La diversité génétique et l'origine de la biodiversité
Pourquoi personne ne te ressemble exactement
Commençons par une observation que tu peux faire toi-même. Prends dix élèves de ta classe : aucun n'a exactement le même visage, la même taille, le même groupe sanguin, la même couleur d'yeux. Pourtant, ils appartiennent tous à la même espèce, l'espèce humaine. La diversité existe donc à l'intérieur même d'une espèce, et pas seulement entre espèces différentes. Pour comprendre d'où elle vient, il faut revenir aux gènes.
Tu as vu au chapitre sur l'hérédité qu'un gène est une portion d'ADN qui gouverne un caractère. Mais un gène peut exister en plusieurs versions, et c'est là que tout se joue.
Un allèle est une version d'un gène. Pour un même gène, différents individus d'une espèce peuvent posséder des allèles différents, ce qui explique qu'un même caractère puisse s'exprimer de plusieurs façons.
Prenons le gène qui gouverne le groupe sanguin chez l'humain : il existe en plusieurs allèles (A, B, O). Selon les allèles que tu possèdes, ton groupe sanguin sera A, B, AB ou O. Ce n'est pas le gène qui change d'une personne à l'autre — c'est l'allèle de ce gène.
Exemple 1. Le gène de la couleur des yeux existe en plusieurs allèles. Amine a hérité d'allèles qui donnent des yeux foncés ; Salma, sa sœur, a hérité d'autres allèles qui donnent des yeux clairs. Même gène, allèles différents, caractères différents.
Exemple 2. Chez le dattier du Tafilalet, le gène qui gouverne la couleur du fruit existe en plusieurs allèles : certains arbres donnent des dattes brun foncé (comme la Mejhoul), d'autres des dattes plus claires. Toutes ces variétés sont la même espèce de palmier-dattier, mais elles diffèrent par leurs allèles.
Chacun a une combinaison unique
Un être humain possède des milliers de gènes, et pour beaucoup d'entre eux, plusieurs allèles existent dans la population. Toi, tu portes pour chaque gène une certaine combinaison d'allèles. Le nombre de combinaisons possibles est colossal : c'est pourquoi, statistiquement, il n'existe pas deux personnes ayant exactement le même assortiment d'allèles — sauf une exception.
Chaque individu possède une combinaison unique d'allèles, héritée de ses deux parents. Cette combinaison, propre à chacun, est ce qui fait que personne ne ressemble génétiquement à un autre, exception faite des vrais jumeaux.
Les vrais jumeaux (jumeaux issus d'un même œuf, qui s'est divisé en deux) sont la seule exception : comme ils proviennent de la même cellule de départ, ils possèdent exactement les mêmes allèles. C'est pour cela qu'ils se ressemblent tant. Les faux jumeaux, en revanche, viennent de deux œufs différents : ils ont chacun leur propre combinaison, et ne se ressemblent pas plus que des frères et sœurs ordinaires.
Un gène existe en plusieurs allèles (versions). Chaque individu d'une espèce porte une combinaison unique d'allèles, ce qui explique que tous soient différents — sauf les vrais jumeaux, qui partagent les mêmes allèles.
Comment la reproduction sexuée brasse les allèles
Tu sais maintenant que chaque enfant porte une combinaison unique d'allèles. Mais d'où vient cette combinaison ? Pourquoi Amine et Salma, qui ont les deux mêmes parents, n'ont-ils pas reçu le même assortiment ? La réponse tient en un mot : le brassage. La reproduction sexuée mélange les allèles des parents et en redistribue à chaque enfant une combinaison nouvelle.
La reproduction sexuée fait intervenir deux cellules reproductrices, les gamètes (l'ovule de la mère, le spermatozoïde du père). Leur rencontre, la fécondation, forme une cellule-œuf qui possède des allèles venus des deux parents.
Le point essentiel est que chaque gamète ne contient pas tous les allèles d'un parent, mais seulement la moitié : un seul allèle pour chaque gène. Et surtout, deux gamètes d'un même parent ne contiennent pas le même tirage d'allèles. C'est la fabrication des gamètes qui réalise un premier mélange.
La méiose : un tirage au sort des allèles
La fabrication des gamètes se fait par une division cellulaire particulière, la méiose, que tu as commencé à approcher au chapitre sur la division cellulaire. Contrairement à la mitose, elle divise par deux le nombre de chromosomes, si bien que le gamète n'emporte plus qu'un seul allèle par gène au lieu de deux : tu en étudieras le détail en classe de 2nde. Reste à l'essentiel : un parent possède, pour chaque gène, deux allèles. Lors de la méiose, chaque gamète ne reçoit qu'un seul de ces deux allèles, tiré au hasard.
La méiose est la division cellulaire qui produit les gamètes. Au cours de cette division, les allèles des parents sont répartis au hasard dans les gamètes : chaque gamète reçoit, pour chaque gène, un seul allèle parmi les deux du parent.
Comme ce tri se fait au hasard pour des milliers de gènes à la fois, un même parent peut produire un nombre immense de gamètes tous différents. C'est le premier brassage : la diversité naît déjà au moment où les gamètes se forment.
Exemple 1. Le père d'Amine possède, pour le gène de la couleur des yeux, un allèle « foncé » et un allèle « clair ». Certains de ses spermatozoïdes emportent l'allèle « foncé », d'autres l'allèle « clair ». Selon le spermatozoïde qui féconde l'ovule, l'enfant héritera de l'un ou de l'autre.
La fécondation : la rencontre au hasard de deux gamètes
Le second brassage a lieu à la fécondation. Parmi les millions de spermatozoïdes différents et les ovules différents, c'est un seul spermatozoïde qui rencontre un seul ovule, totalement au hasard. Chaque rencontre crée une combinaison d'allèles inédite.
La fécondation réunit au hasard un gamète mâle et un gamète femelle. La cellule-œuf obtenue possède une combinaison d'allèles nouvelle, qui n'existait chez aucun des deux parents.
Mets bout à bout les deux brassages : le tri au hasard à la méiose, puis la rencontre au hasard à la fécondation. Le nombre de combinaisons possibles devient si grand que deux enfants des mêmes parents n'ont quasiment aucune chance de recevoir le même assortiment. Voilà pourquoi Amine et Salma, mêmes parents, sont si différents.
Exemple 2. Karim affirme : « Puisqu'ils ont les mêmes parents, mon frère et moi devrions avoir les mêmes allèles. » C'est faux. Chaque gamète qui les a formés portait un tirage différent, et la fécondation qui a donné Karim n'a rien à voir avec celle qui a donné son frère. Ils partagent une partie de leurs allèles, mais chacun a sa combinaison propre.
La reproduction sexuée brasse les allèles. La méiose répartit au hasard un seul allèle par gène dans chaque gamète ; la fécondation réunit au hasard deux gamètes. Le résultat est une combinaison d'allèles nouvelle à chaque enfant.
Les mutations, source de nouveaux allèles
Le brassage de la reproduction sexuée recombine des allèles déjà existants : il fait du neuf avec de l'ancien. Mais une question demeure : d'où viennent, à l'origine, les différents allèles d'un gène ? S'il n'existait au départ qu'une seule version de chaque gène, le brassage ne pourrait rien mélanger. Il faut une source de nouveauté véritable. Cette source, ce sont les mutations.
Une mutation est une modification de l'ADN d'un gène. En changeant la séquence d'un gène, une mutation crée une nouvelle version de ce gène, c'est-à-dire un nouvel allèle qui n'existait pas auparavant.
L'ADN est copié à chaque division cellulaire, comme tu l'as vu au chapitre sur la division cellulaire. Cette copie est très fidèle, mais pas parfaite : il arrive qu'une erreur se glisse, ou qu'un agent extérieur (certains rayonnements, certaines substances) abîme l'ADN. Quand la modification persiste, un nouvel allèle est né.
Exemple 1. À l'origine, le gène d'un caractère pouvait n'exister qu'en une seule version. Une mutation survenue il y a très longtemps a modifié ce gène et créé un second allèle. C'est l'accumulation de telles mutations, au fil des générations, qui a peu à peu constitué la diversité des allèles que l'on observe aujourd'hui dans une espèce.
Une mutation n'est ni « bonne » ni « mauvaise » en soi
Il faut se garder d'un réflexe trompeur. On entend souvent que « les mutations sont dangereuses » ou, à l'inverse, qu'elles « améliorent » les êtres vivants. Ni l'un ni l'autre n'est juste en général. Une mutation est d'abord un changement au hasard. Selon le gène touché et le milieu de vie, le nouvel allèle peut être sans effet, désavantageux, ou avantageux. Rien dans la mutation elle-même ne la rend « bonne » ou « mauvaise » : seul son effet dans un contexte donné peut être jugé.
À retenir (rigueur). Une mutation n'est ni bonne ni mauvaise en soi. C'est une modification au hasard de l'ADN ; son caractère avantageux ou non dépend du gène concerné et du milieu.
Seules certaines mutations se transmettent
Voici le point le plus subtil, et le plus important. Toutes les mutations ne passent pas à la descendance. Tout dépend de la cellule où la mutation se produit. Si une mutation touche une cellule ordinaire du corps (une cellule de la peau, par exemple), elle reste limitée à cet individu et disparaît avec lui. En revanche, si elle touche une cellule reproductrice (celle qui donne les gamètes), elle peut se retrouver dans un gamète, puis dans la cellule-œuf, et donc se transmettre à l'enfant.
Seules les mutations qui touchent les cellules reproductrices (les cellules à l'origine des gamètes) peuvent se transmettre à la descendance. Une mutation survenue dans une cellule ordinaire du corps ne se transmet pas aux enfants.
Exemple 2. Salma affirme : « Si une mutation apparaît dans une cellule de ma peau, mes enfants l'auront aussi. » C'est faux. Une mutation dans une cellule de peau reste dans la peau : elle ne passe pas dans les gamètes. Seule une mutation présente dans les cellules reproductrices pourra être transmise.
Une mutation modifie l'ADN et crée un nouvel allèle : c'est la source d'origine de la diversité. Une mutation n'est ni bonne ni mauvaise en soi. Seules les mutations des cellules reproductrices se transmettent à la descendance.
De la diversité génétique à la biodiversité
Rassemblons les pièces. Les mutations créent de nouveaux allèles ; le brassage de la reproduction sexuée les recombine sans cesse en assortiments inédits. Le résultat est une formidable diversité génétique à l'intérieur d'une espèce : aucun individu identique à un autre, une réserve de variations qui se renouvelle à chaque génération.
La diversité génétique d'une espèce est l'ensemble des allèles différents présents chez ses individus, et la variété des combinaisons qu'ils forment. Elle provient des mutations (qui créent les allèles) et du brassage de la reproduction sexuée (qui les recombine).
Cette diversité interne n'est pas un luxe : c'est une richesse. Une espèce dont les individus sont tous génétiquement variés possède, quelque part dans sa population, des allèles utiles si le milieu change — une maladie nouvelle, une sécheresse, un froid inhabituel. Une espèce trop uniforme, au contraire, est fragile.
Exemple 1. Les nombreuses variétés de blé dur cultivées au Maroc constituent une diversité génétique précieuse. Si une maladie ou une sécheresse frappe, certaines variétés résistent là où d'autres succombent : c'est cette diversité d'allèles qui protège la culture du blé dans son ensemble.
De la diversité dans l'espèce à la diversité des espèces
Élargissons maintenant le regard. La diversité génétique opère à l'intérieur d'une espèce. Mais le monde vivant présente aussi une diversité entre espèces : il existe des millions d'espèces différentes d'animaux, de plantes, de micro-organismes. L'ensemble de toute cette variété — diversité des individus dans une espèce, et diversité des espèces entre elles — porte un nom.
La biodiversité est la diversité du vivant sous toutes ses formes : la diversité génétique au sein de chaque espèce, et la diversité des espèces elles-mêmes. La diversité génétique en est le niveau le plus fin, à la racine de tout le reste.
Exemple 2. Dans une oasis du Tafilalet coexistent des centaines de variétés de dattiers (diversité génétique d'une espèce), mais aussi des palmiers, des oliviers, des oiseaux, des insectes, des micro-organismes (diversité des espèces). Les deux niveaux ensemble forment la biodiversité de l'oasis.
Pourquoi cette diversité est le moteur de demain
Cette diversité génétique n'est pas figée. Elle est sans cesse produite (mutations, brassage) et, dans la nature, triée par le milieu : les individus porteurs d'allèles avantageux dans un environnement donné survivent et se reproduisent davantage. Au fil des générations, la composition génétique d'une espèce peut ainsi se modifier. C'est précisément le sujet du chapitre suivant : le chapitre suivant sur l'évolution montrera comment cette diversité, triée par le milieu, fait évoluer les espèces au cours du temps.
La diversité génétique (allèles variés et combinaisons multiples) provient des mutations et du brassage. Elle est la base de la biodiversité (diversité dans l'espèce et entre espèces) et le matériau sur lequel agira l'évolution, étudiée au chapitre suivant.
Pièges classiques
Piège 1 : confondre « gène » et « allèle ». Un gène gouverne un caractère ; un allèle est une version de ce gène. Tous les humains possèdent le gène du groupe sanguin, mais pas tous le même allèle. Dire « ils n'ont pas le même gène de la couleur des yeux » est faux : ils ont le même gène, mais des allèles différents.
Piège 2 : croire que des frères et sœurs (non jumeaux) ont les mêmes allèles. Avoir les mêmes parents ne donne pas la même combinaison d'allèles. À cause du brassage (méiose au hasard puis fécondation au hasard), chaque enfant reçoit une combinaison unique. Seuls les vrais jumeaux, issus du même œuf, partagent exactement les mêmes allèles.
Piège 3 : penser que la reproduction sexuée crée de nouveaux allèles. La reproduction sexuée recombine des allèles déjà existants : elle fait des combinaisons nouvelles, mais ne fabrique pas d'allèle neuf. La seule source de nouveaux allèles, ce sont les mutations. Confondre les deux, c'est mélanger « mélanger » et « inventer ».
Piège 4 : croire qu'une mutation est forcément mauvaise (ou forcément utile). Une mutation est un changement au hasard de l'ADN. Selon le gène touché et le milieu, le nouvel allèle peut être sans effet, désavantageux ou avantageux. Une mutation n'est ni bonne ni mauvaise en soi : juger d'avance est une erreur.
Piège 5 : penser que toute mutation se transmet aux enfants. Seules les mutations qui touchent les cellules reproductrices passent aux gamètes, donc à la descendance. Une mutation dans une cellule ordinaire du corps (peau, foie...) reste dans cet individu et ne se transmet pas. La cellule où survient la mutation décide de tout.
Piège 6 : confondre diversité génétique et biodiversité. La diversité génétique est la variété des allèles à l'intérieur d'une espèce. La biodiversité est plus large : elle inclut aussi la diversité entre espèces. La diversité génétique est le niveau le plus fin, à la racine de la biodiversité, mais ce n'est pas la même chose.
Application concrète
Amine, élève de 3ᵉ à Errachidia, passe les vacances dans l'oasis familiale du Tafilalet. Son grand-père lui montre que, dans la même palmeraie, deux dattiers donnent des dattes très différentes, et qu'aucun de ses cousins ne lui ressemble vraiment. Amine décide de tout relier à ce qu'il a appris en SVT. Suivons son raisonnement, étape par étape.
Étape 1 — Nommer la source de la différence. Amine observe que ses cousins ont des yeux, des tailles, des groupes sanguins différents, alors qu'ils sont tous de la même espèce. Il comprend que cela vient des allèles : pour chaque gène, plusieurs versions existent, et chacun en porte une combinaison unique. Seuls ses cousins vrais jumeaux ont exactement les mêmes allèles.
Étape 2 — Expliquer pourquoi lui et son frère diffèrent. Amine et son frère ont les mêmes parents, mais ne se ressemblent pas. Il relie cela au brassage : la méiose a réparti au hasard un allèle par gène dans chaque gamète, puis la fécondation a réuni au hasard deux gamètes. Chacun a donc reçu une combinaison nouvelle, différente de celle de son frère.
Étape 3 — Trouver l'origine des allèles. Amine se demande d'où viennent, au départ, les différents allèles que le brassage recombine. Il comprend qu'aucun mélange ne suffirait s'il n'existait qu'une version de chaque gène : il faut une source de nouveauté. Cette source, ce sont les mutations, qui modifient l'ADN et créent de nouveaux allèles.
Étape 4 — Distinguer ce qui se transmet. Son grand-père lui raconte qu'un dattier a un jour donné spontanément une branche aux dattes nouvelles. Amine comprend qu'une mutation ne se transmet aux descendants que si elle touche les cellules reproductrices ; une mutation dans une cellule ordinaire resterait limitée à l'individu. Il note aussi qu'une telle mutation n'est ni bonne ni mauvaise en soi : tout dépend du milieu.
Étape 5 — Voir grand : de l'allèle à la biodiversité. Amine relie enfin la diversité des variétés de dattiers (diversité génétique d'une espèce) à la diversité de tous les êtres vivants de l'oasis (diversité des espèces). Ensemble, elles forment la biodiversité. Il comprend que cette richesse protège l'oasis face aux maladies et aux sécheresses.
Conclusion. En quelques étapes, Amine a relié tout le chapitre : des allèles qui font la différence entre individus, un brassage (méiose et fécondation) qui crée des combinaisons uniques, des mutations qui fournissent les nouveaux allèles et ne se transmettent que par les cellules reproductrices, et une diversité génétique qui est la base de la biodiversité. Le chapitre suivant sur l'évolution montrera comment cette diversité, triée par le milieu au fil des générations, fait évoluer les espèces.
À retenir
Avant les exercices, voici les règles essentielles à mémoriser.
Un gène existe en plusieurs allèles (versions). Chaque individu porte une combinaison unique d'allèles ; tous sont donc différents, sauf les vrais jumeaux.
La reproduction sexuée brasse les allèles : la méiose répartit au hasard un allèle par gène dans chaque gamète, et la fécondation réunit au hasard deux gamètes. Chaque enfant reçoit une combinaison nouvelle.
Une mutation modifie l'ADN et crée un nouvel allèle : c'est la source d'origine de la diversité. Elle n'est ni bonne ni mauvaise en soi.
Seules les mutations des cellules reproductrices se transmettent à la descendance ; celles des cellules ordinaires du corps ne se transmettent pas.
La diversité génétique (mutations + brassage) est la base de la biodiversité (diversité dans l'espèce et entre espèces). Triée par le milieu, elle est le matériau de l'évolution, étudiée au chapitre suivant.