Biology · Livre 2 · Grades 10–12

Biologie du lycée

Biologie du lycée · Grades 10–12

24La diversification du vivant

Le blé tendre a 42 chromosomes, en six jeux de sept : il est la somme de trois graminées sauvages qui se sont croisées, deux fois, dans les champs des premiers agriculteurs. Un python a trois cents vertèbres et une souris trente, et pourtant ils bâtissent leur colonne avec les mêmes gènes. Un lichen sur un rocher, ce sont deux organismes, un champignon et une algue, qui vivent comme un seul depuis si longtemps qu’on ne trouve plus ni l’un ni l’autre séparément. Et un jeune chimpanzé apprend à casser des noix avec une pierre en regardant sa mère, dans une forêt où les chimpanzés situés à cent kilomètres ne l’ont jamais appris. La mutation et le brassage du chapitre précédent ne sont pas les seules façons dont les êtres vivants deviennent différents ; ce chapitre passe les autres en revue.

24.1 Plus que la mutation

Proposition 24.1 (Les sources de diversification)

Les mutations ponctuelles et le brassage sexué créent des allèles nouveaux et des combinaisons nouvelles de ceux-ci. Au-delà, la diversité du vivant a été produite par des processus qui changent le génome à plus grande échelle — duplication de gènes, importation de gènes venus d’autres espèces, ajout de jeux entiers de chromosomes — par des changements dans la façon dont les gènes existants sont utilisés au cours du développement, par des associations entre espèces et, chez les animaux, par des comportements transmis sans aucun gène.

Démonstration. Admis à ce niveau. ∎

24.2 Des gènes nouveaux à partir d’anciens

Proposition 24.2 (Duplication et divergence des gènes)

Un crossing-over inégal (Chapitre 23) ou une erreur de copie peut laisser un chromosome avec deux exemplaires d’un gène. Un exemplaire poursuit son travail d’origine ; l’autre, libéré de cette contrainte, accumule des mutations et peut acquérir une fonction nouvelle — ou être perdu. Répété à l’échelle des temps évolutifs, cela produit des familles de gènes : des ensembles de gènes apparentés descendus d’un ancêtre commun, dont les degrés de ressemblance enregistrent l’ordre des duplications.

Faits expérimentaux. Les trois opsines et la rhodopsine du Chapitre 21 forment une telle famille ; les globines en forment une autre : les différents gènes des chaînes de l’hémoglobine — l’une employée chez l’embryon, une chez le fœtus, deux chez l’adulte — et le gène de la myoglobine, réserve d’oxygène du muscle, sont groupés en amas sur deux chromosomes, sont identiques de 40 % à 80 % par leur séquence, et leur arbre correspond à l’ordre d’apparition des groupes de vertébrés. Les génomes portent des centaines de familles de ce genre, et une part appréciable de tout génome est faite de segments dupliqués. ∎

Comment grandit une famille de gènes. Un gène est dupliqué ; les copies divergent par mutation jusqu’à ce que chacune fasse un travail différent ; d’autres duplications répètent le processus. La famille des globines fournit des chaînes d’hémoglobine différentes aux différents âges de la vie.
Comment grandit une famille de gènes. Un gène est dupliqué ; les copies divergent par mutation jusqu’à ce que chacune fasse un travail différent ; d’autres duplications répètent le processus. La famille des globines fournit des chaînes d’hémoglobine différentes aux différents âges de la vie.

Proposition 24.3 (Le transfert horizontal de gènes)

Des gènes peuvent aussi entrer dans un génome depuis une autre espèce. Les bactéries échangent librement des plasmides (Chapitre 18) ; les virus emportent des fragments de l’ADN de leurs hôtes d’une cellule à une autre et laissent derrière eux des copies de leurs propres gènes ; et la comparaison des génomes montre que même les animaux et les plantes ont acquis des gènes de cette façon. Environ 8 % du génome humain sont d’origine virale, et l’un au moins de ces gènes, jadis outil d’un virus pour fusionner des cellules, bâtit aujourd’hui le placenta.

Démonstration. Admis à ce niveau. ∎

Proposition 24.4 (Hybridation et polyploïdie)

Deux espèces voisines peuvent parfois se croiser ; l’hybride porte un jeu de chromosomes de chacune et est d’ordinaire stérile, puisque ses chromosomes n’ont pas de partenaire pour s’apparier à la méiose. Si, par une erreur de division, l’hybride double ses chromosomes, chaque chromosome gagne un partenaire, la méiose fonctionne, et une nouvelle espèce fertile — un polyploïde — existe d’emblée, isolée de ses deux parents. La moitié des espèces de plantes à fleurs ont une polyploïdie dans leur histoire ; le blé tendre, le coton, le tabac et la pomme de terre en sont.

Faits expérimentaux. Le blé : l’engrain sauvage a 2n=142n = 14 ; l’amidonnier, 2n=282n = 28, contient le jeu de l’engrain et le jeu d’une autre graminée sauvage, chromosome par chromosome ; le blé tendre, 2n=422n = 42, y ajoute le jeu d’une troisième. On identifie les trois jeux dans le caryotype du blé tendre et on les met en correspondance avec les espèces sauvages vivantes, et les croisements peuvent être refaits au laboratoire. Une spartine apparue sur la côte d’Europe au dix-neuvième siècle, fertile et vigoureuse, possède le jeu chromosomique doublé d’un hybride stérile de deux espèces qui ne s’étaient jamais rencontrées avant que des navires n’en amènent une de l’autre côté de l’Atlantique. ∎

L’origine du blé tendre : deux hybridations, chacune suivie d’un doublement des chromosomes. Chaque lettre est un jeu de sept chromosomes venu d’une espèce sauvage ; le blé tendre en porte six jeux.
L’origine du blé tendre : deux hybridations, chacune suivie d’un doublement des chromosomes. Chaque lettre est un jeu de sept chromosomes venu d’une espèce sauvage ; le blé tendre en porte six jeux.

24.3 Mêmes gènes, usages différents

Proposition 24.5 (Gènes du développement et calendrier de leur expression)

Les gènes qui dessinent le plan d’organisation d’un animal au cours du développement — quelle extrémité est la tête, où vont les membres, combien de segments a le tronc — sont partagés, à peu de changements de séquence près, par tous les animaux : la même famille de gènes du développement organise une mouche, une souris et un humain. Ce qui diffère d’une espèce à l’autre, ce ne sont pas tant ces gènes que le lieu, le moment et l’intensité de leur activation. Un changement dans la régulation d’un gène du développement peut changer la forme d’une partie du corps ou le nombre de parties répétées sans changer aucune protéine.

Faits expérimentaux. Les gènes qui définissent les régions du tronc s’expriment dans le même ordre de la tête à la queue chez une souris et chez un python ; chez le python, la région qui fabrique des vertèbres à côtes s’étend sur presque tout le corps, et la région qui fabriquerait les membres ne reçoit jamais le signal de le faire : trois cents vertèbres et pas de pattes, à partir des mêmes gènes exprimés sur des longueurs différentes. Chez les pinsons de Darwin, la hauteur du bec suit le niveau auquel un signal de croissance s’exprime dans le bec embryonnaire : plus de signal, bec plus haut. Élever artificiellement ce signal dans un embryon de poulet produit un bec haut, de type pinson. ∎

Mêmes gènes, étendues différentes. Les gènes régionaux qui dessinent le tronc sont les mêmes chez une souris et chez un python ; chez le python, l’état « tronc à côtes » est exprimé sur presque tout l’axe et le signal qui forme les membres n’est jamais donné.
Mêmes gènes, étendues différentes. Les gènes régionaux qui dessinent le tronc sont les mêmes chez une souris et chez un python ; chez le python, l’état « tronc à côtes » est exprimé sur presque tout l’axe et le signal qui forme les membres n’est jamais donné.

Exemple 24.6 (Des becs à la dose)

Treize espèces de pinsons d’un même archipel ont des becs qui vont de l’aiguille au casse-noix, et se nourrissent en conséquence. Leurs gènes du bec sont les mêmes ; les embryons des espèces à bec haut expriment un signal de croissance plus tôt et plus fortement dans le tissu qui devient le bec. Un seul changement dans le calendrier ou la quantité d’un signal, et non un gène nouveau, sépare un mangeur d’insectes d’un casseur de graines — et c’est pourquoi de telles différences peuvent apparaître en quelques milliers de générations.

Quatre des pinsons de Darwin, dessinés par John Gould en 1845 d’après les spécimens rapportés par le Beagle : le même oiseau à tous les autres égards, avec des becs allant du casse-noix à l’aiguille. Un signal de croissance, dosé différemment chez l’embryon, les sépare. Gravure, domaine public.
Quatre des pinsons de Darwin, dessinés par John Gould en 1845 d’après les spécimens rapportés par le Beagle : le même oiseau à tous les autres égards, avec des becs allant du casse-noix à l’aiguille. Un signal de croissance, dosé différemment chez l’embryon, les sépare. Gravure, domaine public.

24.4 Vivre ensemble : la symbiose

Définition 24.7 (Symbiose)

Une symbiose est une association durable et étroite de deux espèces dont les deux tirent profit. Un lichen est un champignon qui héberge des cellules d’algues : elles le nourrissent par photosynthèse tandis qu’il les abrite et les hydrate ; un corail est un animal qui héberge des algues dans ses tissus ; les racines de la plupart des plantes sont enveloppées de champignons qui fournissent des minéraux en échange de sucre ; l’intestin des animaux abrite des bactéries qui digèrent ce que l’animal ne sait pas digérer. L’association produit des organismes, des structures et des modes de vie qu’aucun partenaire n’atteindrait seul.

Des lichens sur un bloc de granite. Chaque plage est un champignon et une algue devenus un seul corps : une forme de vie, capable de coloniser la roche nue, qu’aucun des deux partenaires ne peut adopter seul.
Des lichens sur un bloc de granite. Chaque plage est un champignon et une algue devenus un seul corps : une forme de vie, capable de coloniser la roche nue, qu’aucun des deux partenaires ne peut adopter seul.

Proposition 24.8 (La symbiose au sein de chaque cellule)

Les mitochondries de toute cellule eucaryote, et les chloroplastes des cellules végétales, descendent de bactéries libres englobées par une cellule ancestrale il y a environ deux milliards d’années, et qui y sont restées. La cellule eucaryote elle-même est le résultat d’une symbiose.

Faits expérimentaux. Les mitochondries et les chloroplastes ont leur propre ADN, un petit cercle comme celui d’une bactérie, et leurs propres ribosomes, de type bactérien, sensibles aux antibiotiques qui bloquent les ribosomes bactériens et non les ribosomes eucaryotes ; ils se multiplient en se divisant en deux et ne peuvent pas être fabriqués de neuf par la cellule ; ils sont enveloppés de deux membranes, l’interne ressemblant à une membrane bactérienne ; et leurs gènes sont, par leur séquence, les plus proches de ceux de groupes précis de bactéries actuelles — les bactéries pourpres pour les mitochondries, les cyanobactéries pour les chloroplastes. ∎

L’origine des mitochondries. Une bactérie englobée par une cellule ancestrale y a été conservée et s’y est multipliée ; ses descendantes sont les mitochondries de tous les eucaryotes, qui portent encore leur ADN et leurs ribosomes bactériens. Les chloroplastes sont nés de la même façon d’une bactérie photosynthétique.
L’origine des mitochondries. Une bactérie englobée par une cellule ancestrale y a été conservée et s’y est multipliée ; ses descendantes sont les mitochondries de tous les eucaryotes, qui portent encore leur ADN et leurs ribosomes bactériens. Les chloroplastes sont nés de la même façon d’une bactérie photosynthétique.

24.5 De la diversité sans gènes : le comportement

Proposition 24.9 (Les comportements transmis)

Chez de nombreux animaux, une part de ce qu’un individu fait est apprise des autres — par imitation, enseignement ou copie — et transmise à son tour : une culture, transmise sans gènes. Des populations d’une même espèce peuvent donc différer par leur comportement comme elles diffèrent par leurs allèles, et un comportement peut se répandre dans une population en une génération plutôt qu’au fil des nombreuses qu’exigerait une mutation.

Faits expérimentaux. Des communautés de chimpanzés de forêts différentes emploient des outils différents — des pierres pour casser des noix ici, des baguettes pour pêcher les termites là, des feuilles en éponge ailleurs — et les différences ne suivent ni la parenté génétique ni la disponibilité des matériaux ; un jeune chimpanzé acquiert le répertoire de sa communauté en regardant ses aînés. Des oiseaux chanteurs élevés en isolement chantent un chant grossier ; élevés en entendant des adultes, ils chantent le dialecte local, qui change d’un bout à l’autre d’une aire comme un accent humain. Une troupe de macaques d’une île a appris en une décennie, d’une seule jeune femelle, à laver les patates douces dans la mer, et ses descendants le font encore. ∎

Un chimpanzé pêchant des termites avec une baguette préparée. La technique s’apprend en regardant, et diffère d’une communauté à l’autre : une tradition, transmise sans gènes.
Un chimpanzé pêchant des termites avec une baguette préparée. La technique s’apprend en regardant, et diffère d’une communauté à l’autre : une tradition, transmise sans gènes.

Méthode 24.10 (Nommer la source d’une différence)

Devant une différence entre deux organismes ou deux populations :

  1. Est-elle dans la séquence d’un gène (mutation, allèle) ? Dans le nombre d’exemplaires d’un gène (duplication) ? Dans la présence d’un gène venu d’ailleurs (transfert horizontal) ? Dans le nombre de jeux de chromosomes (polyploïdie) ?
  2. Est-elle dans le moment, le lieu ou l’intensité de l’expression d’un gène partagé au cours du développement (régulation) ?
  3. Est-elle le résultat d’une association avec une autre espèce (symbiose) ?
  4. Est-elle apprise (comportement transmis par la culture) — héritée, mais non génétiquement ?

Plusieurs réponses sont souvent justes à la fois ; ces questions sont l’inventaire du présent chapitre.

Remarque 24.11 (Diversification et sélection)

Chacun des processus décrits ici produit de la variation ; aucun ne décide de ce qui survit. Un blé polyploïde, le patron d’expression d’un python, un lichen, une tradition de cassage de noix ont chacun persisté parce qu’ils fonctionnaient là où ils sont apparus. Le tri de la variation — la sélection, et le hasard — fait l’objet du chapitre suivant ; celui-ci a exposé combien il y a à trier, et de combien de façons cela se fabrique.

24.6 Exercices

Exercice 24.2 ★

Qu’est-ce qu’une famille de gènes, et comment en naît-il une ?

Solution

Solution de Exercice 24.2.

Un ensemble de gènes apparentés descendus d’un même gène ancestral par duplications successives, chaque copie divergeant ensuite par mutation vers une fonction distincte (opsines, globines).

Exercice 24.3 ★

Pourquoi un hybride entre deux espèces est-il d’ordinaire stérile, et comment un doublement des chromosomes peut-il le rendre fertile ?

Solution

Solution de Exercice 24.3.

Ses chromosomes, un jeu venu de chaque espèce parente, n’ont pas d’homologues avec qui s’apparier à la méiose, si bien que les gamètes sont déséquilibrés. Le doublement donne à chaque chromosome un partenaire identique : l’appariement et la méiose redeviennent réguliers et la plante est fertile.

Exercice 24.4 ★

Donner trois arguments établissant que les mitochondries descendent de bactéries.

Solution

Solution de Exercice 24.4.

Leur propre ADN circulaire ; des ribosomes de type bactérien sensibles aux antibiotiques antibactériens ; une multiplication par division ; une double membrane ; des séquences les plus proches d’un groupe de bactéries actuelles.

Exercice 24.5 ★

Qu’entend-on par culture chez les animaux ? Donner un exemple.

Solution

Solution de Exercice 24.5.

Un comportement appris des autres membres du groupe et transmis sans gènes : le cassage des noix à la pierre chez certaines communautés de chimpanzés et pas chez d’autres.

Exercice 24.6 ★★

L’amidonnier a 2n=282n = 28 et l’engrain 2n=142n = 14. Combien de chromosomes a leur hybride, et combien de paires peuvent se former à sa méiose ? Expliquer sa stérilité.

Solution

Solution de Exercice 24.6.

14+7=2114 + 7 = 21 chromosomes : 7 A venus de l’engrain, 7 A et 7 B venus de l’amidonnier. Sept paires (A avec A) peuvent se former ; les 7 chromosomes B n’ont pas de partenaire et se répartissent au hasard, si bien que les gamètes sont déséquilibrés : stérile.

Exercice 24.7 ★★

Les gènes des globines α\alpha et β\beta sont identiques à 50 % ; les gènes β\beta et γ\gamma à 80 %. Quelle duplication est la plus ancienne ? Dessiner l’arbre.

Solution

Solution de Exercice 24.7.

La séparation α\alpha–β\beta (50 % d’identité) est plus ancienne que la séparation β\beta–γ\gamma (80 %) : α\alpha se détache d’abord, puis β\beta et γ\gamma se séparent l’un de l’autre.

Exercice 24.8 ★★

Expliquer comment un python peut n’avoir aucune patte alors qu’il porte les gènes qui bâtissent les pattes d’un lézard.

Solution

Solution de Exercice 24.8.

Les gènes des membres sont présents mais le signal qui les allume dans le flanc de l’embryon n’est pas donné, ou l’est puis s’interrompt ; la différence est dans la régulation de l’expression, non dans les gènes.

Exercice 24.9 ★★

Deux espèces de pinsons diffèrent d’un facteur deux par la hauteur du bec mais ont des gènes du bec identiques. Où se situe la différence, et pourquoi peut-elle apparaître vite ?

Solution

Solution de Exercice 24.9.

Dans la quantité et le calendrier d’un signal de croissance dans le bec embryonnaire : une différence de régulation. Un changement de régulation n’exige qu’une petite mutation dans une séquence de commande, alors qu’une protéine nouvelle en exigerait beaucoup ; il peut apparaître et être sélectionné en quelques milliers de générations.

Exercice 24.10 ★★

Un lichen cultivé à partir de son seul champignon est une moisissure informe ; à partir de sa seule algue, un film vert. Expliquer en quel sens le lichen est un organisme d’un genre nouveau.

Solution

Solution de Exercice 24.10.

Sa forme, sa capacité à coloniser la roche nue, sa résistance à la sécheresse et sa croissance lente n’appartiennent à aucun des deux partenaires pris seul ; elles émergent de l’association. Le lichen est un organisme composite doté de propriétés propres.

Exercice 24.11 ★★

Une population de chimpanzés casse des noix ; une population voisine, de l’autre côté d’une rivière, ne le fait pas, bien que les noix et les pierres abondent des deux côtés. À l’aide de la Méthode 24.10, décider de la source de la différence et justifier.

Solution

Solution de Exercice 24.11.

Un comportement transmis : les matériaux sont disponibles des deux côtés, les populations sont proches parentes, et la différence suit la rivière — une barrière au contact, donc à l’apprentissage, et non aux gènes ni aux ressources.

Exercice 24.12 ★★★

Un gène du génome humain est presque identique à un gène d’un virus et à rien d’autre chez aucun mammifère hormis les primates. Proposer son histoire, et dire comment vous la mettriez à l’épreuve.

Solution

Solution de Exercice 24.12.

Un virus a inséré son gène dans le génome d’une cellule germinale d’un ancêtre des primates il y a quelques dizaines de millions d’années ; le gène a été hérité et conservé. Épreuve : le même gène devrait occuper la même position chromosomique chez tous les primates et être absent de cette position chez les autres mammifères ; sa séquence devrait être la plus proche de celle du virus.

Exercice 24.13 ★★★

Les antibiotiques qui bloquent les ribosomes bactériens ont, à forte dose, des effets secondaires sur les mitochondries du patient. Expliquer pourquoi, et ce que cela dit de l’ascendance des mitochondries.

Solution

Solution de Exercice 24.13.

Les ribosomes mitochondriaux sont de type bactérien et fixent les mêmes antibiotiques : à forte dose, le médicament ralentit la synthèse protéique des mitochondries. Cette sensibilité est héritée de l’ancêtre bactérien des mitochondries.

Exercice 24.14 ★★★

Expliquer pourquoi une nouvelle espèce polyploïde est isolée de ses parents dès la première génération, alors qu’un nouvel allèle met de nombreuses générations à se répandre. Qu’est-ce que cela implique quant à la vitesse à laquelle des espèces végétales peuvent se former ?

Solution

Solution de Exercice 24.14.

Le nombre de chromosomes du polyploïde ne correspond plus à celui d’aucun de ses parents, si bien que les croisements avec eux donnent une descendance stérile : l’isolement est immédiat. Un nouvel allèle doit se répandre dans une population au fil de nombreuses générations avant de distinguer un groupe. Une espèce végétale peut donc apparaître en une seule génération.

Exercice 24.15 ★★★

« Toute la diversité vient de la mutation. » Discuter en un paragraphe : en quel sens l’affirmation est vraie au fond, et en quels sens les processus de ce chapitre vont au-delà.

Solution

Solution de Exercice 24.15.

Au fond, toute séquence nouvelle — une copie dupliquée qui diverge, un changement de régulation, les gènes d’un plasmide transféré — a commencé quelque part par une mutation. Mais la duplication, le transfert et la polyploïdie déplacent et multiplient des gènes et des génomes entiers d’un coup ; un changement de régulation produit des formes nouvelles sans protéines nouvelles ; la symbiose combine les génomes d’espèces différentes ; et la culture transmet de la variation sans aucun gène. La mutation fournit les lettres ; ces processus réarrangent des pages et des livres entiers.

24.7 Problème : trois graminées dans un pain

Problème 24.1

Problème du week-end — l’histoire du blé tendre reconstituée à partir des chromosomes, les gènes d’un python lus à côté de ceux d’une souris, et la bactérie qui vit dans chaque cellule mise à l’épreuve

L’engrain (AA), l’égilope 1 (BB) et l’égilope 2 (DD) ont chacun 2n=142n = 14. L’amidonnier est AABB et le blé tendre AABBDD.

Partie I — Les chromosomes du blé.

  1. Donner le nombre de chromosomes de l’amidonnier et du blé tendre.
  2. L’hybride de l’engrain et de l’égilope 1 a 14 chromosomes, 7 de chaque sorte. Combien de paires d’homologues se forment à sa méiose ? À quoi ressemblent ses gamètes ?
  3. Expliquer pourquoi un doublement de ses chromosomes rétablit la fertilité : compter les paires.
  4. L’hybride de l’amidonnier et de l’égilope 2 a 21 chromosomes. Lesquels peuvent s’apparier, et pourquoi est-il stérile ?
  5. Après doublement, le blé tendre en a 42. Combien de paires se forment à sa méiose, et combien de chromosomes porte un grain de pollen ?

Partie II — Lire l’histoire.

  1. Le blé tendre porte trois exemplaires de la plupart des gènes, un sur chaque jeu. Expliquer pourquoi une mutation qui détruit un exemplaire n’a d’ordinaire aucun effet visible, et ce que cela permet avec le temps.
  2. L’amidonnier était cultivé il y a 10 000 ans et le blé tendre apparaît dans les sites archéologiques il y a 8 000 ans. Où et quand la seconde hybridation a-t-elle probablement eu lieu ? Que devait-il pousser côte à côte ?
  3. Des croisements de laboratoire entre l’amidonnier et l’égilope 2, suivis d’un doublement chimique, donnent des plantes fertiles semblables au blé tendre. Quelle conclusion de cette histoire cela confirme-t-il ?
  4. Le blé tendre ne peut pas se croiser avec l’engrain pour donner une descendance fertile. Est-ce une espèce distincte ? Justifier avec la définition du Chapitre 5.
  5. Un sélectionneur veut introduire dans le blé tendre un gène de résistance à une maladie venu de l’égilope 2. Expliquer pourquoi c’est plus facile qu’à partir d’une plante non apparentée.

Partie III — Les gènes du python.

  1. Les gènes régionaux du tronc sont identiques à 98 % entre la souris et le python. Que cela dit-il de la source de la différence entre leurs corps ?
  2. Chez l’embryon de souris, le gène du « tronc à côtes » est actif sur 13 segments ; chez le python, sur environ 300. Nommer le genre de changement en jeu.
  3. L’embryon de python forme de minuscules bourgeons là où seraient les membres postérieurs, qui cessent ensuite de croître. Que cela suggère-t-il des gènes des membres et du signal qui les activerait ?
  4. Des souris modifiées pour exprimer le gène du « tronc à côtes » dans la région lombaire y font pousser des côtes supplémentaires. Qu’ajoute cette expérience à la comparaison ?
  5. Comparer les deux genres de changement : celui du blé tendre et celui du python. Lequel a changé la taille du génome, lequel son usage ?

Partie IV — La bactérie du dedans.

  1. Citer quatre caractères des mitochondries qui cadrent avec une origine bactérienne, et dire pour chacun ce que l’on attendrait si les mitochondries avaient au contraire été bâties de toutes pièces par la cellule.
  2. L’ADN mitochondrial ne porte que 37 gènes, alors que la mitochondrie a besoin d’environ 1500 protéines. Où sont les autres gènes, et que leur est-il arrivé en deux milliards d’années ?
  3. Toutes les mitochondries d’une personne viennent de l’ovule, aucune du spermatozoïde. Qu’en découle-t-il pour la transmission des gènes mitochondriaux, et pour la recherche d’une ascendance maternelle ?
  4. Un lichen et une mitochondrie sont deux symbioses. En quoi celle de la mitochondrie est-elle allée plus loin ?
  5. Énoncer le résultat : les trois espèces contenues dans un pain et le nombre de chromosomes que chacune a apporté ; le mot qui nomme ce qui diffère entre l’usage que font le python et la souris de leurs gènes communs ; et l’organite qui est une ancienne bactérie.
Solution

Solution de Problème 24.1.

1. Amidonnier 28, blé tendre 42.

2. Aucune : les chromosomes A et B ne sont pas homologues. Les gamètes reçoivent des assortiments quelconques des 14, presque jamais un jeu complet.

3. Avec 28 chromosomes, chaque A a un partenaire A identique et chaque B un B : 14 paires, méiose régulière, gamètes équilibrés à 14.

4. Aucun ne peut s’apparier : 7 chromosomes A, 7 B et 7 D, chacun sans homologue. Stérile.

5. 21 paires ; un grain de pollen porte 21 chromosomes.

6. Les deux autres exemplaires fournissent encore la protéine. Les copies redondantes sont libres d’accumuler des mutations et de diverger — une duplication à l’échelle d’un génome entier.

7. Dans les champs de la région où l’amidonnier était cultivé, entre 10 000 et 8 000 ans avant nous, l’égilope 2 sauvage poussant en adventice au milieu de la culture.

8. Que les deux étapes — hybridation et doublement — suffisent à produire le blé tendre à partir de ses parents : l’histoire peut être rejouée.

9. Oui : il ne peut pas donner de descendance fertile avec l’engrain, donc, selon la définition, c’est une espèce distincte, même s’il en descend.

10. Les chromosomes D de l’égilope 2 sont homologues du jeu D du blé et s’apparient avec eux, si bien qu’un croisement suivi de rétrocroisements peut y transférer le gène ; les chromosomes d’une plante non apparentée ne s’apparieraient pas du tout.

11. Les gènes eux-mêmes ne diffèrent presque pas ; la différence entre les corps doit donc tenir à la façon dont les gènes sont utilisés.

12. Un changement de régulation de l’expression — l’étendue de la région, le long de l’axe, où le gène est actif.

13. Les gènes des membres sont présents et commencent à agir ; le signal qui entretient la croissance du membre manque, et les bourgeons s’arrêtent. Là encore, la régulation, et non la perte des gènes.

14. Elle montre que changer le lieu d’expression du gène suffit à changer la région du corps : la correspondance entre expression et forme est causale.

15. Le changement du blé tendre a ajouté des jeux entiers au génome (sa taille) ; celui du python a changé le lieu d’utilisation de gènes communs (leur régulation).

16. ADN circulaire propre (attendu : aucun, tous les gènes dans le noyau) ; ribosomes bactériens (attendu : des ribosomes eucaryotes) ; multiplication par division (attendu : un assemblage à partir de pièces) ; double membrane (attendu : une membrane unique comme les autres organites). Et leurs gènes ressemblent à des gènes bactériens (attendu : des gènes de type nucléaire).

17. Dans le noyau : avec le temps, la plupart des gènes de la bactérie ont été transférés au génome nucléaire, et le génome propre de l’organite s’est réduit à un vestige.

18. Les gènes mitochondriaux ne passent que de la mère à l’enfant ; l’ADN mitochondrial d’une personne retrace la lignée maternelle sans interruption.

19. La mitochondrie a cédé la plupart de ses gènes à son hôte et ne peut plus exister hors de la cellule ; les partenaires du lichen gardent leurs génomes et peuvent, difficilement, être séparés.

20. L’engrain (14, A), l’égilope 1 (14, B), l’égilope 2 (14, D) : 42 chromosomes ; la « régulation » ; la mitochondrie.

Termes définis dans ce chapitre

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