648 cinquième partie La diversité biologique à travers l’évolution
L’aptitude des Procaryotes à s’adapter rapidement à de nouvelles conditions montre que, même si la structure de leur
cellule est plus simple que celle des cellules eucaryotes, les
Procaryotes ne sont en rien « primitifs » ou « inférieurs » sur le
plan de l’évolution. Ils sont en fait très évolués : pendant plus
de 3,5 milliards d’années, les populations procaryotes ont
réussi à survivre dans toutes sortes d’environnements inhospitaliers. Comme nous le verrons, cela s’est produit notamment
parce que leurs populations présentent une grande diversité
génétique et que celleci est soumise à la sélection naturelle.
retour sur le ConCept 27.1
1. Donnez au moins deux exemples d’adaptations
qui permettent aux Procaryotes de survivre dans
des milieux trop inhospitaliers pour d’autres
organismes. Expliquez votre réponse.
2. Comparez les organisations cellulaire et génomique
des Procaryotes et des Eucaryotes.
3. Faites des liens Proposez une hypothèse expliquant pourquoi les thylakoïdes des chloroplastes
ressemblent à ceux des cyanobactéries. Pour ce faire,
consultez les figures 6.18 (p. 121) et 26.21 (p. 637).
Voir les réponses proposées à la fin du chapitre.
ConCept
27.2
La reproduction et les mutations
rapides, de même que la recombinaison
génétique, favorisent la diversité
génétique des procaryotes
Nous l’avons vu dans la quatrième partie de cet ouvrage, la
variation génétique est un préalable à la sélection naturelle
au sein d’une population. Les diverses adaptations observées
chez les Procaryotes donnent à penser que leurs populations
présentent une grande variation génétique, ce qui est le cas.
Par exemple, un gène d’ARN ribosomique peut varier davantage entre deux souches d’E. coli qu’entre un humain et un
ornithorynque. Penchonsnous maintenant sur les trois facteurs expliquant la grande diversité génétique observable
chez les Procaryotes, soit la reproduction et la mutation
rapides, ainsi que la recombinaison génétique.
La reproduction et les mutations rapides
Chez les espèces à reproduction sexuée, la création d’un nouvel allèle à l’issue d’une mutation est un évènement rare. En
fait, chez ces espèces, la variation génétique découle principalement de nouvelles combinaisons d’allèles durant la
méiose et la fécondation (voir le chapitre 13). Les Procaryotes
ne faisant pas appel à la reproduction sexuée, la grande variation génétique qui les caractérise peut être troublante à première vue. À vrai dire, cette variation peut s’expliquer par la
reproduction et la mutation rapides des Procaryotes.
inveStigation
. Figure 27.10
Les procaryotes peuvent-ils évoluer
rapidement en réaction à une modification
de l’environnement ?
eXpérienCe Vaughn Cooper et Richard Lenski, de la Michigan State
University, ont testé l’aptitude des populations de E. coli à s’adapter à un
nouvel environnement. Pour ce faire, ils ont créé 12 populations, chacune fondée à partir d’une cellule de souche E. coli, et les ont suivies sur
20 000 générations (soit pendant 3 000 jours). Pour couvrir les besoins
de croissance des bactéries, les chercheurs ont fait un transfert en série
quotidien, c’est-à-dire qu’ils ont transféré 0,1 mL de chaque population
dans une nouvelle éprouvette contenant 9,9 mL de substrat frais. Le
substrat utilisé durant toute l’expérience constituait un environnement
difficile qui ne contenait qu’une faible quantité de glucose et d’autres
ressources nécessaires à la croissance.
Vieille
éprouvette
(jetée après
le transfert)
Nouvelle
éprouvette
(9,9 mL
de substrat)
0,1 mL
(échantillon de population)
Transfert en série quotidien
Les chercheurs retiraient périodiquement des échantillons des 12 populations et les faisaient croître en compétition avec l’ancêtre commun dans
l’environnement expérimental (à faible teneur en glucose).
résultats La valeur sélective des populations expérimentales, mesurée
selon le rythme de croissance de chaque population, a augmenté rapidement durant les 5 000 premières générations (deux ans) et plus lentement pendant les 15 000 générations suivantes. Le diagramme ci-dessous
montre les moyennes pour les 12 populations.
1,8
0
5 000
10 000
Générations
15 000
20 000
Rythme de croissance de la population
(par rapport à la population ancestrale)
1,6
1,4
1,2
1,0
ConClusion Les populations d’E. coli ont continué à cumuler des
adaptations bénéfiques pendant 20 000 générations, permettant une
évolution rapide du rendement amélioré dans le nouvel environnement.
sourCe V. S. Cooper et R. E. Linski, The population genetics of ecological specialization in evolving Escherichia coli populations, Nature 407 :
736-739 (2000).
et si ?
Quelles pourraient être les fonctions acquises par les gènes
dont la séquence ou l’expression a été modifiée au fil de l’évolution des
populations dans l’environnement à faible teneur en glucose ?
L’aptitude des Procaryotes à s’adapter rapidement à de nouvelles conditions montre que, même si la structure de leur
cellule est plus simple que celle des cellules eucaryotes, les
Procaryotes ne sont en rien « primitifs » ou « inférieurs » sur le
plan de l’évolution. Ils sont en fait très évolués : pendant plus
de 3,5 milliards d’années, les populations procaryotes ont
réussi à survivre dans toutes sortes d’environnements inhospitaliers. Comme nous le verrons, cela s’est produit notamment
parce que leurs populations présentent une grande diversité
génétique et que celleci est soumise à la sélection naturelle.
retour sur le ConCept 27.1
1. Donnez au moins deux exemples d’adaptations
qui permettent aux Procaryotes de survivre dans
des milieux trop inhospitaliers pour d’autres
organismes. Expliquez votre réponse.
2. Comparez les organisations cellulaire et génomique
des Procaryotes et des Eucaryotes.
3. Faites des liens Proposez une hypothèse expliquant pourquoi les thylakoïdes des chloroplastes
ressemblent à ceux des cyanobactéries. Pour ce faire,
consultez les figures 6.18 (p. 121) et 26.21 (p. 637).
Voir les réponses proposées à la fin du chapitre.
ConCept
27.2
La reproduction et les mutations
rapides, de même que la recombinaison
génétique, favorisent la diversité
génétique des procaryotes
Nous l’avons vu dans la quatrième partie de cet ouvrage, la
variation génétique est un préalable à la sélection naturelle
au sein d’une population. Les diverses adaptations observées
chez les Procaryotes donnent à penser que leurs populations
présentent une grande variation génétique, ce qui est le cas.
Par exemple, un gène d’ARN ribosomique peut varier davantage entre deux souches d’E. coli qu’entre un humain et un
ornithorynque. Penchonsnous maintenant sur les trois facteurs expliquant la grande diversité génétique observable
chez les Procaryotes, soit la reproduction et la mutation
rapides, ainsi que la recombinaison génétique.
La reproduction et les mutations rapides
Chez les espèces à reproduction sexuée, la création d’un nouvel allèle à l’issue d’une mutation est un évènement rare. En
fait, chez ces espèces, la variation génétique découle principalement de nouvelles combinaisons d’allèles durant la
méiose et la fécondation (voir le chapitre 13). Les Procaryotes
ne faisant pas appel à la reproduction sexuée, la grande variation génétique qui les caractérise peut être troublante à première vue. À vrai dire, cette variation peut s’expliquer par la
reproduction et la mutation rapides des Procaryotes.
inveStigation
. Figure 27.10
Les procaryotes peuvent-ils évoluer
rapidement en réaction à une modification
de l’environnement ?
eXpérienCe Vaughn Cooper et Richard Lenski, de la Michigan State
University, ont testé l’aptitude des populations de E. coli à s’adapter à un
nouvel environnement. Pour ce faire, ils ont créé 12 populations, chacune fondée à partir d’une cellule de souche E. coli, et les ont suivies sur
20 000 générations (soit pendant 3 000 jours). Pour couvrir les besoins
de croissance des bactéries, les chercheurs ont fait un transfert en série
quotidien, c’est-à-dire qu’ils ont transféré 0,1 mL de chaque population
dans une nouvelle éprouvette contenant 9,9 mL de substrat frais. Le
substrat utilisé durant toute l’expérience constituait un environnement
difficile qui ne contenait qu’une faible quantité de glucose et d’autres
ressources nécessaires à la croissance.
Vieille
éprouvette
(jetée après
le transfert)
Nouvelle
éprouvette
(9,9 mL
de substrat)
0,1 mL
(échantillon de population)
Transfert en série quotidien
Les chercheurs retiraient périodiquement des échantillons des 12 populations et les faisaient croître en compétition avec l’ancêtre commun dans
l’environnement expérimental (à faible teneur en glucose).
résultats La valeur sélective des populations expérimentales, mesurée
selon le rythme de croissance de chaque population, a augmenté rapidement durant les 5 000 premières générations (deux ans) et plus lentement pendant les 15 000 générations suivantes. Le diagramme ci-dessous
montre les moyennes pour les 12 populations.
1,8
0
5 000
10 000
Générations
15 000
20 000
Rythme de croissance de la population
(par rapport à la population ancestrale)
1,6
1,4
1,2
1,0
ConClusion Les populations d’E. coli ont continué à cumuler des
adaptations bénéfiques pendant 20 000 générations, permettant une
évolution rapide du rendement amélioré dans le nouvel environnement.
sourCe V. S. Cooper et R. E. Linski, The population genetics of ecological specialization in evolving Escherichia coli populations, Nature 407 :
736-739 (2000).
et si ?
Quelles pourraient être les fonctions acquises par les gènes
dont la séquence ou l’expression a été modifiée au fil de l’évolution des
populations dans l’environnement à faible teneur en glucose ?