Théories de l'évolution biologique, processus, tests et exemples

La évolution biologique C'est le changement dans les propriétés des groupes d'organismes au cours des générations. Des groupes d'organismes de la même espèce sont appelés "populations biologiques".

Essentiellement, la théorie de l'évolution néodarwiniste moderne dit que cela consiste en un changement progressif de formes de vie. Cela a commencé - vraisemblablement - avec une molécule avec la capacité de se reproduire environ 3.5 milliards d'années.

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Avec le temps, une branche des lignées s'est produite et des espèces nouvelles et diverses sont apparues. Les mécanismes de ce changement évolutif sont la sélection naturelle et la dérive des gènes.

La biologie évolutive cherche à comprendre l'origine de la diversité biologique et comment elle maintient. Comme c'est une science centrale en biologie, elle est généralement considérée comme une pensée unificatrice, qui intègre les différentes disciplines des sciences biologiques.

Cette propriété unificatrice de la biologie évolutive a été marquée dans la célèbre phrase de Theodose Dobzhansky: "Rien n'a de sens en biologie, s'il n'est pas à la lumière de l'évolution".

De nos jours, la biologie évolutive a connu toutes les avancées de la science, permettant à Phylogenies d'être reconstruites en utilisant de nombreuses caractéristiques moléculaires et puissantes Analyse statistique.

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Quel est le processus évolutif?

L'évolution est un terme qui dérive des racines latines Évolutif, qui se traduit par le déploiement ou la révélation d'un potentiel caché. Aujourd'hui, le mot évolution évoque simplement un changement. Il fera probablement partie de notre lexique quotidien de désigner les changements dans un objet ou chez une personne.

Cependant, l'évolution biologique fait référence aux changements de groupes d'organismes à travers le passage des générations. Cette définition générale de l'évolution est utilisée par Futuyma (2005). Il est important de souligner que des organismes tels que personnes Ils n'évoluent pas, tandis que les groupes d'organismes.

En biologie, l'ensemble des individus de la même espèce qui coexistent dans le temps et dans l'espace sont appelés populations. Pour qu'un changement d'une population soit considéré comme évolutif, il doit être passé d'une génération à l'autre par le matériel génétique.

Théories scientifiques de l'évolution

Depuis les temps immémoriaux, l'être humain a ressenti une curiosité intrinsèque pour l'origine de la vie et l'existence de l'énorme diversité que les êtres organiques présentent.

Comme le naturaliste britannique Charles Darwin (1809-1882) a eu un impact significatif sur le développement de cette science, nous examinerons les théories proposées avant et après ses contributions.

Avant Darwin: le créationnisme et l'immuabilité de l'espèce

Avant Darwin, les naturalistes et autres scientifiques étaient caractérisés par le maintien d'une pensée créationniste en ce qui concerne l'origine de l'espèce.

Des visions essentialistes ont été traitées, où chaque espèce avait une essence immuable et la variation que nous avons observée dans le groupe n'était due qu'à des imperfections d'être. Cette conception a été gérée à l'époque de Platon et Aristote.

Quelque temps plus tard, les chrétiens ont commencé à interpréter littéralement les passages de la Bible, en comprenant que les êtres organiques ont été créés en un seul événement par une entité surnaturelle. Cette conception n'a pas permis de changer les espèces au fil du temps, car elles avaient été créées sous la perfection divine.

Au XVIIIe siècle, l'objectif des naturalistes était de cataloguer le plan divin que Dieu avait créé. Par exemple, Linneo a établi les bases de la taxonomie actuelle suivant cette ligne de pensée.

Par la suite, cette vision a été contestée par plusieurs penseurs. La théorie avant la vie la plus pertinente de l'époque a été formulée par Jean Baptiste Lamarck. Pour lui, chaque espèce était originaire individuellement par la génération spontanée et a pu "progresser" ou s'améliorer avec le temps.

L'un des principes les plus pertinents établis par Lamarck a été l'héritage des personnages acquis. Ce naturaliste croyait que les différentes caractéristiques que nous acquérons tout au long de nos vies pouvaient être transmises à notre progéniture.

Par exemple, sous la vision Lamarkian, un culturiste qui travaille dur tous ses groupes musculaires, a dû avoir des enfants avec des muscles développés. Le même principe s'appliquera à la désuétude des organes.

Darwin et Wallace Contributions à la biologie évolutive: sélection naturelle

Le nom de Charles Darwin apparaît généralement dans la plupart des textes de biologie, quelle que soit sa spécialité. Darwin a révolutionné la biologie et les sciences en général, avec une ampleur incroyable - comparable, par exemple, avec les contributions de Newton.

Dans sa jeunesse, Darwin a maintenu une pensée fidèle aux enseignements bibliques. Cependant, accompagné d'une pensée religieuse, Darwin a exprimé un intérêt pour les sciences naturelles, il était donc entouré des esprits scientifiques les plus brillants du moment.

Le voyage dans le beagle

La vie de Darwin a pris un tour quand à un âge précoce, il a commencé un voyage à bord du H. M. S. Beagle, un navire britannique qui explorerait différentes régions d'Amérique du Sud. Après un voyage qui a duré quelques années, Darwin a observé et collecté une énorme diversité de faune et de flore sud-américaine.

Grâce à sa situation financière optimale, Darwin a pu consacrer sa vie exclusivement à son travail en sciences biologiques. Après de vastes méditations - et aussi des lectures sur l'économie - Darwin a généré sa théorie de la sélection naturelle.

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La sélection naturelle est une idée simple et en même temps puissante, étant un mécanisme évolutif important - mais pas le seul, comme nous le verrons plus tard.

Cette idée n'a pas seulement été déduite par Darwin. Un jeune naturaliste nommé Alfred Wallace a atteint des idées très similaires indépendamment. Wallace a communiqué avec Darwin, et tous deux ont présenté ensemble la théorie de l'évolution par sélection naturelle.

L'origine des espèces

Par la suite, Darwin présente son chef-d'œuvre: «L'origine des espèces», Qui affiche sa théorie en détail et avec des preuves robustes. Ce livre a six éditions dans lesquelles Darwin a travaillé tout au long de sa vie.

La théorie de la sélection naturelle soutient que s'il existe une variation utile et héritable d'une population d'individus, il y aura une reproduction différentielle entre les détenteurs de caractéristiques. Ceux-ci auront tendance à générer plus de descendants, augmentant ainsi la fréquence des traits dans la population.

De plus, Darwin a également proposé une ascendance commune: toutes les espèces ont divergé dans le temps évolutif d'un ancêtre en commun. Ainsi, tous les êtres organiques peuvent être représentés dans le grand arbre de vie.

Après Darwin: Néodarwinisme et synthèse

Immédiatement après la publication de "L'origine", Une grande controverse a éclaté parmi les scientifiques les plus importants de l'époque. Cependant, au fil des ans, la théorie a été progressivement acceptée.

Il y avait des biologistes qui n'ont jamais accepté d'idées darwiniennes, alors ils ont généré leurs propres théories évolutives, maintenant presque complètement discrédité. Un exemple de cela est le néo-lackisme, l'orthogenèse et le mutationnisme, entre autres.

Entre l'an 30 et 40, toutes les théories anti-vie ont été jetées avec l'arrivée de la synthèse évolutive. Cela consistait en l'union des idées darwiniennes avec les contributions d'une série de généticiens et de paléontologues tels que Fisher, Haldane, Mayr et Wright, entre autres.

La synthèse a réussi à unifier les théories évolutives avec des principes génétiques corrects, car l'une des difficultés que Darwin a dû éprouver pendant son travail était l'ignorance des gènes comme des particules d'hérédité.

Preuve de l'évolution: juste une théorie?

Aujourd'hui, l'évolution biologique est un fait étayé par des preuves robustes et abondantes. Bien que les biologistes ne doutent pas de la véracité du processus, dans la vie quotidienne, nous entendons généralement que l'évolution n'est "qu'une théorie" - avec des connotations péjoratives.

Ce malentendu partie du fait que le terme «théorie» a des significations différentes en science et dans la vie quotidienne. Pour la plupart des gens, une théorie est une prédiction incertaine d'un fait, caractérisé par des fondements faibles. Pour un scientifique, une théorie est un corpus d'idées cohérentes et structurées de manière appropriée.

Suite à cet ordre d'idées, nous pouvons conclure que l'évolution est un Fait, Et il existe des mécanismes pour l'expliquer, comme théorie de sélection naturelle. Les preuves les plus remarquables du processus évolutif sont les suivantes.

Homologie

Deux processus ou structures sont homologues si ce trait était hérité directement d'un ancêtre commun. Dans la biologie évolutive, l'homologie est un point fondamental, car ce sont les seules caractéristiques qui nous permettent.

Homologies morphologiques

Un exemple très célèbre d'homologie est les os des extrémités des tétrapodes. Prenons trois animaux qui diffèrent dans leur modalité de locomotion pour comprendre pourquoi l'homologie est une preuve solide du processus évolutif: les humains, les baleines et les chauves-souris.

Ces trois groupes partagent un plan de base structurel dans leurs extrémités précédentes, car ils l'ont hérité d'un ancêtre commun. C'est-à-dire qu'un tétropode ancestral avait un humérus, suivi d'un rayon et d'un cube, et enfin d'une série de falanges.

Il n'y a aucune raison fonctionnelle pour laquelle trois animaux avec des modes de vie aussi disparates doivent partager le même plan osseux dans leurs membres.

Si la vie était conçue, il n'y a aucune raison de construire un organisme aquatique, un vol et une terre avec le même plan. Pas d'ingénieur - quelle que soit l'inexpérience.

La façon la plus logique d'expliquer cela est d'ascendance commune. Les trois ont hérité de ce plan structurel d'un ancêtre et ont subi les modifications adaptatives que nous observons aujourd'hui: ailes, nageoires et bras.

Homologies moléculaires

L'homologie ne se limite pas aux caractéristiques anatomiques d'un être vivant. Ils peuvent également être mis en évidence au niveau moléculaire. Les informations génétiques des êtres vivants sont stockées dans l'ADN et se traduisent en triplets: trois nucléotides correspondent à un acide aminé.

Une homologie moléculaire universelle est la lecture de ce code génétique, car pratiquement tous les êtres organiques partagent cette langue - bien qu'il existe des exceptions très spécifiques.

Le dossier fossile

Lorsque Darwin propose sa théorie de la sélection naturelle, il soutient que toutes les formes de transition progressives ne sont pas présentes dans le registre des fossiles car il est incomplet. En revanche, les adversaires des idées darwiniennes voient la discontinuité de l'enregistrement comme test contre la théorie.

Nous devons nous rappeler que le processus de fossilisation d'un être organique est un événement improbable, associé à la probabilité qu'un spécimen trouvé en bon état. Pour ces raisons, moins de 1% de toutes les formes qu'ils vivaient autrefois sont représentées dans le registre des fossiles.

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Malgré cela, des fossiles très bien conservés ont été trouvés qui servent de "fenêtre au passé". L'un des plus célèbres est Archéopteryx. Dans ce fossile, ils mettent en évidence les caractéristiques intermédiaires entre un reptile et un oiseau. Nous avons également plusieurs fossiles hominidés qui nous ont permis de reconstruire l'évolution des humains.

Certaines théories alternatives ont été proposées pour expliquer la discontinuité de l'enregistrement, comme la théorie de l'équilibre ponctué.

Biogéographie

Bien que l'évolution soit soutenue par des preuves de nombreuses branches de la connaissance, c'est la biogéographie qui a convaincu Darwin de la véracité du processus évolutif.

La distribution des organismes vivants sur la planète Terre n'est pas homogène, et de nombreux aspects de ce modèle peuvent s'expliquer par la théorie de l'évolution - et non par l'hypothèse de création spéciale.

Lorsque nous examinons la faune des îles océaniques (éléments isolés qui n'ont jamais eu de contact avec le continent), nous constatons que la composition des espèces est très particulière. Par exemple, cela peut être vu dans les îles situées dans l'Atlantique Nord, appelées îles des Bermudes.

Les vertébrés indigènes (non-tempsurs) sont très rares, principalement des oiseaux, des chauves-souris migrateurs et des lézards, entre autres. Certaines de ces espèces présentent une relation significative avec la faune de l'Amérique du Nord. D'autres, en revanche, sont endémiques à l'île et ne sont trouvés dans aucune autre région.

Ce modèle de distribution est compatible avec les processus évolutifs, car la zone est spécifiquement colonisée avec des animaux avec une capacité de vol et une dispersion de grandes distances.

Évolution en action: exemple d'évolution

Un autre malentendu dans la biologie évolutive est qu'il est lié à un processus extrêmement lent.

S'il est vrai que pour obtenir des adaptations complexes telles que des mâchoires ou des yeux puissants avec d'excellentes visions, nous devions attendre quelques millions d'années, il y a certains processus évolutifs que nous pouvons observer de nos propres yeux dans une période relativement courte de temps.

Ensuite, nous analyserons le cas du papillon Biston Betularia comme exemple d'évolution en action. Plus tard, nous parlerons de la résistance aux antibiotiques et aux pesticides, un autre exemple d'évolution que nous pouvons observer dans un court laps de temps.

Mélanisme industriel et Biston Betularia

L'un des exemples les plus remarquables de la biologie évolutive est le mélanisme industriel. Ce phénomène a été documenté pendant la révolution industrielle et a réussi à établir une relation entre la variation de la couleur du papillon Biston Betularia et la contamination de son habitat.

Le papillon présente deux morphologies: une claire et une sombre. Avant la pollution, la variante dominante était le papillon clair, vraisemblablement parce qu'il perchait sur la morsure claire de bouleau et pouvait passer inaperçu par leurs prédateurs potentiels: les oiseaux.

Avec l'arrivée de la révolution industrielle, la pollution augmente des niveaux significatifs. Les arbres cortex ont commencé à prendre une coloration de plus en plus sombre et cela a généré un changement dans les fréquences des variantes claires et sombres des papillons.

Le papillon noir a été la variante dominante pendant un certain temps, car elle pourrait être mieux cachée dans l'écorce noircie.

Par la suite, des programmes de nettoyage environnemental ont été mis en œuvre qui ont contribué à réduire la pollution de l'environnement. Grâce à l'efficacité de ces programmes, les arbres ont recommencé à reprendre leur couleur caractéristique initiale.

Comme nous pouvons être intuitifs, la fréquence des papillons a à nouveau changé, étant la variante claire le dominant. Ainsi, le processus évolutif a été documenté en une période de 50 ans.

Mécanismes d'évolution

L'évolution biologique est un processus qui implique deux étapes: la génération de variation puis la reproduction différentielle des variations, soit par sélection naturelle, soit par dérive de gènes. Pour cette raison, le terme sélection et évolution naturelle ne doit pas être utilisé de manière interchangeable - car ils ne sont pas.

Sous la perspective de l'évolution de la génétique des populations est le changement des fréquences alléliques au fil du temps au sein d'une population. Ainsi, les forces qui changent les fréquences alléliques sont la sélection, la dérive, la mutation et la migration.

Sélection naturelle

Comme nous l'avons mentionné précédemment, la plus grande contribution de Darwin à la biologie était de proposer la théorie de la sélection naturelle. Cela a été fortement mal compris et déformé par les médias, l'associant à de mauvaises phrases telles que: "La survie des plus adaptées".

Les conditions de sélection naturelle se produisent

La sélection naturelle est une idée simple, avec de magnifiques résultats. Si un système répond aux caractéristiques suivantes, elle évoluera - inévitablement - par la sélection naturelle:

- Variabilité: une condition sine qua non Pour que l'évolution se produise, il doit y avoir une variation au sein de la population.

Par exemple, les membres varient dans leur coloration, leur fourrure, leur hauteur, etc. Nous pouvons trouver la variation à différents niveaux: morphologique, cellulaire, biochimiste et moléculaire. Au fur et à mesure que nous descendons au niveau, nous constatons que la variation augmente.

- Héritabilité: En termes simples, l'emballage est la ressemblance des parents avec leur progéniture. Formellement, il est défini comme la proportion de la variance phénotypique due à la variation génétique et est exprimé avec l'équation: h² = V_g / (V_g + V_ET), où V_g C'est la variance génétique et V_ET La variance environnementale.

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- Association avec lui Aptitude: Enfin, la caractéristique héréditaire doit conférer à l'agence qu'elle a un avantage dans le aptitude. Ce terme est utilisé dans la biologie évolutive pour quantifier la capacité d'un organisme à survivre et à se reproduire, laissant une progéniture fertile.

Ainsi, lorsque ces trois conditions sont remplies, les organismes ayant les traits avantageux sont plus susceptibles de se reproduire que les membres de la population qui n'ont pas la même chose.

Le gène dérive

La dérive des gènes est le changement des fréquences alléliques qui se produisent par l'erreur d'échantillonnage des gamètes d'une génération à une autre. C'est-à-dire que c'est un événement stochastique ou aléatoire. Ce phénomène est significatif lorsque la population d'étude effective est petite.

En statistiques, l'erreur d'échantillonnage est les écarts qui existent entre la prédiction théorique et les obtenus expérimentalement. Par exemple, si nous avons 50 grains noirs et 50 grains rouges dans un sac, nous nous attendrions à ce que si nous prenons 10 aléatoires, la proportion attendue est de 5 noirs et 5 grains rouges.

Cependant, il ne serait pas étrange si le résultat expérimental est 6 Noirs et 4 rouges, ou 7 noirs et 3 rouges. Ceci est l'erreur d'échantillonnage.

Selon la théorie neutre de l'évolution moléculaire, la plupart des mutations sont fixées par dérivation et n'ont aucun effet sur le aptitude de l'individu.

Comme dans la sélection naturelle, dans la dérive des gènes, il y a une reproduction différentielle d'individus uniquement que dans ce cas, c'est par hasard - tandis que dans la sélection naturelle, c'est par une caractéristique qui augmente son aptitude.

Applications de biologie évolutive

La biologie évolutive a une série d'applications, à la fois pour la médecine, l'agriculture, la biologie de la conservation et pour d'autres disciplines.

Médecine

La théorie de l'évolution est une science essentielle dans le domaine de la médecine. Par exemple, cela nous permet de prédire le résultat de l'utilisation aveugle d'antibiotiques pour le traitement des maladies infectieuses.

Lorsque nous appliquons un antibiotique inutilement ou ne culminerons pas un traitement médical, nous éliminerons les variantes non résistantes, mais les individus résistants augmenteront leur fréquence dans la population de bactéries.

Actuellement, la question de la résistance bactérienne à la plupart des antibiotiques est un monde d'intérêt et de préoccupation. La conscience de l'utilisation des antibiotiques est un moyen de réduire cette complication.

Par exemple, les bactéries Staphylococcus aureus Il est courant que les salles d'opération sont et provoquent des infections chez les patients pendant les chirurgies.

Aujourd'hui, les bactéries sont totalement résistantes à une série d'antibiotiques, comme la pénicilline, l'ampicilline et les médicaments connexes. Bien que de nouveaux antibiotiques aient été générés pour le contrer, les médicaments sont de moins en moins efficaces.

La crise de la résistance est l'un des exemples les plus dramatiques d'évolution, que nous pouvons observer de nos propres yeux, donc il sert également de preuve du processus évolutif.

L'agriculture et l'élevage

Le même principe évolutif peut être extrapolé à l'utilisation de pesticides pour l'élimination des ravageurs, dans des cultures ayant une importance économique importante. Si le même type de pesticide est appliqué pendant longtemps, nous favoriserons l'augmentation des variantes résistantes.

De même, les agriculteurs cherchent à obtenir les «meilleurs» animaux pour maximiser la production (lait, viande, etc.). Ces agriculteurs sélectionnent les individus qu'ils considèrent les plus utiles en termes pratiques. Avec le passage des générations, les individus ressemblent à ce qui est souhaité par l'humain.

Ce processus de sélection artificielle humaine ressemble à une sélection naturelle, en termes de réussite de reproduction différentielle. Avec la différence remarquable que dans la nature, il n'y a pas de co-dencesseur.

Biologie de la conservation

Dans les problèmes de conservation, la compréhension des phénomènes tels que les "goulots d'étranglement" et la diminution de aptitude causée par l'endogamie permet de les éviter et de générer des plans de conservation qui augmentent le aptitude Et garder la population "en bonne santé".

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