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Les catégories de preuves de l'évolution

L'évolution est attestée par une somme considérable de données scientifiques interdisciplinaires. Selon le concept 22.3 de l'ouvrage de référence Campbell, on distingue cinq catégories principales de preuves :

• Observations directes : Changements évolutifs observés en temps réel dans les populations naturelles.

• Analyse des similarités entre organismes :     * Moléculaires : Comparaison de l'ADN, des gènes, de l'ATP, des protéines et des chromosomes.     * Cytologiques : Étude des structures cellulaires communes.     * Embryologiques : Basées sur le concept « évo-dévo » (évolution du développement).     * Anatomiques : Ressemblances de structures entre espèces différentes.

• Sélection artificielle : Résultats issus de l'élevage, de la culture et de la création de races ou variétés par l'humain.

• Biogéographie : Étude de la répartition géographique des espèces au cours du temps.

• Archives fossiles : Données fournies par la paléontologie sur les espèces disparues.

Observations directes de changements apportés par l'évolution

L'évolution n'est pas seulement un processus historique ; elle peut être observée directement dans la nature.

• Exemple 1 : La sélection naturelle en réponse à l'introduction d'espèces végétales.     * Dans le sud de la Floride, la punaise se nourrit d'espèces végétales indigènes dont les fruits sont volumineux. La longueur de son bec est adaptée à cette taille : elle varie environ entre $7\,mm$ et $11\,mm$.     * Dans le centre de la Floride, l'introduction d'espèces végétales exogènes avec des fruits moins gros a entraîné une modification morphologique. En réponse à cette nouvelle ressource alimentaire, la taille du bec des punaises s'est raccourcie par sélection naturelle, se situant désormais entre $6\,mm$ et $9\,mm$.

• Exemple 2 : L'évolution de la résistance bactérienne aux antibiotiques.     * Le cas de Staphylococcus aureus démontre que l'utilisation d'un médicament ne crée pas la résistance.     * Le médicament agit comme un agent de sélection : il favorise la survie et la reproduction des individus déjà porteurs de mutations de résistance au sein de la population initiale.

L'analyse des similarités moléculaires

Tous les êtres vivants partagent une base biochimique et moléculaire commune, ce qui témoigne d'une origine partagée.

• Invariants moléculaires (Composition chimique) : Tous les organismes sont constitués de cellules utilisant l'ADN (acide désoxyribonucléique), les gènes, le code génétique universel, l'ATP pour l'énergie, les mêmes types de protéines, des chromosomes et des membranes cellulaires de structure identique.

• Comparaison de l'insuline chez les Mammifères :     * La séquence d'acides aminés de la chaîne la plus courte de l'insuline est remarquablement conservée. Chez le mouton, le bœuf, le porc, la baleine et le cheval, les séquences d'acides aminés telles que la Cystéine ($\text{Cys}$) ne diffèrent que de quelques unités.

• Comparaison de séquences d'ADN (Primates) :     * Les séquences de nucléotides et d'acides aminés (Met, Thr, His, etc.) montrent des similitudes extrêmes entre l'Homme, le Chimpanzé, le Gorille, l'Orang-outan et le Gibbon.     * Exemple de séquence humaine : ATA ACC ATG CAC ACT ATT ATA ACC CCC ACC CTG ACT TCC CTA ATT CCC ($\text{Met-Thr-Met-His-Thr-Thr-Met-Thr-Pro-Thr-Leu-Thr-Ser-Leu-Ile-Pro}$).     * La différence entre l'Homme et le Chimpanzé sur ce segment n'est que de quelques nucléotides (ex : CAC chez l'homme vs TAT chez le chimpanzé).

• Comparaison chromosomique :     * Des séquences d'ADN présentes sur le chromosome $16$ humain sont retrouvées de manière segmentée sur les chromosomes $7$, $8$, $16$ et $17$ de la souris.     * On en déduit que ces portions d'ADN sont restées liées depuis la divergence de l'ancêtre commun entre l'humain et le rongeur.

Similarités cytologiques et processus de symbiose

• Origine endosymbiotique : La comparaison des cellules de bactéries, de végétaux et d'animaux révèle que les cellules eucaryotes primitives se sont formées par symbiose entre différents procaryotes.

• Mitochondries et Plastes : Les mitochondries dérivent d'anciennes alpha-protéobactéries, et les plastes (chez les végétaux) dérivent de cyanobactéries.

• Inventions cellulaires : L'évolution a mené à l'apparition de l'endocytose, de l'exocytose, du noyau et du cytosquelette.

Similarités embryologiques et concept Évo-Dévo

Les organismes partageant une origine évolutive présentent des développements embryonaires similaires, une preuve majeure du transformisme.

• Phases communes : Tous les animaux pluricellulaires passent par les mêmes étapes de segmentation (de la cellule œuf à la blastula) et tous atteignent le stade gastrula.

• Gènes Architectes (Gènes Hox) : Les étapes précoces du développement sont régies par des gènes hautement conservés entre les espèces, comme les gènes Hox, présents aussi bien chez la drosophile que chez les Vertébrés (poisson, salamandre, poulet, lapin, humain).

• Organes transitoires : Structures qui apparaissent durant l'embryogenèse pour disparaître ensuite ou devenir fonctionnelles chez d'autres groupes.     * Fentes branchiales : Présentes chez tous les embryons de vertébrés.     * Bourgeons dentaires : Observés chez les embryons d'oiseaux.     * Dents d'embryons de baleine : On dénombre environ quarante dents chez l'embryon de baleine, qui disparaissent avant la naissance.

Similarités anatomiques : Homologie et Analogie

L'étude des formes et des structures fournit des arguments solides en faveur de l'évolution.

• Structures homologues :     * Définition : Des organes ayant la même origine évolutive, la même position relative, les mêmes connexions et la même origine embryologique, bien que leurs fonctions puissent différer.     * Exemples : Le membre antérieur chez le cheval (patte), la baleine (nageoire), la chauve-souris (aile), l'oiseau (aile) et l'humain (bras). Tous partagent la même organisation osseuse : humérus, radius, cubitus (ou ulna), os carpiens, métacarpes et phalanges.

• Structures analogues :     * Définition : Des organes ayant la même fonctionnalité (adaptation à un milieu) mais des origines évolutives différentes.     * Exemple : La patte d'un insecte par opposition à la patte d'un cheval ; l'aile d'un insecte par opposition à l'aile d'un oiseau.

• Structures vestigiales :     * Organes devenus inutiles ou ayant perdu leur fonction initiale mais subsistant sous forme de vestiges.     * Chez l'humain : L'appendice vermiforme, le troisième molaire (dent de sagesse), et le coccyx (vestige de la queue).

La sélection artificielle comme modèle expérimental

L'humain utilise les principes de l'évolution pour créer de nouvelles variétés ou races.

• Application : À partir d'une espèce sauvage (comme le Loup gris, ancêtre commun des chiens), la sélection opérée par l'homme permet d'accumuler des modifications morphologiques extrêmes.

• Exemples canins : Lévrier, Carlin, Bouledogue, Colley, Dingo, Mastiff, Terrier, Chow-chow.

• Validation du modèle : Ces observations valident la théorie de Darwin : si l'humain peut modifier des espèces en quelques siècles, la sélection naturelle et sexuelle peut le faire de manière encore plus profonde sur des millions d'années.

La biogéographie : Distribution géographique des espèces

La répartition des espèces sur Terre témoigne de leur histoire évolutive.

• Espèces endémiques : Les îles abritent souvent des espèces uniques mais apparentées à celles du continent le plus proche.     * Hawaii : Environ $250$ espèces d'insectes colonisatrices ont évolué pour donner naissance à plus de $3000$ espèces uniques. Sur $1700$ espèces végétales, $1430$ sont endémiques.     * Galápagos : Les différentes espèces de pinsons (géospize à bec moyen, pinson chanteur, etc.) sont issues d'une seule espèce ancestrale continentale adaptée aux ressources alimentaires des différentes îles.

• Dérive des continents : La distribution de certains fossiles s'explique par l'existence de la Pangée (supercontinent unique) il y a environ $200 \times 10^6$ ans.

Les archives fossiles et la paléontologie

La paléontologie, développée aux $18^e$ et $19^e$ siècles, étudie les restes biologiques conservés dans les roches.

• Processus de fossilisation (Conditions rares) :     1. Mort de l'animal : Décomposition des parties molles.     2. Enfouissement : Recouvrement par des sédiments en milieu anaérobie (absence d'oxygène), généralement sous l'eau.     3. Minéralisation : Sur plusieurs millions d'années ($10^6$ ans), les sédiments et le squelette se transforment en roche.     4. Érosion : Le fossile apparaît suite à l'érosion des couches supérieures.

• Apports des fossiles :     * Preuve de l'extinction de nombreuses espèces.     * Attestation des changements évolutifs au sein des groupes d'organismes.     * Établissement de relations entre espèces disparues et actuelles.     * Démonstration que la complexité des êtres vivants tend à augmenter au cours du temps.     * Reconstitution des transitions entre de grands groupes biologiques.     * Datation : Précisée par l'utilisation de radio-isotopes.