Évolution

1L'idée d'évolution

Avant Darwin, on croyait les espèces fixes, créées une fois pour toutes et immuables. L'observation du vivant contredit cette vision : les êtres vivants forment un ensemble de ressemblances emboîtées (un chat ressemble plus à un lion qu'à un poisson), et les fossiles montrent des formes disparues, différentes des espèces actuelles. L'évolution est l'idée que les espèces se transforment au cours du temps et descendent les unes des autres à partir d'ancêtres communs.

Charles Darwin, dans *L'Origine des espèces* (1859), apporte le mécanisme qui manquait : la sélection naturelle. Son raisonnement tient en trois constats et une conclusion. Premier constat : les individus d'une même espèce sont variables (aucun n'est identique à l'autre). Deuxième constat : cette variabilité est en partie héréditaire (les descendants ressemblent aux parents). Troisième constat : il naît beaucoup plus d'individus que le milieu ne peut en nourrir, d'où une lutte pour la survie. Conclusion inévitable : les individus porteurs des variations les plus favorables survivent et se reproduisent mieux, transmettant ces variations. Génération après génération, la population se transforme.

Il faut bien saisir que l'évolution n'a pas de but ni de direction préétablie. Elle ne cherche pas la perfection ni le progrès : elle trie simplement, à chaque génération, ce qui fonctionne dans un environnement donné. Une bactérie n'est pas « moins évoluée » qu'un humain — elle est parfaitement adaptée à son milieu, et elle a d'ailleurs le même âge évolutif que nous, puisque nous partageons un ancêtre commun.

2La variabilité : la source de la diversité

Sans diversité, pas d'évolution : s'il n'existait qu'un seul type d'individu, la sélection n'aurait rien à trier. Cette diversité vient de deux sources qu'il faut distinguer. La première est la mutation : une modification aléatoire de la séquence d'ADN (substitution d'une base, insertion, délétion). Les mutations sont rares mais permanentes ; elles sont la seule source qui crée de nouveaux allèles, du matériel génétique véritablement inédit. La plupart sont neutres, certaines nuisibles, quelques-unes avantageuses — et c'est l'environnement, pas la mutation elle-même, qui décide de son sort.

La seconde source est le brassage génétique lié à la reproduction sexuée. Il ne crée pas de nouveaux allèles mais il en produit des combinaisons nouvelles, en nombre gigantesque. Deux mécanismes agissent lors de la méiose et de la fécondation. Le brassage inter-chromosomique répartit au hasard les chromosomes de chaque paire dans les gamètes : avec 23 paires chez l'humain, cela fait déjà 2²³ combinaisons possibles, soit plus de 8 millions. Le brassage intra-chromosomique (crossing-over) échange des morceaux entre chromosomes homologues, multipliant encore la diversité. Ajoute la rencontre au hasard de deux gamètes à la fécondation, et chaque enfant est génétiquement unique (sauf jumeaux vrais).

Un exemple chiffré : sans même compter les crossing-over, un couple humain peut engendrer 2²³ × 2²³ ≈ 70 000 milliards de génotypes différents par le seul brassage inter-chromosomique. D'où la variété d'une fratrie : mêmes parents, mais un tirage différent à chaque fois.

3La sélection naturelle

La sélection naturelle est le mécanisme central de l'évolution adaptative. Son principe : dans un environnement donné, les individus porteurs d'un phénotype favorable survivent mieux et laissent plus de descendants que les autres. Comme ce phénotype est en partie héréditaire, les allèles correspondants deviennent plus fréquents à la génération suivante. Au bout de nombreuses générations, la population entière a changé. Attention : la sélection ne crée rien — elle ne fait que trier une variabilité déjà présente. Le hasard fournit les variations, l'environnement fait le tri.

L'exemple historique le plus parlant est celui de la phalène du bouleau (*Biston betularia*), un papillon nocturne anglais qui existe sous deux formes : une forme claire tachetée et une forme sombre. Avant la révolution industrielle, les troncs des bouleaux étaient clairs, couverts de lichens : la forme claire, camouflée, échappait aux oiseaux, tandis que la forme sombre, bien visible, était mangée. La forme claire dominait donc largement la population. Puis la pollution industrielle a noirci les troncs (suie, mort des lichens) : soudain, c'est la forme sombre qui devient invisible et la forme claire qui se fait repérer et dévorer. En quelques décennies, dans les régions industrielles, la fréquence de la forme sombre est passée de moins de 2 % à plus de 90 %.

Observe la sélection agir sur cette population de phalènes : change la couleur de l'environnement et regarde la fréquence des formes basculer génération après génération.

Ce cas est un modèle parfait car il montre tout : la variabilité préexistante (les deux formes coexistaient déjà avant la pollution — la mutation sombre n'a pas été « provoquée » par la suie), la pression de sélection (la prédation par les oiseaux), et le renversement quand l'environnement change. Fait remarquable : après les lois anti-pollution du XXᵉ siècle, les troncs ont reblanchi et la forme claire est redevenue majoritaire. La sélection n'a pas de mémoire ni de direction : elle suit l'environnement du moment.

4La dérive génétique

La sélection n'est pas le seul moteur du changement : le hasard en est un autre, et c'est la dérive génétique. La dérive désigne la fluctuation aléatoire des fréquences des allèles d'une génération à l'autre, simplement parce que les individus qui se reproduisent ne sont qu'un échantillon de la population. À chaque génération, quels gamètes se rencontrent, quels individus survivent aux accidents, tout cela comporte une part de tirage au sort. Contrairement à la sélection, la dérive n'a rien à voir avec l'adaptation : un allèle peut se répandre ou disparaître par pure chance, qu'il soit utile ou non.

L'effet clé à comprendre : plus la population est petite, plus la dérive est forte. C'est une question d'échantillonnage, comme au pile ou face. Sur 10 000 lancers, tu obtiens presque exactement 50 % de piles — les écarts se compensent. Sur 4 lancers, obtenir 4 piles (100 %) est courant. De même, dans une population de millions d'individus, les fréquences alléliques restent stables ; dans une population de 20 individus, un allèle peut passer de 30 % à 60 % en une génération juste par chance, voire disparaître complètement.

Deux situations amplifient la dérive. L'effet de goulot d'étranglement : une catastrophe (épidémie, sécheresse) réduit brutalement la population à quelques survivants, dont le patrimoine génétique ne représente qu'un échantillon appauvri de la diversité d'origine. L'effet fondateur : quelques individus colonisent un nouveau milieu (une île) et fondent une population dont les fréquences alléliques dépendent entièrement de ce petit groupe de départ.

5La population évolue, pas l'individu

Voici l'un des points les plus mal compris — et donc les plus rentables au concours. Un individu n'évolue pas : il naît avec un génotype fixé à la fécondation et le garde toute sa vie. Une girafe ne s'allonge pas le cou en broutant les feuilles hautes ; un athlète qui muscle ses bras ne transmet pas ces muscles à ses enfants. Ce qui évolue, c'est la composition génétique de la population au fil des générations : la fréquence des allèles change parce que certains individus se reproduisent plus que d'autres.

Il faut ici enterrer une vieille idée fausse, le lamarckisme, ou « hérédité des caractères acquis ». Lamarck pensait qu'un organe se développe par l'usage et que ce développement se transmet à la descendance (la girafe étirerait son cou et léguerait ce cou allongé). C'est faux : les modifications acquises pendant la vie (musculation, bronzage, apprentissage) ne modifient pas les gamètes et ne se transmettent donc pas. Seules les variations présentes dans l'ADN des cellules reproductrices sont héréditaires. Le modèle correct est darwinien : la diversité est là au départ (mutations, brassage), et la sélection/dérive modifie ses proportions.

Reformulons avec la girafe pour ancrer l'idée. Explication lamarckienne (fausse) : chaque girafe étire son cou et transmet cet allongement. Explication darwinienne (correcte) : dans une population, les cous étaient de longueurs variées par hasard ; les girafes à cou plus long atteignaient plus de feuilles, survivaient et se reproduisaient mieux ; l'allèle « cou long » est devenu plus fréquent, génération après génération. L'individu ne change pas ; c'est la population qui, statistiquement, se déplace.

6La spéciation

La spéciation est la naissance d'une nouvelle espèce à partir d'une espèce ancestrale. Encore faut-il définir « espèce » : deux individus appartiennent à la même espèce s'ils peuvent se reproduire entre eux et donner une descendance fertile. Le cheval et l'âne, par exemple, engendrent un mulet stérile : ce sont donc bien deux espèces distinctes. La spéciation, c'est l'apparition d'une barrière reproductive entre deux groupes qui, auparavant, pouvaient se croiser.

Le scénario le plus courant est la spéciation par isolement géographique. Une population unique est coupée en deux par une barrière (montagne qui se forme, bras de mer, rivière). Les deux sous-populations ne peuvent plus échanger de gènes : elles divergent peu à peu, chacune accumulant ses propres mutations et subissant ses propres pressions de sélection et sa propre dérive. Après un grand nombre de générations, les différences génétiques deviennent telles que, même si les deux groupes se retrouvaient, ils ne pourraient plus se reproduire ensemble. La barrière reproductive est alors installée : il y a désormais deux espèces.

L'exemple emblématique est celui des pinsons des Galápagos étudiés par Darwin. À partir d'une espèce ancestrale venue du continent, la colonisation d'îles différentes a isolé les populations. Sur chaque île, les ressources différaient (grosses graines dures, petites graines, insectes), sélectionnant des formes de becs différentes. Isolement + sélections divergentes ont produit une dizaine d'espèces de pinsons, chacune spécialisée, toutes issues d'un même ancêtre : c'est une radiation évolutive.

7Les preuves de l'évolution

L'évolution n'est pas une simple hypothèse : c'est une théorie appuyée par des faits convergents issus de disciplines indépendantes. Première preuve, la paléontologie (les fossiles). Les couches géologiques enregistrent une succession de formes de vie : les plus profondes contiennent des espèces simples et anciennes, les plus récentes des formes proches des espèces actuelles. On y trouve des formes de transition documentant le passage progressif entre groupes — par exemple des fossiles à mi-chemin entre reptiles et oiseaux (plumes + dents + queue osseuse), ou entre poissons et tétrapodes.

Deuxième preuve, l'anatomie comparée. De nombreux organes d'espèces différentes partagent le même plan d'organisation malgré des fonctions très différentes : c'est le cas des membres des vertébrés. Le bras humain, l'aile de la chauve-souris, la nageoire de la baleine et la patte du cheval possèdent les mêmes os disposés dans le même ordre (humérus, radius, cubitus, carpe, doigts). Ces organes homologues ne s'expliquent que par un ancêtre commun dont le plan de base a été remodelé pour des usages divers. À l'inverse, l'aile d'oiseau et l'aile d'insecte assurent la même fonction mais n'ont aucune structure commune : ce sont des organes analogues (convergence), pas la preuve d'une parenté. On compte aussi les organes vestigiaux : structures atrophiées, héritées d'ancêtres où elles étaient fonctionnelles (appendice, coccyx chez l'humain).

Troisième preuve, la plus puissante, la biologie moléculaire (l'ADN). Tous les êtres vivants utilisent le même code génétique (les mêmes triplets codent les mêmes acides aminés, de la bactérie à l'humain) : cette universalité signale une origine commune. Mieux, on peut mesurer la parenté : plus deux espèces sont proches, plus leurs séquences d'ADN et de protéines se ressemblent. L'ADN humain et celui du chimpanzé sont identiques à environ 98–99 % ; l'écart grandit avec la souris, davantage encore avec un poisson. On construit ainsi des arbres phylogénétiques quantitatifs qui recoupent remarquablement ceux tirés des fossiles et de l'anatomie : trois disciplines indépendantes racontent la même histoire.

8Les erreurs fréquentes