Espèce et dérive génétique

Les variations individuelles des génotypes induisent des variations dans les phénotypes, et de là dans les performances individuelles, sources de sélection.

Au niveau génétique, une espèce correspond à un pool génique, où les différents gènes peuvent exister sous forme de variantes (allèles) ; mais ces différences génétiques n'empêchent pas l'interfécondité entre individus. La reproduction sexuée réalise un brassage génétique qui assure à long terme et en moyenne l'homogénéisation du pool génétique.

La dérive génétique crée constamment de nouveaux allèles, entretenant ainsi une variabilité dans la population. Ces différents allèles peuvent réaliser au niveau individuel des phénotypes légèrement différents, ou au contraire être relativement neutres dans leur expression. Les variations individuelles des phénotypes peuvent entraîner des différences dans la sélection naturelle et le succès reproductif des individus.

Dans ce cas, les allèles statistiquement associés à un moindre succès reproductif (pour une raison ou une autre) seront sélectionnés négativement, et ceux au contraire qui confèrent statistiquement un avantage reproductif verront leur fréquence augmenter dans le pool génétique. L'effet de la sélection naturelle sera donc de stabiliser le pool génétique sur un contenu qui, dans les générations passées, a été statistiquement optimal pour les individus recevant le phénotype associé, puisqu'assurant le meilleur succès reproductif possible. La sélection naturelle tend donc à s'opposer à la dérive génétique, et à réduire la variabilité de la population.

Aussi longtemps que l'écosystème dans lequel se place une espèce est stable, son phénotype sera donc stable, puisqu'il ne peut pas s'écarter significativement de son optimum. Pour autant, son pool génétique dérivera en permanence, sous l'effet de variations neutres.

Si donc une espèce peut être définie à un instant donné par son pool génétique, le phénotype associé, et/ou l'interfécondité effective de ses membres, dans le temps les espèces évoluent continuellement et continument. Même à phénotype constant, la dérive génétique peut être telle que la relation d'interfécondité, évidemment respectée d'une génération à l'autre, n'est plus assurée par transitivité après un trop grand nombre de générations. Et si l'interfécondité n'est plus réalisée entre deux sous-groupes, les pools génétiques finiront par diverger, ainsi probablement que le phénotype.

Spéciation et dérive génétique

La reproduction sexuée réalise un brassage génétique qui assure en moyenne l'homogénéisation du pool génique. Une spéciation ne peut donc intervenir que si en amont le brassage génétique cesse d'opérer. Par la suite, la disparition d'interfécondité entre les sous-populations signe l'existence d'espèces à part entière.

• Le cas le plus simple à concevoir est celui de l'isolement écologique par coupure des aires de répartition, mettant fin mécaniquement au brassage génétique. Dans ce cas, les populations isolées évoluent de manière à optimiser le phénotype sur chaque sous-aire de répartition, et la dérive génétique assurera à terme l'isolement gamétique de ces populations indépendantes.
• Un cas plus complexe est celui d'une colonisation de différentes niches écologiques par une même espèce dans une même aire de répartition, comme l'explosion radiative des cichlidae dans les grands lacs africains. Dans ce cas, la colonisation et la spécialisation sur une nouvelle niche écologique (qui correspond à une dérive du phénotype comportemental) doit nécessairement être associée à une sélection sexuelle provoquant un emballement fisherien sur cette sous-population, conduisant à son isolement reproductif.

Dans tous les cas, l'isolement éthologique peut être assuré ou renforcé par non perception des signaux de parade visuels, olfactifs (phéromones, cas des papillons de nuit Yponomeuta) ou auditifs (chants, exemple de Sturnella magna et Sturnella neglecta)^[7]. La sélection sexuelle peut être le seul facteur comportemental prévenant l'hybridation de deux sous-populations parfaitement interféconde par ailleurs^[8]. Par la suite, l'interfécondité peut être rendue définitive par l'isolement mécanique et l'isolement gamétique, quand la copulation ne peut avoir lieu (isolement prézygotique) ou s'il y a copulation qu'elle ne donne pas de fécondation (isolement postzygotique)^[9].

Spéciation par opportunité

La très grande variabilité du vivant dans les plans d'organisation et la complexité des organismes peut donner l'impression que l'évolution procède par additions et complexité croissante, comme le progrès technologique. Mais ce n'est que très rarement le cas. Le répertoire génétique humain ne diffère pas tellement de celui des souris ou des grenouilles, l'évolution vers telle ou telle forme n'a pas consisté à inventer de nouveaux tissus mais à déplacer ou déformer des constructions préexistantes^[10]. L'évolution procède par adaptation et diversification : s'il est possible d'occuper une niche écologique à moindre pression sélective par une petite variation de l'existant, cette niche finira toujours par être occupée d'une manière ou d'une autre^[10]. Une fonctionnalité nouvelle résulte toujours au départ d'une possibilité accidentellement offerte par une variation quantitative, et qui peut dans un deuxième temps être exprimée et développée qualitativement. L'impression de complexité croissante vient de ce que les systèmes simples sont déjà occupés et saturés, tandis qu'il n'y a pas de limite dans le sens d'une complexité croissante^[10].

Un scénario évolutif ne peut pas se limiter à indiquer que tel nouveau phénotype présente un avantage parce qu'il permet telle ou telle possibilité. Il faut préciser quel était au départ le trait primitif d'où ce nouveau trait a évolué, en quoi ce trait primitif a pu être (par lui-même ou dans une partie du domaine couvert par sa variabilité) une pré-adaptation à une faculté nouvelle, susceptible de présenter un avantage sélectif dans un nouveau contexte, et ceci malgré son coût biologique qui empêchait de dériver en ce sens dans le contexte précédent. Ceci étant acquis, la pression de sélection fera alors effectivement évoluer ce trait vers une optimisation croissante de sa faculté, réalisant l'avantage à travers un nouveau phénotype^[10].

Vitesse d'évolution

L'évolution associée à un avantage reproductif peut être très rapide à l'échelle des temps géologiques. Ainsi, si les conditions écologiques font qu'une petite taille est légèrement avantagée par rapport aux grandes, si bien qu'à chaque génération la taille moyenne de la population diminue de un pour mille (ce qui représenterait deux millimètres à l'échelle humaine), il suffit de 700 générations pour que la taille moyenne soit divisée par deux (${\displaystyle 1.001^{700}\approx 2.013}$) . De ce fait, il est exceptionnel de pouvoir observer une spéciation en cours : le phénotype d'une espèce est en pratique celui qui assure en moyenne le meilleur avantage sélectif aux individus sur l'ensemble de son aire de répartition (aire sur laquelle est assuré le brassage génétique du pool génétique) ; et ce phénotype reste donc stable tant que les conditions écologiques le sont.

Spéciation allopatrique

L'ombre rouge indique l'habitat des bonobos. L'ombre bleue indique l'habitat des chimpanzés. C'est un exemple de spéciation allopatrique parce qu'ils sont séparés par une barrière naturelle (la rivière Congo) et ne partagent aucune partie de leur habitat.

Selon ce mode de spéciation, des populations initialement interfécondes évoluent en espèces distinctes car elles sont isolées géographiquement. C'est le mode de spéciation de loin le plus fréquent chez les animaux. Il se décline en deux modalités :

Spéciation sympatrique

Des populations non isolées géographiquement peuvent évoluer en espèces distinctes. Ici, la sélection naturelle joue un rôle crucial dans la divergence des populations. Ce phénomène reste controversé, mais semble prouvé chez plusieurs poissons (notamment les cichlidés), ou chez certains insectes phytophages. La différenciation des espèces pourrait aussi résulter du conflit sexuel.

Variante : chez certains végétaux supérieurs (angiospermes), deux espèces normalement non-interfécondes peuvent engendrer des hybrides féconds, sous certaines conditions liées au doublement du nombre de chromosomes présent dans l'hybride formé (diploïdie). Il peut alors lui-même se perpétuer tout en étant incapable de se reproduire avec des individus appartenant aux espèces de ses parents. C'est donc le premier représentant d'une nouvelle espèce, sans faire intervenir un isolement géographique. On parle donc là aussi de spéciation sympatrique, qui semble très fréquente chez les espèces herbacées.

Un exemple plus rare de spéciation sympatrique est la divergence entre « résident » et « transient » chez l'Orque dans le pacifique^[12]. Les deux formes habitent le même océan mais ne chassent pas les mêmes proies, n'ont pas les mêmes émissions vocales et ne se reproduisent pas entre elles. Des divergences entre les espèces peuvent aussi provenir des contraintes de micro-habitats contrastés. Ainsi, le putois présente un phénotype rare dit dark qui est directement dépendant des ruisseaux boisés et établit une convergence avec la physionomie du très rare vison d'Europe^[13].

Spéciation par distance

Dans ce cas deux espèces non interfécondes ont des aires de répartition reliées par une aire occupée par une succession de populations interfécondes présentant une variation graduelle des caractères. La spéciation par distance ou par chevauchement circulaire (ring species ou variation clinale) a été étudiée chez le Pouillot verdâtre^[14]. Elle se rencontre aussi chez les goélands Larus argentatus et Larus fuscus^[15].

L'hypothèse d'une spéciation à distance des néandertaliens est étudiée car il existe un gradient morphologique du Moyen-Orient vers l'Europe occidentale au sein de la population néandertalienne^[14],[16].

Vidéo

• vidéo en français (9 min) de Léo Grasset sur la difficulté de définir une espèce.

Articles connexes

• Évolution
• Bouquet d'espèces
• Écologie du paysage
• Fragmentation écopaysagère
• Insularisation écologique
• Variation clinale
• Conspécificité
• Spéciation par hybridation
• Nouvelles espèces biologiques