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Terme désignant un caractère avantageux pour une population tant qu'il est rare


Je me souviens avoir lu sur un concept - en biologie évolutive ou en sélection naturelle, je pense - selon lequel un trait particulier est avantageux pour la population ou l'espèce, mais seulement tant que ce trait n'est présenté que par une minorité de la population. C'est-à-dire que la population a plus de chances de survivre si l'existence et l'expression du trait sont maintenues, mais seulement si cette expression est limitée à un petit pourcentage de la population. Si le trait devient trop commun, l'avantage de sélection de l'avoir diminuera, et le fait que la plupart de la population l'a peut même avoir un impact négatif sur la capacité de survie de cette population.

Je ne me souviens plus où je l'ai rencontré. Cela peut avoir été dans le contexte d'une lecture sur le TDA, l'Aspberger/l'autisme, la neurotypie, l'introversion ou la manie/TOC. Je veux revenir sur le sujet et en savoir plus à ce sujet, mais Google me fait défaut.

Quelqu'un peut-il me dire le nom ou le terme du concept auquel je pense ?


La sélection dépendante de la fréquence est le terme que vous recherchez, je crois. La sélection positive dépendante de la fréquence englobe des traits qui deviennent plus avantageux à mesure qu'ils deviennent plus communs. La sélection négative dépendante de la fréquence englobe des traits qui deviennent plus avantageux à mesure qu'ils deviennent plus rares.


Avantage d'accouplement pour les mâles rares dans les populations de guppys sauvages

Comprendre les processus qui maintiennent la diversité génétique est un défi de longue date en biologie évolutive, avec des implications pour la prédiction de la résistance aux maladies, la réponse aux changements environnementaux et la persistance des populations 1,2,3. Des modèles génétiques de population simples ne suffisent pas à expliquer les niveaux élevés de diversité génétique parfois observés dans les traits écologiquement importants 2 . Chez les guppys (Poecilia reticulata), le modèle de couleur mâle est à la fois diversifié et héritable, et est sans doute l'un des exemples les plus extrêmes de polymorphisme morphologique connu 4,5. La sélection dépendante de la fréquence négative (NFDS), une forme de sélection dans laquelle les génotypes sont favorisés lorsqu'ils sont rares 6, peut potentiellement maintenir un tel polymorphisme étendu, mais peu d'études expérimentales ont confirmé son fonctionnement dans la nature 7,8. Ici, nous utilisons des manipulations expérimentales hautement répliquées de populations naturelles pour montrer que les mâles avec des motifs de couleurs rares ont une meilleure capacité de reproduction, démontrant le NFDS médié par la sélection sexuelle. Les mâles rares ont acquis plus de partenaires et engendré plus de progéniture que les mâles communs et, comme indiqué précédemment, ont eu des taux de survie plus élevés 8 . La couleur orange, impliquée dans d'autres études sur la sélection sexuelle chez les guppys, a bien prédit le succès reproducteur des mâles, mais seulement dans une des trois populations. Ces données appuient l'hypothèse selon laquelle le NFDS maintient la diversité des modèles de couleur des guppys mâles grâce à deux agents sélectifs, les partenaires et les prédateurs. Des manipulations similaires sur le terrain des fréquences des génotypes pourraient fournir une approche puissante pour révéler les mécanismes écologiques et comportementaux sous-jacents qui maintiennent la diversité génétique et phénotypique.


La mucoviscidose : un exemple de l'avantage hétérozygote

La mucoviscidose est une maladie génétique récessive causée par une mutation du gène CFTR. Ce gène est responsable du transport des ions chlorure dans et hors des cellules. Si un individu est porteur de deux mutations du gène, la mucoviscidose se développera : la maladie altère la production de sueur, de sucs digestifs et de mucus. Finalement, l'obstruction pancréatique entraîne des difficultés de digestion des aliments et des sécrétions pulmonaires épaissies entraînent des infections pulmonaires potentiellement mortelles.

La mucoviscidose est un trait génétique assez courant chez les Européens. La prévalence la plus élevée se trouve en Irlande, alors que jusqu'à 1 personne sur 19 est porteuse de la maladie. Avec une forte concentration de porteurs dans une zone géographique spécifique, les scientifiques se sont demandé s'il pouvait y avoir un avantage à porter le gène de la mucoviscidose.

Il s'avère que les porteurs de la mutation génétique CFTR faire ont un avantage sur ceux qui ne portent pas le gène. Les personnes infectées par certaines maladies, comme le choléra ou le typhus, succombent souvent à un déséquilibre électrolytique et à une déshydratation causée par une diarrhée aiguë sévère. À l'Université de Chapel Hill en Caroline du Nord, des souris porteuses de la mutation génétique de la mucoviscidose ont été infectées par le choléra. Aucune des souris n'a succombé à la déshydratation, car leurs intestins n'avaient pas les canaux chlorure pour sécréter le liquide. Bien sûr, ces souris ont eu la maladie réelle de la mucoviscidose, ce qui n'est pas un avantage pour la survie à long terme.

Pour un hétérozygote, cependant, un équilibre est atteint. Le porteur de la mutation CFTR n'aura pas la mucoviscidose, mais n'aura que la moitié moins de canaux chlorure qu'un non-porteur. Cela limite la quantité de liquide perdue à cause de la diarrhée au cas où un porteur serait infecté par une maladie comme la typhoïde ou le choléra.

La question demeure, pourquoi l'avantage serait-il limité à la population européenne ? La fièvre typhoïde et le choléra existent dans le monde entier, mais l'augmentation des porteurs de la mucoviscidose n'est observée que dans le climat du nord de l'Europe. Une autre théorie explique cette découverte : les porteurs de la mutation CFTR perdront plus de sel dans leur sueur. Ceci est un inconvénient relatif dans les climats chauds - une déshydratation se produirait Suite rapidement pour un transporteur dans un environnement chaud. Pour ceux qui vivent dans des climats chauds, porter la mutation CFTR ne serait pas un avantage. Dans les climats froids, cependant, il est peu probable que les porteurs se déshydratent en raison de la transpiration - le fait de porter la mutation CFTR offre une protection contre les maladies causant la diarrhée sans se soucier de la déshydratation induite par la chaleur.


Architecture génétique variantes rares du grand effet ou variantes courantes du petit effet ?

La motivation pour mener une GWAS peut être soit d'identifier les facteurs causatifs/prédictifs pour un trait donné, soit de déterminer les aspects de l'architecture génétique du trait (c'est-à-dire le nombre de loci qui contribuent et leur contribution respective au phénotype). Certains traits sont sous-tendus par un petit nombre de loci avec de grandes tailles d'effet (une architecture génétique simple) et sont très favorables à GWAS. Ce scénario pourrait être commun pour les caractères sous sélection biotique [28]. D'autres traits peuvent posséder des architectures plus complexes qui présentent des difficultés pour GWAS. Deux possibilités sont soit qu'un trait soit contrôlé par de nombreuses variantes rares, chacune ayant un effet important sur le phénotype, soit au contraire, de nombreuses variantes courantes n'ayant qu'un petit effet phénotypique. Dans les deux cas, les variantes causales peuvent être regroupées dans un ou un petit nombre de gènes, ou à travers de nombreux gènes (polygénétique).

Le pouvoir de GWAS d'identifier une véritable association entre un SNP et un trait dépend de la variance phénotypique au sein de la population expliquée par le SNP (Figure 1a). La variance phénotypique est déterminée par la force avec laquelle les deux variants alléliques diffèrent dans leur effet phénotypique (la taille de l'effet) et leur fréquence dans l'échantillon. Pour cette raison, les variantes rares et la petite taille de l'effet présentent des problèmes pour GWAS [29, 30].

Taille de l'échantillon et taille de l'effet. une) Puissance et FDR pour un phénotype idéalisé. Simulations dans lesquelles un seul SNP aléatoire expliquant 5%, 10% ou 20% de la variance phénotypique (avec héritabilité

0,75) ont été réalisées chez 200, 400 ou 800 individus [67]. Les simulations sont basées sur les données SNP disponibles pour Arabidopsis[20], avec une structure ajoutée en donnant à 10 000 SNP aléatoires une taille d'effet minuscule. L'étoile indique la puissance (la capacité à trouver les vrais positifs) et le FDR (faux positifs) au seuil de 5 % corrigé par bonferroni pour 220 000 marqueurs. b) Un exemple d'une simulation particulière dans laquelle le SNP causal (losange rouge) n'est pas le SNP le plus significatif dans la fenêtre locale. Les SNP restants sont colorés en fonction de leur lien avec le SNP causal. La ligne pointillée indique le seuil de 5 % corrigé par bonferroni pour 220 000 marqueurs.

De plus, les variantes rares souffrent d'être en association forte ou complète avec de nombreuses autres variantes rares non causales au sein du génome, quelle que soit la désintégration de la LD, et donc un seul locus causal peut entraîner de nombreuses associations synthétiques [31]. Ce point est clairement illustré si l'on considère plusieurs SNP privés au sein d'un individu : ils sont complètement liés quelle que soit leur localisation génomique.

Comment augmenter la puissance pour détecter une association significative lorsque les variantes sont soit à basse fréquence, soit ont une petite taille d'effet ? Plusieurs considérations importantes, notamment la taille de l'échantillon, le génotypage incomplet, l'hétérogénéité génétique et la prise en compte du contexte génétique confusionnel sont discutées ci-dessous. Nous notons cependant que l'importance des variantes rares pour un trait particulier peut également être démêlée à l'aide de l'analyse QTL, car les variantes rares sont élevées à une fréquence intermédiaire par le schéma de croisement.


Comment fonctionne la sélection naturelle

Il y a plusieurs centaines de millions d'années, il n'y avait pas d'animaux vertébrés sur terre. Les seules espèces de vertébrés au monde étaient les poissons, qui vivaient tous sous l'eau. La concurrence pour la nourriture était intense. Certaines espèces de poissons qui vivaient près des côtes ont développé une étrange mutation : la capacité de se pousser dans la boue et le sable du rivage avec leurs nageoires. Cela leur a donné accès à des sources de nourriture qu'aucun autre poisson ne pouvait atteindre. L'avantage leur a donné un plus grand succès de reproduction, de sorte que la mutation a été transmise. C'est ce qu'on appelle sélection naturelle.

La sélection naturelle est le moteur qui évolution. Les organismes les mieux adaptés pour survivre dans leurs circonstances particulières ont plus de chances de transmettre leurs traits à la génération suivante. Mais les plantes et les animaux interagissent de manière très complexe avec d'autres organismes et leur environnement. Ces facteurs travaillent ensemble pour produire la gamme étonnamment diversifiée de formes de vie présentes sur Terre.

En comprenant la sélection naturelle, nous pouvons apprendre pourquoi certaines plantes produisent du cyanure, pourquoi les lapins produisent autant de descendants, comment les animaux ont d'abord émergé de l'océan pour vivre sur terre et comment certains mammifères sont finalement revenus. Nous pouvons même en apprendre davantage sur la vie microscopique, comme les bactéries et les virus, ou comprendre comment les humains sont devenus des humains.

Charles Darwin a inventé le terme "sélection naturelle". Vous l'entendrez généralement à côté du slogan évolutionniste souvent mal compris "la survie du plus fort"Mais la survie du plus fort n'est pas nécessairement la bataille sanglante et acharnée pour la survie que nous avons tendance à prétendre être (même si parfois c'est le cas). C'est plutôt une mesure de l'efficacité d'un arbre à disperser les graines la capacité d'un poisson à trouver une frayère sûre avant de pondre ses œufs l'habileté avec laquelle un oiseau récupère les graines de la coupe profonde et parfumée d'une fleur la résistance d'une bactérie aux antibiotiques .

Avec un peu d'aide de Darwin lui-même, nous allons en apprendre davantage sur la sélection naturelle et comment elle a créé l'étonnante complexité et diversité de la vie sur la planète Terre.

L'évolution est le résultat de la tendance de certains organismes à avoir un meilleur succès de reproduction que d'autres - la sélection naturelle.

Il est important de se rappeler que les différences entre les individus, même les individus de générations différentes, ne constituent pas une évolution. Ce ne sont que des variantes de traits. Les traits sont des caractéristiques qui sont héritable -- ils peuvent être transmis d'une génération à l'autre. Tous les traits ne sont pas physiques - la capacité de tolérer un contact étroit avec les humains est un trait qui a évolué chez les chiens. Voici un exemple qui aide à expliquer ces concepts :

Imaginez maintenant que certaines conditions se présentent qui rendent les jockeys plus susceptibles de se reproduire avec succès que les joueurs de basket-ball. Les jockeys ont des enfants plus fréquemment, et ces enfants ont tendance à être petits. Les basketteurs ont moins d'enfants, donc il y a moins de personnes de grande taille. Après quelques générations, la taille moyenne des humains diminue. Les humains ont évolué pour être plus petits.

L'évolution est une question de changement, mais quel est le mécanisme qui provoque ces changements ? Chaque être vivant a tout dans sa construction codé dans une structure chimique spéciale appelée ADN. Dans l'ADN se trouvent des séquences chimiques qui définissent un certain trait ou un ensemble de traits. Ces séquences sont appelées gènes. La partie de chaque gène qui entraîne l'expression variable des traits est appelée un allèle. Parce qu'un trait est l'expression d'un allèle, la tendance d'un certain trait à apparaître dans une population est appelée fréquence allélique. Essentiellement, l'évolution est un changement dans les fréquences alléliques au cours de plusieurs générations.

Différents allèles (et donc différents traits) sont créés de trois manières :

  • Mutation sont des changements aléatoires qui se produisent dans les gènes. Ils sont relativement rares, mais sur des milliers de générations, ils peuvent entraîner des changements très profonds. Les mutations peuvent introduire des traits qui sont complètement nouveaux et qui ne sont jamais apparus dans cette espèce auparavant.
  • Reproduction sexuée mélange les gènes de chaque parent en divisant, brisant et mélangeant les chromosomes (les brins qui contiennent l'ADN) lors de la création de chaque spermatozoïde et ovule. Lorsque le sperme et l'ovule se combinent, certains gènes du parent mâle et certains gènes du parent femelle sont mélangés au hasard, créant un mélange unique d'allèles dans leur progéniture.
  • Les bactéries, qui ne se reproduisent pas sexuellement, peuvent absorber des morceaux d'ADN qu'elles rencontrent et les incorporer dans leur propre code génétique grâce à diverses méthodes de Recombinaison génétique [source : Gagnant].

La reproduction sexuée elle-même est un produit de la sélection naturelle - les organismes qui mélangent les gènes de cette manière ont accès à une plus grande variété de traits, ce qui les rend plus susceptibles de trouver les bons traits pour survivre. Pour plus d'informations sur l'évolution, rendez-vous sur Comment fonctionne l'évolution.

UNE population est un groupe défini d'organismes. En termes de science de l'évolution, une population fait généralement référence à un groupe d'organismes qui ont un accès reproductif les uns aux autres. Par exemple, les zèbres qui vivent dans les plaines d'Afrique sont une population. Si d'autres zèbres vivaient en Amérique du Sud (aucun ne le fait, mais supposons qu'ils le fassent pour l'exemple), ils représenteraient une population différente car ils sont trop éloignés pour s'accoupler avec les zèbres africains. Les lions qui vivent dans les plaines d'Afrique sont également une population différente, car les lions et les zèbres sont biologiquement incapables de s'accoupler.

La forme physique est la clé de la sélection naturelle. Nous ne parlons pas du nombre de répétitions qu'une loutre de mer peut faire au gymnase - forme biologique est la capacité d'un organisme à survivre assez longtemps pour se reproduire. Au-delà, il reflète également la capacité d'un organisme à bien se reproduire. Il ne suffit pas qu'un arbre produise un tas de graines. Ces graines doivent avoir la capacité de se retrouver dans un sol fertile avec suffisamment de ressources pour germer et pousser.

La condition physique et la sélection naturelle ont d'abord été expliquées en détail par Charles Darwin, qui a observé la faune du monde entier, a pris de nombreuses notes, puis a cherché à comprendre ce qu'il avait vu. La sélection naturelle est probablement mieux expliquée dans ses mots, tirés de son ouvrage phare "On the Origin of Species".

Les organismes présentent des variations de traits. « Les nombreuses légères différences qui apparaissent dans la progéniture des mêmes parents peuvent être appelées différences individuelles. Personne ne suppose que tous les individus de la même espèce sont coulés dans le même moule réel."

Plus d'organismes sont nés que ne pourraient jamais être soutenus par les ressources de la planète. "Chaque être... doit subir une destruction à une certaine période de sa vie, sinon, sur le principe de l'augmentation géométrique, son nombre deviendrait rapidement si... grand qu'aucun pays ne pourrait supporter le produit."

Par conséquent, tous les organismes doivent lutter pour vivre. "Comme il se produit plus d'individus qu'il ne peut en survivre, il doit y avoir dans tous les cas une lutte pour l'existence, soit d'un individu avec un autre de la même espèce, soit avec des individus d'espèces distinctes, soit avec les conditions physiques de la vie."

Certains traits offrent des avantages dans la lutte. « Pouvons-nous douter… que des individus ayant un quelconque avantage, même minime, sur les autres, aient les meilleures chances de survivre et de procréer ? »

Les organismes qui ont ces traits sont plus susceptibles de se reproduire avec succès et de transmettre les traits à la génération suivante. "Les moindres différences peuvent faire basculer l'échelle bien équilibrée dans la lutte pour la vie, et ainsi être préservées."

Les variations réussies s'accumulent au fil des générations à mesure que les organismes sont exposés à la pression démographique. "La Sélection Naturelle agit exclusivement par la préservation et l'accumulation de variations bénéfiques dans les conditions auxquelles chaque créature est exposée. Le résultat ultime est que chaque créature a tendance à s'améliorer de plus en plus par rapport à ses conditions."

Approfondissons le concept de pression démographique.

Le processus de sélection naturelle peut être considérablement accéléré par de fortes pressions démographiques. Pression démographique est une circonstance qui rend la survie des organismes plus difficile. Il y a toujours une sorte de pression démographique, mais des événements comme des inondations, des sécheresses ou de nouveaux prédateurs peuvent l'augmenter. Sous haute pression, davantage de membres d'une population mourront avant de se reproduire. Cela signifie que seuls les individus dotés de traits qui leur permettent de faire face à la nouvelle pression survivront et transmettront leurs allèles à la génération suivante. Cela peut entraîner des changements drastiques dans les fréquences alléliques en une ou deux générations.

Voici un exemple - imaginez une population de girafes avec des individus dont la hauteur varie de 10 pieds à 20 pieds. Un jour, un feu de brousse balaie et détruit toute la végétation en dessous de 15 pieds. Seules les girafes de plus de 15 pieds peuvent atteindre les feuilles les plus hautes pour manger. Les girafes en dessous de cette hauteur sont incapables de trouver de la nourriture du tout. La plupart meurent de faim avant de pouvoir se reproduire. Dans la génération suivante, très peu de petites girafes naissent. La taille moyenne de la population a augmenté de plusieurs mètres.

Il existe d'autres moyens d'affecter rapidement et considérablement la fréquence des allèles. Une façon est un goulet d'étranglement démographique. Dans une grande population, les allèles sont uniformément répartis dans la population. Si un événement, comme une maladie ou une sécheresse, anéantit un grand pourcentage de la population, les individus restants peuvent avoir une fréquence allélique très différente de celle de la population plus large. Par pur hasard, ils peuvent avoir une forte concentration d'allèles qui étaient relativement rares auparavant. Au fur et à mesure que ces individus se reproduisent, les traits autrefois rares deviennent la moyenne de la population.

Les effet fondateur peut également entraîner une évolution rapide. Cela se produit lorsqu'un petit nombre d'individus migrent vers un nouvel emplacement, "fondant" une nouvelle population qui ne s'accouple plus avec l'ancienne population. Tout comme avec un goulot d'étranglement de population, ces individus peuvent avoir des fréquences alléliques inhabituelles, ce qui conduit les générations suivantes à avoir des traits très différents de la population d'origine à partir de laquelle les fondateurs ont migré.

La différence entre des changements lents et graduels sur plusieurs générations (gradation) et des changements rapides sous une forte pression démographique entrecoupés de longues périodes de stabilité évolutive (l'équilibre ponctué) est un débat en cours dans les sciences de l'évolution.

Jusqu'à présent, nous avons considéré la sélection naturelle comme un agent de changement. Lorsque nous regardons autour du monde, cependant, nous voyons de nombreux animaux qui sont restés relativement inchangés depuis des dizaines de milliers d'années - dans certains cas, même des millions d'années. Les requins en sont un exemple. Il s'avère que la sélection naturelle est aussi un agent de stabilité.

Parfois, un organisme atteint un état d'évolution dans lequel ses traits sont très bien adaptés à son environnement. Lorsque rien ne se produit pour exercer une forte pression démographique sur cette population, la sélection naturelle favorise la fréquence allélique déjà présente. Lorsque les mutations provoquent de nouveaux traits, la sélection naturelle élimine ces traits car ils ne sont pas aussi efficaces que les autres.

Le super-organisme contre le gène égoïste

Le biologiste évolutionniste Richard Dawkins a écrit un livre intitulé "The Selfish Gene" dans les années 1970. Le livre de Dawkins a recadré l'évolution en soulignant que la sélection naturelle favorise la transmission des gènes, pas l'organisme lui-même. Une fois qu'un organisme s'est reproduit avec succès, la sélection naturelle ne se soucie pas de ce qui se passe après. Cela explique pourquoi certains traits étranges continuent d'exister - des traits qui semblent nuire à l'organisme mais profitent aux gènes. Chez certaines espèces d'araignées, la femelle mange le mâle après l'accouplement. En ce qui concerne la sélection naturelle, une araignée mâle qui meurt 30 secondes après l'accouplement a autant de succès qu'une araignée qui mène une vie riche et bien remplie.

Depuis la publication de « The Selfish Gene », la plupart des biologistes s'accordent à dire que les idées de Dawkins expliquent beaucoup de choses sur la sélection naturelle, mais elles ne répondent pas à tout. L'un des principaux points d'achoppement est altruisme. Pourquoi les gens (et de nombreuses espèces animales) font-ils de bonnes choses pour les autres, même si cela n'offre aucun avantage direct pour eux-mêmes ? La recherche a montré que ce comportement est instinctif et apparaît sans formation culturelle chez les nourrissons humains [source : CBC]. Il apparaît également chez certaines espèces de primates. Pourquoi la sélection naturelle favoriserait-elle un instinct pour aider les autres ?

Une théorie tourne autour parenté. Les personnes qui vous sont apparentées partagent plusieurs de vos gènes. Les aider pourrait aider à garantir que certains de vos gènes sont transmis. Imaginez deux familles d'humains primitifs, tous deux en compétition pour les mêmes sources de nourriture. Une famille a des allèles pour l'altruisme - ils s'entraident pour chasser et partager de la nourriture. L'autre famille ne le fait pas - ils chassent séparément, et chaque humain ne mange que ce qu'il peut attraper. Le groupe coopératif est plus susceptible d'atteindre le succès reproducteur, en passant le long des allèles pour l'altruisme.

Les biologistes explorent également un concept connu sous le nom de super-organisme. C'est essentiellement un organisme composé de nombreux organismes plus petits. Le superorganisme modèle est la colonie d'insectes. Dans une colonie de fourmis, seuls la reine et quelques mâles transmettront jamais leurs gènes à la génération suivante. Des milliers d'autres fourmis passent leur vie entière en tant qu'ouvrières ou drones sans aucune chance de transmettre directement leurs gènes. Pourtant, ils travaillent pour contribuer au succès de la colonie. En termes de "gène égoïste", cela n'a pas beaucoup de sens. Mais si vous considérez une colonie d'insectes comme un organisme unique composé de nombreuses petites parties (les fourmis), c'est le cas. Chaque fourmi travaille pour assurer le succès reproducteur de la colonie dans son ensemble. Certains scientifiques pensent que le concept de superorganisme peut être utilisé pour expliquer certains aspects de l'évolution humaine [source : Wired Science].

Tous les organismes portent des traits qui ne leur confèrent plus de réel avantage en termes de sélection naturelle. Si le trait ne nuit pas à l'organisme, alors la sélection naturelle ne l'éliminera pas, donc ces traits persistent pendant des générations. Le résultat : des organes et des comportements qui ne remplissent plus leur fonction initiale. Ces traits sont appelés rudimentaire.

Il existe de nombreux exemples dans le corps humain seul. Le coccyx est le vestige de la queue d'un ancêtre, et la capacité de remuer les oreilles provient d'un primate antérieur qui était capable de déplacer ses oreilles pour localiser les sons. Les plantes ont aussi des traits vestigiaux. De nombreuses plantes qui se sont autrefois reproduites sexuellement (nécessitant une pollinisation par des insectes) ont développé la capacité de se reproduire de manière asexuée. Ils n'ont plus besoin d'insectes pour les polliniser, mais ils produisent toujours des fleurs, qui étaient à l'origine nécessaires pour inciter les insectes à visiter la plante.

Parfois, une mutation fait qu'un trait vestigial s'exprime plus pleinement. Ceci est connu comme un atavisme. Les humains naissent parfois avec de petites queues. Il est assez courant de trouver des baleines avec des pattes arrière. Parfois, les serpents ont l'équivalent des ongles des pieds, même s'ils n'ont pas d'orteils. Ou les pieds.

Études de cas en sélection naturelle

Nous pensons généralement à l'évolution comme quelque chose que nous ne voyons pas se produire sous nos yeux, au lieu de regarder les fossiles pour trouver des preuves que cela s'est produit dans le passé. En fait, l'évolution sous une pression démographique intense se produit si rapidement que nous l'avons vu se produire au cours d'une vie humaine.

Les éléphants d'Afrique ont généralement de grandes défenses. L'ivoire des défenses est très apprécié par certaines personnes, c'est pourquoi les chasseurs ont chassé et tué des éléphants pour arracher leurs défenses et les vendre (généralement illégalement) pendant des décennies. Certains éléphants d'Afrique ont un trait rare : ils ne développent jamais de défenses. En 1930, environ 1 pour cent de tous les éléphants n'avaient pas de défenses. Les chasseurs d'ivoire n'ont pas pris la peine de les tuer car il n'y avait pas d'ivoire à récupérer. Pendant ce temps, des éléphants avec des défenses ont été tués par centaines, beaucoup d'entre eux avant même d'avoir eu la chance de se reproduire.

Les allèles des « défenses » ont été transmis sur quelques générations seulement. Le résultat : jusqu'à 38 pour cent des éléphants de certaines populations modernes n'ont pas de défenses [source : BBC News]. Malheureusement, ce n'est pas vraiment une fin heureuse pour les éléphants, car leurs défenses sont utilisées pour creuser et se défendre.

Le ver de la capsule, un ravageur qui mange et endommage les cultures de coton, a montré que la sélection naturelle peut agir encore plus rapidement que les scientifiques ne peuvent modifier génétiquement quelque chose. Certaines cultures de coton ont été génétiquement modifiées pour produire une toxine nocive pour la plupart des vers de la capsule. Un petit nombre de vers de la capsule avaient une mutation qui leur a conféré une immunité contre la toxine. Ils ont mangé le coton et ont survécu, tandis que tous les vers de la capsule non immunisés sont morts. La pression démographique intense a produit une large immunité à la toxine dans l'ensemble de l'espèce en l'espace de quelques années seulement [source : EurekAlert].

Certaines espèces de trèfle ont développé une mutation qui a provoqué la formation de cyanure de poison dans les cellules de la plante. Cela a donné au trèfle un goût amer, le rendant moins susceptible d'être mangé. Cependant, lorsque la température descend en dessous de zéro, certaines cellules se rompent, libérant le cyanure dans les tissus de la plante et tuant la plante. Dans les climats chauds, la sélection naturelle a agi en faveur du trèfle producteur de cyanure, mais là où les hivers sont froids, le trèfle non cyanuré a été privilégié. Chaque espèce existe presque exclusivement dans chaque zone climatique [source : Purves].

Qu'en est-il des humains? Sommes-nous également soumis à la sélection naturelle ? Il est certain que nous l'étions -- les humains ne sont devenus humains que parce qu'un assortiment de traits (cerveau plus gros, marcher droit) conférait des avantages aux primates qui les ont développés. Mais nous sommes capables d'influencer directement la distribution de nos gènes. Nous pouvons utiliser le contrôle des naissances, de sorte que ceux qui sont "les plus aptes" en termes de sélection naturelle ne puissent pas du tout transmettre nos gènes. Nous utilisons la médecine et la science pour permettre à de nombreuses personnes de vivre (et de se reproduire) qui, autrement, ne survivraient probablement pas après l'enfance. Tout comme les animaux domestiques, que nous élevons pour favoriser spécifiquement certains traits, les humains sont influencés par une sorte de sélection non naturelle.

Cependant, nous évoluons encore. Certains humains ont plus de succès de reproduction que d'autres, et les facteurs qui affectent cette équation ont ajouté une couche de complexité humaine aux interactions déjà compliquées du monde animal. En d'autres termes, nous ne savons pas vraiment vers quoi nous allons évoluer. Le changement est inévitable, mais rappelez-vous que la sélection naturelle ne se soucie pas de rendre les humains " meilleurs ", juste plus d'entre nous.


Trait génétique vs. caractère héréditaire

Quand quelqu'un vous dit que la taille est héréditaire à 80 %, cela signifie-t-il : variation des gènes La réponse est bien sûr b . Malheureusement, depuis 5 ans que je blogue, la conception de l'héritabilité a été assez difficile à faire passer, et je dois régulièrement intimider les lecteurs qui confondent le terme avec un . C'est-à-dire qu'ils supposent que si je dis qu'un trait est principalement héréditaire, je veux dire que son développement est principalement fonction des gènes. En réalité, non seulement c'est faux, mais c'est incohérent. L'héritabilité traite de la corrélation au niveau de la population entre la variation phénotypique et la variation génotypique. En d'autres termes, dans quelle mesure la variation génétique peut-elle fonctionner comme proxy de la variation phénotypique ? Quelle proportion de la variation phénotypique peut être expliquée par la variation génotypique ? Les termes clés ici sont niveau de population et variation (ou techniquement, variance ). Nous ne parlons généralement pas d'individus et nous limitons notre discussion aux traits qui varient au sein de la population.


L'évolution n'est qu'une théorie

Les critiques de la théorie de l'évolution rejettent son importance en confondant délibérément l'usage quotidien du mot « ldquottheory » avec la façon dont les scientifiques utilisent le mot. En science, une &ldquottheory&rdquo est comprise comme un ensemble d'explications soigneusement testées et vérifiées pour un ensemble d'observations du monde naturel. Les scientifiques ont une théorie de l'atome, une théorie de la gravité et la théorie de la relativité, chacune décrivant des faits compris sur le monde. De la même manière, la théorie de l'évolution décrit des faits sur le monde vivant. En tant que telle, une théorie scientifique a survécu aux efforts importants déployés par les scientifiques pour la discréditer. En revanche, une &ldquottheory» en langue vernaculaire commune est un mot signifiant une supposition ou une explication suggérée, ce sens est plus proche du concept scientifique de &ldquohypothesis.» Lorsque les critiques de l'évolution disent que l'évolution est &ldquo juste une théorie», ils impliquent qu'il y a peu de preuves le soutenir et qu'il est toujours en train d'être rigoureusement testé. Il s'agit d'une mauvaise caractérisation.


Trait n°5 : Chance

Vous avez peut-être levé les yeux au ciel lorsque nous avons mentionné la chance, mais c'est tout à fait vrai. Comme tout autre animal de la taille d'un trophée, il y a apparemment d'innombrables facteurs qui doivent être bons pour qu'une basse atteigne son plein potentiel. Quand on y pense vraiment, les cartes sont empilées contre eux.

"Pour atteindre le statut à deux chiffres, une basse a définitivement besoin de la chance de son côté", a déclaré Bardin. "Il doit naître une femelle, ce qui élimine immédiatement 50 pour cent de la population. Il doit survivre en tant qu'alevin (moins de 1 pour cent atteignent l'âge adulte), vivre dans un environnement au ras du fourrage et une qualité d'eau très constante, éviter la pression de pêche et ont une exposition limitée aux menaces prédatrices tout au long de sa vie. »

Il peut sembler que beaucoup de choses doivent aller bien pour qu'une basse devienne un trophée, mais c'est exactement pourquoi elles sont si rares. S'ils étaient faciles à trouver et à attraper, nous trouverions probablement une autre espèce à poursuivre. Après tout, c'est ce qui nous fait revenir pour plus - le défi et les chances improbables.


Résultats

Taux d'accumulation des espèces

La probabilité bayésienne d'enregistrer une « nouvelle » espèce dans le réseau des pièges à succion était d'environ 80 % pour l'année suivante (P = 0,793) (Annexe S3a). A titre d'estimation, le piège moyen produit 0,529 nouvelles espèces par an ± SE 0,172, mais il y a clairement des biais (annexe S3b). Comme prévu, les nouvelles espèces du réseau sont considérablement plus difficiles à trouver avec le temps (Fig. 3). Whilst Rothamsted and Broom's Barn were the first traps to begin providing long-term data in 1965, Rothamsted has produced twice as many species. Silwood Park appears to produce many more species, particularly given that it has a fragmented time series that began in 1968, stopped in 1988 and began once more in 2000 at a time when new species to the network were considerably harder to find. Of the species that remain to be discovered, three subspecies are of economic importance: Myzus persicae nicotianae, Aphis fabae cirsiiacanthoidis et Aphis fabae mordvilkoi (Appendix S2).

Phenology and Climate

Phenology of aphids and effect of climate over five decades

Averaging out over all species, the LME RoC models showed that first flights were getting significantly earlier at a rate of −0·611 ± SE 0·015 days year −1 r 2 = 0·465 (t = −40·716 P < 0·0001) but last flights appeared relatively stationary (−0·010 ± SE 0·022 days year −1 r 2 = 0·558 t = −0·445 P = 0·656). The average flight season was getting significantly longer (0·3357 ± SE 0·02614 days year −1 r 2 = 0·339 t = 12·842 P ≤ 0·0001) even though the log annual count was only moderately increasing (0·002 ± SE 0·0008 log annual count year −1 r 2 = 0·539 t = 2·58404 P = 0·0098). As a spatial covariate in the additive climate models, year also acted on the aphid responses in a nonlinear way. All the LME estimations are correct in linear terms, but first flight analysis revealed a nonlinear component, being ‘humped’ around 1980 and thereafter showing a dramatic advancement (F = 165·2 P < 0·001 Fig. 4a). Although stationary over the time period, last flights appeared to oscillate over time with roughly 20-year period length and with greater uncertainty during 1965–1970 (F = 15·30 P < 0·001 Appendix S4b). The average flight season did get longer over the whole time series, but there was a period between 1975 and 1995 when the response was relatively flat (F = 57·62 P < 0·001 Appendix S4b). Lastly, log annual counts showed a moderate increase, but a post-millennial trough suggests that these are dynamic (F = 9·24 P < 0·001 Appendix S4b).

Both the accumulated degree days above 16 °C (ADD16) during April and May and winter climate were linked to the advancement of aphid first flights (Fig. 4). Per unit change in degree days yielded an advance of 0·379 days ± SE 0·025 (t = −14·74 P < 0·001), but the previous winter had a much stronger effect leading to 2·93 days ± SE 0·089 earlier (t = −32·89 P < 0·001) per unit change of the NAO. The combined effects of these climate variables can be seen in Fig. 4d: warm wet winters, signalled by positive NAO values, combined with very high ADD16 values led to very early first flights in spring (i.e. area of deep red interpolation). As the aphid flight season accumulated degree days above 16 °C, the duration of the flight season contracted (0·078 days ± SE 0·005 t = −13·59 P < 0·001) and the effect of cold winter appeared to extend the duration of the flight season (2·261 days ± SE 0·163 t = 13·86 P < 0·001). The effect of winter was not significant by the time that the last flight is realized (t = −1·441 P > 0·05). The temperature effect through the year accumulated but brought forward, rather than pushed back, the last flight (0·043 days ± SE 0·004 t = −8·814 P < 0·001), similar to the effect on the duration of the flight season that measures the 5th–95th percentiles. The effect of climate on log annual counts produces an unconvincing gamm model perhaps because the response itself oscillates considerably between years and across species (Appendix S4b). Looking in more detail at the intercept of species random effect component (intercept = 0·991 standard deviation = 0·996), it is clear that there is very high variation in the species responses when the fixed effects are zero. The fixed effect of the NAO is close to the 0·05 significance boundary (t = −2·546 P < 0·05) and should be treated with caution (Zuur et al. 2009 ). Second, whilst ADD16 produces a highly significant result, the per unit change in ADD16 produces very small increments to the log count (0·001 log aphids ± SE <0·001 t = 6·921 P < 0·001). We cautiously accept that increasing the accumulated degree days will produce small, positive changes in annual counts recognizing that this model also struggles to explain the wide species variation (Fig. 5).

The spatiotemporal covariates in all the above gamm models suggest that aphid phenology was significantly determined by where and when the event takes place. Latitudinal effects were clear and close to linear for first flight (Fig. 4b F = 101·80 P < 0·001). As first flights progressed northwards, they took place later in the year. The further south, the longer the duration of the flight season was (F = 43·90 P < 0·001) although aphid populations become distinctly nonlinear in terms of last flight (F = 26·57 P < 0·001) and log annual count (F = 26·57 P < 0·001, Appendix S4b). In both cases a noisier, nonlinear response occurred northwards from 54°, approximately where the Preston trap is located (Fig. 2 Appendix S4b). First and last flights also appeared to have an opposing pattern in terms of longitude: in the west, first flights were earlier, but last flights were earlier in the east (first: F = 17·7 P < 0·001 last: F = 10·19 P < 0·001 – Fig. 4c). Longitudinal effects were close to the boundary for log annual counts and appear to have wide confidence intervals (F = 3·03 P < 0·01) and although this spatial influence is stronger for the duration of flight season (F = 9·31 P < 0·01), longitude had a nonlinear effect.

Species responses

The log annual count data for many species suggest that they oscillate around a baseline linear trend that indicates either no long-term change is apparent or a very marginal upward trend is detectable, but both with substantial year-to-year variation (Appendix S4a). This is particularly true of pest species such as Brachycaudus helichrysi, Brevicoryne brassicae, Metopolophium dirhodum et Sitobion avenae whose annual counts are determined by many within-year processes that are not necessarily carried over to the following year. There is a small minority, such as Anoecia corni et Tetraneura ulmi, that are less volatile in terms of the long-term trend in log annual counts, but this is not a common response amongst the group (Appendix S4a).

Utamphorophora humboldti showed the most dramatic advancement in first flights (−2·709 days year −1 ) and also the most dramatic shift to later in the year of all last flights (2·713 days year −1 ). Consequently it also had the largest increase in the duration of flight season (2·531 days year −1 ) and largest population increase. Its outlier status is captured in the PCA and neighbourhood-joining dendrogram (Appendix S5). Two other species highlighted as outliers in the dendrogram are Myzus ascalonicus et Periphyllus testudinaceus. Myzus ascalonicus is advancing its first flight very slowly (−0·087 days year −1 ), has an earlier last flight (−1·900 days year −1 ) and, like P. testudinaceus (−0·901 days year −1 ), is contracting its flight season length (−0·896 days year −1 ). Curiously, even though P. testudinaceus has a shorter flight season, it has later last flights (0·529 days year −1 ), suggesting that there is a longer period at the end of the year when a small number of aphids remain in flight.

Considering all the phenological responses, there were seven groups of aphids defined by neighbour joining (Fig. 5). Overall, there was not one group in which all are pests (see Appendix S2), or all have a common host or trait profile, or are equally rare or common. In short, the groups are well mixed although the highest density of pests is grouped as ‘ELPS’ (i.e. those that have earlier first flights, later last flights, protracted flight seasons and smaller log annual counts) bar Cavariella archangelicae in the ELPS group that feeds on umbellifers and does not have pest status. By far the largest group, with 20 species, is the ‘ELPB’ group [i.e. those that have earlier first flights, later last flights, protracted flight seasons and bigger annual counts (Fig. 5)]. Six of these species are pests (Acyrthosiphon pisum, Cavariella aegopodii, Hyperomyzus lactucae, Myzus cerasi, Rhopalosiphum insertum (Rhopalosiphum oxycanthae), Sitobion fragariae). The common trait profile amongst 10 of the 20 species is for obligate heteroecious holocycly. The second largest group (EEPS) comprises 16 species that are either obligate heteroecious and holocyclic (six species) or obligate monoecious and holocyclic (six species). Even though their last flights are getting earlier and populations smaller, three pests can be found in this group Aulacorthum solani et Hyalopterus pruni are pests of potatoes and plums, respectively, and M. dirhodum can cause damage to wheat. Of the remaining four smaller groups, the EECB group with three species that include two major pests, B. helichrysi et B. brassicae, and the EEPB group that comprises five species, two of which are major pests (Elatobium abietinum, M. persicae) are notable because both groups show earlier last flights.

Traits

The trait ecology was found to explain some of the variability in observed patterns in first and last flight, duration of flight season and the log annual count of aphids (Table 1). A formal single traits mixed model analysis showed that generalizing across all species, heteroecious species tend to have a significantly longer duration to their flight season, with later last flights and larger log annual counts, although their first flights also tend to be later than for monoecious species (Table 1). Anholocycly promotes significantly earlier first and last flights, shorter flight seasons and smaller log annual counts than holocycly. A lack of life cycle plasticity incurring a compulsory single reproductive type (i.e. obligate) produces a first flight that is significantly later and a last flight significantly earlier with no significant increase in the duration of the flight season. The log annual count for a compulsory single reproductive type aphid was also significantly smaller.

LME response LME fixed effects
Host plant alternation. Reference level: Holocyclic Reproductive strategy. Reference level: Monoecious Life cycle plasticity. Reference level: Obligate
1. First flight 2·316 ± SE 0·560*** −8·274 ± SE 0·437*** 15·182 ± SE 0·614***
2. Last flight 6·400 ± SE 1·034*** −24·028 ± SE 0·809*** −5·262 ± SE 1·135***
3. Duration of flight season 5·171 ± SE 0·983*** −16·319 ± SE 0·768*** 2·085 ± SE 1·079
4. Log annual count 0·551 ± SE 0·055*** −0·243 ± SE 0·028*** −1·026 ± SE 0·039***
  • The table includes the marginal significance (P < 0·001***) derived from conditional t tests for each of the three fixed coefficients. For each fixed effect, the trait of interest has a reference level which is compared against the remaining ‘free level’. In each case, these were (i) a host-alternating potential trait: heteroecious, the ‘free level’, was compared with a monoecious reference level (ii) predominant mode of reproduction trait: anholocyclic, the ‘free level’, was compared with a holocyclic reference level (iii) life cycle plasticity trait: facultative, the ‘free level’, was compared with an obligate reference level. If coefficient values were negative, the reference level in question is lower than the ‘free level’ and vice versa. Thus, holocyclic aphids have significantly later first flights (2·316 on the log10 scale) than anholocyclic aphids but monoecious aphids have significantly earlier first flights (i.e. −8·274 on the log10 scale) compared with heteroecious aphids. In all cases, bar life cycle plasticity in explaining duration of flight season, traits were highly significant in explaining observed responses in aphid migration characteristics.

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