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3.1.2 : Pinsons des Galapagos et sélection naturelle - Biologie

3.1.2 : Pinsons des Galapagos et sélection naturelle - Biologie



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Les différences de forme et de taille de bec chez les pinsons de Darwin illustrent le changement évolutif en cours.

Objectifs d'apprentissage

  • Décrire comment les pinsons fournissent des preuves visibles de l'évolution

Points clés

  • Darwin a observé que les pinsons des Galapagos avaient une série graduée de tailles et de formes de bec et a prédit que ces espèces étaient modifiées à partir d'une espèce continentale d'origine.
  • Darwin a appelé les différences entre les espèces la sélection naturelle, qui est causée par l'hérédité des traits, la compétition entre les individus et la variation des traits.
  • Les descendants avec des caractéristiques héritées qui leur permettent de mieux rivaliser survivront et auront plus de descendants que les individus avec des variations qui sont moins capables de concourir.
  • Les pinsons à gros bec se nourrissent plus efficacement de grosses graines dures, tandis que les pinsons à petit bec se nourrissent plus efficacement de petites graines molles.
  • Lorsque les petites graines molles deviennent rares, les pinsons à gros bec survivront mieux et il y aura plus d'oiseaux à gros bec dans la génération suivante; lorsque les grosses graines dures deviennent rares, le contraire se produira.

Mots clés

  • sélection naturelle: un processus dans lequel des organismes individuels ou des phénotypes qui possèdent des traits favorables sont plus susceptibles de survivre et de se reproduire
  • évolution: l'évolution de la composition génétique d'une population au cours des générations successives

Preuve visible de l'évolution en cours : les pinsons de Darwin

De 1831 à 1836, Darwin a voyagé à travers le monde, observant des animaux sur différents continents et îles. Aux îles Galapagos, Darwin a observé plusieurs espèces de pinsons aux formes de bec uniques. Il a observé que ces pinsons ressemblaient étroitement à une autre espèce de pinson sur le continent d'Amérique du Sud et que le groupe d'espèces des Galápagos formait une série graduée de tailles et de formes de bec, avec de très petites différences entre les plus similaires. Darwin a imaginé que les espèces insulaires pourraient être toutes les espèces modifiées à partir d'une espèce continentale d'origine. En 1860, écrit-il, « en voyant cette gradation et cette diversité de structure dans un petit groupe d'oiseaux intimement liés, on pourrait vraiment s'imaginer que d'une rareté originale d'oiseaux dans cet archipel, une espèce avait été prise et modifiée à des fins différentes. "

Sélection naturelle

Darwin a appelé ce mécanisme de changement sélection naturelle. La sélection naturelle, selon Darwin, était le résultat inévitable de trois principes qui opéraient dans la nature. Premièrement, les caractéristiques des organismes sont héritées ou transmises des parents à la progéniture. Deuxièmement, plus de descendants sont produits qu'ils ne sont capables de survivre ; en d'autres termes, les ressources pour la survie et la reproduction sont limitées. La capacité de reproduction de tous les organismes dépasse la disponibilité des ressources pour soutenir leur nombre. Ainsi, il y a une compétition pour ces ressources à chaque génération. Troisièmement, les descendants varient entre eux en ce qui concerne leurs caractéristiques et ces variations sont héritées. Sur ces trois principes, Darwin a estimé que la progéniture avec des caractéristiques héritées qui leur permettent de mieux rivaliser pour des ressources limitées survivra et aura plus de progéniture que les individus avec des variations qui sont moins capables de rivaliser. Parce que les caractéristiques sont héritées, ces traits seront mieux représentés dans la prochaine génération. Cela conduira à un changement dans les populations au fil des générations dans un processus que Darwin a appelé « descente avec modification » ou évolution.

Études de la sélection naturelle après Darwin

Les démonstrations d'évolution par sélection naturelle peuvent prendre beaucoup de temps. Peter et Rosemary Grant et leurs collègues ont étudié les populations de pinsons des Galápagos chaque année depuis 1976 et ont fourni d'importantes démonstrations du fonctionnement de la sélection naturelle. Les Grant ont constaté des changements d'une génération à l'autre dans la forme du bec des pinsons terrestres moyens sur l'île Galápagos de Daphne Major.

Le pinson de taille moyenne se nourrit de graines. Les oiseaux ont hérité de la variation de la forme du bec, certains individus ayant un bec large et profond et d'autres un bec plus fin. Les oiseaux à gros bec se nourrissent plus efficacement de grosses graines dures, tandis que les oiseaux à petit bec se nourrissent plus efficacement de petites graines molles. En 1977, une période de sécheresse a altéré la végétation de l'île. Après cette période, le nombre de graines a considérablement diminué ; le déclin des petites graines molles a été plus important que le déclin des grosses graines dures. Les oiseaux à gros bec ont mieux survécu que les oiseaux à petit bec l'année suivante.

L'année suivant la sécheresse, lorsque les Grant ont mesuré la taille du bec dans la population très réduite, ils ont constaté que la taille moyenne du bec était plus grande. C'était une preuve claire de la sélection naturelle de la taille du bec causée par la disponibilité des graines. Les Grant avaient étudié l'héritage de la taille du bec et savaient que les oiseaux à gros bec survivants auraient tendance à produire une progéniture avec un bec plus gros, de sorte que la sélection conduirait à une évolution de la taille du bec. Des études ultérieures menées par les subventions ont démontré la sélection et l'évolution de la taille du bec de cette espèce en réponse à d'autres conditions changeantes sur l'île. L'évolution s'est produite à la fois vers des becs plus gros, comme dans ce cas, et vers des becs plus petits lorsque les grosses graines sont devenues rares.


Pinsons de Darwin et sélection naturelle

Dans ce « cas du clicker », les élèves découvrent la sélection naturelle grâce aux recherches de Peter et Rosemary Grant et de leurs collègues sur les pinsons des îles Galapagos. On présente aux élèves des données sous forme de graphiques et on leur demande de déterminer ce qui arrive à une population de pinsons alors que l'environnement changeant produit des changements dans la forme du bec des pinsons. Ce cas convient à n'importe quel cours d'introduction à la biologie, à l'écologie ou à l'évolution, et ne nécessite aucune connaissance préalable de l'évolution ou de la sélection naturelle. Le cas consiste en une présentation PowerPoint (

4,5 Mo) ponctués de questions auxquelles les élèves répondent en classe à l'aide de « clickers ». Il peut être adapté pour une utilisation sans ces technologies.


La vie "fait un bond"

Ainsi, cette « évolution » ne procède pas par « des changements infiniment petits », « des variations infiniment légères » et « des degrés lents » et « des étapes pas plus grandes que celles qui séparent les variétés fines », « des étapes insensiblement fines » et « des gradations insensiblement fines », mais (pour reformuler Darwin) il « fait un saut, au lieu d'avancer par les pas les plus courts et les plus lents ».

Extrait d'un communiqué de presse de l'Université d'Uppsala, « L'évolution en action détectée chez les pinsons de Darwin » 3 :

La variation de la morphologie du bec parmi ces espèces est déterminée par l'action de nombreux variants génétiques, mais deux gènes aux effets particulièrement importants ont maintenant été identifiés, HMGA2 qui affecte la taille du bec et ALX1 qui contrôle la forme du bec. HMGA2*L et HMGA2*S favorisent le développement de grands et petits becs, respectivement, tandis que ALX1*P et ALX1*B sont associés au développement de becs pointus et émoussés, respectivement. [Je souligne.]

D'après un rapport dans le Moniteur de la Science Chrétienne, "Les pinsons de Darwin se frayent un chemin à travers l'évolution" 4 :

Mais cette [sélection] ne signifie pas que la variation HMGA2 pour les plus gros becs chez les pinsons au sol moyen a disparu, [Leif] Andersson dit. Il y a encore des individus avec cette version du gène et des becs plus gros.

Et, comme le dicte la sélection naturelle, différentes pressions écologiques peuvent également conduire à une résurgence de cette variante. "Tant que les deux variantes sont présentes dans le pinson terrestre moyen, elles peuvent répondre à ce qui est disponible, pour ainsi dire", explique Andersson. Cela dépendra des oiseaux qui peuvent chercher de la nourriture et se reproduire le plus efficacement. [Je souligne.]


Niches écologiques

Le processus ne s'est pas arrêté là, car la concurrence a commencé à dicter le cours du développement.

Les populations d'oiseaux sur différentes îles se sont isolées les unes des autres et une accumulation progressive de petites adaptations à l'environnement particulier a conduit à la dérive des caractéristiques de la population.

Dans le cas des pinsons de Darwin, la principale adaptation était la forme et le type de bec, car les oiseaux s'adaptaient aux sources de nourriture locales sur chaque île.

Certains ont développé des becs plus forts pour casser les noix, d'autres des becs plus fins pour cueillir des insectes dans les arbres, une espèce a même évolué pour utiliser une brindille tenue dans le bec pour sonder les insectes dans le bois pourri. Chaque petite adaptation a donné un avantage concurrentiel et ainsi la caractéristique s'est propagée à travers la population.


Sélection naturelle

Darwin a appelé ce mécanisme de changement sélection naturelle. La sélection naturelle, selon Darwin, était le résultat inévitable de trois principes qui opéraient dans la nature. Premièrement, les caractéristiques des organismes sont héritées ou transmises des parents à la progéniture. Deuxièmement, plus de progénitures sont produites qu'elles ne peuvent survivre, en d'autres termes, les ressources pour la survie et la reproduction sont limitées. La capacité de reproduction de tous les organismes dépasse la disponibilité des ressources pour soutenir leur nombre. Ainsi, il y a une compétition pour ces ressources à chaque génération. Troisièmement, les descendants varient entre eux en ce qui concerne leurs caractéristiques et ces variations sont héritées. Sur ces trois principes, Darwin a estimé que la progéniture avec des caractéristiques héritées qui leur permettent de mieux rivaliser pour des ressources limitées survivra et aura plus de progéniture que les individus avec des variations qui sont moins capables de rivaliser. Parce que les caractéristiques sont héritées, ces traits seront mieux représentés dans la prochaine génération. Cela conduira à un changement dans les populations au fil des générations dans un processus que Darwin a appelé "descente avec modification", ou évolution.


Sélection naturelle et évolution des pinsons de Darwin

Dans cette activité, les élèves développent des arguments pour l'adaptation et la sélection naturelle des pinsons de Darwin, sur la base des preuves présentées dans le film Le bec du pinson.

Les élèves regardent des segments du film, puis s'engagent dans une discussion, font des prédictions, créent des modèles, interprètent des graphiques et utilisent plusieurs sources et types de preuves pour développer des arguments en faveur de l'évolution des pinsons de Darwin. L'activité met en évidence deux pratiques scientifiques et techniques clés de la NGSS : s'engager dans l'argumentation à partir de preuves en utilisant la pensée mathématique et informatique, et analyser et interpréter les données.

Le fichier ZIP « Images des cartes » contient des fichiers d'images individuels pour les cartes utilisées dans cette activité qui peuvent être utilisées en classe, en particulier dans les cours en ligne. Un document dans le fichier ZIP contient des suggestions pour leur utilisation. Ces images de cartes sont concédées sous licence Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International (CCC BY-NC-SA 4.0). Nous vous demandons de les attribuer à BioInteractive et de ne pas les utiliser à des fins commerciales.


Les pinsons des Galapagos chantent différentes chansons d'accouplement en raison de la diversification évolutive des becs, selon le biologiste Umass

Amherst, MA - Un biologiste évolutionniste de l'Université du Massachusetts a présenté de nouvelles preuves que les différents chants de cour chantés par les célèbres pinsons de Darwin des îles Galapagos, en Équateur, pourraient être façonnés par la diversification évolutive de leurs becs. Jeffrey Podos détaille ses découvertes dans le numéro du 11 janvier de la revue Nature. Une partie de la recherche a été menée pendant son travail postdoctoral à l'Université d'Arizona, et le travail a été financé par l'Université d'Arizona et la National Science Foundation.

Les pinsons de Darwin sont un exemple classique de ce que les scientifiques appellent le "rayonnement adaptatif", dans lequel un groupe d'espèces étroitement apparentées se diversifie pour exploiter un large éventail d'habitats, dit Podos. "Alors que les populations ancestrales de pinsons de Darwin occupaient différentes îles, leurs becs ont évolué, par sélection naturelle, pour tirer le meilleur parti des sources de nourriture disponibles. Ces sources de nourriture sont diverses dans l'archipel des Galapagos, et les pinsons ont développé une gamme impressionnante de becs. " Les pinsons qui vivent dans les basses terres des Galapagos, par exemple, ont développé de gros becs, qui sont utiles pour casser les graines dures qui composent leur alimentation. En revanche, les pinsons plus petits vivant dans les zones forestières ont développé des becs minces et agiles qui leur permettent de sonder les insectes.

Podos a concentré ses recherches sur la bioacoustique et l'évolution du comportement vocal des oiseaux chanteurs. Il s'est intéressé aux chants des pinsons de Darwin lors de recherches antérieures sur les oiseaux chanteurs et la façon dont ils produisent des sons. Des études récentes ont révélé que la trachée et le bec jouent un rôle important dans la production sonore, en particulier dans le filtrage des impuretés harmoniques des sons produits par le syrinx, le principal organe vocal des oiseaux chanteurs. Les oiseaux chanteurs utilisent les mouvements du corps, y compris l'ouverture et la fermeture du bec, pour suivre les changements de fréquence des notes, un peu comme le fait un joueur de trombone lorsqu'il glisse le long de différentes longueurs de cor.

Dans cette étude la plus récente, Podos a émis l'hypothèse que la variation du bec des pinsons de Darwin façonnerait leur capacité à chanter : ", dit Podos. Cette prédiction a été confirmée par les données : les oiseaux au bec plus petit chantent des chansons plus rapides, avec une gamme de tons plus large.

En plus de fournir des informations sur la mécanique vocale, cette découverte a des implications pour la spéciation - le processus évolutif par lequel une espèce se divise en deux espèces distinctes ou plus. « Alors que les populations de pinsons s'adaptent à différents environnements, les chansons devraient évoluer en même temps que l'évolution du bec », explique Podos. Parce que les chants sont utilisés par les femelles dans le choix des partenaires, la diversification de ces signaux d'accouplement peut favoriser la spéciation.

Charles Darwin a exploré les animaux et les plantes des îles Galapagos dans les années 1830 et, sur la base de ses observations, a été le premier scientifique à suggérer que les espèces évoluent et se diversifient à partir d'ancêtres communs. Les pinsons des Galapagos sont depuis restés un système d'étude renommé, fournissant des informations sur divers phénomènes évolutifs tels que la sélection naturelle et la spéciation.

Source de l'histoire :

Matériel fourni par Université du Massachusetts à Amherst. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.


Evolution des pinsons de Darwin et de leurs becs

Les pinsons de Darwin, habitant l'archipel des Galáacutepagos et l'île Cocos, constituent un modèle emblématique pour les études de spéciation et d'évolution adaptative. Une équipe de scientifiques de l'Université d'Uppsala et de l'Université de Princeton a maintenant fait la lumière sur l'histoire évolutive de ces oiseaux et identifié un gène qui explique la variation de la forme du bec au sein et entre les espèces. L'étude est publiée aujourd'hui dans La nature, la veille du 206e anniversaire de la naissance de Charles Darwin.

Les pinsons de Darwin sont un exemple classique de rayonnement adaptatif. Leur ancêtre commun est arrivé aux Galapagos il y a environ deux millions d'années. Au cours du temps qui s'est écoulé, les pinsons de Darwin ont évolué en 15 espèces reconnues différant par la taille du corps, la forme du bec, le chant et le comportement alimentaire. Les changements dans la taille et la forme du bec ont permis à différentes espèces d'utiliser différentes ressources alimentaires telles que les insectes, les graines, le nectar des fleurs de cactus ainsi que le sang des iguanes, tous entraînés par la sélection darwinienne.

"Nous avons maintenant séquencé 120 oiseaux, y compris toutes les espèces connues de pinsons de Darwin, ainsi que deux espèces étroitement apparentées afin d'étudier leur histoire évolutive", explique Sangeet Lamichhaney, doctorant et premier auteur partagé de l'article. Plusieurs individus de chaque espèce ont été analysés et pour certaines espèces, des oiseaux de jusqu'à six îles différentes ont été échantillonnés pour étudier la variation au sein et entre les îles.

Une idée importante était que le flux de gènes entre les espèces a joué un rôle de premier plan tout au long de l'histoire de l'évolution des pinsons de Darwin. Les scientifiques ont même pu tracer des signes clairs d'hybridation entre un pinson paruline et l'ancêtre commun des pinsons arboricoles et terrestres qui ont dû se produire il y a environ un million d'années.

"Au cours de notre travail sur le terrain aux Galapagos, nous avons observé de nombreux exemples d'hybridation entre des espèces de pinsons de Darwin, mais les effets évolutifs à long terme de ces hybridations étaient inconnus", déclarent Peter et Rosemary Grant, de l'Université de Princeton, qui en savent plus sur la biologie. des pinsons de Darwin que n'importe qui d'autre dans le monde après avoir effectué des travaux sur le terrain aux Galapagos pendant une période de 40 ans.

"Maintenant, nous pouvons conclure en toute sécurité que l'hybridation interspécifique a joué un rôle essentiel dans l'évolution des pinsons et a contribué au maintien de leur diversité génétique", a déclaré Peter Grant.

La diversité phénotypique la plus frappante parmi les pinsons de Darwin est la variation de la taille et de la forme du bec. Charles Darwin a été frappé par cette diversité biologique, et l'a comparée à la variété à laquelle il était habitué parmi les oiseaux européens tels que le cygne, le pinson et les fauvettes, comme documenté dans son livre "Le Voyage du Beagle". L'équipe a étudié la base génétique de la variation de la forme du bec en comparant deux espèces à bec arrondi et deux espèces à bec pointu. Quinze régions du génome se sont démarquées comme étant très différentes dans ce contraste, et jusqu'à six d'entre elles contenaient des gènes qui avaient auparavant été associés au développement craniofacial et/ou du bec.

"La découverte la plus excitante et la plus significative était que la variation génétique du gène ALX1 est associée à la variation de la forme du bec non seulement entre les espèces de pinsons de Darwin, mais aussi entre les individus de l'un d'entre eux, le pinson de taille moyenne", explique Leif Andersson, de l'Université d'Uppsala. , Université suédoise des sciences agricoles et Université A&M du Texas, qui ont dirigé l'étude.

"C'est une découverte très excitante pour nous puisque nous avons déjà montré que la forme du bec du pinson de taille moyenne a subi une évolution rapide en réponse aux changements environnementaux. Nous savons maintenant que l'hybridation mélange les différentes variantes d'un gène important, ALX1." dit Rosemary Grant.

Le gène ALX1 code pour un facteur de transcription jouant un rôle crucial dans le développement craniofacial normal chez les vertébrés, et les mutations qui inactivent ce gène provoquent de graves malformations congénitales, notamment la dysplasie frontonasale chez l'homme.

- "C'est un exemple intéressant où de légères mutations dans un gène essentiel au développement normal conduisent à une évolution phénotypique", commente Leif Andersson.

"Je ne serais pas surpris s'il s'avère que des mutations ayant des effets mineurs ou infimes sur la fonction ou l'expression d'ALX1 contribuent à la diversité faciale déconcertante chez les humains", déclare Leif Andersson.


Exemples de sélection naturelle dans les sujets suivants :

Pas d'organisme parfait

  • Naturelsélection ne peut pas créer de nouvelles espèces parfaites parce qu'elle sélectionne sur les variations existantes dans une population.
  • Cependant, Naturelsélection ne peut pas produire l'organisme parfait.
  • Naturelsélection peut seulement sélectionner sur la variation existante de la population, il ne peut rien créer à partir de zéro.
  • Naturelsélection est également limitée car elle agit sur les phénotypes des individus, pas sur les allèles.
  • Naturelsélection agit sur l'effet net de ces allèles et la valeur adaptative correspondante du phénotype.

Sélection naturelle et évolution adaptative

  • Naturelsélection entraîne une évolution adaptative en sélection pour et augmenter l'occurrence de traits bénéfiques dans une population.
  • Naturelsélection n'agit que sur les traits héréditaires de la population : sélection pour les allèles bénéfiques et, ainsi, augmenter leur fréquence dans la population, tout en sélection contre les allèles délétères et, par conséquent, en diminuant leur fréquence.
  • Naturelsélection n'agit pas sur des allèles individuels, cependant, mais sur des organismes entiers.
  • Naturelsélection agit au niveau de l'individu qu'il sélectionne pour les individus ayant une plus grande contribution au pool génétique de la prochaine génération, connue sous le nom de fitness évolutif d'un organisme (ou fitness darwinien).
  • Par Naturelsélection, une population de pinsons a évolué en trois espèces distinctes en s'adaptant à plusieurs différences sélection pressions.

Charles Darwin et la sélection naturelle

  • Charles Darwin et Alfred Wallace ont développé indépendamment les théories de l'évolution et son principe de fonctionnement principal : Naturelsélection.
  • Darwin a appelé ce mécanisme Naturelsélection.
  • Naturelsélection, selon Darwin, était le résultat inévitable de trois principes qui opéraient dans la nature.
  • Les articles de Darwin et Wallace présentant l'idée de Naturelsélection ont été lus ensemble en 1858 devant la Linnean Society à Londres.
  • Son livre exposait ses arguments en faveur de l'évolution en Naturelsélection.

Psychologie évolutionnaire

  • La psychologie évolutionniste cherche à comprendre le comportement humain comme le résultat d'une adaptation psychologique et Naturelsélection.
  • Il cherche à identifier quels traits psychologiques humains sont des adaptations évoluées, c'est-à-dire les produits fonctionnels de Naturelsélection.
  • La psychologie évolutionniste découle des théories de l'évolution, de l'adaptation et de la Naturelsélection.
  • Les mécanismes d'adaptation du cerveau ont été façonnés au fil du temps par Naturel et sexuelle sélection.
  • La théorie de Charles Darwin Naturelsélection a été très influent dans le domaine de la psychologie évolutionniste.

Les pinsons des Galapagos et la sélection naturelle

  • Darwin a appelé ce mécanisme de changement Naturelsélection.
  • Naturelsélection, selon Darwin, était le résultat inévitable de trois principes qui opéraient dans la nature.
  • Démonstrations d'évolution par Naturelsélection peut prendre du temps.
  • Peter et Rosemary Grant et leurs collègues ont étudié les populations de pinsons des Galápagos chaque année depuis 1976 et ont fourni d'importantes démonstrations du fonctionnement de Naturelsélection.
  • C'était une preuve évidente de Naturelsélection de la taille du bec en raison de la disponibilité des graines.

Définir l'évolution de la population

  • La variation génétique dans une population est déterminée par des mutations, Naturelsélection, dérive génétique, auto-stop génétique et flux de gènes.
  • Tout comme les mutations provoquent de nouveaux traits dans une population, Naturelsélection agit sur la fréquence de ces traits.
  • Dans Naturelsélection, les individus avec des traits supérieurs seront capables de produire plus de progéniture.
  • Comme de nouveaux traits et comportements découlent de la mutation, Naturelsélection perpétue les traits qui confèrent un avantage.
  • Comme les mutations créent des variations, Naturelsélection affecte la fréquence de ce trait dans une population.

Sélection stabilisatrice, directionnelle et diversifiante

  • Si Naturelsélection favorise un phénotype moyen en sélection contre des variations extrêmes, la population subira une stabilisation sélection.
  • Par exemple, dans une population de souris qui vivent dans les bois, Naturelsélection aura tendance à favoriser les individus qui se fondent le mieux dans le sol forestier et sont moins susceptibles d'être repérés par les prédateurs.
  • parfois Naturelsélection pouvez sélectionner pour deux ou plusieurs phénotypes distincts qui ont chacun leurs avantages.
  • Diversifier sélection se produit lorsque les valeurs extrêmes d'un trait sont privilégiées par rapport aux valeurs intermédiaires. Ce type de sélection conduit souvent à la spéciation.
  • Différents types de Naturelsélection peut avoir un impact sur la distribution des phénotypes au sein d'une population. Dans (a) la stabilisation sélection, un phénotype moyen est favorisé. En (b) directionnel sélection, une modification de l'environnement déplace le spectre des phénotypes observés. En (c) diversifier sélection, deux ou plusieurs phénotypes extrêmes sont choisi car, alors que le phénotype moyen est choisi contre.

Processus et modèles d'évolution

  • Naturelsélection ne peut se produire qu'en présence de variations génétiques les conditions environnementales déterminent quels traits sont choisi.
  • Naturelsélection ne peut avoir lieu que s'il existe des variations, ou des différences, entre les individus d'une population.
  • La direction de Naturelsélection déplacé de sorte que les plantes à petites feuilles soient choisi parce que ces populations ont pu conserver l'eau pour survivre aux nouvelles conditions environnementales.
  • Naturelsélection agit sur des organismes individuels, qui à leur tour peuvent façonner une espèce entière.
  • Expliquez pourquoi seules les variations héréditaires peuvent être Naturelsélection

Sélection dépendante de la fréquence

  • En fonction de la fréquence sélection, les phénotypes communs ou rares sont favorisés par Naturelsélection.
  • Un autre type de sélection, appelé dépendant de la fréquence sélection, favorise les phénotypes qui sont soit communs (positif dépendant de la fréquence sélection) ou rare (négatif dépendant de la fréquence sélection).
  • Un exemple intéressant de ce type de sélection est vu dans un groupe unique de lézards du nord-ouest du Pacifique.
  • Dans ce scénario, les mâles oranges seront favorisés par Naturelsélection lorsque la population est dominée par des mâles bleus, les mâles bleus prospéreront lorsque la population est principalement composée de mâles jaunes, et les mâles jaunes seront choisi pour quand les mâles oranges sont les plus peuplés.
  • Négatif dépendant de la fréquence sélection sert à augmenter la variance génétique de la population en sélection pour les phénotypes rares, alors que positif dépendant de la fréquence sélection diminue généralement la variance génétique de sélection pour les phénotypes communs.

Théories de l'histoire de la vie

  • La régulation de la croissance démographique par ces facteurs peut être utilisée pour introduire un concept classique en biologie des populations : celui de K-choisi contre r-choisi espèce.
  • La première variable est K (la capacité de charge d'une population dépendante de la densité de population), et la seconde variable est r (le taux intrinsèque de Naturel augmentation de la taille de la population, indépendante de la densité).
  • Populations de K-choisi espèces ont tendance à exister près de leur capacité de charge (d'où le terme K-choisi) où la compétition intraspécifique est élevée.
  • Au moment où ils atteignent l'âge adulte, ils doivent développer des compétences pour concourir pour Naturel Ressources.
  • Contrairement à K-choisi espèce, r-choisi les espèces ont un grand nombre de petits descendants (d'où leur désignation r).
Sujets
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  • L'écriture

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Effets de la sélection naturelle sur la taille du bec du pinson

Cette activité guide l'analyse d'un chiffre scientifique publié à partir d'une étude qui a enquêté sur les changements évolutifs chez les pinsons granivores après une sécheresse.

En 1976, les graines sur l'île Galápagos de Daphne Major étaient diverses et abondantes. Une sécheresse en 1977, cependant, a réduit la disponibilité des semences. La figure de cette étude montre la distribution des profondeurs de bec (mesures de la taille du bec) pour les pinsons terrestres moyens de l'île. Les barres blanches représentent la répartition de la population initiale en 1976, et les barres noires représentent la répartition des pinsons qui ont survécu à la sécheresse de 1977. Les carets sur le X-l'axe indique les profondeurs moyennes des becs pour chaque groupe. Le document « Matériel pour l'éducateur » comprend une figure sous-titrée, des informations générales, une interprétation du graphique et des questions de discussion. Le « Document de l'étudiant » comprend une figure sous-titrée et des informations générales. La présentation PowerPoint « Présentation Finch » offre une approche alternative pour guider les élèves dans une discussion sur la figure.

Objectifs d'apprentissage des élèves
  • Analyser et interpréter les données d'un chiffre scientifique.
  • Décrire comment la distribution des traits dans une population peut changer au fil du temps en raison de la sélection naturelle.
Des détails

adaptation, pinsons de Darwin, histogramme, morphologie, pression sélective, trait, variation

Grant, Rosemary B. et Peter R. Grant. "Ce que les pinsons de Darwin peuvent nous apprendre sur l'origine évolutive et la régulation de la biodiversité." Biosciences 53, 10 (2003) : 965-975. http://bioscience.oxfordjournals.org/content/53/10/965.full.pdf.

Veuillez consulter les conditions d'utilisation pour plus d'informations sur la façon dont cette ressource peut être utilisée.


2. Aperçu du numéro spécial

Le papier de Petren et al. (2010) est le premier à rapporter une analyse génétique de spécimens collectés par Charles Darwin et ses compagnons de bord lors du voyage du HMS Beagle. Les auteurs utilisent des outils génétiques modernes, tels que le clonage et le séquençage de l'ADN ancien et des marqueurs microsatellites multilocus, pour génotyper des échantillons et des populations de pinsons modernes et historiques des Gal&# x000e1pagos, afin d'étudier la perte de diversité dans cet écosystème insulaire depuis la visite de Darwin en 1835. Cette étude a révélé que beaucoup plus de biodiversité a été perdue dans les Galápagos qu'on ne le croyait auparavant, malgré le fait que ces habitats insulaires sont considérés comme parmi les moins influencés par l'homme en raison d'une exploration relativement tardive et d'une faible activité de peuplement. En outre, cet article apporte une autre contribution importante en mettant en lumière certaines des origines (infâmes !) inconnues de certains spécimens de pinsons de Darwin, car les auteurs ont réussi à déterminer l'emplacement et les espèces d'un certain nombre de pinsons inconnus collectés par Charles Darwin. et d'autres au cours des premières expéditions de collecte au cours des 175 dernières années.

Malgré la perte apparente de plusieurs populations insulaires de pinsons de Darwin (ci-dessus), aucune des espèces n'a disparu. Cependant, ces dernières années, en raison d'une combinaison d'activité humaine accrue, de perte d'habitat et d'invasion par des espèces introduites, le pinson des palétuviers (Camarhynchus héliobates) est aujourd'hui au bord de l'extinction, avec une population totale d'environ 100 individus, et fait partie des oiseaux les plus rares de la planète. Le papier de Fessl et al. (2010) fournit les nouvelles informations quantitatives indispensables sur cette espèce en voie de disparition et en discute dans le contexte des efforts et des techniques de conservation. Il est clair que le pinson des palétuviers est très peu nombreux dans toutes les petites parcelles de mangrove qu'il habite et que son existence même est menacée par les rats et les mouches parasites. À l'aide d'un logiciel d'analyse de projection de population, les auteurs effectuent une analyse utile pour montrer à quel point les populations sont vulnérables sous les régimes actuels de prédation, et comment la vulnérabilité pourrait être atténuée avec une élévation du succès de reproduction et une suppression de la prédation. Ces informations devraient être très utiles et précieuses pour la conservation de cette espèce et d'autres. Bien que l'objectif principal de cet article soit l'écologie et la conservation du pinson des palétuviers et non son évolution, il s'agit d'un rappel important de ce qui peut arriver à une espèce insulaire endémique qui est poussée au-delà de ses capacités d'adaptation.

L'article suivant de Podos (2010) a examiné si les membres du pinson de taille moyenne Géospiza fortis population à un endroit particulier, appelé El Garrapatero, sur l'île de Santa Cruz fait la distinction entre deux formes de la taille du bec en se basant uniquement sur le chant, et a également testé si ces oiseaux peuvent discriminer les chants des chanteurs locaux et distants (à 24 km) du même espèce. La première question est particulièrement intéressante, car ces deux morphes sont connus pour s'accoupler de manière assortative et peuvent donc fournir un bon modèle pour étudier la formation de limites d'espèces par différenciation sympatrique. L'auteur fournit la preuve qu'ils répondent différemment aux chansons locales produites par différentes morphologies mais ne font pas de distinction entre les chansons à petite morphologie enregistrées à partir de différents endroits, contrairement aux résultats d'une précédente étude de lecture dans laquelle les chansons locales et distantes ont suscité des réponses différentes (Podos 2007 ). L'importance plus élevée de la forme du mâle chanteur (discrimination de la forme) que celle d'un endroit où le chant a été produit (préférence acoustique) soutient donc l'hypothèse selon laquelle le chant des pinsons de Darwin peut servir de mécanisme comportemental pour l'accouplement assortatif et la divergence évolutive sympatrique. .

Un article connexe de de León et al. (2010) ont étudié les facteurs qui interviennent dans le flux génétique entre des populations/espèces divergentes de pinsons de Darwin. Il s'agit d'une étude de la divergence morphologique et de l'isolement reproductif en présence de flux de gènes. La raison en est que les différences écologiques peuvent contribuer à maintenir ou même à promouvoir la différenciation et l'isolement reproductif lorsque la sélection directionnelle est suffisamment forte pour contrecarrer les effets d'homogénéisation du flux génétique. Un tel scénario a été suggéré il y a quelque temps par Felsenstein (1981) et Smith (1989). Les auteurs tirent parti des populations variables de pinsons de taille moyenne en comparant les différences génétiques (variation allélique à 10 loci microsatellites chez environ 1000 individus) parmi ces populations avec des différences morphologiques et une séparation géographique entre les populations. In addition, they perform a similar comparative analysis on several ground finch species (medium ground finch G. fortis, small ground finch G. fuliginosa and large ground finch G. magnirostris) from the same island (Santa Cruz Island). The key finding is that population (genetic) structure is associated with beak morphology but less so with geographical separation. That is, populations with similar beak sizes showed less genetic differentiation than populations with different beak sizes. De plus, G. fortis with the greatest divergence in beak size also showed the greatest divergence at neutral markers. This pattern is also similar for the interspecific comparisons among the ground finches, and consistent results at these two biological scales (intra- and interspecific variation) suggest that ecological differentiation (disruptive selection and assortative mating) may be important in driving speciation. Finally, the study adds to the growing body of evidence indicating that the speciation can occur despite gene flow between populations.

The next paper by Temeles and co-workers (2010) touches on related issues of morphological adaptation and speciation in a different group of birds, the hermit hummingbirds (Phaethornithinae). In this paper, the authors studied the evolution of sexual dimorphism in bill size and shape on a group of hummingbirds combining morphological data obtained from hundreds of specimens from 30 distinct genera from museum collections with the recently published phylogenetic information on these species. Such extensive beak-shape dimorphism adapted for resource partitioning does not exist in Darwin's finches or in many other bird groups, but understanding its origin and function in groups where it does occur, such as hummingbirds, contributes greatly to our understanding of beak morphological evolution. The authors obtained interesting results on the evolution of sexual dimorphism within this group showing, for example, that moderate female-biased sexual dimorphism in bill curvature was the ancestral condition in hermit hummingbirds (Phaethornithinae), and that it was greatly amplified in several species, such as Glaucis hirsutus et Phaethornis guy, where bills of females are 60 per cent more curved than bills of males, which could be explained by differences in the usage of food plants. Their data suggest that hermit hummingbirds could provide a valuable model for studies of ecological causation as a mechanism for the evolution of sexual dimorphism for any species in which there are differences in trophic morphology or other such morphological differences owing to sex-specific resource use.

A paper by Grant & Grant (2010) provides an intriguing look at patterns of gene flow between species of Darwin's finches on Daphne Major Island, as well as gene flow owing to immigration of con- and heterospecifics. The main result, that gene flow from heterospecifics appears to be higher than gene flow from conspecifics on different islands, is quite fascinating and thought-provoking, as it challenges our usual conceptions regarding species boundaries and the role of gene flow in keeping populations of the same species cohesive and populations of different species separate. The authors used very comprehensive methods combining pedigrees obtained through observation and genotyping with morphometric measurements and even behavioural observations, such as song structure and repertoire. These careful observations allowed the authors to successfully estimate such relatively small amounts of gene flow. They concluded that conspecific gene flow as a result of immigration into Daphne Major was insufficient to negate the strong effects of both hybridization and local selection, and that conspecific and heterospecific gene flow in combination are sufficient to counteract random genetic drift. One major implication of the findings by Grant & Grant (in press) is that gene exchange between populations is complex, heterogeneous and a dynamic process in time measured over decades revealing population genetic structure that is often used to calculate average rates of gene flow at the assumed steady state. Complex patterns of gene exchange can lead to the formation of a barrier to interbreeding during speciation.

Clegg & Phillimore (2010) contributed a paper that provides interesting information on how phenotypic and genetic divergence can be decoupled in species of island birds. The paper is a serious attempt to disentangle the evolutionary forces that shape the origin of biological diversity by studying the population genetic structure and phenotypic divergence between two co-distributed congeneric bird species from the genus Zosterops inhabiting the Vanuatu archipelago. The authors took advantage of this island system to address the relative role of drift and gene flow in shaping genetic variation within populations, while correlating patterns of genetic variation with phenotypic differences among populations. Comparative analysis of these features between the two bird species with similar ecologies but differing histories in the islands proved particularly revealing. It was found that influence of migration on population genetic structure appeared to persist for very long time periods (up to hundreds of thousands of years) in their archipelago setting. At the same time, the expected transition to a condition of a drift-mediated system as island populations become increasingly isolated owing to reduced dispersal ability was found to only partially occur in an endemic species, despite a long evolutionary history on the archipelago (millions of years). The approach and conclusions described in this paper will form an important background to consider in the future while studying island speciation in Darwin's finches and other species.

Darwin's finches are most famous for the differential use of their distinct beaks, whose shapes and sizes are believed to be maximally effective for their respective diets. One of the most important aspects of beak function is the ability to convey and withstand biomechanical stress during the beak usage, which is particularly important for species cracking large and/or hard seeds. The biomechanical output of the integrated beak/jaw and cranial musculature system should be matched by the physical and geometrical properties of the beak. A paper by Soons et al. (2010) is an interesting study that uses a compilation of empirical data to perform a computational analysis on the mechanical and adaptive significance of beak shape in Darwin's finches. More specifically, the authors used finite-element modelling to test the fracture-avoidance hypothesis. Using a sound methodology and a well-constructed computational analysis, the authors produced a study that should be broadly informative to biologists in the fields of ecomorphology, craniofacial biomechanics and evolution. This paper illustrates that deep and wide beaks in ground finches allow for reduction of areas with high stress and peak stress magnitudes, allowing birds to crack hard seeds while limiting the risk of beak failure. These results help to explain deep and wide beak morphologies among the seed-eating ground finches when compared with similarly sized species of Darwin's finches pursuing dissimilar diets, such as the cactus finches, and correlation of such morphology with the increased bite force reported earlier (Herrel et al. 2005).

A paper by Tebbich et al. (2010) is addressing adaptive evolution of behavioural traits in Darwin's finches. While differently shaped beaks allow for a more efficient (and safe) handling of different types of food sources by Darwin's finches, one remarkable and often overlooked feature of their biology is a range of behavioural adaptations that these birds display while searching and accessing those food sources. Ground finches explore the soil and large rocks for seeds, cactus finches penetrate cactus flowers and fruits with their pointed beaks, Warbler finches probe leaves of trees and bushes for small arthropods and sharp-beaked finches peck on feather buds to drink blood from boobies or crack their eggs by pushing them over rocks. In one of the most extraordinary examples in all birds, woodpecker finches will make a tool from a twig or branch to remove an insect larva from a crevice in the tree trunk when they are unable to reach it with their beak (Lack 1947 Bowman 1961). Such diverse and neophilic behaviours probably have a profound genetic component, but how and when such behaviours evolved in Darwin's finches remained a matter of speculation. The authors tested the 𠆏lexible stem hypothesis’ to explain the variation observed among Darwin's finches by connecting individual adaptability to species richness. This hypothesis would suggest that the ancestral finches were flexible and therefore able to adapt to the new and harsh environment they encountered on the Galápagos by exploiting new food types and developing new foraging techniques. It also predicts that high levels of cognitive capacities should be expected in all species of Darwin's finches, not only the ones using innovative techniques, such as woodpecker finches. The authors compared several components of cognitive behaviours such as operant and reverse learning, innovativeness, cane and seesaw tasks in multiple individuals of woodpecker finches and small tree finches and found evidence that innovative behaviours are phylogenetically primitive in Darwin's finches.

Badyaev (2010) contributed a paper that represents an extensive body of data on beak-shape variation within a single species of house finches (Carpodacus mexicanus), another example of ongoing adaptive radiation, and offers a thoughtful overview of contemporary phenotypic evolutionary thinking and includes ideas that only recently emerged from other related studies. The author is focusing on the possible mechanisms that enable precise adaptation in beak morphology and its adaptability during rapid evolution and diversification of avian beaks. In particular, he is interested in explaining the observed rapid evolutionary changes in beak morphology in light of the neo-Darwinian model that necessitates coordinated changes in developmentally distinct precursors and correspondence between functional and genetic modularity in beak morphogenesis, which has recently been elucidated (Abzhanov et al. 2004, 2006 Schneider 2006 Badyaev et al. 2008). This study focuses on the first 19 generations of house finches colonizing a particular site in Montana and which display a wide array of distinct and presumably adaptive beak morphologies𠅊 result of compensatory developmental interactions between beak length and width in accommodating microevolutionary change in beak depth. It was found that directional selection has largely eliminated phenotypic extremes formed by these compensatory developmental interactions, while long-term stabilizing selection along a single axis (beak depth) was mirrored in the structure of beak additive genetic covariance. Among the most interesting interpretations of the data provided by Badyaev (2010) are that the adaptive equivalence of beak configurations shields genetic and developmental variation in individual components from depletion by natural selection and that compensatory developmental interactions among beak components can generate rapid and extensive reorganization of beak morphology under novel conditions, thereby facilitating evolution of precise local adaptation and contributing to overall diversification.

A paper from the Keller group (Hoeck et al. 2010) looks at another group of Galápagos land birds, which were also very important to Charles Darwin and his early thinking about evolutionary theory, the Galápagos mockingbirds. Mockingbirds’ small and isolated island populations offer an ideal model to study the effects of limited population size, genetic drift and gene flow on genetic diversity. The authors measured genetic diversity within and differentiation among 19 mockingbird populations on most Galápagos islands, covering all four endemic species, using putatively neutral microsatellite loci. The authors examine these loci for signs of drift and gene flow, and they also used historic specimens to assess genetic change over the last century, revealing some clear and striking patterns of differentiation and diversity consistent with strong genetic drift and limited gene flow. This is in contrast to Darwin's finches who display widespread interisland migration levels and have low levels of isolation-by-distance (Petren et al. 2005 Tonnis et al. 2005). It thus appears that phenotypic divergence among populations of Galápagos mockingbirds is due in large part to isolation and genetic drift.

Finally, a paper by Ricklefs (2010) proposes host–pathogen coevolution as a possible explanation for reduced secondary sympatry, and thus rates of diversification, in related sister species inhabiting island archipelagos. While being highly relevant to understanding mechanisms of speciation in Darwin's finches, this study also provides a complement to the niche studies of Peterson et al. (1999), who concluded that niches of sister species do not change for a long time after speciation. The hypothesis proposed by Ricklefs (2010) is based on the observed pattern among selected taxa, which shows that remote archipelagos reveal higher levels of secondary sympatry than archipelagos nearer to continental landmasses. The author suggests that secondary sympatry might be prevented by apparent competition mediated through pathogens that coevolved with host populations but are pathogenic in sister populations. The absence of numerous pathogens in remote archipelagos, therefore, would allow sister populations to achieve secondary sympatry more readily and accelerate diversification. By the same reasoning, species should accumulate relatively slowly within continental regions as well. This is a novel idea proposed to explain apparent levels of reduced secondary sympatry in certain geographical locations such as remote archipelagos. Given the relatively recent emergence of the study of diseases in natural populations of any species, it is understandable that this paper does not present a strict test of the proposed hypothesis, but an overall description of the ‘pathogen hypothesis’, which will surely open the field to a series of field and experimental studies.

In summary, Charles Darwin and his shipmates from the HMS Beagle were the first to collect small songbirds, now known as Darwin's (Galápagos) finches, exactly 175 years ago (Darwin 1839). These birds were later recognized as being closely related to each other but having evolved beaks of distinct shapes and sizes as adaptations for different food sources. As such, they became a classic example of many different evolutionary processes and continue to provide us with valuable insights into principles of evolutionary change. As this Special Issue illustrates, the new and exciting discoveries being made from studies on Darwin's finches and related groups are a true celebration of Darwin's legacy to modern science. It is certain that we will continue to use these iconic birds to educate, train and inspire future generations of researchers for a long time to come.


Voir la vidéo: Les pinsons des Galapagos, exemple de sélection naturelle. (Août 2022).