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Dérive génétique

Évolution due à des événements fortuits. L'effet goulot d'étranglement et l'effet fondateur.

Points clés

  • La dérive génétique est un mécanisme d'évolution dans lequel les fréquences alléliques d'une population changent au hasard (erreur d'échantillonnage) au fil des générations.
  • La dérive génétique se produit dans toutes les populations de taille finie, mais ses effets sont les plus forts sur les petites populations.
  • La dérive génétique peut entraîner la perte de certains allèles (y compris ceux qui sont bénéfiques) et la fixation ou la hausse de la fréquence d'autres allèles à 100 %.
  • La dérive génétique peut avoir des effets majeurs lorsqu'une population est fortement réduite en taille par une catastrophe naturelle (effet goulot d'étranglement) ou lorsqu'un petit groupe se sépare de la population principale pour former une colonie (effet fondateur).

Introduction

La sélection naturelle est un mécanisme important de l'évolution. Mais est-ce le seul ? Non ! En fait, parfois l'évolution a lieu par hasard.
En génétique des populations, l'évolution est définie comme un changement dans la fréquence des allèles (versions d'un gène) d'une population dans le temps. L'évolution concerne donc tout changement de fréquences alléliques dans une population au fil des générations. Peu importe que ce changement soit dû à la sélection naturelle ou à un autre mécanisme évolutif, et que cette modification rende la population mieux adaptée à son environnement ou non.
Dans cet article, on va examiner la dérive génétique, un mécanisme évolutif qui produit des changements aléatoires (plutôt qu'induits par la sélection) dans les fréquences alléliques d'une population au fil du temps.

Qu'est-ce que la dérive génétique ?

La dérive génétique est une modification des fréquences alléliques dans une population de génération en génération qui se produit en raison d'événements fortuits. Pour être plus exact, la dérive génétique est un changement dû à une "erreur d'échantillonnage" dans la sélection des allèles pour la prochaine génération à partir du pool génétique de la génération actuelle. Bien que la dérive génétique concerne des populations de toutes tailles, ses effets tendent à être plus forts sur les petites populations.

Exemple de dérive génétique

Pour concrétiser le principe de dérive génétique, prenons l'exemple figuré dans le schéma ci-dessous. On dispose ici d'une très petite population de lapins composée de 8 individus bruns (génotypes BB ou Bb) et de 2 individus blancs (génotype bb). Initialement, les fréquences des allèles B et b sont égales.
Crédit d'image : "Population genetics: Figure 2," par OpenStax College, Biology CC BY 3.0.
Que se passe-t-il si, purement par hasard, seuls les 5 lapins entourés dans notre population de lapins se reproduisent ? (Peut-être que les autres lapins sont morts pour des raisons sans rapport avec la couleur de leur pelage et qu'ils se sont fait piéger par un chasseur.) Dans le groupe survivant, la fréquence de l'allèle B est de 0,7 et la fréquence de l'allèle b est égale à 0,3.
Dans notre exemple, les fréquences alléliques des cinq chanceux lapins sont parfaitement représentées dans la deuxième génération, comme montré à droite. Étant donné que "l'échantillon" de 5 lapins de la génération précédente avait des fréquences alléliques différentes de la population dans son ensemble, les fréquences de B et b dans la population sont maintenant respectivement de 0,7 et 0,3.
À partir de la deuxième génération, que se passe-t-il si seulement deux descendants BB survivent et se reproduisent pour donner la troisième génération ? Avec cette série d'événements, à la troisième génération, la population perd complètement l'allèle b.

La taille de la population est importante

Il est peu probable que des populations plus importantes évoluent aussi rapidement sous l'effet de la dérive génétique. Par exemple, si on suit une population de 1000 lapins (au lieu de 10), il est beaucoup moins probable que l'allèle b soit perdu (et que l'allèle B soit fixé ou atteigne une fréquence de 100 %) après une période aussi courte. Si seulement la moitié de notre population de 1000 lapins survit et se reproduit, comme pour la première génération de l'exemple ci-dessus, les lapins survivants (500 d'entre eux) constitueront une représentation beaucoup plus précise des fréquences alléliques de la population originale – simplement parce que l'échantillon sera beaucoup plus grand.
Cela revient à jouer à pile ou face un petit ou un grand nombre de fois. Si on retourne une pièce de monnaie quelques fois seulement, on obtient facilement un ratio pile/face différent de 50 / 50. Par contre, si on retourne la pièce quelques centaines de fois, on a plus de chances de se rapprocher d'un 50 / 50 (sinon on suspectera que la pièce est truquée) !

Allèle bénéfique ou défavorable, peu importe

Contrairement à la sélection naturelle, la dérive génétique ne tient pas compte du bénéfice (ou du désavantage) qu'un allèle donne à l'individu qui le porte. En d'autres termes, un allèle bénéfique peut être perdu ou un allèle légèrement néfaste peut être fixé, par pur hasard.
Un allèle bénéfique ou néfaste est soumis à la sélection ainsi qu'à la dérive, mais une forte dérive (par exemple, dans une très petite population) peut quand même entraîner la fixation d'un allèle défavorable ou la perte d'un allèle bénéfique.

L'effet goulot d'étranglement

L'effet goulot d'étranglement est un exemple extrême de dérive génétique qui se produit lorsque la taille d'une population est sérieusement réduite. Des événements tels que des catastrophes naturelles (tremblements de terre, inondations, incendies) peuvent décimer une population, tuant la plupart des individus et laissant derrière eux un ensemble aléatoire de survivants.
Les fréquences alléliques de ce groupe peuvent être très différentes de celles de la population avant l'événement, et certains allèles peuvent être totalement absents. La plus petite population sera également plus sensible aux effets de la dérive génétique sur plusieurs générations (jusqu'à ce que ses effectifs reviennent à la normale), ce qui peut entraîner la perte d'un plus grand nombre d'allèles.
Comment un goulot d'étranglement peut-il réduire la diversité génétique ? Imaginez une bouteille remplie de billes, où les billes représentent les individus d'une population. S'il y a épisode de goulot d'étranglement, un petit assortiment aléatoire d'individus survit à l'événement et passe à travers le goulot (et se retrouve dans la tasse), tandis que la grande majorité de la population est tuée (reste dans la bouteille). La composition génétique des survivants sélectionnés aléatoirement constitue maintenant la composition génétique de la population entière.
Crédit d'image : "Population genetics: Figure 3," par OpenStax College, Biology, CC BY 3.0.

L'effet fondateur

L'effet fondateur constitue un autre exemple extrême de dérive, qui se produit lorsqu'un petit groupe d'individus se détache d'une population plus importante pour établir une colonie. La nouvelle colonie se retrouve isolée de la population d'origine, et les individus fondateurs peuvent ne pas représenter l'ensemble de la diversité génétique de la population d'origine. En d'autres termes, les allèles de la population fondatrice peuvent être présents à des fréquences différentes de celles de la population d'origine, et certains allèles peuvent être totalement absents. L'effet fondateur est un concept similaire à l'effet goulot d'étranglement, mais opère par un mécanisme différent (colonisation plutôt que catastrophe).
_Crédit d'image : "Founder effect," par qz10, domaine public._
Dans la figure ci-dessus, vous pouvez voir une population composée d'un nombre égal de carrés et de ronds. (Supposons que la forme d'un individu soit déterminée par ses allèles pour un gène particulier).
Les groupes aléatoires qui partent pour établir de nouvelles colonies sont susceptibles de présenter des fréquences de carrés et de cercles différentes de celles de la population d'origine. Ainsi, les fréquences alléliques dans les colonies (petits cercles) peuvent être différentes de celles de la population d'origine. De plus, la petite taille des nouvelles colonies signifie qu'elles vont subir une forte dérive génétique pendant des générations.

À retenir

Contrairement à la sélection naturelle, la dérive génétique ne dépend pas des effets bénéfiques ou néfastes d’un allèle. En fait, la dérive change les fréquences alléliques par pur hasard, à mesure que des sous-ensembles aléatoires d'individus (et de gamètes de ces individus) sont échantillonnés pour produire la génération suivante.
Chaque population connaît une dérive génétique, mais les petites populations en ressentent plus fortement les effets. La dérive génétique ne tient pas compte de la valeur adaptative d’un allèle pour une population donnée, et cela peut entraîner la perte d'un allèle bénéfique ou la fixation (la hausse de la fréquence à 100 %) d'un allèle néfaste dans la population.
L'effet fondateur et l'effet goulot d'étranglement sont des situations où une petite population se forme à partir d'une population plus grande. Souvent, ces populations "échantillonnées" ne représentent pas la diversité génétique de la population d'origine, et leur petite taille implique qu'elles peuvent subir une forte dérive pendant des générations.

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