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L’œil, un organe en évolution
P.188-189

ACTIVITÉ DOCUMENTAIRE


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L’œil, un organe en évolution




L’œil est un dispositif optique si complexe qu’il semblait incongru à Charles Darwin de concevoir l’existence d’états intermédiaires moins performants ayant existé au cours de l’évolution de cet organe.

➜ Comment l’apparente complexité de l’œil peut-elle être expliquée par des processus évolutifs ?



Doc. 1
Structure de l’œil d’un vertébré (humain)

Structure de l’œil d’un vertébré
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L’œil humain possède une rétine photoréceptrice composée de deux grands ensembles qu’on retrouve dans tous les yeux des animaux :
  • des neurones ;
  • des pigments impliqués dans la réception de lumière (opsines) ou limitant les interférences lumineuses.

Certaines des molécules qui s’accumulent dans les cellules de l’œil ont des propriétés particulières vis-à-vis de la lumière : les cristallines sont transparentes ; les opsines absorbent les rayons lumineux (ce qui permet la formation d’un message nerveux dans la cellule photoréceptrice) ; enfin, d’autres pigments permettent d’éviter toute interférence lumineuse.

Certains caractères de l’œil des vertébrés sont peu performants en termes de vision :
la lumière doit traverser toute la rétine avant d’être absorbée par les photorécepteurs ;
la présence de vaisseaux sanguins sur la rétine est à l’origine d’ombres parasites ;
l’insertion du nerf optique sur la rétine induit une tache aveugle (compensée par le deuxième œil).

Doc. 2
Structure de l’œil d’un céphalopode (pieuvre)

Structure de l’œil d’un céphalopode

Schéma de l’organisation de l’œil de la pieuvre.


Photographie d’une pieuvre

Photographie d’une pieuvre (Octopus vulgaris).

Ressource complémentaire

Observez la pieuvre dans son environnement :


Doc. 3
Développement de l’œil et contrôle génétique

Walter Jakob Gehring découvre en 1983 qu’une mutation du gène Pax6 entraîne des anomalies sévères des yeux chez la drosophile et chez l’humain. Il transfère alors le gène Pax6 de la souris dans le génome de la drosophile. Pax6 est un gène qui permet le développement de tous les yeux chez les animaux (en interaction au sein d’un réseau d’autres gènes).

Développement de l’œil et contrôle génétique
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Résultat de transgenèse de Pax6 sur une drosophile a. Zoom sur un œil surnuméraire b.

Doc. 4
Modélisation de l’évolution de l’œil

Une modélisation de l’évolution de l’œil est réalisée à l’aide d’ordinateurs pour savoir combien d’étapes sont nécessaires pour obtenir un œil de type vertébré ou pieuvre. Chaque stade de la modélisation correspond à un œil fonctionnel qui procure un avantage sélectif. Par exemple, un animal pourvu du caractère dérivé « présence d’une lentille » (stade ) sera avantagé par la sélection naturelle (meilleure survie) par rapport à celui qui n’en possède pas (stade ). On estime ainsi qu’en seulement 2 000 étapes il est possible d’obtenir un œil de type vertébré ou pieuvre et ce, en moins de 400 000 ans, par principe de descendance avec modification, ce qui est très court à l’échelle de l’évolution.

Stades d’œil fonctionnel

Source : M. Ridley, Evolution, Wiley-Blackwell, 2003

Stades d’œil fonctionnel.

Doc. 5
Origine des molécules de l’œil chez quelques animaux

Les molécules qui constituent les cristallines et les opsines sont différentes d’un groupe d’êtres vivants à l’autre. Chez les premiers animaux, des mutations ont entraîné l’expression et l’accumulation de ces protéines dans les yeux. Aussi, des molécules différentes peuvent être utilisées indépendamment dans les groupes d’animaux éloignés d’un point de vue évolutif. On parle alors de « bricolage évolutif ».
Arbre phylogénétique des animaux et aspects de certains yeux

Source : Introduction à l’évolution, C. Zimmer, De Boeck.

Arbre phylogénétique des animaux et aspects de certains yeux.

Supplément numérique
Le principe de descendance avec modifications à l’origine de l’évolution de l’œil.

Le principe de descendance avec modifications à l’origine de l’évolution de l’œil.

Ce document est une schématisation du seul croquis de Charles Darwin dans L’Origine des espèces au moyen de la sélection naturelle. Voir ce croquis p. 198 dans la partie cours du manuel.

Darwin ajoute: « Cependant la raison me dit que [...] si l’œil varie tant soit peu et que les variations sont héritées [...] et si toute variation ou modification dans l’organe peut éventuellement être utile à l’animal sous des conditions changeantes de vie, alors notre difficulté à croire qu’un œil parfait et complexe peut être formé par sélection naturelle, bien qu’insurmontable pour notre imagination, disparaît ».

Ressource complémentaire

Découvrez l’œil du nautile, dont l’évolution s’est faite aussi par régression, en cliquant ici.

Vocabulaire

Accommodation : aptitude d’un œil à subir des changements pour former une image nette sur la rétine.

Gènes de développement : groupe de gènes qui contrôlent le développement des animaux.

Questions

1. Doc. 1 (⇧) Expliquer en quoi l’anatomie de l’œil humain permet un fonctionnement dans différentes situations.


2. Doc. 1 (⇧) Montrer que l’anatomie de l’œil humain n’est pas parfaite.


3. Doc. 1 (⇧) , Doc. 2 (⇧) et Doc. 5 (⇧) Construire un tableau comparatif des caractéristiques de l’œil humain et de la pieuvre.
Pieuvre Être humain

4. Doc. 3 (⇧) Montrer que le développement de l’œil est sous contrôle génétique.


5. Bilan Expliquer l’évolution de l’œil en utilisant les notions de hasard, de variation, de sélection naturelle et d’adaptation au milieu.
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