Génétique: L'étude de l'hérédité
La génétique est l'étude de la façon dont les traits héréditaires sont transmis des parents aux enfants. Les humains ont longtemps observé que les traits ont tendance à être similaires dans les familles. Il a fallu attendre le milieu du XIXe siècle que les grandes implications de l'héritage génétique ont commencé à étudier scientifiquement.
Sélection naturelle
En 1858, Charles Darwin et Alfred Russell Wallace ont annoncé conjointement leur théorie de la sélection naturelle. Selon les observations de Darwin, dans presque toutes les populations les individus ont tendance à produire beaucoup plus de descendants que sont nécessaires pour remplacer les parents. Si chaque individu né devait vivre et se reproduire encore plus de descendants, la population serait effondrement. Surpopulation conduit à la concurrence pour les ressources.
Darwin a observé qu'il est très rare que deux individus soient exactement semblables. Il a estimé que ces variations naturelles entre les individus conduisent à la sélection naturelle. Les personnes nées avec des variations qui confèrent un avantage à obtenir des ressources ou camarades ont de plus grandes chances de descendants de reproduction qui hériteraient les variations favorables. Les personnes atteintes de différentes variations pourraient être moins susceptibles de se reproduire.
Darwin était convaincu que la sélection naturelle a expliqué comment les variations naturelles pourraient conduire à de nouveaux traits dans une population, ou même de nouvelles espèces. Alors qu'il avait observé les variations existantes dans chaque population, il a été incapable d'expliquer comment ces variations sont venues à propos. Darwin ignorait le travail accompli par un moine silencieux nommé Gregor Mendel.
Héritage des traits
En 1866, Gregor Mendel a publié les résultats des années d'expérimentation dans l’élevage des plants de pois. Il a montré que les deux parents doivent passer des facteurs physiques discrets qui transmettent des informations sur leurs traits à leur progéniture à la conception. Un individu hérite d’une telle unité pour un trait de chaque parent. Le principe de Mendel de position dominante a expliqué que la plupart des traits ne sont pas un mélange des traits du père et ceux de la mère comme on l’a souvent pensé. Au lieu de cela, quand une progéniture hérite d’un facteur de forme de la même caractéristique opposée, la dominante sous forme de ce trait est évidente chez cet individu. Le facteur pour la récessive trait, tout en ne ressort pas, fait toujours partie du patrimoine génétique de l'individu et peut être transmis à la descendance.
Les expériences de Mendel ont démontré que lorsque les cellules sexuelles sont formées, les facteurs pour chaque trait qu'un individu hérite de ses parents sont séparés en différentes cellules sexuelles. Lorsque les cellules sexuelles unissent à la conception la progéniture résultante aura au moins deux facteurs (allèles) pour chaque trait. Un facteur hérité de la mère et l’autre du père. Mendel a utilisé les lois de la probabilité de démontrer que, lorsque les cellules sexuelles sont formées, il est une question de chance à quel facteur pour un caractère donné est incorporé dans un spermatozoïde ou ovule particulier.
Nous savons maintenant que la dominance simple ne pas expliquer tous les traits. En cas de codominance, les deux formes du trait sont également exprimées. Dominance incomplète résultats dans un mélange de traits. Dans le cas de plusieurs allèles, il y a plus que deux façons possibles d’un gène donné peuvent être exprimées. Nous savons aussi que la plupart des caractères exprimés, tels que les nombreuses variations dans la couleur de la peau humaine, sont influencés par de nombreux gènes agissant tous sur le même trait apparent. En outre, chaque gène qui agit sur le trait peut avoir de multiples allèles. Les facteurs environnementaux peuvent également interagir avec l’information génétique pour fournir encore plus de variation. Ainsi la reproduction sexuelle est le plus gros contributeur à la variation génétique entre les individus d'une espèce.
Les scientifiques du XXe siècle sont venus à comprendre que la combinaison des idées de la génétique et la sélection naturelle pourrait conduire à d'énormes progrès dans la compréhension de la diversité des organismes qui peuplent notre terre.
Mutation
Les scientifiques ont réalisé que la composition moléculaire des gènes doit inclure un moyen pour l'information génétique à copier efficacement. Chaque cellule d'un organisme vivant nécessite des instructions sur comment et quand construire les protéines qui sont les blocs de construction de base des structures du corps et les «bêtes de somme» responsables de toutes les réactions chimiques nécessaires à la vie. En 1958, James Watson et Francis Crick ont décrit la structure de la molécule d’ADN, cette structure chimique a expliqué comment les cellules utilisent les informations de l'ADN stocké dans le noyau de la cellule pour construire des protéines. Chaque fois que les cellules se divisent pour former de nouvelles cellules, cette vaste bibliothèque chimique doit être copiée de sorte que les cellules filles possèdent l'information nécessaire pour fonctionner. Inévitablement, chaque fois que l'ADN est copié, il y a des changements minute. La plupart de ces changements sont pris et réparés immédiatement. Cependant, si la modification n’est pas réparée le changement peut entraîner une protéine altérée. Les protéines modifiées peuvent ne pas fonctionner normalement. Les maladies génétiques sont des conditions qui résultent dysfonctionnement des protéines nuire à l'organisme.
Dans de très rares cas, la protéine modifiée peut fonctionner mieux que l'original ou d'entraîner un trait qui confère un avantage de survie. De telles mutations bénéfiques sont une source de variation génétique.
Flux de gènes
Une autre source de variation génétique est le flux de gènes, l'introduction de nouveaux allèles à une population. Généralement, cela est dû à la simple migration. Nouveaux individus de la même espèce entrent dans une population. Les conditions environnementales dans leur maison précédente ont pu favoriser différentes formes de traits, par exemple, plus léger fourrure de couleur. Allèles pour ces traits seraient différents des allèles présents dans la population hôte. Lorsque les nouveaux arrivants se croisent avec la population d'accueil, ils introduisent de nouvelles formes de gènes responsables de caractères. Les allèles favorables peuvent se propager à travers la population.
Dérive génétique
La dérive génétique est une modification de la fréquence de l'allèle qui est aléatoire plutôt que d'être entraîné par des pressions de sélection. Rappelez-vous de Mendel que les allèles sont triés au hasard dans les cellules sexuelles. Il pourrait juste arriver que les deux parents contribuent le même allèle pour un caractère donné à tous de leur progéniture. Lorsque la progéniture reproduire, ils ne peuvent transmettre une forme de trait dont ils ont hérité de leurs parents. La dérive génétique peut entraîner des changements importants dans une population en seulement quelques générations, surtout si la population est très faible. La dérive génétique tend à réduire la variation génétique dans une population. Dans une population sans diversité génétique, il existe une plus grande chance que le changement environnemental peut décimer la population ou de conduire à l'extinction.
