En reprenant votre exemple, le gène ne sait rien. Les mutations font que certains des descendants de la grenouille rouge deviennent verts, certains deviennent bleus, certains deviennent jaunes fluorescents et certains restent rouges. Les oiseaux ne peuvent pas voir les verts aussi bien que les autres, donc plus de grenouilles vertes survivent et font plus de grenouilles vertes. Les grenouilles rouges, les jaunes fluorescentes, les bleues, sont surtout mangées. Après quelques générations, presque toutes les grenouilles sont vertes - non pas parce que le gène savait quelque chose, pas parce que les mutations allaient dans n'importe quelle direction, mais parce que tous les autres changements étaient contre-productifs et ont été mangés.

Le gène ne sait rien. C'est juste un tas de produits chimiques qui réagissent au hasard avec les rayons cosmiques, le hasard, peu importe. La plupart des changements ne sont pas pertinents ou sont activement mauvais, et la grenouille qui transporte ces produits chimiques particuliers ne survit pas. Mais parfois, le changement profite à la grenouille qui transporte les produits chimiques particuliers, puis la grenouille envoie ces produits chimiques à sa progéniture.

De toute évidence, cela est extrêmement simplifié. Une introduction courte et simple aux bases de l'évolution est Understanding Evolution, par UC Berkeley.

La couleur de chaque progéniture est un peu différente de celle de ses parents. Certaines couleurs aident la grenouille à survivre, d'autres ont tendance à la tuer avant de se reproduire. Au fil du temps, l'espèce tend vers une couleur qui améliore la survie car celles qui correspondent le mieux à leur environnement se reproduiront et celles qui correspondent le moins à leur environnement ne se reproduiront pas tout à fait au même rythme.

Bien sûr, comme vous le savez, un gène n'a aucune conscience, un gène ne sait rien. Ce n’est qu’un ensemble de réactions chimiques.

Dilemme central

Premièrement, vous devez comprendre qu’un gène est un morceau d’ADN qui sera transcrit dans l'ARNm et l'ARNm sera traduit en une protéine (c'est un peu une simplification excessive). La protéine est la molécule qui provoque une action. La concentration de protéines dans la cellule est essentielle pour provoquer un effet phénotypique.

Mécanismes de régulation

La concentration de protéines peut être affectée par de nombreux mécanismes de régulation.

Régulation de l'expression génique

La régulation de l'expression génique inclut un large éventail de mécanismes utilisés par les cellules pour augmenter ou diminuer la production de produits géniques (protéines ou ARN), et est appelée de manière informelle régulation génique. Des programmes sophistiqués d'expression génique sont largement observés en biologie, par exemple pour déclencher des voies de développement, répondre à des stimuli environnementaux ou s'adapter à de nouvelles sources de nourriture. Pratiquement n'importe quelle étape de l'expression génique peut être modulée, de l'initiation de la transcription au traitement de l'ARN et à la modification post-traductionnelle d'une protéine. Souvent, un régulateur génétique en contrôle un autre, et ainsi de suite, dans un réseau de régulation génétique.

Régulation post-transcriptionnelle

La régulation post-transcriptionnelle est le contrôle de l'expression génique au niveau de l'ARN, donc entre la transcription et la traduction du gène. 1 Elle contribue considérablement à la régulation de l'expression génique chez l'homme tissus.

Ceux-ci incluent des mécanismes tels que

• coiffage
• épissage
• Ajout de poly (A) tail
• Modification de l'ARN
• Stabilité de l'ARNm

Régulation post-traductionnelle

La régulation post-traductionnelle fait référence au contrôle des niveaux de protéine active. [..] Elle est réalisée soit au moyen d'événements réversibles (modifications post-traductionnelles, telles que la phosphorylation ou séquestration), soit au moyen d'événements irréversibles (protéolyse) .

Changements de couleur de peau chez les grenouilles

Un de ces mécanismes de régulation doit être impliqué.

Je ne sais vraiment pas grand-chose sur la physiologie et la molécule biologie, mais j'ai pu trouver un grand nombre d'articles (y compris Taylor et Hadley 1969 et Fernandez et Bagnara 1991) montrant que le changement de couleur est médié par la production de l'hormone de stimulation des mélanophores (MSH) produite par l'hypophyse. Peut-être qu'un meilleur physiologiste / biologiste moléculaire pourrait vous donner une meilleure réponse.

Si vous êtes intéressé par le cas particulier du changement de couleur, vous voudrez peut-être aussi jeter un œil à Neri et Castrucci 1997 et Skold et al. 2012.

Un autre exemple amusant est un certain type de papillon de nuit qui vivait en Allemagne de l'Ouest ("Ruhrpott") et dans d'autres régions pendant l'industrialisation. Son habitat principal sont les bouleaux, c'est-à-dire principalement des écorces d'arbres blanches. Ainsi, l'animal était blanc avec quelques points noirs.

Dans le passé, le Ruhrpott produisait énormément de charbon, et dans certaines régions, les bouleaux étaient en fait devenus noirs à cause de tous les la pollution de l'air. Et voici, après un certain temps, le papillon de nuit est également devenu noir avec des taches blanches.

Comme cela a été mentionné, il ne s’agit évidemment que d’une évolution de base. Ce qui est bien dans votre exemple et le mien, c'est qu'il s'agit d'une connexion très directe et claire. Si l'animal dépasse clairement en raison de sa couleur, il sera fréquemment tué. Ce n'est pas l'inverse, où un biais légèrement positif donne un peu plus de progéniture, mais un fait clair et direct "soyez rouge (ou blanc) et attrapez-vous".

L'effet de ceci est que ce genre d'évolution fonctionne très vite . Cela peut avoir un effet énorme après seulement une ou deux générations (évidemment). Donc, avec des changements aussi drastiques de l'environnement, après une poignée de générations, il peut littéralement ne plus y avoir de papillons blancs, les plus sombres ont alors tout l'habitat pour eux (c'est-à-dire beaucoup de nourriture / lieux de nidification, tout ce que les papillons font pour se reproduire. ). Par conséquent, ce type d'évolution est - contrairement à d'autres développements, qui peuvent prendre des centaines ou des milliers d'années - très visible pour les humains.

Autre fait amusant: après l'industrialisation, notre air est devenu clair, les bouleaux sont devenus blanc, et les papillons ont été éradiqués à nouveau jusqu'à ce qu'ils redeviennent blancs. Pauvres animaux ...

Source: Évolution de la teigne du poivre. Lecture intéressante; tout cela n'était pas "évident" pour les gens à l'époque, et il y a aussi des critiques.

Le changement de couleur peut être causé par de nouvelles mutations ou par des changements épigénétiques (par exemple, changer le régime alimentaire d'un rongeur gestant peut changer la couleur du pelage des chiots, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/ pmc / articles / PMC165709 /). Si le changement est épigénétique, cela signifie que le plan de production de la nouvelle couleur était déjà présent dans les gènes de l'animal avant que le changement de couleur ne soit déclenché chez sa progéniture par un changement de l'environnement. Dans le cas des grenouilles, il se pourrait que les grenouilles rouges aient eu des ancêtres verts qui ont évolué la capacité de basculer leur couleur entre le vert et le rouge en réponse à un facteur environnemental (comme la disponibilité de certains aliments spécifiques).

Je ne sais pas ce que le commentateur David veut dire avec son commentaire "L'adaptation des couleurs n'implique pas de changements dans les gènes.", cependant. Même si le changement est épigénétique, il affecte toujours le fonctionnement des gènes.

Intro

Il y a en fait au moins trois manières dont la couleur d'une grenouille peut changer pour s'adapter à la couleur de son environnement. Je vais décrire brièvement comment les trois fonctionnent, car à partir de certains des commentaires, il semble y avoir une certaine confusion entre les trois, et aussi parce que la question mélange les changements au cours de la vie d'une grenouille individuelle avec des changements dans le génome de la grenouille. Ces trois catégories peuvent être appliquées plus largement à la question de l'adaptation des animaux à l'environnement.

L'évolution

• se produit sur plusieurs vies de grenouille
• Implique modifications des gènes
• Est héritée par la progéniture

L'évolution se produit par sélection naturelle. D'autres réponses telles que la réponse de @ iayork ont ​​expliqué ce mécanisme.

Expression génique

• Se produit pendant la durée de vie d'une grenouille
• Le génome de la grenouille n'est pas changé, et les changements ne sont pas hérités
• La façon dont un gène est interprété change

Alors que les gènes d'un organisme ne changent pas au cours de leur vie, la façon dont ils sont exprimés peut. Cela peut entraîner des changements de couleur de la peau en fonction des changements environnementaux. Ceci est expliqué dans Influences environnementales sur l'expression des gènes.

Ce serait une réponse préexistante à un ensemble particulier de conditions; ainsi ils «savent» vers quoi changer parce que la réponse au changement environnemental est prédéterminée par leurs gènes.

La façon dont l'expression du gène est influencée par l'environnement dépendrait du trait particulier en question. Les mécanismes pour cela ne sont pas bien compris, du moins pour certains traits, comme on le voit dans L'effet de la lumière sur l'expression des gènes et la biosynthèse des podophyllotoxines dans la culture cellulaire de Linum album de Plant Physiology and Biochemistry Volume 56 (juillet 2012 , Pages 41-46)

Adaptation en arrière-plan

• N'implique pas les gènes de l'animal sauf dans la mesure où chaque mécanisme biologique est codé dans les gènes
• peut se produire rapidement

L'adaptation en arrière-plan est l'approche utilisée par les caméléons, mais certaines espèces de grenouilles, ainsi que divers poissons et crustacés ont également cette capacité. En substance, la distribution des pigments dans les structures spécialisées de la peau peut être modifiée pour modifier la couleur de l'animal.

Dans au moins certaines espèces, ce processus repose sur la capacité de vision de l'animal, il semble donc probable que le les informations sur la couleur à prendre sont transmises par le système nerveux. L'article de Wikipedia sur les chromatophores donne plus d'informations dans la section Adaptation en arrière-plan

Conclusion

Le type de changement décrit dans l'exemple ne peut pas être dû à un changement génétique , car cela se produit sur plusieurs générations, plutôt que sur une vie. Pour comprendre comment les animaux s'adaptent à l'environnement, il est important de séparer ce type d'adaptation de l'adaptation à plus long terme par la sélection naturelle.

Dans ces changements plus rapides, les couleurs auxquelles l'animal peut changer sont déjà codées en ses gènes. Un mécanisme par lequel les changements de l'environnement peuvent être transmis pour provoquer des adaptations physiques est à travers le système nerveux.

TLDR:

• Changements dans le génome d'un animal don Cela n'arrive pas au cours de la vie d'un individu, mais la sélection naturelle combinée à des mutations aléatoires peut provoquer des changements sur plusieurs générations.
• Les changements immédiats en réponse à l'environnement comme les changements chez les caméléons (et à un moindre degré chez les grenouilles) ne sont pas causés par des changements dans l'expression des gènes, mais par des mécanismes intégrés chez l'animal en question.
• Au cours de la vie d'un animal, la façon dont les gènes sont interprétés peut changer en réponse à l'environnement, mais il s'agit également d'un mécanisme intégré et les changements ne sont pas hérités.

L'ADN contient des déclarations si-alors qui ordonnent à l'ARNm de transcrire un morceau plutôt que l'autre. Je ne suis pas microbiologiste, donc je passe sous silence ici, mais le mécanisme de transcription est ce qui permet de construire des protéines qui sont ensuite assemblées en hormones, tissus et divers fluides tels que le mucus, la bile, etc.

La question est vraiment de savoir ce qui déclenche une branche du si-alors par rapport à l'autre? La température semble en être une: les cerfs, par exemple, ne sont sexuellement actifs qu'en automne. Lorsque les températures chutent, ils commencent à produire des niveaux élevés d'hormones sexuelles, ce qui amène les mâles à faire pousser des bois et à se battre.

La perception des couleurs doit en être une autre: les caméléons et certaines espèces de calmars en sont des exemples très dramatiques. Les yeux contiennent diverses cellules, qui sont sensibles à certaines longueurs d'onde ( https://en.wikipedia.org/wiki/Color_vision). Les cellules transmettent des signaux au cerveau, ce qui doit en quelque sorte entraîner la production d'hormones qui à leur tour déclenchent les cellules de la peau.

Certains produits chimiques atteignent l'ARNm dans les cellules pertinentes qui définissent les variables seasonIsAutumn ou environmentIsGreen sur true et les cerfs commencent à faire pousser des bois et les grenouilles, caméléons et calamars deviennent verts.

Bien sûr , ces signaux, de température ou de couleur, n'auront d'effet que sur les espèces, sous-espèces et genres dont l'ADN contient une déclaration si-alors pertinente. De toute évidence, les cerfs ne possèdent pas de fonction switchColor, tout comme les grenouilles ou ne possèdent pas de fonction growBigAntlers.

Je voudrais commencer ma réponse en disant ne jamais s’excuser de ne pas savoir quelque chose. Il n'y a pas de quoi avoir honte et il est bon de poser des questions sur des choses que vous ne savez pas! Plus de gens devraient le faire, et vous ne devriez pas être critiqué pour cela.

Je veux d'abord parler de votre exemple, car je pense qu'il y a un malentendu (courant). Le scénario que vous avez décrit est un type d'évolution lamarckienne, qui était en fait la meilleure tentative pour expliquer le mécanisme de l'évolution avant le darwinisme. Lamarck était un grand biologiste, et donc même si on peut se moquer de ses idées, c'était progressiste pour l'époque avec les informations dont il disposait! Quoi qu'il en soit, l'idée de Lamarck était que les organismes pouvaient changer au cours de leur vie afin de s'adapter à leur environnement particulier, puis transmettre ces changements à leur progéniture. L'exemple très classique est le long cou d'une girafe. La pensée lamarckienne est qu'une girafe a étiré son cou pour atteindre les feuilles haut dans les arbres, et a passé ce cou nouvellement étiré sur sa progéniture (et par conséquent toutes les girafes ont maintenant un long cou). Aujourd'hui, nous savons que l'évolution lamarckienne n'est jamais observée et n'est pas une explication soutenue ou suffisante pour des adaptations complexes.

Voici pourquoi cette idée ne fonctionne pas:

Tous les organismes portent un "code" unidimensionnel dans leurs cellules qui agissent comme une recette pour "construire" cet organisme avec les caractéristiques de l'organisme qui composent leur phénotype (qui inclurait la couleur que vous décrivez) . Le plus souvent, ce code est «écrit» et stocké sous forme d'ADN, une chaîne de biomolécules appelées acides nucléiques. Les informations sont lues à partir de ce code via des machines moléculaires biologiques sophistiquées et utilisées pour former tous les aspects de l'organisme et l'effet de cet organisme sur l'environnement; c'est-à-dire que l'information circule du code vers l'environnement et non l'inverse (c'est-à-dire qu'elle ne passe pas de l'environnement aux gènes). Je dois dire qu'il existe des exceptions connues sous le nom d'épigénétique qui, bien qu'extrêmement intéressantes, dépassent le cadre de cette question.

Vous pouvez y penser de cette façon: imaginez que vous avez une recette pour un gâteau. Toutes les instructions pour cuire le gâteau sont codées dans une séquence unidimensionnelle de lettres sur une page de votre livre de cuisine. C'est le code pour faire le gâteau. Vous lisez ces lettres et votre cerveau en interprète le sens. Vous utilisez ces informations interprétées pour effectuer les actions nécessaires à la cuisson du gâteau. Maintenant, une fois que le gâteau est fait, vous en coupez une tranche. Bien entendu, le fait de couper et de retirer la tranche ne renvoie pas d'informations à la recette. Vous pouvez imaginer que si c'était le cas, le prochain gâteau que vous aurez préparé à partir de cette recette viendrait avec une tranche déjà retirée!

Le point que je veux faire comprendre ici est qu'une grenouille qui porte le gène de la couleur rouge ne peut pas volontairement ou spontanément changer sa couleur en vert pour correspondre à son environnement. Il n'y a pas de rétroaction sur les gènes de la grenouille de l'environnement. La capacité d'effectuer un tel changement devrait être codée dans l'ADN de cette grenouille et faire probablement partie d'un mécanisme sophistiqué qui a évolué au cours de millions d'années. Par exemple, de nombreux oiseaux ont un plumage nuptial qui change de couleur à certaines périodes de l'année, mais il s'agit d'un trait héréditaire qui a été perfectionné par l'action de la sélection naturelle pendant des millions d'années et n'a rien à voir avec le désir conscient de l'oiseau d'être plus attrayant.

S'il vous plaît, ne soyez pas confus - l'environnement d'un organisme (y compris «l'environnement génétique», la collection de gènes dans le pool génétique) ainsi que des choses comme l'habitat, les prédateurs, etc., sont les pressions qui conduisent l'évolution par sélection naturelle. En ce sens, il y a une rétroaction de l'environnement, mais elle se produit au sein de populations d'espèces sur de nombreuses générations, pas au cours de la vie des organismes individuels, et elle agit par des moyens totalement différents de ceux imaginés via l'évolution lamarckienne.

C'est un vaste sujet et je pourrais continuer encore et encore, mais j'espère que c'est une réponse suffisante à votre question spécifique pour le moment. Je vous recommande de consulter le livre extrêmement intéressant et instructif intitulé "The Blind Watchmaker" de l'illustre Richard Dawkins. Mon exemple de gâteau a été résumé à partir de ce merveilleux livre, et il y en a bien d'autres d'où cela vient!