Effet fondateur: qu'est-ce que c'est et comment il affecte l'évolution biologique

A partir de la date de publication de "L'Origine des Espèces" par le célèbre Charles Darwin en 1859, les humains ne conçoivent plus les êtres vivants comme des entités immobiles et statiques dans leur histoire évolutionniste. Selon le postulat de la théorie de la sélection naturelle, les êtres vivants subissent des mutations aléatoires tout au long de la générations, et certains caractères sont fixes en raison de leur utilité, tandis que d'autres sont discriminés et disparaissent avec le la météo.

Par exemple, un individu d'une espèce particulière de papillon de couleur de banque peut subir une mutation dans un gène producteur de mélanine au cours de son développement et, par conséquent, présentent une couleur complètement noir. Si ce trait est héréditaire et aide le spécimen à rester plus longtemps caché dans l'écorce des arbres, il se reproduira plus de fois, car son aptitude biologique aura augmenté. Ainsi, ce trait se répandra dans toute la population, car les papillons noirs se reproduiront plus que les papillons blancs. Aussi simple que cela.

D'autre part, la couleur noire du papillon peut attirer plus facilement l'attention des prédateurs et l'individu muté est la proie dès sa naissance. Dans ce cas, il mourrait directement et le gène délétère disparaîtrait du patrimoine génétique de la population. Avec ces fondations en place, nous nous immergeons dans l'effet fondateur, ou ce qui est le même, les conséquences dérivées de l'existence d'une très petite population d'une espèce dans un écosystème donné.

• Article associé: "Génétique comportementale: définition et ses 5 découvertes les plus importantes"

Les bases de la dérive génétique

Comme nous l'avons déjà dit, Darwin a postulé dans "L'Origine des espèces" la sélection naturelle comme moteur évolutif des populations, mais il est intéressant de savoir que ce n'est pas le seul mécanisme dans la nature qui fait varier les fréquences alléliques des êtres vivant. Aussi nous avons une dérive génétique, un processus complètement stochastique qui est une conséquence de l'échantillonnage aléatoire dans la reproduction et qui, en général, tend à réduire la diversité génétique organismes (homozygotie). Regardons le même exemple cité ci-dessus d'un autre point de vue.

Disons que nous avons une mini-population de 5 papillons, 4 blancs et un noir. Il s'avère que la couleur noire est vraiment bénéfique pour l'espèce car elle permet un excellent mimétisme dans le écorce d'arbre, mais malheureusement, le spécimen noir muté meurt lorsqu'il entre en collision avec le verre d'un voiture. Sa couleur n'a rien à voir avec sa mort et, malgré un caractère bienfaisant, elle est complètement effacée de la population.

En raison de cette "erreur d'échantillonnage", des allèles complètement viables pour une population spécifique peuvent parfois disparaître, sans tenir compte des raisons logiques ou des mécanismes de la sélection naturelle. Quoi qu'il en soit, il faut noter que la dérive génétique fonctionne beaucoup plus fortement dans les petites populations: Si nous avions 5 000 papillons dans la population citée et 1 000 d'entre eux étaient noirs, les chances que tous les noirs disparaissent au hasard sont beaucoup plus faibles.

Pour expliquer la dérive génétique, de nombreux autres concepts jouent un rôle essentiel. Certains d'entre eux sont les fréquences alléliques, la taille effective de la population, les goulots d'étranglement potentiels, etc. Dans tous les cas, dans les lignes restantes, nous allons nous concentrer sur l'une des causes les plus connues de dérive génétique dans le monde de la zoologie: l'effet fondateur.

Quel est l'effet fondateur ?

L'effet fondateur est l'une des causes les plus évidentes des mécanismes de dérive génétique, avec les contraintes de ressources dans un environnement donné et le goulot d'étranglement évolutif. Dans ce cas précis, on parle de la perte d'informations génétiques lorsqu'une petite partie d'une grande population en devient indépendante sur un terrain différent.

Cherchons un nouvel exemple, car la couleur des papillons n'en donne pas plus. Maintenant, supposons que nous ayons une population de 200 oiseaux, qui effectuent chaque année une migration transatlantique d'un continent à l'autre pour se reproduire. Pour une raison quelconque, lors d'un de ces voyages exigeants, 10 de ces oiseaux sont séparés du troupeau initial à la recherche de nouveaux territoires et, épuisé, se réfugier sur une petite île au milieu de la rien.

Si cette île dispose des ressources nécessaires et qu'il y a un manque évident de prédateurs, ces 10 oiseaux peuvent s'installer sur les terres insulaires et décider de ne pas migrer. Ainsi, une nouvelle population de 10 spécimens a été établie à partir d'une autre qui en comptait 200. L'échantillonnage de sélection a été complètement aléatoire et, par conséquent, la fréquence allélique des nouveaux individus peut être très différente de celle attendue dans la population générale.

Par exemple, 1 oiseau sur 100 peut avoir un bec plus gros que les autres et 1 oiseau sur 50 est vert au lieu de jaune. S'il s'avère que, du fait du hasard, 3 de ces oiseaux fondateurs présentent ces traits dans un population totale de 10, il est plus que possible que ces allèles soient fixés dans les générations futures bien qu'ils ne soient pas "la norme". Donc, l'effet fondateur peut provoquer la fixation de traits chez une espèce qui, s'il s'agissait d'une population plus importante, ne le ferait jamais.

• Vous etes peut etre intéressé: "La dérive génétique: qu'est-ce que c'est et comment affecte-t-elle l'évolution biologique ?"

Les effets de l'effet fondateur

Comme vous pouvez l'imaginer, selon les caractéristiques des « fondateurs », un fossé profond peut se produire au fil du temps entre les membres de la population d'origine et la nouvelle. La chose devient beaucoup plus intéressante si l'on considère qu'en plus, la sélection naturelle est également susceptible d'agir sur les allèles des fondateurs différemment de ceux qui sont présents dans la grande population.

Si l'on continue avec l'exemple précédent, il est clair qu'être 10 spécimens dans un environnement exotique n'a rien à voir avec vivre en groupe de 200 sur un terrain continental. Par conséquent, les traits atypiques sélectionnés (gros bec et couleur verte) peuvent être bénéfiques à long terme pour ceux qui les portent. Par exemple, il nous vient à l'esprit qu'une teinte verte pourrait imiter l'oiseau sur la cime des palmiers, et un gros bec serait très utile pour casser les noix de coco et accéder à la nourriture.

Ainsi, en plus de « l'erreur d'échantillonnage » de la sélection elle-même, il est possible que la sélection favorise des génotypes (et phénotypes) atypiques dans le temps en raison des nouvelles impositions de l'environnement. Ainsi, la progéniture des fondateurs serait de plus en plus verte et avec le plus haut pic statistiquement parlant, jusqu'à atteindre un point d'adaptation maximale à l'exploitation de leur nouveau créneau. Rappelle-toi que l'évolution ne crée pas des êtres parfaits, car dit familièrement et pécheurs réductionnistes, "vous faites ce que vous pouvez avec ce que vous avez".

Dans ce scénario concret et parfait, on pouvait s'attendre à ce que les colonisateurs insulaires finissent par être une sous-espèce et, plus tard, leur propre espèce à travers les siècles. Lorsqu'un membre de la population insulaire est incapable de se reproduire avec un autre de l'original (soit par anatomie, comportement, barrières précigotiques et plus) on peut dire que les deux spécimens appartiennent, en fin de compte, à un différentes espèces. Ceci est un exemple clair de la façon dont l'effet fondateur peut induire la spéciation dans un environnement insulaire.

• Vous etes peut etre intéressé: "La spéciation: qu'est-ce que c'est et comment elle se développe dans l'évolution biologique"

résumé

Nous vous avons présenté un cadre idyllique pour que vous compreniez ce qu'est l'effet fondateur, mais malheureusement la nature ne fonctionne généralement pas comme ça. L'une des grandes faiblesses des petites populations est qu'elles ont tendance à l'homozygotie et à la consanguinité, il est c'est-à-dire que la variabilité génétique se perd au fil des générations en raison du manque d'individus reproducteurs non familier. Ainsi, il est très probable qu'une population de 10 individus ne démarrera jamais et, si c'est le cas, la progéniture 3-4 générations plus tard finira par ne pas être viable.

Il est également possible que, pour une raison quelconque, un personnage qui augmentait auparavant la viabilité évolutive cesse de le faire avec le temps.

S'il n'y a pas de diversité génétique (si les mêmes allèles sont toujours fixes), tous les individus d'une petite population seront plus ou moins également préparés aux changements environnementaux, donc le risque d'extinction est considérablement multiplié. L'effet fondateur peut favoriser la spéciation, mais aussi la disparition totale d'une population par manque de diversité génétique.

Références bibliographiques:

• Greenbaum, G., Templeton, A. R., Zarmi, Y., & Bar-David, S. (2014). Richesse allélique suivant les événements fondateurs de la population - un cadre de modélisation stochastique intégrant le flux de gènes et la dérive génétique. PloS un, 9 (12), e115203.
• Roi, T. E., & Jobling, M. À. (2009). Fondateurs, dérive et infidélité: la relation entre la diversité du chromosome Y et les patronymes patrilinéaires. Biologie moléculaire et évolution, 26 (5), 1093-1102.
• Pardo, L. M., MacKay, I., Oostra, B., van Duijn, C. M., & Aulchenko, Y. S. (2005). L'effet de la dérive génétique dans une jeune population génétiquement isolée. Annales de génétique humaine, 69 (3), 288-295.
• Slatkin, M., & Excoffier, L. (2012). Effets fondateurs en série lors de l'expansion de l'aire de répartition: un analogue spatial de la dérive génétique. Génétique, 191 (1), 171-181.
• Whitlock, M. C. (1997). Effets fondateurs et changements de pic sans dérive génétique: les changements de pic adaptatifs se produisent facilement lorsque les environnements fluctuent légèrement. Évolution, 51 (4), 1044-1048.