. La signification évolutive de la façon dont les capacités auditives se sont développées en parallèle dans deux sous-groupes différents d’une espèce révèle que des mécanismes distincts peuvent exister conduisant à des capacités fonctionnelles similaires avec des moyens différents pour acquérir le même attribut fonctionnel. Pour les deux sous-groupes, l’audition doit avoir été une caractéristique importante pour la survie de l’espèce compte tenu des conditions environnementales.

Évolution et spéciation parallèles

La spéciation parallèle est un type d’évolution parallèle dans lequel l’incompatibilité de la reproduction dans des populations étroitement apparentées est déterminée par des traits qui évoluent indépendamment en raison de l’adaptation à des environnements différents. Ces populations distinctes sont incompatibles sur le plan de la reproduction et seules les populations qui vivent dans des conditions environnementales similaires sont moins susceptibles de devenir isolées sur le plan de la reproduction. De cette façon, la spéciation parallèle suggère qu’il existe de bonnes preuves de pressions sélectives naturelles conduisant à la spéciation, d’autant plus que l’incompatibilité reproductive entre les populations apparentées est corrélée à des conditions environnementales différentes plutôt qu’à des distances géographiques ou génétiques.

Voir aussi

• Théorie de l’évolution
• Macroévolution
• Microévolution
• Taxonomie

Bibliographie

Livres

• Merrell, David J. Le Paysage marin adaptatif: Le mécanisme de l’évolution. Saint-Jean-de-Luz: Université du Minnesota Press, 1994.
• Gould, Stephen Jay. La Structure de la Théorie de l’évolution. Cambridge, MA : Harvard University Press, 2002.
• Ridley, Mark. Évolution. Il s’agit de la première édition de la revue scientifique Blackwell Scientific Publications, 1993.
• Bon JM, Hayden CA, Wheeler TJ. Adaptive Protein Evolution and Regulatory Divergence in Drosophila. Mol Biol Evol. 14 Mars 2006
• Yoshikuni Y, Ferrin TE, Keasling JD. Évolution divergente conçue de la fonction enzymatique. Nature. 22 février 2006
• Rosenblum EB. Évolution convergente et sélection divergente : lézards à l’écotone de White sands. Je suis Né. 2006 Jan; 167(1): 1-15.
• Rasmussen, L.E.L., Lee, T.D., Roelofs, W.L., Zhang, A., Doyle Davies Jr, G. (1996). Phéromone des insectes chez les éléphants. Nature. 379:684
• Zhang, J. et Kumar, S. 1997. Détection d’évolution convergente et parallèle au niveau de la séquence d’acides aminés. Mol. Biol. Evol. 14, 527-36.
• Dawkins, R. 1986. L’Horloger Aveugle. Norton& Société.
• Mayr. 1997. Qu’est-ce que la biologie. Il s’agit de la première édition de la série de romans de la série télévisée américaine. 2004. Parallel evolution and inheritance of quantitative traits. American Naturalist 163: 809–822.

Periodicals

• Berger, Joel, and Kaster, « Convergent Evolution. » Evolution (1979): 33:511.