Hypothèse de la reine rouge - Red Queen hypothesis
| Fait partie d'une série sur |
| Biologie de l'évolution |
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L' hypothèse de la reine rouge , également appelée la reine rouge , l' effet de la reine rouge , le modèle de la reine rouge , la race de la reine rouge et la dynamique de la reine rouge , est une hypothèse en biologie évolutive qui propose que les espèces doivent constamment s'adapter , évoluer et proliférer dans pour survivre tout en étant confronté à des espèces opposées en constante évolution. L'hypothèse visait à expliquer la probabilité d'extinction constante (indépendante de l'âge) telle qu'observée dans les archives paléontologiques causées par la co-évolution entre espèces concurrentes ; cependant, il a également été suggéré que l'hypothèse de la reine rouge explique l'avantage de la reproduction sexuée (par opposition à la reproduction asexuée ) au niveau des individus, et la corrélation positive entre la spéciation et les taux d' extinction dans la plupart des taxons supérieurs.
Origine
Leigh Van Valen a proposé l'hypothèse comme une « tangente explicative » pour expliquer la « loi d'extinction » (connue sous le nom de « loi de Van Valen »), qui stipule que la probabilité d' extinction ne dépend pas de la durée de vie de l'espèce (ou plus taxon de rang), au lieu d'être constant sur des millions d'années pour un taxon donné. Cependant, la probabilité d'extinction est fortement liée aux zones d'adaptation , car différents taxons ont des probabilités d'extinction différentes. En d'autres termes, l'extinction se produit de manière aléatoire par rapport à l'âge, mais de manière non aléatoire par rapport à l'écologie. Collectivement, ces deux observations suggèrent que l'environnement effectif de tout groupe homogène d'organismes se détériore à un rythme stochastiquement constant. Van Valen a proposé que cela soit le résultat d'un jeu évolutif à somme nulle entraîné par la compétition interspécifique : le progrès évolutif (= augmentation de la fitness ) d'une espèce détériore la fitness des espèces coexistantes, mais parce que les espèces coexistantes évoluent aussi, aucune espèce gagne une augmentation à long terme de la condition physique, et la condition physique globale du système reste constante. Est dérivé le nom du phénomène d'une déclaration que la Reine Rouge fait à Alice au pays Lewis Carroll « s à travers la glace dans son explication de la nature de glace Terrain:
Maintenant, ici , voyez-vous, il faut toute la course que vous pouvez faire, pour rester au même endroit.
Van Valen a forgé l'hypothèse de « la reine rouge » parce que, selon cette interprétation, les espèces doivent « courir » ou évoluer pour rester au même endroit, sinon s'éteindre.
Exemples
Corrélation positive entre les taux de spéciation et d'extinction (règle de Stanley)
Les données paléontologiques suggèrent que des taux de spéciation élevés sont en corrélation avec des taux d'extinction élevés dans presque tous les principaux taxons. Cette corrélation a été attribuée à un certain nombre de facteurs écologiques, mais elle peut également résulter d'une situation de reine rouge, dans laquelle chaque événement de spéciation dans un clade détériore la fitness des espèces coexistantes dans le même clade (à condition qu'il y ait un conservatisme de niche phylogénétique ) .
Évolution du sexe
Les discussions sur l'évolution du sexe ne faisaient pas partie de l'hypothèse de la reine rouge de Van Valen, qui traitait de l'évolution à des échelles supérieures au niveau de l'espèce. La version micro-évolutive de l'hypothèse de la Reine Rouge a été proposée par Bell (1982), citant également Lewis Carroll, mais pas Van Valen.
L'hypothèse de la Reine Rouge est utilisée indépendamment par Hartung et Bell pour expliquer l'évolution du sexe, par John Jaenike pour expliquer le maintien du sexe et WD Hamilton pour expliquer le rôle du sexe en réponse aux parasites. Dans tous les cas, la reproduction sexuée confère une variabilité des espèces et une réponse générationnelle plus rapide à la sélection en rendant la progéniture génétiquement unique. Les espèces sexuelles sont capables d'améliorer leur génotype dans des conditions changeantes. Par conséquent, les interactions co-évolutives, entre l'hôte et le parasite, par exemple, peuvent sélectionner pour la reproduction sexuée chez les hôtes afin de réduire le risque d'infection. Des oscillations de fréquences génotypiques sont observées entre les parasites et les hôtes de manière coévolutive antagoniste sans nécessiter de modifications du phénotype. Dans la coévolution multi-hôtes et multi-parasites, la dynamique de la reine rouge pourrait affecter les types d'hôtes et de parasites qui deviendront dominants ou rares. L'écrivain scientifique Matt Ridley a popularisé le terme en rapport avec la sélection sexuelle dans son livre de 1993 The Red Queen , dans lequel il a discuté du débat en biologie théorique sur les avantages adaptatifs de la reproduction sexuée pour les espèces dans lesquelles elle apparaît. Le lien entre la Reine Rouge et ce débat provient du fait que l' hypothèse traditionnellement acceptée du Vicaire de Bray n'a montré un avantage adaptatif qu'au niveau de l'espèce ou du groupe, et non au niveau du gène (bien que le protéiforme « Vicaire de Bray » l'adaptation est très utile à certaines espèces qui appartiennent aux niveaux inférieurs de la chaîne alimentaire ). En revanche, une thèse de type Red-Queen suggérant que les organismes mènent des courses aux armements cycliques avec leurs parasites peut expliquer l'utilité de la reproduction sexuée au niveau du gène en posant que le rôle du sexe est de préserver des gènes actuellement désavantageux, mais cela deviendra avantageux dans le contexte d'une future population probable de parasites.
D'autres preuves de l'hypothèse de la reine rouge ont été observées dans les effets alléliques sous sélection sexuelle. L'hypothèse de la reine rouge permet de comprendre que la recombinaison allélique est avantageuse pour les populations qui s'engagent dans des interactions biotiques agressives, telles que les interactions prédateur-proie ou parasite-hôte. En cas de relations parasite-hôte, la reproduction sexuée peut accélérer la production de nouveaux génotypes multilocus permettant à l'hôte d'échapper aux parasites qui se sont adaptés aux générations précédentes d'hôtes typiques. Les effets mutationnels peuvent être représentés par des modèles pour décrire comment la recombinaison par la reproduction sexuée peut être avantageuse. Selon l'hypothèse déterministe mutationnelle, si le taux de mutations délétères est élevé et si ces mutations interagissent pour provoquer un déclin général de la valeur de l'organisme, alors la reproduction sexuée offre un avantage par rapport aux organismes à reproduction asexuée en permettant aux populations d'éliminer les mutations délétères non seulement plus rapidement, mais aussi plus efficacement. La recombinaison est l'un des moyens fondamentaux qui expliquent pourquoi de nombreux organismes ont évolué pour se reproduire sexuellement.
Les organismes sexuels doivent dépenser des ressources pour trouver des partenaires. En cas de dimorphisme sexuel , généralement l'un des sexes contribue davantage à la survie de leur progéniture (généralement la mère). Dans de tels cas, le seul avantage adaptatif d'avoir un deuxième sexe est la possibilité de sélection sexuelle , par laquelle les organismes peuvent améliorer leur génotype.
La preuve de cette explication de l'évolution du sexe est fourni par la comparaison du taux d'évolution moléculaire des gènes pour kinases et des immunoglobulines dans le système immunitaire avec des gènes codant d' autres protéines . Les gènes codant pour les protéines du système immunitaire évoluent considérablement plus rapidement.
Une preuve supplémentaire de l'hypothèse de la reine rouge a été fournie en observant la dynamique à long terme et la coévolution du parasite dans une population mixte sexuée et asexuée d'escargots ( Potamopyrgus antipodarum ). Le nombre de sexués, le nombre d'asexuels et les taux d'infection parasitaire pour les deux ont été surveillés. Il a été constaté que les clones qui étaient abondants au début de l'étude sont devenus plus sensibles aux parasites au fil du temps. À mesure que les infections parasitaires augmentaient, le nombre de clones autrefois abondants diminuait considérablement. Certains types clonaux ont complètement disparu. Pendant ce temps, les populations d'escargots sexuels sont restées beaucoup plus stables au fil du temps.
En 2011, les chercheurs ont utilisé le ver rond microscopique Caenorhabditis elegans comme hôte et la bactérie pathogène Serratia marcescens pour générer un système coévolutif hôte-parasite dans un environnement contrôlé, leur permettant de mener plus de 70 expériences d'évolution testant l'hypothèse de la reine rouge. Ils ont manipulé génétiquement le système d'accouplement de C. elegans , provoquant l'accouplement des populations soit sexuellement, par autofécondation, ou un mélange des deux au sein de la même population. Ensuite, ils ont exposé ces populations au parasite S. marcescens . Il a été constaté que les populations autofécondantes de C. elegans étaient rapidement éteintes par les parasites coévoluant, tandis que le sexe permettait aux populations de suivre le rythme de leurs parasites, un résultat cohérent avec l'hypothèse de la reine rouge.
Actuellement, il n'y a pas de consensus parmi les biologistes sur les principales forces sélectives maintenant le sexe. Les modèles concurrents pour expliquer la fonction adaptative du sexe ont été examinés par Birdsell et Wills.
Évolution du vieillissement
L'hypothèse de la Reine Rouge a également été invoquée par certains auteurs pour expliquer l'évolution du vieillissement. L'idée principale est que le vieillissement est favorisé par la sélection naturelle car il permet une adaptation plus rapide aux conditions changeantes, notamment pour suivre le rythme de l'évolution des agents pathogènes, des prédateurs et des proies.
Course aux armements inter-espèces
- Un certain nombre de couple prédateur/proie où l'arme en cause est la vitesse de course.
"Le lapin court plus vite que le renard, parce que le lapin court pour sa vie tandis que le renard ne court que pour son dîner." Ésope La relation prédateur-proie peut également être établie dans le monde microbien, produisant le même phénomène évolutif qui se produit dans le cas des renards et des lapins. Un exemple récemment observé a comme protagonistes M.xanthus (prédateur) et E.coli (proie) dans lesquels une évolution parallèle des deux espèces peut être observée à travers des modifications génomiques et phénotypiques, produisant dans les générations futures une meilleure adaptation de l'une des espèces qui est contrecarrée par l'évolution de l'autre, générant ainsi une course aux armements qui ne peut être stoppée que par l'extinction de l'une des espèces.
- Les interactions entre guêpes parasitoïdes et larves d'insectes, nécessaires au cycle de vie de la guêpe parasitoïde, sont également une bonne illustration d'une course aux armements. En effet, une certaine stratégie évolutive a été trouvée par les deux partenaires pour répondre à la pression générée par l'association mutuelle des lignées. Par exemple, le groupe de guêpes parasitoïdes , Campoletis sonorensis , est capable de lutter contre le système immunitaire de ses hôtes, Heliothis virescens ( Lépidoptère ) avec l'association d'un polydnavirus (PDV) ( Campoletis sonorensis PDV). Au cours du processus de ponte, le parasitoïde transmet le virus ( Cs PDV) à la larve d'insecte. Le Cs PDV modifiera la physiologie, la croissance et le développement des larves d'insectes infectées au profit du parasitoïde.
Hypothèse du bouffon
Une idée évolutionniste concurrente est l' hypothèse du bouffon , qui indique qu'une course aux armements n'est pas la force motrice de l'évolution à grande échelle, mais plutôt des facteurs abiotiques.
Hypothèse de la reine noire
L' hypothèse de la reine noire est une théorie de l'évolution réductrice qui suggère que la sélection naturelle peut conduire les organismes à réduire la taille de leur génome. En d'autres termes, un gène qui confère une fonction biologique vitale peut devenir inutile pour un organisme individuel si les membres de sa communauté expriment ce gène de manière « fuite ». Comme l'hypothèse de la reine rouge, l'hypothèse de la reine noire est une théorie de la co-évolution.
Anecdotes
Van Valen a initialement soumis son article au Journal of Theoretical Biology , où il a été accepté pour publication. Cependant, parce que « le mode de traitement dépendait du paiement des frais de page », Van Valen a retiré son manuscrit et a fondé un nouveau journal appelé Evolutionary Theory , dans lequel il a publié son manuscrit comme premier article. Le journal "Evolutionary Theory" a été produit dans les bureaux de Van Valens sur une photocopieuse sous le slogan "substance over form".
Un autre détail remarquable est la reconnaissance de Van Valen à la National Science Foundation : "Je remercie la National Science Foundation de rejeter régulièrement mes demandes de subventions (honnêtes) pour des travaux sur des organismes réels, m'obligeant ainsi à des travaux théoriques".
Voir également
- Macroévolution
- Théorie du chaos
- L'équilibre ponctué
- Compétition interspécifique
- Hypothèse de la reine noire
- Hypothèse du roi rouge
Les références
Lectures complémentaires
- Francis Heylighen (2000) : « The Red Queen Principle », dans : F. Heylighen, C. Joslyn et V. Turchin (éditeurs) : Principia Cybernetica Web (Principia Cybernetica, Bruxelles), URL : http://pespmc1.vub. ac.be/REDQUEEN.html .
- Pearson, Paul N. (2001) Hypothèse de la reine rouge Encyclopédie des sciences de la vie http://www.els.net
- Ridley, M. (1995) La reine rouge: le sexe et l'évolution de la nature humaine , Penguin Books, ISBN 0-14-024548-0
- Vermeij, GJ (1987). Évolution et escalade : une histoire écologique de la vie. Princeton University Press, Princeton, New Jersey.