Cours Premiere partie

BIOLOGIE DES ADAPTATIONS I (partie Mme Sabourault, 6heures)
I) DIVERSITE, ADAPTATION
Adaptation, définition :
Physiologie: ajustement réversible lié a des processus permettant de maintenir l'homéostasie ( c.a.d
capacité que peut avoir un système quelconque à conserver son équilibre de fonctionnement en
dépit des contraintes extérieures)
Biologie évolutive: ajustement génétique par sélection d’un caractère biologique. L’évolution
sélectionne le succès reproductif d’un individu (fitness)
[Haeckel fût le premier a faire de la classification 1874]
Rappel: origine de la diversité des êtres vivants → endosymbiose (phagocyter une protobacterie,
source de respiration) → mitochondrie.
Convergence évolutive
2 grandes lignées de pensées:
– Fixisme : Linné, les espèces n'évoluent pas.
– Théorie de l'évolution : Lamarck, Darwin puis Wallace, les espèces se transforment, et il y a
transmission de caractères nouveaux (innovation évolutive).
Exemple de Lamarck : Girafe, les ressources naturels des buissons diminuant, ils ont étirés leurs
cou pour attraper les feuilles plus haute. [les individus les mieux adaptés se reproduisent mieux il y
a donc transmission des caractères].
Exemple de Darwin : il s'est appuyé sur les iles Galapagos qui sont des groupes d'îles volcaniques,
aux climats differents. Les espèces varient d'une île a l'autre. Ex: (13ss-sps tortues 14ss-sps pinsons)
Les tortues se sont adaptées a chaque milieu:
– Longueur du cou et des membres (branches basses ou hautes, milieu sec ou humide)
– forme de la carapace
– hauteur de la carapace (stockage de graisse).
(Co-évolution des cactus « Opuntia »)
Les pinsons de même:
– adaptation du bec (en fct du régime alimentaire : graines, insectes...)
Évolution : Changements au cours du temps des traits héréditaire d'une espèce. (chenille verte sur
feuille verte se feront moins manger que les blanches, fitness élevé donc évolution vers la
disparition de l'espèce la moins avantagé (C.Blanche) )
Espèce : Organisme pouvant se reproduire entre eux et possédant une descendance fertile.
Théories de l'Evolution :
– Modifications lentes et continues au cours du temps = gradualisme. [il existe donc des
espèces intermédiaires.
– Alternance de périodes d'équilibres ponctués par des changements importants = Equilibres
ponctués
Équilibres ponctués : Lézard Podarcis sicula. Ce lézard a été déposé sur une ile, 40 ans plus tard :
– Lézard + gros
– insectivore a herbivore
– nouvel organe de digestion (valves cæcale)
La biodiversité est le reflet de l'adaptation des organismes (changements climatiques, de
nourritures...)
Les espèces ne sont pas également distribuées. La sélection naturelle permet :
– un changements a travers les générations, adaptations
– variabilité génétique
– Mutations héritées. [d'où l'impossibilité d'une vie clonale]
– sélections des organismes les + fort
Les adaptations (via l'évolution) entrainent : la courses aux armements dans la relation proie
prédateurs, croisement inter espèces les compétitions pour les ressources...
Les insectes sont un succès d'adaptation (cuticule, feromone oomatidies...).
Certaines espèces peuvent n'utiliser qu'une seule ressource. Ce sont des spécialistes. C'est le cas du
panda. Ceci permet d'être le seul a utiliser cette ressource, il y a donc moins de compétition. La
distribution des ressources dans un milieu donné réduit la compétition, en présence d'organismes
spécialistes (ex marrais avec canards, hérons, grues, flamants roses...).
Les individus généralistes (blattes, mange n'importe quoi supporte les radiations etc.) eux pourront
trouver de la nourriture partout, vont donc avoir une niche écologique plus grande.
Mécanismes de l'adaptation :
– Apparition d'un nouveau caractère héréditaire
– Propagation ou non de ce trait → sélection naturelle (proie-environnement) ou sexuelle
(propagation d'un allèle ou non) [ rappel : population → sélection d'un allèle → fixation et
propagation ]
Si la variabilité génétique est grande alors augmentation de la fitness. L'hétérozygotie est un
avantage dans la sélection. Ex : Malaria, avantage a l'hétérozygote (donc augmentation des
hétérozygotes en Afrique, évolution).
La diversité génétique:
– Mutations ponctuelles (erreur lors de la réplication)
– Réarrangements chromosomique (néo-fonctionnalité= nouvelle fcts, génome évolue bouge
par insertion duplication d(e)'une (séquence) nucléotid(es)ique)
– recombinaisons
Sélection naturelle : (prédateurs, climats...)
– La fréquences des traits héréditaires favorisant la survie et la reproduction augmente d'une
génération a l'autre (adaptation (avantage sélectif) → capacité de survie et reproduction >> ;
hérédité → transmission des caractères a la descendance).
Sélection sexuelle : (choix du partenaire de reproduction) 2 types :
– Intraspécifique (caractères sexuels secondaires)
– sexe-dépendante (dimorphisme)
Parfois cette sélection sexuelle augmente la sélection naturelle a son égard : antagoniste
(survie/séduction : queue du paon).
La sélection peut se faire en pré- (pour pouvoir féconder la femelle) ou post-copulatoire (plusieurs
fécondations, le spz le + fort fécondera).
La dérive génétique peut amener a la perte d'un allèle ou d'un caractère d'une espèce (même si il
lui était bénéfique) [si pop petite, + des allèles neutres). C'est l'évolution au hasard.
Elle peut aussi amener une spéciation allopatrique.
La biodiversité peut diminuer si la population est petite (elle ne pourra pas trouver un allèle adapté),
ou bien si le milieu et la population sont fragilisés.
Adaptation convergentes
Acquisition indépendante de deux caractères se ressemblant. Peut arriver chez deux espèces sans
lien de parenté mais occupant un même type de niche écologique (ex colibri et papillon sphingidae :
nectar et vol stationnaire). Peut aussi arriver si même nourriture, même comportement sociale
(fourmis thermites).
Exaptation : c est une adaptation sélective avec utilisation d'un caractère préexistant
– organe non modifié, réutilisé pour une autre fonction ex : apparition de poumon et des pattes
avant la sortie de l'eau des tétrapodes.
– Capacité conférant un avantage sélectif ex : enkystement → résistance et adaptation au froid
–
Spéciation : apparition d'une espèce a partir d'une espèce ancestral :
– isolement géographique, spéciation allopatrique
– isolement reproducteur, spéciation sympatrique
Allopatrique : barrière géographique, évolution indépendante formation d'une nouvelle espèce.
Sympatrique : isolement reproducteur au sein d'une population (rare), formation de deux
communauté au sein de la même niche écologique évolution en deux espèces distincts.
Ex: polyploidie des plantes (réorganisation génomique) :
– mauvaise séparation des chromosomes
– reproduction végétal (peut pas faire de la reproduction sexuée)
– spéciation.
–
Parapatrique : hybridation entre deux (sous) espèces proches. 3 possibilité :
– infertilité donc les hybrides disparaissent
– hybride croise avec parent et retour aux deux espèces d'origine
– supériorité des hybride et prend le dessus sur parents (crevette du panama lézard ensatina)
II Communication animale
2 étapes :
– Perception d'un signal (réception + sensation)
– communication (échanges de signaux émetteur/récepteur, intra- ou inter-spécifique)
La détection du signal se fait grâce a des récepteurs sensoriels, et a la conversion en message
nerveux interprétable : transduction.
[Les récepteurs sensoriels varient d'un individu a l'autre. Il y en a 4 types differents : cellules
sensorielles reliée a un neurone bipolaire, cellules neurosensorielles, neurones bipolaires a
dendrites libres ou dendrites en-capsulés. ]
La sensibilité somatique extéroceptive est la perception de signaux externes (tactiles visuels ou
olfactifs...) grâce a des récepteurs périphériques.
La sensibilité viscérale ou intéroceptive est la perception de stimuli internes (pression artérielle,
PCO2...)
2 types de signaux :
– d'origines biologique : émissions intentionnelle ou non par des êtres vivants de sons
vibrations ou couleurs.
– D'origine physique : liées à l'environnement
Efficacité de propagation des signaux et lié au milieu de vie (eau : son accélérée, lumière freinée)
avec ou sans obstacles.
Il existe 4 types de communications :
– sonores portée longue rythme de changement rapide dépassement des obstacles bon localisable moyen cout énergétique important
– tactiles portée faible rythme de changement rapide dépassement des obstacles faible localisable bon cout énergétique faible
– visuels portée moyen rythme de changement rapide dépassement des obstacles faible localisable bon cout énergétique variable
– chimiques portée longue rythme de changement lent dépassement des obstacles bon localisable variable cout énergétique faible
Intraspécifique ou Interspécifique
Communication sonore
contrainte du milieu contre lois physiques → adaptation : production des sons, mécanisme
d'audition, comportement animale et ré-émission de signaux sonores.
Le spectre vibratoire acoustique est composé de 3 groupes de fréquences :
– Infrasons F<20HZ (longues distances, éléphants, baleines a bosse)
– Sons audibles 20HZ< F >20KHZ [zone auditive+conversation]
– Ultrasons F>20 KHZ (courtes distances chauve-souris dauphin a bec étroit)
Si le son est trop fort nous arrivons a une limite de tolérance et trop faible un seuil de perception.
Son
Il est composé d'un mouvement alternatif de compression et décompression des ondes.
3 caractéristiques : amplitude (volume sonore a la source), fréquence ( nombre d'oscillation par
seconde HZ), durée (temps de propagation du son).
2 types de sons
– son pur : onde a fréquence unique (bouvreuil)
– son musical : différentes fréquences (chant oiseaux cas serin cuir)
La propagation du son (célérité=la longueur d'ondes multiplié par les fréquences)
Elle dépend de:
– du milieu traversé (eau de mer air verre ou bois par ex.)
– de la température (accélère le mouvement des molécule, cf com éléphants)
– présence d'obstacle (onde réfléchies, absorbées ou réfractées, l'onde franchira obstacle si λ >
L de l'obstacle ex: f=4kHZ, λ=c/f=340/4000=8,5cm )
– la distance de l'émetteur au récepteur
– humidité
Le son peut être sous différente formes :
– cris
– chants
– vibrations, percussions, stridulations, sifflements
La plus part du temps il existe aussi un Organe d'amplification (appelé résonateur) qui sert a
amplifier le son et filtre les fréquences.
Ex : insectes : orthoptères : stridulation (râpe grattoir) frottement aile patte chez criquet, aile aile
grillons.
Homoptères : cymbalisation chez cigales.
Batraciens : libération d'air par le sac vocal (vibration cordes vocales du larynx).
Les reptiles quand a eux on les cordes vocales qui ont régressé (lézard serpents) ou n'ont qu'une
ébauche de membranes vibrantes → grognements et mugissements (tortues crocodiles).
Les oiseaux possèdent 2 membranes tympaniformes (une externe et une interne).
L'organe vocale est appelé la syrinx. Il produit des sons pendant les phases d'expirations.
[Ex chez l'oiseau : dilatation, du sac aérien puis déformation membrane pendant inspiration, tension
s'opposant a la pression flux d'air expiré engendre une succion et les vibrations de la membrane].
Il existe aussi des sons non syringiens (cygne) [circulation de l'air dans la trachée, sac aériens
servant de résonateurs]
L'appareil sonore de l'homme est le larynx résonateur cavité buccale ou nasale + pharynx,
amplificateur poumons cage thoracique et muscles. Les hommes ont une phonation vocale.
Les cétacés ont une phonation par cliquetis ou sifflements → écholocalisation.
Mécanisme de l'audition :
la perception acoustique se fait dans l'air ou l'eau grâce a des mécanorécépteurs sensibles qui
permettront la transduction + interprétation, 2types :
– Neurones sensoriels (insectes)
– cellules sensorielles ciliées (vertébrés)
Les insectes possèdent une grande diversité d'organes sensible : antennes et tympans (qui peuvent
être sur l'abdomen sur thorax …)
Il y a aussi des phénomènes de « Co-evolution sonore » : Les papillons noctuelles entendent les
ultrasons des Chauve-souris par exemple.
On peut aussi avoir la présence d'un organe chordotonal (tympanique) chez certains insectes.
Les mammifère possèdent 3 systèmes auditifs majeurs:
– oreille interne (canal cochléaire)
– moyenne (marteau enclume étrier)
– externe (pavillon auditif).
Comportements
–
–
–
–
–
reconnaissance spécifique (otarie reconnaissance de la mère)
dominance
coopération
altruisme
compétition
Mimétisme sonore :
3 intervenants : modèle acoustique, imitateur et individu leurré.
Parasitisme et compétition sonore :
– espèce parasite imitant le chant de l'hôte
– simple brouillage de sons (compétition interspécifique)
– compétition sonore entre espèces partageant le même habitat (spéciation sympatrique)
Communication chimique
Signaux chimiques volatiles (odeurs, phéromones) transportés par le milieu (air eau)
Échange en espèces différentes : utilisation de substances allélochimiques.
Les phéromones :
Ce sont des odeurs entrainant une modification comportementale ou physiologique de l'organisme
récepteur.
Différents types de Phéromones :
– incitatrices: déclenchent une réponse comportementale rapide du receveur (sexuelle ou
alarme)
– modificatrices: changement durables (morphologiques)
Substances allélochimiques :
entre différentes espèces impliqué dans les relations inter-spécifiques : prédations parasitisme ou
symbiose. 3 catégories :
– Kairomones (bénéfique pour le receveur, trahissent la présence de l'émetteur)
– Synomones (bénéfique pour les 2 → relation mutualiste)
– Allomones (bénéfiques pour l'émetteur, comme lors du mimétisme olfactif, ou grâce a des
substances chimiques défensives : odeurs liquides urticants).
Comportement
La communication chimique joue un rôle dans le choix du partenaire, comportement maternel,
grégarisation.
Relations : lépidoptère va manger plante qui possède molécule répulsives aux insectes. L'insecte va
utiliser cette molécule pour attirer les femelles qui transmettra a sa descendance cette molécule (les
œufs). Des coléoptères vont détoxiquer cette molécule et manger les œufs.