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Comment les traits sans effets négatifs sont-ils « éliminés » via l'évolution ?

Comment les traits sans effets négatifs sont-ils « éliminés » via l'évolution ?


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Si seuls ceux qui sont les plus aptes à se reproduire sont ceux qui se reproduisent le plus, il est logique que les traits qui empêchent de se reproduire finissent par disparaître d'une population.

Mais qu'en est-il des traits qui n'ont aucun effet sur la reproduction, comme la présence de dents de sagesse ? Les humains n'en ont pas besoin, mais ils ne nous empêchent pas non plus de nous reproduire. Alors, comment les humains évoluent-ils au-delà du point d'avoir des dents de sagesse ou d'autres traits similaires sans effets négatifs ?


Oups j'ai beaucoup écrit ! C'est presque une très brève introduction à certains concepts de la génétique des populations.

Un peu de terminologie d'abord

Lieu

Un locus (plur. loci) est une position sur un chromosome.

allèle

À un locus spécifique, différents individus peuvent avoir des variantes différentes. Un individu peut êtreATTCTAtandis qu'un autre pourrait êtreATTCAApar exemple. Ces variantes sont appelées "allèle". Tout l'objectif de la génétique évolutive est de comprendre la création (mutation) et le changement de fréquence des différents allèles dans la population.

Hétérozygotie

Vous savez probablement que chez de nombreuses espèces, nous portons deux copies de chaque chromosome. Un individu peut donc porter deux fois le même allèle à un locus donné ou peut porter des allèles différents. L'hétérozygotie attendue ($H$) à un locus donné est la fraction de la population qui porte deux allèles différents à ce seul locus.

Fixation

Lorsqu'un allèle atteint une fréquence de 1 (100%), c'est-à-dire que seul cet allèle existe dans la population (et donc que les autres allèles ont été éliminés), on dit qu'il a atteint la fixation.

Sélection naturelle

Le processus que vous décrivez dans votre premier paragraphe s'appelle la sélection naturelle.

La sélection naturelle est une différence de fitness (=une fonction à la fois du succès reproducteur et de la survie) entre différents génotypes. Comme vous l'avez dit (mais avec d'autres termes), les allèles délétères diminueront en fréquence avec le temps et finiront par être éliminés de la population par sélection naturelle.

Dérive génétique

Il existe d'autres processus évolutifs que la sélection naturelle. Typiquement, celui qui nous intéressera pour répondre à votre question est la dérive génétique.

Qu'est-ce que la dérive génétique ?

La dérive génétique fait référence à l'échantillonnage aléatoire d'une population afin de constituer la population de la prochaine génération. Il existe différentes manières de modéliser la dérive génétique (modèle de Wright-Fisher, modèle de Moran, modèle de coalescence) mais sans avoir à parler des détails de ces modèles mathématiques, il est important que vous puissiez concevoir le rôle de l'échantillonnage aléatoire dans le changement d'allèle. fréquence à travers le temps. Pour cela, je vous invite à lire dans un premier temps Pourquoi la force de la dérive génétique est-elle inversement proportionnelle à la taille de la population ? et quand vous avez terminé, revenez sur ce post.

Sur la figure ci-dessous, vous pouvez voir l'effet de la dérive dans le temps. Le graphique ci-dessous considère un locus bi-allélique (un locus où 2 et seulement 2 allèles différents existent dans la population) en commençant par une fréquence initiale de 0,5 (=50%). Chaque ligne est une simulation distincte et montre la fréquence d'un seul des deux allèles.

Le graphique ci-dessus considère une population de taille $N=100$ individus. Ci-dessous, les mêmes types de simulation avec une taille de population de $N=25$ individus. Comme vous pouvez le voir, la dérive génétique est plus forte

Chaque locus est sujet à la dérive génétique, qu'il soit en sélection ou non. Cependant, si un locus est soumis à une forte sélection, alors la dérive génétique a peu de pouvoir pour expliquer quel allèle sera fixé par rapport au moment où le locus est neutre.

Dérive génétique et perte d'allèles

Il ressort clairement du graphique ci-dessus que la dérive génétique efface également la variante de la population. Nous ne savons tout simplement pas avec certitude quelle variante sera éliminée. Pour être plus précis, l'hétérozygotie attendue due à la dérive génétique est réduite d'un facteur $frac{1}{2N}$ à chaque génération. On peut faire beaucoup de calculs à partir de modèles de base de dérive génétique. Par exemple, le temps prévu pour être effacé est $ar t(p_0)=-4Nleft(frac{p_0}{1-p_0} ight)ln(p_0)$, où $p_0$ est le début fréquence de l'allèle d'intérêt.

Un résultat intéressant est que la probabilité qu'un allèle atteigne la fixation est égale à sa fréquence. S'il y a $N$ individus dans les populations, il y a $2N$ allèles (mais pas $2N$ allèles différents). S'il y en a, disons 235 allèlesUNEdans la population et les allèles $2n - 235$Bdans la population, puis sur le long terme (pour qu'on fixe forcément) la probabilité de fixation de l'allèleUNEest $frac{235}{2N}$ et la probabilité de fixation de l'allèleBest $frac{2N-235}{2N}=1-frac{235}{2N}$.

Dents de sagesse

Dans votre question, vous vous intéressez à un lieu supposé purement neutre. Vous avez parlé des dents de sagesse, je pense, plus à titre d'exemple que parce que ce trait vous intéresse.

Supposons que la présence de dents de sagesse soit totalement neutre. Notez d'ailleurs qu'en règle générale si $2 N s << 1$, (où $s$ est le coefficient de sélection sur un allèle donné) alors l'allèle se comportera essentiellement comme s'il s'agissait d'un allèle neutre. Ainsi, si les dents de sagesse sont neutres, alors la probabilité que ce trait disparaisse à long terme dépend de la fréquence de l'allèle provoquant ce trait. Jusqu'à présent, j'ai supposé que nous ne nous intéressions qu'à un seul locus. En réalité, la variation de nombreux traits est causée par une variation à plusieurs loci. Dans ce cas, les calculs sont un peu moins simples (mais toujours réalisables). Je ne connais pas la base génétique des dents de sagesse, je ne peux donc pas faire de bonnes prédictions pour l'évolution de ce trait particulier.

Autres processus évolutifs

Voici quelques exemples intéressants

Flux de gènes

Notez bien sûr qu'il existe d'autres processus à prendre en compte lorsque vous essayez de prédire le sort d'un allèle ou d'un trait donné. Par exemple, dans une population donnée, vous pourriez avoir un flux de migrants provenant d'une population où un allèle est fixe, affectant ainsi la fréquence des allèles dans la population focale. C'est ce qu'on appelle le flux génétique.

Effets Hill-Robertson

N'oubliez jamais qu'un locus n'est pas seul sur son chromosome. Il est physiquement lié à d'autres loci et des pressions sélectives à d'autres loci affecteront la fréquence allélique au locus focal. C'est ce qu'on appelle les effets Hill-Robertson.

Mutation

Bien entendu, lorsqu'un locus n'est pas polymorphe (n'a qu'un seul allèle), les mutations sont l'ultime source de variation. Lorsqu'un locus est polymorphe, il est probable que les mutations aient un effet mineur sur la fréquence des allèles (bien que cela dépende de la taille et du type de locus et que les mutations puissent constituer de nouveaux allèles fonctionnels).

Pléiotropie et covariance entre traits phénotypiques

Les traits phénotypiques n'évoluent pas indépendamment. Si les dents de sagesse sont une conséquence de l'activation de la voie moléculaire de la résistance au VIH (ce qui n'est très probablement pas le cas), alors les dents de sagesse n'évolueront pas comme un trait neutre. On dit qu'un locus qui affecte plusieurs traits a des effets pléiotropes.


Vous avez raison de penser que les traits qui améliorent (empêchent) le taux de reproduction devraient être propagés à travers (supprimés) la population par sélection. Cependant, le processus d'évolution repose sur plus qu'une simple sélection.

Il y a quatre mécanismes par lesquels l'évolution opère ; mutation, migration, dérive et sélection. La mutation apporte une nouvelle variation dans les populations, avec des changements se produisant dans l'ADN (par exemple, unUNEdevient unTdans la séquence génétique). La migration peut à la fois ajouter et supprimer des variations dans les populations, mais il s'agit d'un mécanisme d'évolution intraspécifique (par définition, il ne devrait pas y avoir de migration génétique entre les espèces). La dérive est le changement dans la variation génétique qui provient de la variation aléatoire du succès de reproduction. Avec la dérive, il n'y a aucun lien entre les gènes et le taux de reproduction, c'est-à-dire que les porteurs d'un allèle sont également susceptibles de se reproduire aussi bien que les porteurs d'allèles alternatifs.

La sélection opère lorsqu'il existe une covariance entre la reproduction (aptitude) et les gènes que l'on porte, c'est-à-dire qu'il y a une tendance pour les porteurs d'un allèle à produire plus de descendants que les porteurs d'un allèle alternatif. Cela peut survenir parce que, par exemple, le gène améliore la fertilité.

Lorsque vous envisagez l'évolution de traits neutres (ou presque neutres), vous envisagez une évolution via les trois premiers mécanismes (mutation, migration, dérive). Les petites populations ont plus tendance à perdre de la variation génétique par dérive que les grandes, voici une simulation de 10 populations sur 250 générations, où la taille de la population est de 200 à gauche et de 2000 à droite. Vous pouvez voir que les plus petites populations ont une tendance plus élevée à la fixation d'un allèle, c'est-à-dire sans sélection.

De nombreux traits neutres persistent pendant de nombreuses générations parce que ce n'est qu'une loterie, ils devraient éventuellement être perdus de la population, mais nous ne pouvons pas dire quand.

De plus, les gènes qui causent la variation neutre peuvent ne faire l'objet d'aucune sélection directe, mais pourraient être liés à des loci sous sélection, donc être affectés par une sélection indirecte, ou ils pourraient avoir des effets multiples (pléiotropie ; par exemple le gène provoquant l'expression d'un trait affecte également l'expression d'un trait sélectionné).