1. Introduction à l’Unité 1

Unité 1 – Causes et conséquences de la variation phénotypique

En tant que biologistes, nous sommes particulièrement fascinés par la diversité que nous observons sur la planète et nous voulons comprendre d’où elle vient. Vous êtes-vous déjà demandé pourquoi et comment les humains voient des milliers de couleurs, comme le font les poissons et les oiseaux, alors que ce n’est pas le cas de la plupart des autres mammifères? Savez-vous quels changements physiologiques font que les humains varient dans leur capacité à tolérer différentes diètes, comme le lactose à l’âge adulte, ou les effets de l’altitude et du manque d’oxygène? Avez-vous déjà été confronté à un dérèglement de votre horloge biologique après avoir traversé plusieurs fuseaux horaires en voyageant? Vous êtes-vous alors demandé comment fonctionne cette horloge ou si tous les animaux en ont une (et pourquoi!)? Qu’est-ce qui fait qu’une fourmi devient une reine ou une ouvrière dans une colonie? Qu’est-ce qui cause la réponse au stress et pourquoi est-elle différente entre les individus d’une même espèce? Quel est le changement dans le système sensoriel qui fait que certains animaux comme les chats, les baleines ou la plupart des oiseaux ne goutent pas le sucré? Qu’est-ce qui est différent chez les quelques espèces d’oiseaux qui perçoivent le sucré? Pourquoi certaines personnes détestent-elles le gout du brocoli? Comment des poissons survivent-ils dans l’eau sous le point de congélation en Antarctique?

Dans ce livre, nous répondrons à ces questions en vous présentant des notions et des concepts issus du domaine de l’écophysiologie évolutive. Dans cette spécialité de la biologie, on étudie l’évolution des réponses physiologiques de différentes espèces ou différentes populations aux caractéristiques de leur environnement. Ceci inclut la température, le pH, la pression partielle d’oxygène et de dioxyde de carbone, la concentration des ions, la disponibilité de l’eau et d’éléments nutritifs, la présence de prédateurs ou de nourriture, etc. Tous ces sujets vont être vus du point de vue des causes et des mécanismes et nous combinerons des notions de physiologie, de biologie cellulaire, de biologie moléculaire, de génétique et d’évolution. L’intégration de différents champs de la biologie forme la discipline de l’écophysiologie évolutive, qui vise à comprendre le fonctionnement et l’évolution des organismes face aux défis de l’environnement (figure 1.1) [1].

Figure 1.1. L’écophysiologie évolutive. Adapté de [2].

Dans cette unité, nous commencerons par décortiquer les causes et les conséquences de la variation phénotypique. Nous verrons d’abord comment la combinaison de la physiologie avec l’étude de l’écologie et de l’évolution donne une science unique qui permet de répondre à de grandes questions du 21e siècle. Nous traiterons de notions centrales à l’étude de l’évolution des systèmes physiologiques face aux défis de l’environnement : nous définirons le concept de phénotype d’un organisme et étudierons les facteurs qui affectent sa valeur. Nous nous intéresserons aussi à l’importance de la variation phénotypique dans l’étude des adaptations physiologiques.

Nous verrons ensuite plus en détail des notions sur l’évolution, les quatre forces évolutives, la sélection naturelle, la performance, la génétique quantitative et l’étude des adaptations en écophysiologie.

Nous terminerons l’unité en approfondissant des concepts centraux en physiologie concernant l’homéostasie, l’allostasie, l’acclimatation et la plasticité phénotypique, qui sont différentes façons pour l’organisme de répondre à son environnement.

Tous ces sujets sont reliés entre eux, car ils concernent tous des causes et des conséquences de la variation phénotypique et nous permettent de comprendre comment la physiologie des organismes est au cœur de la production de la biodiversité que nous observons sur terre.

Bibliographie

1. Schmidt-Nielsen, K. (1997). Animal physiology : Adaptation and Environment. 5e édition.  Cambridge University Press. 617p.
2. 1art (2022). Book [CC-BY]. https://thenounproject.com/icon/book-5220385/