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30.1: Qu'est-ce qu'une espèce ?
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What is a Species?
 
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TRANSCRIPTION

30.1: What is a Species?

30.1: Qu'est-ce qu'une espèce ?

Overview

A species is a group of organisms that interbreed and produce fertile offspring. Typically, individuals of the same species appear similar and share common characteristics due to their highly similar genomes. However, not all organisms that look alike are members of the same species. Various mechanisms keep most species discrete. While some mechanisms prevent reproductive behavior and fertilization (pre-zygotic isolation), others prevent the production of fertile offspring after mating has occurred (post-zygotic isolation).

The Appearance of a Species

Although individuals of a single species typically look very similar, variation in coloration or morphology is not uncommon. For example, the common wall lizard, Podarcis muralis has six distinct morphs which vary by the color of their throat and underbelly.

Conversely, the monarch and viceroy butterflies are two genetically distinct species that appear similar, inhabit common habitats, and are both unpalatable to predators. This is an evolutionary strategy known as Müllerian mimicry—the species share warning signals, such as their bright orange and black appearance to educate common predators more effectively of their toxicity.

Pre-zygotic Isolation

Phenomena that prevent mating or fertilization from occurring are referred to as pre-zygotic isolation mechanisms. Geographic isolation and ecological isolation are two examples of environmental barriers. In the case of geographic isolation, two bird species might live in different forests on either side of an impassable mountain range; ecological isolation could be one insect species living solely in the treetops while another inhabits the soil.

There may also be behavioral reasons a species remains isolated. Examples are differences in mating rituals or communication, like birds-of-paradise, where males of different species have novel dances to attract female conspecifics. In temporal isolation species are kept apart by different timing of daily routines or breeding seasons. For example, the red-legged frog Rana aurora has a breeding season from January to March, but its close relative the yellow-legged frog, Rana boylii, breeds from late March through May.

The physical characteristics of different species may isolate them pre-zygotically. Insects can display an array of different genital morphologies that means they can only physically mate with members of their species—referred to as mechanical isolation. Finally, prevention of gamete fusion is often the last pre-zygotic barrier which may be controlled by mechanisms like the prevention of pollen tube growth in plants, or an inability to physically fuse with or penetrate the outer layers of an egg cell.

Post-Zygotic Isolation

When individuals of different species overcome pre-zygotic isolation, post-zygotic isolation can prevent the resulting offspring from either surviving or reproducing. In some cases, a zygote may be formed but the embryo is not viable because of incompatible genetic material and thus dies. This is referred to as hybrid inviability.

However, some hybrid embryos may survive to reach fertility. For instance, horses and donkeys can be crossed to produce hinnies or mules. But because horses and donkeys have different chromosome numbers (64 and 62, respectively), their hybrid offspring have an odd number of chromosomes (63) that cannot be sorted equally into gametes, rending the hybrids infertile. This post-zygotic barrier is also observed in crosses between zebras and horses or donkeys crosses.

In cases where hybrids can survive to adulthood and copulate, non-genetic factors can prevent procreation. Hybrids of the sister species Drosophila pavani and D. gaucha produce viable gametes. However, the hybrids are unable to create offspring: the sperm of hybrid males cannot survive in the female semen receptors of either parent species or another hybrid, nor is the sperm of either parent line able to survive in a hybrid female.

Other instances of post-zygotic factors may affect the viability of hybrids. Hybrid genomes contain material from two truly distinct species and can, therefore, harbor different genes and chromosomes that do not act harmoniously in the offspring, resulting in obvious fitness costs. Plants are an exception in some cases. Overall, pre- and post-zygotic isolation mechanisms cause most species to remain distinct.

Aperçu

Une espèce est un groupe d’organismes qui se sont croisés et produisent des descendants fertiles. En règle générale, les individus de la même espèce apparaissent semblables et partagent des caractéristiques communes en raison de leurs génomes très similaires. Cependant, tous les organismes qui se ressemblent ne sont pas membres de la même espèce. Divers mécanismes maintiennent la plupart des espèces discrètes. Alors que certains mécanismes empêchent le comportement reproducteur et la fécondation (isolement prézygote), d’autres empêchent la production de descendants fertiles après l’accouplement (isolement post-zygotique).

L’apparence d’une espèce

Bien que les individus d’une seule espèce ressemblent généralement beaucoup, la variation de la coloration ou de la morphologie n’est pas rare. Par exemple, le lézard de mur commun, Podarcis muralis a six morphs distincts qui varient selon la couleur de leur gorge et ventre.

Inversement, les papillons monarques et vice-rois sont deux espèces génétiquement distinctes qui semblent semblables, habitent des habitats communs et sont toutes deux désagréables aux prédateurs. Il s’agit d’une stratégie évolutive connue sous le nom de mimétisme müllerien — les espèces partagent des signaux d’avertissement, tels que leur apparence orange vif et noire pour éduquer plus efficacement les prédateurs communs de leur toxicité.

Isolement pré-zygotique

Les phénomènes qui empêchent l’accouplement ou la fécondation de se produire sont appelés mécanismes d’isolement prézygote. L’isolement géographique et l’isolement écologique sont deux exemples d’obstacles environnementaux. Dans le cas de l’isolement géographique, deux espèces d’oiseaux pourraient vivre dans des forêts différentes de chaque côté d’une chaîne de montagnes infranchissable; l’isolement écologique pourrait être une espèce d’insectes vivant uniquement dans la cime des arbres tandis qu’une autre habite le sol.

Il peut également y avoir des raisons comportementales qu’une espèce reste isolée. Par exemple, les différences dans les rituels d’accouplement ou de communication, comme les oiseaux de paradis, où les mâles de différentes espèces ont de nouvelles danses pour attirer les conspécifiques femelles. Dans l’isolement temporel, les espèces sont séparées par des moments différents des routines quotidiennes ou des saisons de reproduction. Par exemple, la grenouille à pattes rouges Rana aurora a une saison de reproduction de Janvier à Mars, mais son proche parent la grenouille à pattes jaunes, Rana boylii, se reproduit de la fin Mars à Mai.

Les caractéristiques physiques de différentes espèces peuvent les isoler de façon pré-zygotique. Les insectes peuvent afficher un éventail de différentes morphologies génitales qui signifie qu’ils ne peuvent s’accoupler physiquement avec les membres de leur espèce, appelé isolement mécanique. Enfin, la prévention de la fusion des tiques est souvent la dernière barrière prézygotique qui peut être contrôlée par des mécanismes comme la prévention de la croissance des tubes polliniques chez les plantes, ou une incapacité à fusionner physiquement avec les couches externes d’une cellule d’œuf.

Isolement post-zygotique

Lorsque les individus de différentes espèces surmontent l’isolement prézygotique, l’isolement post-zygotique peut empêcher la progéniture résultante de survivre ou de se reproduire. Dans certains cas, un zygote peut être formé, mais l’embryon n’est pas viable en raison de matériel génétique incompatible et meurt donc. C’est ce qu’on appelle l’inviabilité hybride.

Cependant, certains embryons hybrides peuvent survivre pour atteindre la fertilité. Par exemple, les chevaux et les ânes peuvent être croisés pour produire des hinnies ou des mules. Mais parce que les chevaux et les ânes ont des nombres de chromosomes différents (64 et 62, respectivement), leur progéniture hybride a un nombre impair de chromosomes (63) qui ne peuvent pas être triés également en gamètes, rendant les hybrides stériles. Cette barrière post-zygotique est également observée dans les croisements entre zèbres et chevaux ou croix d’ânes.

Dans les cas où les hybrides peuvent survivre jusqu’à l’âge adulte et copuler, des facteurs non génétiques peuvent prévenir la procréation. Les hybrides des espèces sœurs Drosophila pavani et D. gaucha produisent des gamètes viables. Cependant, les hybrides sont incapables de créer une progéniture : le sperme des mâles hybrides ne peut survivre dans les récepteurs femelles du sperme de l’une ou l’autre espèce mère ou d’un autre hybride, et le sperme de l’une ou l’autre lignée mère n’est pas capable de survivre chez une femelle hybride.

D’autres cas de facteurs post-zygotiques peuvent affecter la viabilité des hybrides. Les génomes hybrides contiennent du matériel provenant de deux espèces véritablement distinctes et peuvent donc abriter différents gènes et chromosomes qui n’agissent pas harmonieusement chez la progéniture, ce qui entraîne des coûts évidents de remise en forme. Les plantes sont une exception dans certains cas. Dans l’ensemble, les mécanismes d’isolement pré et post-zygotique font en sorte que la plupart des espèces demeurent distinctes.


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