Il y a (au moins) trois facteurs importants à considérer ici; l'évolution sous sélection nécessite une variation génétique sur laquelle agir, la sélection peut agir sur des traits de covariation provoquant des compromis, et l'adaptation se produit également chez le prédateur. Une grande partie de ceci est couverte ailleurs sur ce site (y compris les effets des autres mécanismes d'évolution), mais peu de références spécifiques sont faites à la co-évolution prédateur-proie.

Adaptation et variance génétique

L'un des mécanismes d'évolution est la sélection, et l'adaptation se produit lorsque les espèces évoluent en réponse à la sélection. Pour qu'une réponse à la sélection se produise, il faut qu'il y ait une variation génétique au sein du trait, de telle sorte que les gènes qu'un individu porte affectent sa forme physique. Par exemple, il peut y avoir des gènes qui donnent au porteur une meilleure structure musculaire pour une course rapide, ce qui augmente la survie qui, à son tour, augmente le rendement reproducteur. L'importance de la variation génétique est souvent négligée, mais est soulignée par l ' équation des éleveurs. La variance génétique peut provenir de nouvelles mutations, ou peut exister en tant que variance génétique permanente.

Sélection sur les caractères covarying

La sélection est rarement, voire jamais, un processus univarié. Cela signifie que l'aptitude n'est pas déterminée par une seule caractéristique, donc l'aptitude d'une espèce proie peut être déterminée par la vitesse à laquelle elle peut courir, mais aussi par son taux métabolique, son endurance, sa capacité à acquérir des nutriments, la façon dont elle fournit les nutriments pour la croissance et réparation etc. La covariance génétique entre les caractères (induite par liaison ou pléiotropie) peut avoir un impact sur la réponse à la sélection, car toute sélection agissant sur un trait covariant peut avoir un effet affaiblir, neutraliser ou même inverser le sens de la réponse). Par conséquent, si la vitesse de course coïncide avec d'autres caractéristiques, il peut être difficile pour la sélection d'augmenter la vitesse de course. Pensez aux athlètes, je doute qu'Usain Bolt puisse courir 10 000 mètres aussi vite que Mo Farah et vice versa, car il y a un compromis entre vitesse et endurance.

Adaptation chez d'autres espèces

Si la sélection entraînait une augmentation de la vitesse chez les proies, cela renforcerait la sélection pour une vitesse accrue chez le prédateur. C'est ce qu'on appelle une course aux armements évolutive, où l'évolution adaptative de deux espèces interagit, provoquant adaptation et contre-adaptation. Par exemple, les gènes qui permettent une course plus rapide pourraient se propager à travers une population de gazelles (proies) car les porteurs sont plus susceptibles de dépasser le lion ( ou les autres gazelles), mais cela augmentera la sélection des lions (prédateur ) pour augmenter la vitesse (ou adopter d'autres stratégies) qui propageront des gènes pour rendre les lions plus rapides (utiliser d'autres stratégies); le résultat étant une adaptation et une contre-adaptation entre les populations de gazelles et de lions.

Il y a une petite série ici sur Butch Brodie et ses études sur les courses aux armements coévolutionnaires entre les couleuvres et les tritons toxiques. Il serait bon de lire l ' hypothèse de la reine rouge, qui décrit comment les espèces, en interaction avec d'autres espèces, doivent continuer d'évoluer juste pour empêcher l'extinction. Il convient également de noter que les espèces de proies ont souvent plus d'une espèce de prédateur (et que les espèces de prédateurs ont souvent plus d'une proie); l'interaction et les réseaux coévolutionnaires sont complexes. Ce qui peut être adaptatif dans certaines interactions peut également être inadapté à d'autres interactions (voir spécialiste et généraliste , et sélection sur les traits de covariation ).

Il y a deux raisons à cela: compromis évolutifs et coévolution («l'hypothèse de la reine rouge», comme mentionné dans le commentaire ci-dessus de Luigi).

Le compromis évolutif décrit des situations où un trait ne peut pas augmenter sans une diminution d'un ou plusieurs autres. Quelques exemples hypothétiques:

• des jambes plus longues peuvent aider à courir plus vite, mais au-delà d'un certain point, cela augmentera le risque de blessure, diminuant la survie;
• un poids corporel inférieur peut augmenter vitesse de pointe, mais au-delà d'un certain point, cela réduira la tolérance à la famine;
• plus de muscle peut aider à l'accélération mais augmentera les besoins en énergie.

Tous les changements ont des coûts et des avantages . Dans les situations où le résultat d'un événement est simplement «succès / échec», il existe donc une incitation évolutive à évoluer pour être juste assez bon . Une fois que vous êtes assez bon, vous améliorer ne fait qu'augmenter le coût (je simplifie un peu cela un peu).

Le changement d'un pilote extrinsèque changera l'équilibre entre les coûts et les avantages, déplaçant la pression évolutive. Par exemple, lorsque les prédateurs sont absents (populations insulaires), les oiseaux deviennent parfois incapables de voler, car l'un des avantages du vol (échapper aux prédateurs) ne s'applique plus.

Le moment intéressant se produit lorsque le "conducteur extrinsèque" est un autre vivant chose qui est également capable d'évoluer. Dans ce cas, vous obtenez soudainement une course aux armements évolutive où chaque camp est constamment soumis à une pression sélective pour être légèrement meilleur que l'autre, qui est une cible mouvante. Vous obtenez donc une situation de course aux armements (ou l'extinction de l'un ou l'autre camp). L'hypothèse de la reine rouge est nommée d'après une citation de la reine rouge dans "Alice à travers le miroir" (Carroll, 1871):

Maintenant, ici, vous voyez, il faut tout le temps que vous peut faire, pour rester au même endroit.

Prenons l'exemple d'un lion et d'une gazelle: les lions courent assez vite pour attraper et manger les gazelles les plus lentes. Les gazelles restantes sont en moyenne plus rapides, quelle qu'en soit la raison. Certaines de ces raisons seront héréditaires et la prochaine génération de gazelles sera plus rapide. Les lions les plus lents mourront de faim et certaines des raisons pour lesquelles les lions restants seront plus rapides seront héréditaires, de sorte que la prochaine génération sera un peu plus rapide, et vous reviendrez là où vous avez commencé. Rincer et répéter.

La prédation opère évidemment sur une échelle de temps beaucoup plus rapide que la sélection, donc cela ne se produit pas toujours (mettre un renard dans un poulailler ne fera pas évoluer rapidement les poulets).

Les «courses aux armements» coévolutionnaires peuvent être vues dans les interactions prédateur-proie, le mimétisme et bien plus (y compris par exemple l'évolution du sexe, mais ce n'est pas le sujet de cette réponse).

Il y a à la fois des coûts et avantages à pouvoir courir plus vite, à la fois comme prédateur et comme proie. En bref, maintenir les gros muscles nécessaires pour distancer un guépard à chaque fois est métaboliquement coûteux.

Il ne s'agit donc pas de pouvoir toujours distancer un prédateur - c'est une question de savoir comment allouer de manière optimale des ressources précieuses soit aux muscles qui courent au métabolisme coûteux, soit à d'autres choses comme le pâturage, la vue, le cerveau, etc. vivre assez longtemps pour produire la prochaine génération de descendants.

Les prédateurs doivent toujours être de bien meilleurs chasseurs que les proies - ils doivent manger tous les quelques jours après tout. Mais ils ne peuvent être que si bons.

L'équilibre des populations de prédateurs / proies aura tendance à ressembler à une compétition où si les prédateurs sont trop efficaces, ils tueront la proie. Si cela arrive, ils meurent de faim.

Si la proie dépasse les prédateurs (ou du moins s'échappe tout le temps), alors les prédateurs mourront de faim. Ensuite, ils se reproduisent jusqu'à ce qu'il y en ait tellement qu'ils mangent toute l'herbe / la végétation, puis ils meurent.

Bien que les deux se soient certainement produits dans l'histoire naturelle, ce qui est plus stable pour les prédateurs et les proies évolue en compétition les uns avec les autres de sorte que leurs populations ressemblent à un équilibre stable. Sinon, l'un des disparaîtrait tout simplement. Puis plus tard, par migration, un autre animal viendrait les remplacer.

D'une manière générale, les prédateurs seront toujours plus rapides que les proies à un certain niveau d'évolution biologique (ou technologique). Ceci, en effet, découle des observations évidentes:

1. Les herbivores consomment des aliments à faible densité énergétique. Cela signifie:

   a. Un pourcentage substantiel de leur temps est consacré à manger et à transformer des aliments.

   b. Des réserves substantielles de graisse et d'eau doivent être présentes dans le corps de l'herbivore pour qu'il puisse se nourrir du tout.

   Ces deux facteurs contribuent à la tendance des espèces herbivores à avoir des corps plus gros (pour accueillir les estomacs, les intestins, les grosses glandes salivaires et autres installations de traitement).

2. Activé d'autre part, les prédateurs dépendent d'aliments à haute densité énergétique. Ils n'ont pas besoin d'un système digestif complexe et peuvent ainsi évoluer de bien meilleurs rapports puissance musculaire / poids. Ils peuvent également se permettre d'être physiquement beaucoup plus petits que les herbivores. Essentiellement, c'est exactement la situation «voiture de sport» contre «camion de travail».
3. Sans surprise, l'analogie «voiture de sport» et «camion» fonctionne également dans l'autre sens: les grands herbivores adultes (éléphants, hippopotames etc) sont essentiellement à l'abri de tout prédateur existant, en raison de leur taille et de leur poids.

Le raisonnement ci-dessus s'applique à «l'état d'équilibre» évolutif, mais les espèces peuvent, bien sûr, changer leurs rôles dans l'écosystème dans les bonnes circonstances. Pandas est un bon exemple de carnivore devenu herbivore: on peut dire que toutes ses proies ont pu le «distancer». :-)