Chapitre 3 — Les échelles de la biodiversité · Topic 3 : La diversité
génétique au sein des espèces · Leçon 3.1
Regarde autour de toi : dans une classe, tous les élèves appartiennent à la même
espèce, Homo sapiens. Pourtant, personne ne se ressemble parfaitement — yeux, taille,
groupe sanguin, capacité à digérer le lait à l’âge adulte : chacun est unique. Cette
variation, invisible ou éclatante, est le troisième et dernier niveau de la biodiversité :
la diversité génétique au sein d’une espèce. C’est le carburant de l’évolution
et la clé de survie des populations face aux changements de leur environnement.
🎯 Objectifs pédagogiques
À la fin de cette leçon, tu sauras :
- Distinguer les notions de gène et d’allèle.
- Définir le polymorphisme génétique et l’illustrer par des exemples
concrets (ABO, Cepaea, résistance aux antibiotiques). - Citer les quatre forces qui modifient la diversité allélique (mutation,
sélection naturelle, dérive génétique, migration). - Expliquer pourquoi la diversité génétique est un enjeu de conservation.
- Analyser un argument scientifique reliant fréquences alléliques et
pression de sélection (Cain & Sheppard, 1954).
🧭 Plan de la leçon
- Gènes, allèles et polymorphisme : la boîte à outils.
- Exemples de polymorphisme génétique (ABO, escargot, bactéries).
- Les quatre forces qui modifient la diversité allélique.
- Diversité génétique et conservation : pourquoi c’est vital.
- Argument scientifique : Cain & Sheppard (1954) et l’escargot des haies.
1. Gènes, allèles et polymorphisme
Chaque cellule d’un être vivant contient de l’ADN, une longue molécule qui
porte l’information génétique (Chapitre 1). L’ADN est découpé en unités fonctionnelles appelées
gènes : chaque gène code une information précise (couleur du pelage,
groupe sanguin, forme d’une protéine…).
Chez tous les individus d’une même espèce, on retrouve les mêmes gènes, placés au
même endroit sur les chromosomes. Mais chaque gène peut exister en plusieurs
versions légèrement différentes : on appelle ces versions des
allèles.
Un gène est un « emplacement » sur l’ADN qui code une caractéristique
(ex. : le gène du groupe sanguin ABO). Un allèle est une
version particulière de ce gène (ex. : allèle A, allèle B, allèle O). Deux
individus d’une même espèce partagent les mêmes gènes, mais pas forcément les mêmes allèles.
Lorsqu’un gène possède, dans une population, plusieurs allèles fréquents
(aucun n’est présent chez 100 % des individus), on parle de polymorphisme
génétique. Ce polymorphisme est la traduction concrète, à l’échelle des molécules, de
la diversité génétique intraspécifique — le troisième niveau de la
biodiversité, complémentaire des deux autres (diversité des écosystèmes et diversité des
espèces, vues au Topic 2).
2. Exemples de polymorphisme génétique
2.1 Les groupes sanguins ABO chez l’humain
Le gène ABO, situé sur le chromosome 9, existe sous trois allèles chez
Homo sapiens : A, B et O. Ces
allèles déterminent les molécules (antigènes) présentes à la surface des globules rouges. Comme
chaque individu possède deux exemplaires de chaque gène (un hérité de chaque parent), il existe
quatre groupes sanguins possibles.
| Groupe sanguin | Combinaison d’allèles | Fréquence en France |
|---|---|---|
| A | A/A ou A/O | ~45 % |
| B | B/B ou B/O | ~9 % |
| AB | A/B | ~3 % |
| O | O/O | ~43 % |
La fréquence des allèles varie fortement selon les populations humaines : l’allèle B est
très rare chez les Amérindiens (moins de 1 %) mais fréquent en Asie centrale (~30 %).
Cette variation est le résultat de l’histoire évolutive et migratoire de chaque population.
2.2 La couleur du pelage chez le lapin
Chez le lapin de garenne (Oryctolagus cuniculus), un même gène (gène C) contrôle la
pigmentation du pelage et existe sous plusieurs allèles : pelage sauvage
(gris-brun, l’agouti), chinchilla (gris clair), himalayen
(blanc avec extrémités noires), albinos (blanc pur, yeux rouges). Dans les
populations sauvages, l’allèle agouti est très largement dominant car il assure un excellent
camouflage ; les autres allèles sont surtout maintenus par la sélection humaine
(élevages).
2.3 La résistance aux antibiotiques chez les bactéries
Chez les bactéries comme Escherichia coli, certains gènes peuvent porter des allèles
qui confèrent une résistance à un antibiotique donné. Au sein d’une population
bactérienne, la plupart des individus sont sensibles ; quelques-uns portent l’allèle résistant.
Quand on administre l’antibiotique, les sensibles meurent et les résistants se multiplient :
en quelques générations, la fréquence de l’allèle résistant explose. C’est un exemple concret,
observable en laboratoire, de sélection naturelle agissant sur la diversité
allélique.
L’antibiorésistance est aujourd’hui une urgence sanitaire mondiale. Selon
l’INSERM, elle pourrait causer 10 millions de décès par an dans le monde d’ici 2050
si rien ne change. La sur-prescription d’antibiotiques (en médecine humaine et en
élevage) accélère la sélection d’allèles de résistance chez les bactéries pathogènes. C’est
de la biodiversité génétique en action… avec un impact direct sur ta santé.
2.4 Le polymorphisme des coquilles chez Cepaea nemoralis
L’escargot des haies Cepaea nemoralis, très commun en Europe, est
l’un des exemples les plus étudiés de polymorphisme visible. Sa coquille peut être jaune,
rose ou brune, avec ou sans bandes noires (0 à 5 bandes). Ces motifs
sont contrôlés par quelques gènes à plusieurs allèles. Nous verrons en section 5 pourquoi cette
diversité est loin d’être due au hasard.
3. Les quatre forces qui modifient la diversité allélique
La diversité génétique d’une population n’est pas figée : les fréquences des allèles
changent au fil des générations sous l’effet de quatre grandes forces évolutives.
| Force | Effet sur la diversité allélique | Exemple |
|---|---|---|
| Mutation | Crée de nouveaux allèles (source primaire de diversité) | Apparition d’un allèle de résistance chez une bactérie |
| Sélection naturelle | Favorise les allèles avantageux dans un milieu donné, élimine les défavorables | Camouflage du lapin agouti ; résistance aux antibiotiques |
| Dérive génétique | Variations aléatoires de fréquence, surtout dans les petites populations | Perte d’allèles dans un guépard (effectifs très réduits) |
| Migration | Apporte ou emporte des allèles entre populations (flux génique) | Loups qui traversent une frontière et se reproduisent avec une autre meute |
Ces quatre forces agissent simultanément. La mutation crée de la diversité
brute ; la sélection la trie selon le milieu ; la dérive la fait fluctuer au hasard ;
la migration la brasse entre populations. C’est leur équilibre qui explique la richesse génétique
observée chez chaque espèce.
La mutation n’est pas la sélection. Une mutation est un accident chimique
qui modifie l’ADN au hasard, indépendamment du besoin. La sélection naturelle,
elle, agit ensuite : elle « choisit » (au sens statistique) les allèles les mieux
adaptés au milieu, en donnant plus de descendance à leurs porteurs. Une bactérie ne mute
pas parce qu’elle a besoin d’être résistante ; c’est parce qu’un mutant existait
déjà, par hasard, que la population résiste après traitement.
4. Diversité génétique et conservation
Une population génétiquement diverse est une population résiliente.
Face à une nouvelle maladie, un climat qui change ou un prédateur qui apparaît, elle a plus de
chances qu’un ou plusieurs individus portent un allèle qui les rendra résistants. À l’inverse,
une population appauvrie génétiquement est fragile : si tous les individus se ressemblent,
ils sont tous vulnérables aux mêmes menaces.
C’est pourquoi la conservation de la diversité génétique est un enjeu
majeur, aussi important que la conservation des espèces elles-mêmes :
- Les banques de graines (Kew Millennium Seed Bank au Royaume-Uni, Svalbard
en Norvège) conservent des milliers de variétés cultivées et sauvages pour préserver la
diversité génétique agricole. - Les races anciennes d’animaux domestiques (poule Bresse-Gauloise, vache
Bretonne pie-noir…) sont protégées par l’INRAE : elles portent des
allèles rares, absents des races industrielles. - Les petites populations menacées (guépards, tigres, condors de Californie)
subissent une forte dérive génétique : elles perdent rapidement leurs
allèles rares et deviennent vulnérables aux maladies et à la consanguinité.
Le guépard (Acinonyx jubatus) est l’un des mammifères les moins
diversifiés génétiquement au monde. On estime qu’un goulot d’étranglement, il y a environ
12 000 ans, a réduit l’espèce à quelques dizaines d’individus. Aujourd’hui, deux guépards
quelconques sont génétiquement aussi proches que des frères et sœurs ! Résultat :
grande sensibilité aux maladies, faible fertilité, avenir incertain. Une leçon de conservation
en direct.
5. Argument scientifique : Cain & Sheppard (1954) et l’escargot des haies
Comment les scientifiques ont-ils démontré que la diversité allélique observée dans la nature
n’est pas aléatoire, mais bien le résultat de la sélection naturelle ?
Question de départ : chez Cepaea nemoralis, les fréquences
des allèles de couleur (jaune, rose, brun) et de bandes varient-elles au hasard entre
populations, ou dépendent-elles du milieu de vie de l’escargot ?
Protocole : en Grande-Bretagne, Arthur Cain et Philip Sheppard
(1954, Oxford) collectent des milliers d’escargots dans deux types d’habitats
contrastés : (1) des hêtraies au sol brun uniforme, couvert de feuilles
mortes ; (2) des prairies herbeuses au sol vert-jaune bariolé. Pour
chaque population, ils comptent la fréquence de chaque phénotype (jaune,
rose, brun ; avec ou sans bandes). Ils recherchent aussi les restes d’escargots
consommés par les grives musiciennes (Turdus philomelos) sur des
« enclumes » (pierres où les grives cassent les coquilles).
Résultats observés :
- Dans les hêtraies (sol brun uniforme) : les escargots bruns et sans
bandes dominent — ils sont les mieux camouflés. - Dans les prairies (sol vert bariolé) : les escargots jaunes et à
bandes dominent — leur motif se confond avec l’herbe. - Sur les enclumes des grives : les coquilles retrouvées sont
surreprésentées par les phénotypes mal camouflés selon le milieu.
Conclusion : la prédation par les grives, qui repèrent visuellement
leurs proies, agit comme un filtre de sélection naturelle qui favorise les
allèles procurant le meilleur camouflage dans chaque milieu. Les fréquences alléliques ne
sont donc pas aléatoires : elles reflètent une adaptation locale. Cette
étude, devenue un classique, a prouvé pour la première fois qu’on pouvait mesurer directement
la sélection naturelle en action sur un polymorphisme visible.
Version courte, réutilisable en devoir surveillé (moins de 100 mots) :
« Au sein d’une espèce, les individus portent des versions différentes d’un même
gène, les allèles. Cette diversité allélique (polymorphisme) est illustrée par les groupes
sanguins ABO chez l’humain ou les coquilles de Cepaea nemoralis. Elle est modifiée
par quatre forces : mutation (crée), sélection (trie), dérive (au hasard), migration
(brasse). Cain & Sheppard (1954) ont montré que la fréquence des allèles de coquille
dépend du milieu, la prédation par les grives favorisant les phénotypes les mieux camouflés.
La diversité génétique est un enjeu majeur de conservation. »
🧠 À retenir absolument
- Un gène est un emplacement sur l’ADN ; un allèle
est une version particulière de ce gène. - Le polymorphisme génétique = plusieurs allèles fréquents pour un même
gène dans une population (ex. : ABO, coquilles de Cepaea). - Quatre forces modifient la diversité allélique : mutation, sélection
naturelle, dérive génétique, migration. - Une population génétiquement diverse est plus résiliente
face aux changements ; les petites populations subissent la dérive et perdent des allèles. - Argument-clé : Cain & Sheppard (1954) — la prédation par les
grives sur Cepaea nemoralis favorise les phénotypes les mieux camouflés selon le
milieu (adaptation locale).
❓ Questions fréquentes
Deux vrais jumeaux ont-ils exactement les mêmes allèles ?
Oui, à la naissance ils partagent 100 % de leurs allèles, puisqu’ils proviennent d’un
même œuf fécondé. Mais au fil de la vie, des mutations somatiques (dans
des cellules non reproductrices) peuvent apparaître différemment chez chacun. C’est pour
cela que même les vrais jumeaux ne développent pas toujours les mêmes maladies génétiques.
Une mutation, est-ce toujours mauvais ?
Non ! La majorité des mutations sont neutres (elles ne changent rien
d’important). Certaines sont néfastes (elles causent des maladies), mais
d’autres sont bénéfiques dans un contexte donné (l’allèle de résistance à
un antibiotique, par exemple). Sans mutation, il n’y aurait aucune diversité
génétique et l’évolution serait impossible.
Pourquoi les races anciennes de vaches ou de poules sont-elles précieuses ?
Parce qu’elles portent des allèles rares, absents des races industrielles
sélectionnées pour la seule productivité. Ces allèles peuvent conférer une meilleure
résistance à certaines maladies, une meilleure tolérance à la chaleur ou aux régimes
pauvres. C’est pour cela que l’INRAE et le Muséum National d’Histoire Naturelle travaillent
à leur conservation : c’est une assurance pour l’agriculture de demain.
Une petite population isolée, c’est vraiment un problème ?
Oui, à cause de la dérive génétique. Dans un petit groupe, les
fréquences alléliques varient énormément d’une génération à l’autre par pur hasard, et des
allèles rares (mais potentiellement utiles) peuvent disparaître définitivement. En plus,
la consanguinité augmente le risque que deux copies d’un même allèle
défavorable se retrouvent chez un même individu. Guépard, tigre de Sumatra, lynx
d’Espagne : tous en souffrent.
La diversité génétique est-elle liée aux autres niveaux de biodiversité ?
Absolument. Les trois échelles vues dans ce chapitre (écosystèmes, espèces, allèles) sont
emboîtées et interdépendantes. Sans diversité génétique, les espèces ne
peuvent pas s’adapter, elles disparaissent ; sans espèces variées, les écosystèmes
s’effondrent ; sans écosystèmes préservés, les populations se fragmentent et perdent
leur diversité génétique. Protéger la biodiversité, c’est agir aux trois échelles à la fois.
🚀 Pour aller plus loin
Tu veux replacer la diversité allélique dans l’ensemble des échelles de la biodiversité ?
Reviens sur les autres leçons du chapitre :
- Leçon 1.1 — La biodiversité et ses trois échelles
- Leçon 2.1 — La diversité des écosystèmes
- Leçon 2.2 — La diversité des espèces
Sources scientifiques : Bulletin Officiel de
l’Éducation nationale (programme de Seconde générale, 2019) · Cain A. J. & Sheppard P. M.
(1954), Natural selection in Cepaea, Genetics 39 : 89–116 · INSERM — Dossier
« Résistance aux antibiotiques » · INRAE — Programme de conservation des races animales
locales · Muséum National d’Histoire Naturelle — Inventaire national du patrimoine naturel
(INPN) · CNRS Le Journal — « Biodiversité : la génétique au secours des espèces ».
Contenu pédagogique original — Réussir SVT. L’équipe Réussir SVT.