Goulet d'étranglement de population

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Goulot d'étranglement de population suivi de l’extinction ou du rétablissement de l'espèce.
À titre d'exemple, la chasse excessive des éléphants de mer a failli conduire à leur disparition à la fin du XIXe siècle. L'espèce reconstitue ses effectifs, mais reste vulnérable en raison d'une très faible diversité génétique.
Le Castor fiber a failli disparaitre au début du XXe siècle, il n'en restait que quelques centaines dans toute l'Europe. Recolonisant les cours d'eau bassin par bassin, il est en situation de goulot d'étranglement et vulnérable à la consanguinité. Les nombreuses réintroductions faites en Europe depuis un siècle ont permis à différentes souches de se croiser.

Un goulet d'étranglement de population (aussi appelé goulot d'étranglement génétique) est, dans l'étude de l'évolution biologique, un événement correspondant au fait qu'une proportion substantielle de la population d'une espèce disparaît ou est empêchée de se reproduire[1]. Il existe un type sensiblement différent de goulot d'étranglement démographique appelé effet fondateur, celui-ci se produisant lorsqu'un sous-groupe d'une population est, au moins en ce qui concerne sa reproduction, isolé du groupe principal.

Conséquences génétiques[modifier | modifier le code]

Les goulots (ou goulets) d'étranglement de population réduisent ainsi la diversité génétique, et donc la capacité des populations à s'adapter à de nouvelles contraintes de l'environnement telles qu'un changement climatique, ou une baisse des ressources disponibles. Cette dérive génétique peut éliminer certains allèles qui auraient pu, par sélection naturelle, permettre à l'espèce de s'adapter[2].

Les goulots d'étranglements de population amplifient cependant les effets de la dérive génétique des survivants, car ceux-ci deviennent plus marqués avec la taille de la population. Une mutation utile y deviendra plus rare en raison de la raréfaction du pool, mais y prendra une plus grande ampleur relative, surtout si elle augmente sensiblement l'espérance de survie (voir équilibres ponctués). La réduction significative de la dispersion d'une population mène à long terme soit à une plus grande sélection génétique, soit à l'extinction.

Un goulot d'étranglement majeur fait augmenter fortement la consanguinité dans une population en réduisant le nombre possible de partenaires. Cela se traduit par une augmentation de l'expression d'allèles récessifs.En fonction de ces allèles et de l'environnement où ils s'expriment, l'espèce pourra en sortir mieux adaptée si cette expression d'autres allèles récessifs nocifs dans ce même environnement ne la conduit pas dans le même temps à l'extinction. Théoriquement, les porteurs des allèles nocifs auront moins de descendance et ceux des allèles utiles davantage, à condition que la population reste d'une taille suffisante pour que la loi des grands nombres s'applique.

Moyens de mesures, suivi et évaluation[modifier | modifier le code]

Outre les données historiques disponibles (notamment pour les variétés de plantes cultivées ou les races d'animaux d'élevage ou certaines espèces chassées), il existe des outils dérivés de la génétique et de la biologie moléculaire, notamment basés sur l'utilisation de l'ADN microsatellite[3]. Ces approches permettent notamment de détecter une grande diversité génétique chez les plantes ou animaux sauvages apparemment identiques[4].

Exemples[modifier | modifier le code]

Chez l'homme[modifier | modifier le code]

Le biologiste Richard Dawkins, spécialiste de la théorie de l'évolution, a émis le postulat suivant : l'ADN mitochondrial (hérité de la mère) et l'ADN du chromosome Y (hérité du père) connaissent, il y a 140 000 ans et 60 000 ans, une coalescence. Or, en 2011, Fulvio Cruciani et al. ont calculé par la diversité de l'ADN du chromosome Y que le plus récent ancêtre patrilinaire commun daterait d'environ 142 000 années[5]. D'autre part, il est possible de remonter génétiquement, par matrilinéarité, à une unique hypothétique ancêtre commune (Ève mitochondriale) qui aurait vécu il y a 140 000 ans.

Avant cette étude de Fulvio Cruciani, pour la patrilinearité, on croyait remonter jusqu'à un ancêtre hypothétique mâle qui aurait vécu il y aurait seulement 60 000 ou 90 000 ans[6]. Cela semble corroborer la Théorie de la catastrophe de Toba, qui suggère qu'il y aurait eu un goulot d'étranglement de la population humaine, il y a environ 70 000 ans, où cette dernière se serait supposément réduite à environ 15 000 individus[6] lorsque le supervolcan du lac Toba en Indonésie entra en éruption et provoqua un changement environnemental conséquent (baisse de °C à 3,5 °C de la température moyenne). Cette théorie repose sur un faisceau de preuves géologiques montrant un changement radical de la température sur Terre, sur des preuves d'une coalescence de certains gènes à la même époque (notamment ceux de l'ADN mitochodriale, les anciennes études de l'ADN du chromosome Y et certains gènes nucléaires)[7], ainsi que sur la faible variation génétique avec l'homme[6].

Cependant, une telle coalescence, bien que prévue par la biologie génétique, n'est pas en soi une preuve de l'existence d'un goulot d'étranglement démographique ; en effet l'ADN mitochondrial et l'ADN du chomosome Y ne représentent qu'une infime partie de l'intégralité du génome humain et sont respectivement hérités de la mère et du père, ce qui les différencient drastiquement des autres gènes. La plupart des gènes peuvent être hérités du père ou de la mère indifféremment, dont l'histoire peut donc être tracée soit par matrilinéarité soit par patrilinéarité[8].

Des études sur de nombreux gènes ont montré qu'il existe différents points de coalescence dans une période allant de 2 millions d'années à Modèle:Funité avant notre ère, démontrant ainsi l'impossibilité de goulots d'étranglement extrêmes survenus plus récemment (c'est-à-dire un unique couple reproducteur)[6],[9].

En 2000, un article intitulé « Biologie moléculaire et évolution » suggère un autre modèle, autrement dit un long goulot d'étranglement, qui correspondrait avec la variation génétique restreinte, et non pas un changement brutal d'environnement[10]. Cela corroborerait certaines hypothèse décrivant une population subsaharienne avoisinant les 2 000 individus pendant une période d'environ 150 000 ans avant de réaugmenter au paléolithique supérieur[11].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Population Bottleneck | Macmillan Genetics
  2. (en) « Evolution 101 », University of California Museum of Paleontology (consulté le 2 février 2011)
  3. (en) C. C. Spencer, J. E. Neigel et P. L. Leberg, « Experimental evaluation of the usefulness of microsatellite DNA for detecting demographic bottlenecks », Molecular Ecology, vol. 9, no 10,‎ 2000, p. 1517–1528
  4. (en) S. Tang et S. J. Knapp, « Microsatellites uncover extraordinary diversity in Native American land races and wild populations of cultivated sunflower », Theoretical and Applied Genetics, vol. 106, no 6,‎ 2003, p. 990–1003
  5. (en) Fulvio Cruciani et al., « A Revised Root for the Human Y Chromosomal Phylogenetic Tree: The Origin of Patrilineal Diversity in Africa », The American Journal of Human Genetics, vol. 88, no 6,‎ 19 mai 2011 (DOI 10.1016/j.ajhg.2011.05.002, lire en ligne)
  6. a, b, c et d (en) Richard Dawkins, The Ancestor's Tale, A Pilgrimage to the Dawn of Life, Boston, Houghton Mifflin Company,‎ 2004, 416 p. (ISBN 0297825038), « Chap. : The Grasshopper's Tale »
  7. (en) Stanley H. Ambrose, « Late Pleistocene human population bottlenecks, volcanic winter, and differentiation of modern humans », Journal of Human Evolution, vol. 34,‎ 1998, p. 623–651 (lire en ligne [PDF])
  8. (en) « All Africa and her progenies », dans Richard Dawkins, River Out of Eden, New York, Basic Books,‎ 1995 (ISBN 0465016065)
  9. (en) « Templeton tree showing coalescence points of different genes » [jpg], sur corante.com
  10. (en) John Hawks, Keith Hunley, Sang-Hee Lee et Milford Wolpoff, « Population Bottlenecks and Pleistocene Human Evolution », Molecular Biology and Evolution, vol. 17, no 1,‎ 15 sept. 1999 (lire en ligne)
  11. (en) « Human line 'nearly split in two' », BBC news

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • (en) J. M. Cornuet et G. Luikart, « Description and power analysis of two tests for detecting recent population bottlenecks from allele frequency data », Genetics, vol. 144,‎ 1996, p. 2001–2014
  • (en) M.E. Gilpin et M.E. Soulé, « Minimum viable populations: The processes of species extinctions », dans M. Soulé (éd.), Conservation biology: The science of scarcity and diversity, Sinauer Associates,‎ 1986, p. 13-34
  • (en) K. Luenser, J. Fickel, A. Lehnen, S. Speck et A. Ludwig, « Low level of genetic variability in European bisons (Bison bonasus) from the Bialowieza National Park in Poland », European Journal of Wildlife Research, vol. 51, no 2,‎ 2005, p. 84-87
  • (en) M. Soulé (éd.), Viable populations for conservation, Cambridge, Cambridge Univ. Press,‎ 1987