L’isolement reproductif, à travers des barrières mécaniques, comportementales et physiologiques, est une composante importante de la formation de nouvelles espèces, ce que l’on appelle la spéciation.

Si l’on dispose de suffisamment de temps, la divergence génétique et phénotypique entre les populations affectera les caractères qui influencent la reproduction : si des individus des deux populations devaient être réunis, l’accouplement serait improbable, mais si l’accouplement avait lieu, la progéniture serait non viable ou infertile. De nombreux types de caractères divergents peuvent affecter l’isolement reproductif, la capacité à se croiser, des deux populations. L’isolement reproductif est un ensemble de mécanismes, de comportements et de processus physiologiques qui empêchent les membres de deux espèces différentes qui se croisent ou s’accouplent de produire une progéniture, ou qui font en sorte que toute progéniture qui pourrait être produite ne soit pas fertile.

Quelle est la différence entre l’isolement pré-zygotique et post-zygotique ?

Les scientifiques classent l’isolement reproductif en deux groupes : les barrières pré-zygotiques et les barrières post-zygotiques. Rappelons qu’un zygote est un ovule fécondé : la première cellule du développement d’un organisme qui se reproduit sexuellement. Par conséquent, une barrière pré-zygotique est un mécanisme qui empêche la reproduction d’avoir lieu, cela inclut les barrières qui empêchent la fécondation lorsque les organismes tentent de se reproduire. Une barrière post-zygotique se produit après la formation du zygote, cela inclut les organismes qui ne survivent pas au stade embryonnaire et ceux qui naissent stériles.

L’isolement reproductif temporel

Certains types de barrières pré-zygotiques empêchent totalement la reproduction. De nombreux organismes ne se reproduisent qu’à certaines périodes de l’année, souvent seulement une fois par an. Les différences dans les calendriers de reproduction, appelées isolement temporel, peuvent agir comme une forme d’isolement reproductif. Par exemple, deux espèces de grenouilles habitent la même zone, mais l’une se reproduit de janvier à mars, tandis que l’autre se reproduit de mars à mai. Autrement dit, la maturité des gamètes ne se fait pas au même moment.

L’isolement écologique ou isolement de l’habitat

Dans certains cas, les populations d’une espèce se déplacent vers un nouvel habitat et s’installent dans un lieu qui ne chevauche plus d’autres populations de la même espèce ; c’est ce qu’on appelle l’isolement écologique. La reproduction avec l’espèce parente cesse et un nouveau groupe existe qui est maintenant indépendant sur le plan reproductif et génétique. Par exemple, une population de grillons qui s’est divisée après une inondation ne pouvait plus interagir avec les autres. Avec le temps, les forces de la sélection naturelle, de la mutation et de la dérive génétique entraîneront probablement la divergence des deux groupes.

L’isolement éthologique ou comportemental

L’isolement éthologique se produit lorsque la présence ou l’absence d’un comportement spécifique empêche la reproduction. Par exemple, les lucioles mâles utilisent des motifs lumineux spécifiques pour attirer les femelles. Les différentes espèces affichent leurs lumières différemment. Si un mâle d’une espèce essayait d’attirer la femelle d’une autre espèce, elle ne reconnaîtrait pas le motif lumineux et ne s’accouplerait pas avec le mâle.

L’isolement anatomique

D’autres barrières pré-zygotiques fonctionnent lorsque des différences dans leurs cellules de gamètes empêchent la fécondation d’avoir lieu . C’est ce qu’on appelle une barrière gamétique. De même, dans certains cas, des organismes étroitement apparentés tentent de s’accoupler, mais leurs structures de reproduction ne s’adaptent tout simplement pas. Par exemple, les demoiselles mâles de différentes espèces ont des organes reproducteurs de forme différente. Si une espèce essaie de s’accoupler avec la femelle d’une autre, les parties de leur corps ne s’assemblent tout simplement pas, comme une clef et une serrure.

Chez les plantes, certaines structures visant à attirer un type de pollinisateur simultanément empêchent un autre pollinisateur d’accéder au pollen. Le tunnel par lequel un animal doit accéder au nectar peut varier en longueur et en diamètre, ce qui empêche la plante d’être pollinisée avec une espèce différente.

Et si la fécondation a tout de même lieu ?

Lorsque la fécondation a lieu et qu’un zygote se forme, des barrières post-zygotiques peuvent empêcher la reproduction. Dans de nombreux cas, les individus hybrides ne peuvent pas se former normalement dans l’utérus et ne survivent tout simplement pas au-delà des stades embryonnaires. C’est ce qu’on appelle l’inviabilité des hybrides. Dans une autre situation post-zygotique, la reproduction conduit à la naissance et à la croissance d’un hybride stérile et incapable de reproduire sa propre progéniture. C’est ce qu’on appelle la stérilité hybride.

Une espèce est définie comme un groupe d’individus qui, dans la nature, sont capables de s’accoupler et de produire une progéniture viable et fertile. Mais cette définition, en apparence simple, soulève des questions fondamentales sur la vie, la génétique et l’évolution. Pourquoi un chihuahua et un dogue allemand, si différents en apparence, peuvent-ils se reproduire, alors qu’un aigle à tête blanche et un aigle pêcheur d’Afrique ne le peuvent pas ? La réponse se trouve dans le pool génétique et les mécanismes complexes de la reproduction.

Les espèces impliquent la capacité de reproduction

Une espèce est un groupe d’organismes individuels qui se croisent et produisent une progéniture fertile et viable. Selon cette définition, une espèce se distingue d’une autre lorsque, dans la nature, il n’est pas possible que les accouplements entre les individus de chaque espèce produisent une descendance fertile.

Les membres d’une même espèce partagent des caractéristiques à la fois externes et internes qui se développent à partir de leur ADN. Plus la relation entre deux organismes est étroite, plus ils ont d’ADN en commun, tout comme les personnes et leurs familles. L’ADN des gens ressemble probablement davantage à celui de leur père ou de leur mère qu’à celui de leur cousin ou de leurs grands-parents. Les organismes d’une même espèce ont le plus haut niveau d’alignement d’ADN et, par conséquent, partagent des caractéristiques et des comportements qui mènent à une reproduction réussie.

L’apparence des espèces peut être trompeuse en suggérant une capacité ou une incapacité à s’accoupler. Par exemple, même si les chiens domestiques (canis lupus familiaris) présentent des différences phénotypiques, telles que la taille, la carrure et le pelage, la plupart des chiens peuvent se croiser et produire des chiots viables qui peuvent atteindre la maturité et se reproduire sexuellement.

Dans d’autres cas, des individus peuvent apparaître similaires bien qu’ils ne soient pas membres de la même espèce. Par exemple, même si le pygargue à tête blanche (haliaeetus leucocephalus) et le pygargue vocifer (haliaeetus vocifer) sont tous deux des oiseaux et des aigles, chacun d’eux appartient à un groupe d’espèces distinct. Si l’homme intervenait artificiellement et fécondait l’œuf d’un pygargue à tête blanche avec le sperme d’un aigle pêcheur d’Afrique et qu’un poussin éclorait, cette progéniture, appelée hybride (un croisement entre deux espèces), serait probablement infertile : incapable de se reproduire avec succès après avoir atteint sa maturité. Différentes espèces peuvent avoir des gènes différents qui sont actifs dans le développement ; il peut donc être impossible de développer une progéniture viable avec deux ensembles de directions différentes. Ainsi, même si une hybridation peut avoir lieu, les deux espèces restent séparées.

Le rôle clef de l’hybridation et de l’infertilité

Le concept d’espèce est particulièrement bien illustré par le phénomène d’hybridation, qui correspond au croisement entre deux espèces distinctes. Bien que cela puisse se produire, la descendance qui en résulte, l’hybride, est très souvent stérile. Un exemple classique est le mulet, qui est le fruit d’un croisement entre une jument et un âne. Le mulet est bien vivant et viable, mais il ne peut pas se reproduire à son tour, car il possède un nombre impair de chromosomes, ce qui rend la méiose impossible.

D’autres exemples d’hybrides incluent le ligre (croisement entre un lion et une tigresse) et le tigron (entre un tigre et une lionne). Ces animaux sont eux aussi infertiles. Ces cas montrent clairement que la simple capacité à s’accoupler ne suffit pas à définir une espèce. C’est la capacité à produire une progéniture qui peut se reproduire à son tour, c’est-à-dire une progéniture fertile, qui est le critère déterminant.

Les populations d’espèces partagent un pool génétique : une collection de toutes les variantes des gènes de l’espèce. Là encore, la base de tout changement dans un groupe ou une population d’organismes doit être génétique, car c’est la seule façon de partager et de transmettre des traits. Lorsque des variations se produisent au sein d’une espèce, elles ne peuvent être transmises à la génération suivante que par deux voies principales : la reproduction asexuée ou la reproduction sexuée. La modification sera transmise asexuellement simplement si la cellule reproductrice possède le trait modifié. Pour que la modification soit transmise par reproduction sexuée, un gamète, tel qu’un spermatozoïde ou un ovule, doit posséder la nouvelle caractéristique. En d’autres termes, les organismes qui se reproduisent par voie sexuée peuvent subir plusieurs modifications génétiques dans leurs cellules, mais si ces modifications ne se produisent pas dans un spermatozoïde ou un ovule, le caractère modifié n’atteindra jamais la génération suivante.

Seuls les traits héréditaires peuvent évoluer. Par conséquent, la reproduction joue un rôle primordial pour que le changement génétique s’enracine dans une population ou une espèce. En bref, les organismes doivent être capables de se reproduire entre eux pour transmettre de nouveaux traits (phénotype) à la descendance.

Conclusion

Pour résumer, la définition biologique d’une espèce repose sur la capacité de ses membres à se reproduire entre eux pour produire une descendance non seulement viable, mais aussi fertile. Ce critère clef permet de distinguer des groupes qui peuvent sembler similaires, comme différentes races de chiens, des groupes qui ne le sont pas, comme le pygargue à tête blanche et le pygargue vocifère. L’hybridation, qui produit des descendants stériles comme le mulet, est l’exemple le plus frappant de cette règle. La reproduction joue donc un rôle primordial dans la transmission des traits génétiques et est le moteur même de l’évolution des espèces.

FAQ : Tout savoir sur la notion d’espèce et la reproduction

Qu’est-ce qui définit une espèce ?

Une espèce est un groupe d’individus qui peuvent se reproduire entre eux dans la nature pour produire une descendance fertile et viable.

Quelle est la différence entre une progéniture viable et une progéniture fertile ?

Une progéniture viable est un individu qui survit jusqu’à l’âge adulte. Une progéniture fertile est un individu viable qui est également capable de se reproduire à son tour.

Un lion et un tigre sont-ils de la même espèce ?

Non. Bien qu’ils puissent s’accoupler pour produire un ligre ou un tigron, ces hybrides sont infertiles. Cela prouve que le lion (Panthera leo) et le tigre (Panthera tigris) sont des espèces distinctes.

Qu’est-ce qu’un hybride ?

Un hybride est le résultat du croisement entre deux espèces différentes. Ces descendants sont souvent, mais pas toujours, infertiles.

Pourquoi le mulet est-il infertile ?

Le mulet est le croisement d’un âne (62 chromosomes) et d’une jument (64 chromosomes). Il hérite de 63 chromosomes, un nombre impair qui empêche une bonne formation des gamètes (spermatozoïdes et ovules), le rendant ainsi stérile.

Les races de chiens sont-elles des espèces différentes ?

Non, toutes les races de chiens domestiques appartiennent à la même espèce (Canis lupus familiaris). Elles peuvent se reproduire entre elles et produire une descendance fertile, même si leurs apparences sont très différentes.

Qu’est-ce que le « pool génétique » ?

Le pool génétique est l’ensemble de tous les gènes et de leurs variantes (allèles) présents dans une population ou une espèce. Il est la base de l’évolution.

Comment se transmettent les traits génétiques ?

Les traits génétiques ne peuvent se transmettre à la génération suivante que si les modifications génétiques se produisent dans les cellules reproductrices (spermatozoïdes ou ovules).

L’apparence physique (le phénotype) est-elle un bon indicateur d’espèce ?

Non, l’apparence peut être trompeuse. Comme l’illustrent les différentes races de chiens ou la similitude entre certains aigles, les apparences ne suffisent pas à déterminer si deux organismes appartiennent à la même espèce.

Pourquoi la reproduction sexuée est-elle si importante pour l’évolution ?

La reproduction sexuée permet de mélanger les gènes des deux parents, créant ainsi de nouvelles combinaisons. Cela favorise la diversité génétique et la transmission de nouveaux traits qui peuvent s’enraciner dans l’espèce et permettre son évolution.

Y a-t-il des exceptions à la règle de l’infertilité des hybrides ?

Oui, il existe de rares exceptions. Dans le monde végétal notamment, l’hybridation peut parfois aboutir à des espèces fertiles. Chez les animaux, c’est beaucoup plus rare.

Qu’est-ce que l’isolement reproductif ?

L’isolement reproductif désigne les mécanismes biologiques qui empêchent deux espèces différentes de se croiser et de produire une descendance fertile. Cela peut être dû à des différences de comportement, de localisation géographique ou à des incompatibilités génétiques.

Le mot « espèce » a-t-il d’autres définitions ?

Oui, la définition ici présentée est la plus couramment utilisée en biologie, connue sous le nom de concept biologique de l’espèce. Il existe d’autres concepts, notamment pour les organismes qui se reproduisent de manière asexuée.

Pourquoi l’ADN est-il si important dans la définition d’une espèce ?

Les espèces ayant un ADN très similaire ont de plus grandes chances de produire une progéniture fertile. Un ADN trop différent entre deux individus peut empêcher le développement d’un embryon viable ou le rendre stérile.

Comment se forment de nouvelles espèces ?

De nouvelles espèces se forment par un processus appelé spéciation. Cela se produit généralement lorsqu’une population d’une espèce est isolée de sa population d’origine et qu’elle évolue différemment au fil du temps, au point de devenir incapable de se reproduire avec la population d’origine.

Il existe de nombreuses méconnaissances ou idées reçues sur l’évolution, notamment sur la signification du mot théorie, sur la façon dont les individus évoluent et sur l’origine de la vie.

Bien que la théorie de l’évolution ait suscité la controverse lorsqu’elle a été proposée pour la première fois, elle a été presque universellement acceptée par les biologistes dans les 20 ans qui ont suivi la publication de On the Origin of Species (L’Origine des espèces). Néanmoins, la théorie de l’évolution est un concept difficile et des idées fausses ou reçues à son sujet abondent.

L’évolution n’est qu’une théorie

Les critiques de la théorie de l’évolution rejettent son importance en confondant délibérément l’usage populaire du mot théorie avec la façon dont les scientifiques utilisent le mot. En science, une théorie est comprise comme un ensemble d’explications testées et vérifiées de manière approfondie pour un ensemble d’observations du monde naturel. Les scientifiques ont une théorie de l’atome, une théorie de la gravité et une théorie de la relativité, chacune d’entre elles décrivant des faits compris sur le monde. De même, la théorie de l’évolution décrit des faits sur le monde vivant. Une théorie scientifique a également survécu aux efforts considérables déployés par les scientifiques pour la discréditer. Ce qui fait d’une théorie scientifique une théorie valable, c’est qu’elle est adoptée suite à un consensus, lui-même issu de débats, de symposiums, etc.
En revanche, une théorie dans le langage courant est un mot qui signifie une supposition ou une explication suggérée ; cette signification est plus proche du concept scientifique d’hypothèse. Lorsque les critiques de l’évolution disent que l’évolution est juste une théorie, ils sous-entendent qu’il y a peu de preuves de l’évolution et qu’elle est encore en train d’être rigoureusement testée. C’est une mauvaise interprétation.

Les individus évoluent

L’évolution est le changement de la composition génétique d’une population au fil du temps, plus précisément au fil des générations, résultant de la reproduction différentielle d’individus présentant certains allèles. Les individus changent au cours de leur vie, évidemment, mais cela s’appelle le développement et implique des changements programmés par l’ensemble des gènes que l’individu a acquis à la naissance en coordination avec son environnement. Lorsque l’on réfléchit à l’évolution d’une caractéristique, il est probablement préférable de penser à la modification de la valeur moyenne de la caractéristique dans la population au fil du temps. Par exemple, lorsque la sélection naturelle entraîne une modification de la taille du bec chez les pinsons des Galápagos, cela ne signifie pas que le bec des individus change. Si l’on mesure la taille moyenne du bec de tous les individus de la population à un moment donné, puis que l’on mesure la taille moyenne du bec de cette population plusieurs années plus tard, cette valeur moyenne de la population sera différente en raison de l’évolution.

L’évolution explique l’origine de la vie

C’est un malentendu courant que l’évolution inclut une explication des origines de la vie. La théorie de l’évolution explique comment les populations changent au fil du temps. Elle ne fait pas la lumière sur les débuts de la vie, y compris les origines des premières cellules, qui sont la façon dont la vie est définie. Les mécanismes de l’origine de la vie sur terre sont un problème particulièrement difficile parce qu’il s’est produit il y a très longtemps et, vraisemblablement, il n’est survenu qu’une fois. Cependant, si l’évolution n’explique pas l’origine de la vie, elle peut avoir un rôle à jouer dans certains des processus qui se déroulent une fois que les entités pré-vivantes ont acquis certaines propriétés. Une fois qu’un mécanisme d’héritage a été mis en place sous la forme d’une molécule comme l’ADN, soit dans une cellule, soit dans une pré-cellule, ces entités seraient soumises au principe de la sélection naturelle. Des reproducteurs plus efficaces augmenteraient la fréquence au détriment des reproducteurs inefficaces.

Les organismes évoluent à dessein

Des déclarations telles que les organismes évoluent en réponse à un changement dans l’environnement peuvent conduire au malentendu selon lequel l’évolution est en quelque sorte intentionnelle. Un environnement modifié fait que certains individus de la population, ceux qui présentent des phénotypes particuliers, en bénéficient et, par conséquent, produisent proportionnellement plus de descendants que les autres phénotypes. Il en résulte un changement dans la population si les caractéristiques sont déterminées génétiquement.

Il est important de comprendre que la variation sur laquelle s’opère la sélection naturelle est déjà présente dans une population et ne survient pas en réponse à un changement environnemental. Par exemple, l’application d’antibiotiques à une population de bactéries va, avec le temps, sélectionner une population de bactéries qui sont résistantes aux antibiotiques. La résistance, qui est causée par un gène, n’est pas le résultat d’une mutation génétique due à l’application de l’antibiotique. Le gène de la résistance était déjà présent dans le pool génétique des bactéries, probablement à une faible fréquence. L’antibiotique, qui tue les cellules bactériennes sans le gène de résistance, sélectionne fortement les individus qui sont résistants, car ce sont les seuls qui ont survécu et se sont divisés. Des expériences ont démontré que les antibiotiques ne provoquent pas de mutations pour la résistance aux antibiotiques.

Dans un sens plus large, l’évolution n’est pas orientée vers un but précis. Les espèces ne deviennent pas meilleures au fil du temps. Elles suivent l’évolution de leur environnement grâce à des adaptations qui maximisent leur reproduction. Les caractéristiques qui évoluent chez une espèce sont fonction de la variation préexistante et de l’environnement, qui changent tous deux constamment de manière non directionnelle. Un trait qui est adapté à un environnement à un moment donné peut également être fatal à un moment donné dans l’avenir.

Évolution = sélection naturelle

Les termes évolution et sélection naturelle sont souvent confondus, car les deux concepts sont étroitement liés. Ils ne sont cependant pas synonymes. La sélection naturelle fait référence au processus par lequel des organismes mieux adaptés à leur environnement ont plus de chances de survivre et de produire une descendance, ce qui permet de faire proliférer des génotypes favorables dans une population. L’évolution est définie plus largement comme toute modification de la composition génétique d’une population au fil du temps. Comme l’a expliqué Darwin, la sélection naturelle est un des principaux moteurs de l’évolution, mais ce n’est pas le seul.

La dérive génétique, par exemple, est un autre mécanisme par lequel l’évolution peut se produire. La dérive génétique se produit lorsque la fréquence des allèles est modifiée en raison d’un échantillonnage aléatoire. Il s’agit d’une évolution par hasard, et plus la population est petite, plus les effets sur la distribution génétique dus à une erreur d’échantillonnage sont importants. Par exemple, un goulot d’étranglement démographique, qui se produit lorsqu’un événement tel qu’une catastrophe naturelle réduit considérablement la taille d’une population, peut entraîner l’élimination ou la réduction significative d’un caractère au sein d’une population, indépendamment de l’importance de ce caractère pour la survie ou la reproduction. Ainsi, l’évolution peut se faire sans sélection naturelle.