Introduction
Depuis l’apparition de la vie sur Terre, la biodiversité n’a cessé d’évoluer. Des formes de vie simples sont apparues dans les océans primitifs il y a plus de 3,8 milliards d’années, puis ont donné naissance à une immense variété d’espèces. Mais comment une espèce peut-elle donner naissance à une autre ? Le processus qui conduit à l’apparition de nouvelles espèces s’appelle la spéciation. Il repose sur l’accumulation de différences génétiques entre populations, souvent à la suite d’un isolement géographique ou d’un isolement reproductif.
Avant d’aller plus loin, il faut rappeler ce qu’est une espèce : c’est un ensemble d’individus capables de se reproduire entre eux et de donner une descendance fertile. Ce critère biologique, appelé interfécondité, permet de distinguer les espèces entre elles.
Au sein d’une même espèce, il existe une diversité génétique, ou polymorphisme : tous les individus ne sont pas identiques. Ces différences — de taille, de couleur, de résistance à une maladie ou de comportement — constituent la base sur laquelle les forces évolutives agissent lorsque des populations sont isolées.
L’isolement géographique : point de départ de nombreuses spéciations
Dans de nombreux cas, la spéciation commence par un isolement géographique. Une population initiale est coupée en deux par un obstacle naturel (chaîne de montagnes, bras de mer, glacier, désert) ou par un changement du milieu (sécheresse, inondation, volcanisme). Les deux groupes ne peuvent plus échanger de gènes : le flux génétique, c’est-à-dire la circulation des gènes entre populations d’une même espèce, est interrompu.
Dès lors, chaque population évolue indépendamment. Des mutations apparaissent, la sélection naturelle agit selon les conditions locales, et la dérive génétique modifie les fréquences des gènes au hasard. Ces mécanismes conduisent à des différences génétiques et morphologiques de plus en plus marquées.
Exemple : les pinsons des îles Galápagos, observés par Charles Darwin au XIXᵉ siècle, descendent d’une espèce unique venue d’Amérique du Sud. Dispersés sur différentes îles, ils se sont adaptés à des régimes alimentaires variés : becs longs et fins pour attraper les insectes, becs courts et puissants pour casser les graines. À force d’évolution séparée, ils sont devenus incapables de se reproduire entre eux : plusieurs espèces nouvelles étaient nées.
Autre exemple : la séparation du continent africain et de Madagascar, il y a environ 160 millions d’années, a isolé une partie de la faune. Cet isolement a conduit à l’apparition d’espèces endémiques comme les lémuriens, absents du reste du monde.
À retenir
L’isolement géographique interrompt le flux génétique entre populations. Mutations, sélection naturelle et dérive génétique agissent séparément, entraînant une divergence génétique progressive. Cette accumulation de différences peut conduire, à long terme, à la formation de nouvelles espèces.
L’isolement reproductif : la barrière qui définit une espèce
Deux populations peuvent aussi devenir des espèces distinctes sans séparation géographique : c’est la spéciation sympatrique. Dans ce cas, l’isolement reproductif — c’est-à-dire l’impossibilité de se reproduire entre individus — se met en place pour des raisons comportementales, écologiques ou génétiques.
Cet isolement peut prendre plusieurs formes, qui empêchent la reproduction même lorsque les individus vivent dans le même lieu :
L’isolement comportemental se produit lorsque les individus ne se reconnaissent plus comme partenaires. Par exemple, deux populations d’oiseaux peuvent développer des chants différents : les femelles ne répondent plus aux mâles du groupe voisin. Chez certaines lucioles, les signaux lumineux de séduction varient d’une espèce à l’autre, empêchant les croisements.
L’isolement temporel repose sur une différence dans les périodes de reproduction. Des grenouilles vivant dans la même mare peuvent pondre à des saisons différentes, les unes au printemps, les autres en été. Comme elles ne se reproduisent pas au même moment, elles ne se croisent jamais.
Enfin, l’isolement mécanique ou génétique correspond à des incompatibilités physiques ou biologiques. Les organes reproducteurs peuvent ne plus s’ajuster, ou les gamètes (cellules reproductrices) peuvent devenir incapables de fusionner à cause de différences dans leurs structures ou leurs signaux chimiques. Même si un accouplement a lieu, la fécondation échoue.
Exemple : chez certaines orchidées, la forme de la fleur est adaptée à un seul type d’insecte pollinisateur. Si une mutation modifie la fleur, elle n’est plus pollinisée par le même insecte, ce qui crée un isolement reproductif : c’est ainsi qu’une nouvelle espèce peut émerger.
À retenir
L’isolement reproductif empêche les croisements entre populations vivant dans la même région. Il peut être comportemental, temporel, mécanique ou génétique, et marque la limite biologique entre deux espèces distinctes.
Le rôle de la dérive génétique et du hasard
La dérive génétique joue un rôle essentiel dans la spéciation, surtout dans les petites populations. Elle correspond à des changements aléatoires dans la fréquence des gènes d’une génération à l’autre, indépendamment de leur utilité.
Deux phénomènes illustrent bien ce processus :
Le goulot d’étranglement survient lorsqu’une population subit une réduction brutale de ses effectifs (catastrophe naturelle, incendie, épidémie ou surexploitation). La diversité génétique chute soudainement, ce qui modifie la composition de la population. Exemple : après une grande sécheresse, une population de flamants roses peut voir son nombre chuter drastiquement. Les survivants, porteurs d’un échantillon réduit de gènes, transmettent cette diversité appauvrie à leurs descendants. La population future diffère alors génétiquement de celle d’origine.
L’effet fondateur se produit lorsqu’un petit groupe d’individus colonise un nouveau territoire. Ce groupe transporte une partie limitée de la diversité génétique de l’espèce d’origine. L’isolement et les nouvelles conditions du milieu favorisent ensuite l’apparition de caractères spécifiques. Exemple : des oiseaux arrivant sur une île volcanique peuvent développer des plumages plus sombres pour mieux se camoufler sur la roche ou des becs plus fins pour se nourrir d’insectes locaux. Ces changements renforcent leur différenciation et accélèrent la spéciation.
À retenir
La dérive génétique accentue les différences entre populations isolées. Le goulot d’étranglement réduit la diversité génétique après une catastrophe. L’effet fondateur favorise l’apparition de caractères nouveaux et la divergence des populations.
Comprendre la spéciation à travers les temps géologiques
L’étude du registre fossile montre que la spéciation s’inscrit dans la longue histoire du vivant. Au cours des temps géologiques — Paléozoïque (540 à 250 millions d’années), Mésozoïque (250 à 66 millions d’années) et Cénozoïque (66 millions d’années à aujourd’hui) — des espèces sont apparues, ont évolué, puis disparu, laissant place à d’autres.
Les crises biologiques ont souvent été suivies de phases de diversification rapide appelées radiations évolutives. Ainsi, après la crise du Crétacé (mot issu du latin creta, « craie », en référence aux roches blanches de cette période), la disparition des dinosaures a libéré de nombreuses niches écologiques. Les mammifères et les oiseaux, jusque-là discrets, se sont rapidement diversifiés, illustrant la puissance du processus de spéciation.
Le rythme de la spéciation peut être graduel (différences qui s’accumulent lentement sur des millions d’années) ou ponctué (changements rapides après une crise ou une transformation brutale du milieu). Le registre fossile montre que ces deux rythmes coexistent dans l’histoire du vivant.
À retenir
La spéciation peut être lente et progressive, ou rapide après une crise biologique. Le registre fossile témoigne de ces différents rythmes d’évolution du vivant.
Une illustration humaine : Homo sapiens et Néandertal
L’évolution du genre Homo fournit un exemple intéressant de spéciation. L’espèce Homo sapiens (notre espèce actuelle) et Homo neanderthalensis (Néandertal) partagent un ancêtre commun et ont coexisté en Eurasie il y a environ 100 000 à 40 000 ans. Ces deux espèces présentaient des différences morphologiques et génétiques : Néandertal était plus trapu, adapté au froid, tandis que Homo sapiens possédait un crâne plus arrondi et une culture matérielle plus diversifiée.
Ils étaient proches mais partiellement isolés reproductivement. En effet, ils pouvaient encore se croiser : les études d’ADN ont révélé un flux génétique limité, appelé introgression, entre les deux espèces. Cela signifie qu’il y a eu quelques échanges de gènes, sans fusion complète des populations. Il s’agit donc d’un cas de spéciation incomplète, illustrant que les frontières entre espèces peuvent parfois être floues.
À retenir
Homo sapiens et Homo neanderthalensis sont deux espèces humaines issues d’un ancêtre commun. Leur coexistence montre une spéciation incomplète, avec un flux génétique limité entre les deux groupes.
Conclusion
La spéciation est le moteur de la diversification du vivant. Elle repose sur la rupture du flux génétique entre populations, qu’elle soit causée par un isolement géographique ou par un isolement reproductif. Sous l’action des mutations, de la sélection naturelle et de la dérive génétique, les populations accumulent des différences qui finissent par rendre la reproduction impossible.
Ce processus, parfois lent et continu, parfois rapide et brutal, explique la formation de nouvelles espèces visibles dans le registre fossile et toujours à l’œuvre aujourd’hui. De la divergence des pinsons des Galápagos à la spéciation incomplète entre Néandertal et Homo sapiens, l’évolution rappelle que la vie sur Terre est un processus dynamique, façonné par le temps, le hasard et l’adaptation.