vignette|Dans la seconde édition de son publiée en 1845, Darwin décrit l'extrême diversité des becs des pinsons des Galápagos, reliée au régime alimentaire de ces oiseaux, et émet l'hypothèse qu'il s'agit de différentes variétés d'une même espèce de pinsons, une espèce souche venue du continent.
La diversité génétique désigne le degré de variétés des gènes au sein d'une même espèce, correspondant au nombre total de caractéristiques génétiques dans la constitution génétique de l'espèce (voire de la sous-espèce). Elle décrit le niveau de la diversité intraspécifique. Elle se distingue de la variabilité génétique, qui mesure la variation des caractéristiques génétiques d'un individu, d'une population, d'une métapopulation, d'une espèce ou d'un groupe d'espèces..
C'est un des aspects majeurs de la biodiversité, sur la planète, comme au sein des écosystèmes et des populations.
Une étude menée en 2007 par la américaine a révélé que la diversité génétique et la biodiversité sont fortement interdépendantes et que la diversité au sein d'une espèce est nécessaire pour maintenir la diversité des espèces, et vice-versa. Autrement dit : la richesse génétique des espèces n'est pas nécessairement la plus élevée dans les milieux abritant le plus grand nombre d'espèces. Le Richard Lankau, l'un des auteurs de l'étude estime que Présentation publiée : 2007-09-26 d'une étude sur les liens entre perte de diversité génétique et perte de biodiversité ; Richard A. Lankau et Sharon Y. Strauss, Mutual feedbacks maintain both genetic and species diversity in a plant community, publié 2007-09-14 dans le journal Science ;Vol. 317 no. 5844 . DOI: 10.1126/science.1147455 (Résumé). L'appauvrissement de la diversité génétique - tout comme la perte d'espèces, conduit à une perte générale de diversité biologique et à une plus grande vulnérabilité (moindre résilience écologique) des écosystèmes.
Des études européennes des plantes d'altitude (> ) des massifs alpins et des Carpates a confirmé que les milieux de grande richesse génétique des espèces ne sont pas toujours ceux où l'on décompte le plus d'espèces, ce qui devrait être mieux pris en compte dans les stratégies de protection de la biodiversitéTaberlet P & al., , IntraBioDiv Consortium (2012) Genetic diversity in widespread species is not congruent with species richness in alpine plant communities. Ecology Letters, 15, 25 septembre 2012..
Mesurer le degré d'interdépendance entre la diversité génétique et la diversité biologique est délicat notamment chez les plantes ou chez certains microorganismes ou animaux primitifs capables de naturellement se clonerHans Jacquemyn, Rein Brys, Olivier Honnay, Martin Hermy, Isabel Roldán-Ruiz, Paris quadrifolia (Trilliaceae) Oecologia, Vol. 147, No. 3. (2006), . (Résumé et étude, en anglais), mais ce travail commence à être fait, par exemple au sein d'espèces prairialesFine-scale community and genetic structure are tightly linked in species-rich grasslands Phil Trans R Soc B 12 May 2011: 1346-1357 (Résumé).
La diversité génétique est celle des espèces sauvages, mais aussi celle des espèces cultivées (végétaux, champignons, levures) ou élevées (animaux) par les humains, et elle est également en forte régression, question qui préoccupe de nombreux prospectivistes et chercheursPaquet D (2014) Agriculture : la diversité génétique des plantes cultivées serait-elle menacée ? Actu-Environnement ; publié 2014-10-01Mission Économie de la biodiversité de la CDC Biodiversité (2014) Lettre Numéro 4 n° septembre 2014 (PDF, 20 pages).
Corpus théoriques L'étude de la diversité génétique s'inscrit dans le champ académique de l'écologie et plus particulièrement de la génétique des populations, lequel comprend plusieurs hypothèses et théories concernant la diversité génétique et l'importance des mutations ponctuelles du génome individuel, dont (de manière simplificatrice) : la théorie neutraliste de l'évolution, émise par Motoo Kimura, à partir de la fin des années 1960, postule que le niveau de l'évolution moléculaire explique l'évolution, par des successions de mutations retenues notamment produites par une dérive aléatoire, proposant que la diversité spécifique soit en grande partie le résultat de l'accumulation de substitutions « neutres » ne changeant pas l'adaptabilité de l'organisme à son milieu de vie ; la sélection négative ; elle passe par l’élimination des allèles délétères ou défavorables (désadaptation) aux individus qui les portent (via la mortalité à la naissance, prénatale, ou post-natale, et via une prédation accrue...) ; la sélection par la diversification; elle postule notamment que deux sous-populations d'une espèce vivant dans des environnements différents peuvent développer différents allèles à un locus particulier. Cela peut se produire, par exemple, si une espèce a une large gamme par rapport à la mobilité des individus en son sein ; la sélection fréquence-dépendantePage CNRS sur les recherches sur la sélection naturelle, consultée 2011-08-04 () est le terme donné à un processus évolutif où l'aptitude d'un phénotype à persister dans le temps dépend de sa fréquence par rapport à d'autres phénotypes dans une population donnée. On parle de sélection fréquence-dépendante positive quand l'avantage sélectif est liée à une fréquence accrue et de sélection fréquence-dépendante négative quand l'avantage sélectif dépend de la rareté de l'allèle (du phénotype) au sein d'une population. Ce type d'interactions joue un rôle important dans les équilibres prédateurs-proies, le parasitisme, certaines symbioses ou la concurrence inter-individus ou entre les génotypes au sein des espèces (généralement compétitifs ou plus symbiotiques). Ce type de sélection conduit à des équilibres complexes, polymorphes qui résultent d'interactions entre les génotypes au sein d'une même espèce, de la même manière qu'au sein de systèmes multi-espèces où les équilibres nécessitent des interactions entre espèces en compétition (par exemple, où les paramètres des équations de la compétition dites Équations de Lotka-Volterra sont non nuls) ou en symbioses ; la sélection disruptive ; le cas particulier des espèces invasives ; à la suite de l'introduction (volontaire ou accidentelle) hors de leur milieu d'origine dans un habitat qui leur convient, elles peuvent rapidement se développer, sans prédateurs ou compétiteurs adaptés à leurs stratégies de colonisation du milieu ; etc.
Remise en question du « tout ADN » Les résultats récents montrent que la transcription de l'ADN par l'ARN polymérase n’est pas fidèle, ce qui constitue un nouveau « niveau » de diversité génétique. À titre d’exemple, une étude sur les lymphocyte B estime le taux d'erreur à plus d'une par transcritBrève d’Actualité Pour la science, , juillet 2011, page 7 (d’après M. Li et al., Science, Article mis en ligne le 19 mai 2011).
Diversité phénotypique C'est une diversité génétique qui se traduit aussi par une variété de phénotypes ; comme des couleurs de la peau humaine, très variées chez les humains.
Le taux de diversification C'est un paramètre essentiel des études macroécologique et macroévolutive à moyen et long terme. Il varie au sein des clades et selon les régions, pour des raisons souvent encore mal comprises.
Dans le domaine de la biologie évolutive, DL Rabosky a en 2009 attiré l'attention sur le risques de biais d'interprétation de la part de ceux qui postulent que la diversité augmenterait sans limite dans le temps, comme le font souvent les études de phylogénétique moléculaire. La diversité des clades est souvent régulée par des limites écologiques (facteurs écologiques), notamment chez les taxons supérieurs rappelle Rabosky ; la diversité spécifique (richesse en espèces) peut donc être indépendante de l'âge du clade. On ne peut donc déduire de l'âge du clade une vitesse à laquelle la diversification se ferait. Selon lui, on peut estimer la diversification totale subie par un clade mais non le taux de diversification lui-même. La bonne compréhension et évaluation des limites écologiques a une grande importance pour diverses questions écologiques et de biologie évolutive qui s'appuient aujourd’hui sur des inférences sur la spéciation et les taux d'extinction à partir de données phylogénétiquesRabosky DL. (2009), ; Ecol Lett. Aug;12(8):735-43. Epub 2009-06-22. (résumé).
Utilité La diversité génétique est l'un des moyens pour les populations d'organismes vivants de s'adapter à des environnements changeants. Avec plus de variations, la probabilité que certains individus au sein d'une population possèdent des variations d'allèles plus adaptées à l'environnement augmente. Ces individus sont plus susceptibles de survivre et produire une progéniture porteuse de cet allèle favorisantNational Biological Information Infrastructure". Introduction to Genetic Diversity. U.S. Geological Survey. Retrieved 3/1/2011., que ce soit dans des systèmes symbiotiques, ou en évoluant de manière parallèle dans des niches écologiques différentes ou identiques (en concurrence dans ce dernier cas) ou dans des systèmes de type prédateur-proie. La variation génétique s'exprime par les fréquences relatives de ces différents allèles.
C'est un des indicateurs génétiques utilisés par les biologistes et les écologues, mais qui ne doit pas être utilisé seul. En matière de biologie des populations, la « qualité génétique » importe autant que la variabilité et la diversité génétiquesBernard Godelle et al., Système génétique, polymorphisme neutre et sélectionné : implications en biologie de la conservation ; Genet. sel. Evol. 30 (Suppl. 1) (1998) S15-S28, Inra/Elsevier, paris.
Mesure de la diversité génétique Plusieurs façons de mesurer la diversité génétique existante.
Facteurs augmentant la diversité génétique Cette variabilité génétique est fixée par les facteurs de l'évolution : les phénomènes de recombinaison génétique ; les mutations génétiques ; une sélection naturelle diversifiante, due à des conditions de vie variées (comme la sélection artificielle du chou commun, ou à celle du chien) ; et pour la génétique des populations la migration et la dérive génétique due à l'effectif de la population.
En génétique des populations Cette diversité est d'autant plus grande que : Le nombre d'allèles par gène est grand (c'est le polymorphisme) ; Les fréquences de chaque allèle sont proches, c'est-à-dire qu'il n'y a pas d'allèle fortement majoritaire ; Les fréquences des individus hétérozygotes et homozygotes sont équilibrées (voir équilibre de Hardy-Weinberg).
Où se trouve la diversité génétique Quantitativement parlant, elle est surtout importante dans le monde microbien, et peut être plus encore chez les virus, en termes de complexité. Globalement, les arbres sont ceux qui possèdent les génomes les plus grands. Les animaux ont des génomes moins grands, mais complexes. Certains microbes ou virus (les virus géants par exemple) ont aussi révélé des génomes qui sont - à leur échelle - bien plus grands et plus complexes que ce que l'on pensait possible à la fin du .
Une diversité métagénomique fonctionnelle est aussi à prendre en compte car chez de nombreuses espèces qui ont coévolué depuis longtemps (dont les parasites et leurs hôtes) ou qui sont devenues symbiotes, les génomes de ces espèces et de leurs hôtes interagissent.
En termes d'espèces la diversité terrestre est plus élevée dans la ceinture intertropicale, mais en termes de diversité génétique intraspécifique, une richesse importante existe dans certaines populations monospécifiques anciennes et contraintes par des climats difficiles (ex. : les résineux constituant la taïga).
Facteurs diminuant la diversité génétique