Définition de l’adaptation
Une adaptation, ou trait adaptatif, est une caractéristique produite par l’ADN ou l’interaction de l’épigénome avec l’environnement. Bien que toutes les adaptations ne soient pas totalement positives, pour qu’une adaptation persiste dans une population, elle doit augmenter la fitness ou le succès reproductif. Tous les descendants, qu’ils soient formés sexuellement ou asexuellement, héritent des traits de leurs parents. Dans la reproduction asexuée, des clones majoritairement identiques sont créés.
L’adaptation survient dans les populations asexuées par des mutations de l’ADN, des erreurs de copie de l’ADN ou l’interaction de l’ADN avec des changements dans l’environnement. Dans les populations à reproduction sexuée, l’adaptation survient par des mécanismes similaires, auxquels s’ajoutent les effets de la recombinaison pendant la méiose, et une molécule d’ADN plus complexe. Une adaptation peut devenir vestigiale, ou inutilisée, lorsque des changements dans la population ou l’environnement la rendent inutile. Une adaptation présente également certains compromis, comme l’énergie nécessaire à sa création ou l’augmentation de la prédation qu’une adaptation peut entraîner.
Types d’adaptation
Mutation génétique et recombinaison
L’acide désoxyribonucléique, ou ADN, est la molécule qui porte les informations nécessaires à la création et au maintien de la vie. L’ADN est constitué d’une série de nucléotides, 4 petits produits chimiques qui s’enchaînent. La séquence de ces produits chimiques peut être lue par des enzymes et des organites spécialisés au sein des cellules pour produire de nouvelles protéines. Ces protéines ont diverses fonctions et déterminent la façon dont la cellule fonctionne dans son environnement.
Depuis que les premières protéines et les premiers constituants cellulaires se sont agrégés pour former la première cellule auto-réplicative, l’interaction entre l’ADN et l’environnement est le moteur de l’adaptation. Les organismes unicellulaires reposent uniquement sur l’adaptation moléculaire, car leur structure de base interdit la nature complexe du développement de nouveaux membres d’autres structures. Au lieu de cela, l’adaptation d’un procaryote provient de mutations avantageuses au sein de son ADN qui créent de nouvelles protéines ou modifient les effets des protéines actuelles. Les réactions chimiques rendues possibles par ces protéines permettent aux organismes de collecter plus efficacement les nutriments, de croître et de se diviser. L’adaptation persiste dans la population tant qu’elle augmente la fitness et la reproduction.
Chez les eucaryotes et les espèces pluricellulaires, le processus de mutation est également à l’origine de l’adaptation. Comme chez les procaryotes, l’ADN est contrôlé par un système de protéines qui interagit avec l’environnement, appelé l’épigénome. Chez les eucaryotes, la complexité de ce système a augmenté. Une adaptation peut affecter l’organisme à tous les niveaux, de la création d’une manière différente de répliquer l’ADN au développement d’organelles et de structures corporelles entièrement nouvelles. Des études ont montré que les mutations sont souvent délétères, ou qu’elles n’adaptent pas l’organisme à son environnement. Ces mutations ne sont généralement pas considérées comme des adaptations car elles ne persistent pas dans la population à des niveaux élevés. Cependant, lorsque l’environnement change, les traits mal adaptés peuvent devenir bénéfiques et persister en tant qu’adaptation à un nouveau scénario.
Changements dans l’environnement
Les changements dans l’environnement constituent la deuxième grande catégorie d’adaptation. Dans de nombreux cas, l’épigénome est aussi ou plus important que l’ADN lui-même. Les grands changements environnementaux, tels qu’un changement de température ou d’acidité de l’océan, peuvent affecter un grand nombre d’espèces. Lorsque l’environnement change, les protéines des organismes commencent à fonctionner différemment. Des modifications de l’ADN ou de la façon dont l’épigénome interagit avec le nouvel environnement peuvent conduire à une nouvelle adaptation. Par exemple, la vie sur Terre dépend actuellement d’un système d’oxygène et de dioxyde de carbone, que ses organismes utilisent pour l’énergie et la respiration. Les scientifiques ont estimé que cet environnement n’existait pas avant que les organismes photosynthétiques ne commencent à créer de l’oxygène et à le déposer dans l’atmosphère. Les nouveaux produits chimiques présents dans l’atmosphère ont déclenché une vague d’adaptation qui a conduit au biome actuel que nous connaissons.
A mesure que de plus en plus d’espèces se différenciaient, leurs interactions entre elles ont commencé à être le moteur de l’adaptation autant que la simple composition de l’atmosphère. De vastes réseaux alimentaires se sont développés et effondrés au cours des milliards d’années de vie. Ces événements ont été déterminés en partie par la capacité des organismes à s’adapter rapidement à une situation et à continuer à se reproduire. Cependant, au cours de nombre de ces événements, jusqu’à 90 % des espèces n’ont pas survécu au changement brutal. Si l’adaptation peut rendre les organismes plus compétitifs dans un environnement, elle peut également les rendre moins flexibles pour survivre dans un environnement changeant.
Les interactions complexes entre les animaux ont également conduit à diverses formes de sélection qui affectent et forment l’adaptation parmi les organismes impliqués. Dans la sélection sexuelle, par exemple, les différences et les stratégies d’adaptation entre les sexes ne sont pas nécessairement déterminées par l’environnement, mais simplement par les préférences de sélection étranges des individus qui tentent de se reproduire. De nombreux oiseaux présentent des mâles très colorés, sélectionnés par les femelles aux couleurs ternes. L’adaptation de la couleur chez les mâles est une caractéristique utilisée pour attirer plus de femelles. L’adaptation des femelles à la couleur terne, par contre, est le résultat d’une sélection plus directionnelle de la relation prédateur-proie. Les femelles moins colorées sont moins susceptibles d’être repérées par les prédateurs. Bien que ces deux traits adaptatifs se contredisent, ils ont persisté parce qu’ils profitent aux mâles et aux femelles de manière différente.
Exemples d’adaptation
Coccinelle rhinocéros
Si vous avez déjà vu une Coccinelle rhinocéros, vous vous êtes probablement demandé à quoi lui servent ces énormes cornes. On voit ci-dessous un scarabée rhinocéros mâle, avec son couvre-chef distinctif.
Comme tous les arthropodes, le scarabée est divisé en segments. Ces différentes sections sont très réactives à l’adaptation. Chez le coléoptère rhinocéros, la section de la tête a développé ces grandes épines. Les coléoptères mâles utilisent ces grandes obtrusions pour se battre entre eux, en compétition pour les femelles. On suppose que les coléoptères ancestraux avaient peu ou pas de cornes. Au fur et à mesure que les coléoptères se disputaient les partenaires sur de nombreuses générations, les mutations qui créaient un meilleur moyen de décoller l’adversaire étaient récompensées. Au fil du temps, cette adaptation de grandes cornes est apparue. Les cornes ayant la plus grande capacité à vaincre les adversaires permettent à ces mâles de se reproduire davantage et l’adaptation persistera au sein de la population.
Le tube digestif des mammifères
Si vous disséquiez divers mammifères, vous trouveriez quelque chose de très particulier dans la taille et la composition de leur tube digestif. Les carnivores, comme les loups et les chats, ont un tube digestif très court et très simple. En fait, plus un animal est carnivore, plus son tube digestif est court et simple. La viande et les produits animaux sont facilement digérés. L’adaptation d’un intestin court permet à ces animaux de transformer rapidement l’énergie de leur repas carné, avant qu’il ne commence à pourrir dans leur intestin.
Les herbivores, en revanche, ont un système digestif long et complexe. Certains mammifères, les ruminants, ont plusieurs estomacs pour transformer l’énergie des herbes et autres plantes coriaces. Les herbivores non ruminants ont des viscères complexes qui augmentent la surface et le temps que les aliments passent dans le tube digestif. Cette adaptation permet aux animaux de transformer toute l’énergie contenue dans la matière végétale. Il est intéressant de noter que les humains ont un intestin extrêmement complexe, une adaptation pour les herbivores. Une partie de l’histoire complexe derrière le régime alimentaire, la nutrition et la santé provient probablement du fait que le régime occidental se concentre sur la viande, plutôt que sur les aliments auxquels notre corps s’est adapté.
Quiz
1. Un renard a une portée de 3 petits. 1 des petits est mangé au hasard par un aigle. Seul 1 des kits restants apprend à se nourrir avec succès, l’autre meurt de faim. Lequel des éléments suivants pourrait être considéré comme une adaptation ?
A. L’apprentissage qui a permis au survivant de se nourrir lui-même
B. Toute base génétique de l’intelligence du renard survivant
C. La chance de survivre à l’aigle
2. Il y a quelque part environ 80 000 espèces d’animaux avec la base d’une colonne vertébrale, y compris tout, des poissons aux éléphants. Les insectes, quant à eux, représentent quelque part environ 5 000 000 d’espèces. Comment expliquer cette différence dans le nombre d’espèces ? L’adaptabilité du plan corporel des insectes
B. Une plus grande attention portée à la progéniture
C. Une répartition mondiale
3. Une nouvelle technique connue sous le nom de CRISPR (Crisp-ur) est basée sur le système immunitaire de certaines bactéries. Ces bactéries, pour se protéger de l’invasion d’espèces virales, stockent des informations sur le virus dans leur propre ADN. Ainsi, lorsqu’elles se répliquent, leur progéniture dispose d’une défense contre le virus. Laquelle des propositions suivantes décrit précisément ce processus ?
A. Adaptation
B. Apprentissage
C. Un peu des deux ?