[PDF] Parenté entre les êtres vivants et Evolution Introduction

Origine commune des êtres vivants

être vivant théorique, unicellulaire, qui serait à I'origine de tous les êtres vivants actuels de notre planète et qui serait apparu il y a environ 3,5 milliards d'années, Ce n'est pas le premier être vivant, mais c'est l'ancêtre de toutes les formes de vie actuelles et fossiles sur Terre Cest pourquoi il devait posséder certaines

Activité / Origine commune des êtres vivants Lobservation

Activité / Origine commune des êtres vivants L'observation du monde vivant à différentes échelles fait apparaître une extrême diversité Mais l'étude de certains caractères présents chez tous les êtres vivants révèle une grande unité

Thème 4 : Evolution

I) Une origine commune des êtres vivants Quelques fausses idées : L'Homme actuel ne descend pas des Chimpanzés Ce sont deux espèces distinctes provenant de deux branches divergentes Les Australopithèques ne se sont pas lentement transformés en Homo sapiens On dit que

CHAPITRE 4 Evolution et parenté entre les espèces I Parenté

ACTIVITÉ 11 : Une origine commune à tous les êtres vivants Voici le plan d’organisation des membres de 4 tétrapodes 1 Colorier avec le même code couleur les os du bras, de l’avant-bras et de la main des 4 vertébrés

CHAPITRE I L’EVOLUTION DES ESPECES

Introduction (rappels) • Les êtres vivants sont tous composés de cellules, un argument en faveur de l’origine commune des espèces • Depuis l’apparition de la vie (La Terre s’est formée il y a 4,6 milliards d’années, mais

Lunicité et la diversité des êtres vivants

structure cellulaire commune à tous les êtres vivants et l'universalité de la molécule d'ADN ne peuvent résulter du simple hasard La cellule, unité du vivant, et l'universalité de l'ADN, support de l'information génétique chez tous les êtres vivants, indiquent sans ambiguïté une origine commune à tous les êtres vivants

Parenté entre êtres vivants actuels et fossiles Phylogenèse

Enseignement Obligatoire de TermS - Dossier 3 : Parenté entre êtres vivants actuels et fossiles, Phylogenèse et Evolution humaine - 6 Doc 4 : L’évolution est la seule théorie scientifique qui permettent d’expliquer l’origine commune des êtres vivants et leur filiation D’après Comprendre et enseigner la Planète Terre, éditions

Parenté entre les êtres vivants et Evolution Introduction

PB : Le partage de ces propriétés traduit l'origine commune de tous les êtres vivants, mais comment expliquer la diversité du monde vivant au sein de ce cadre d’unité ? La diversité du monde vivant résulte de l'évolution:Ensemble des mécanismes responsables de la modification des organismes au cours des générations des êtres vivants

Chapitre 2 : La dynamique et lévolution du monde vivant

Voir TP n°4 : Une origine commune à tous les êtres vivants (+ voir livre page 200) Pour classer les êtres vivants, il faut repérer les différents attributs qu’ils possèdent On appelle groupe un ensemble d’espèces qui partagent un même attribut Les différents groupes peuvent s’emboîter et constituent la classification

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Parenté entre les êtres vivants et Evolution

Introduction

- Quelques rappels de seconde: (pages 18/19)

Le monde vivant est constitué des : procaryotes (bactéries)+ eucaryotes (animaux + végétaux +

champignons) ; (mais les virus, parasites cellulaires obligatoires sont classés " à la limite du vivant »)

Tous les êtres vivants ont des caractéristiques communes - Ils sont composés de cellules (http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/doscel/accueil2.htm) (=unité structurale et fonctionnelle du vivant), - Leur information génétique (http://www.inra.fr/genomique/ogmbd/infogenetique.htm) est constituée d'ADN (Acide Désoxyribo Nucléique),

- Les mécanismes assurant le maintient du caryotype et des caractères d'une génération à la

suivante au sein d'une même espèce sont les mêmes. Réplication (http://bcs.whfreeman.com/mga2e/pages/bcs- main.asp?s=37&n=003&i=75.3&v=chapter&o=&ns=0&t=&uid=0&rau=0)de l'ADN, mitose (http://genet.univ-tours.fr/gen000100_fichiers/mitose.HTM) expression des gènes grâce à l'universalité du code génétique PB : Le partage de ces propriétés traduit l'origine commune de tous les êtres vivants, mais comment expliquer la diversité du monde vivant au sein de ce cadre d'unité La diversité du monde vivant résulte de l'évolution :Ensemble des mécanismes responsables de la modification des organismes au cours des générations des êtres vivants.

I/Les liens de parenté au sein d'un groupe

: les Vertébrés Espèce = ensemble d'individus partageant des caractères communs, interféconds et engendrant des individus eux-mêmes féconds.

Il peut exister des hybridations, entre espèces (proches) différentes (âne-cheval, lion-tigre...) Mais les

individus issus de ces reproductions sont stériles. Nous allons nous intéresser aux liens de parenté des animaux appartenant à un groupe :

les Vertébrés : = eucaryote, animaux possédant un squelette interne qui regroupe les poissons,

les batraciens, les reptiles, les oiseaux, les mammifères (classification classique). PB : Au sein des Vertébrés, qu'elles sont les relations de parenté ? Pb1

: Quels sont les critères pour établir des relations de parentés entre les Vertébrés ?

1. Seule l'étude des caractères homologues permet des comparaisons constructives.

a) Les caractères utilisés. Caractère = élément observable d'un organisme aux différentes échelles du vivant.

Morphologiques

(organisations externe, forme, aspect...) Exp. : attribut de la peau poils, plumes, écailles, peau nue.

Anatomiques (organisation

interne) Exp. : forme des membres, position respective des os, des organes.

Constitution de certains

tissus, possession de cellules spécifiques.

Etude de molécules

fonctionnelles : proteines. Exp. : Enzymes, hormones hémoglobines... NB : On étudie Soit la séquence de la protéine acides aminés.

Soit la séquence de l'ADN du

gène codant cette protéine nucléotides

Embryologiques

(Déroulement du développement embryonnaire) b) Seuls les caractères homologues peuvent être utilisés. (page 20)

Bilan Activité 1 :

Caractères macroscopiques.

Le membre antérieur des vertébrés présente une organisation similaire

- 3 segments osseux articulés (bras, avant-bras, main), constitués de la même manière (1 os :

humérus, 2 os : radius, cubitus, 5 rayons osseux avec carpe, métacarpe, phalanges). - Il est rattaché au squelette par la ceinture scapulaire ("

épaules).

- Il se met en place selon les mêmes modalités au cours du développement embryonnaire. NB : Les différences qui peuvent être notées proviennent d'une adaptation au mode de vie et de locomotion.

Ces organes sont HOMOLOGUES.

(Homo = " même ») Un caractère est dit homologue chez deux espèces si ce caractère présente - Plan d'organisation similaire - Une même position dans le plan d'organisation général de l'organisme, - Une même origine embryologique.

L'observation de cette identité suggère que ce caractère est hérité d'un ancêtre commun chez

qui ce caractère est apparu. Par contre une même fonction n'est pas toujours synonyme d'homologie. On parle

d'analogie lorsque les caractères assurent des fonctions similaires mais ne sont pas hérités d'un

ancêtre commun : l'aile de la libellule permet le vol mais sa constitution, sa position dans l'organisme et son origine embryologique ne correspond pas du tout à celle des vertébrés.

Caractères moléculaires. (Page 24).

On étudie les séquences de molécules ADN ou Protéines présentes chez plusieurs

espèces différentes, présentant la même structure et remplissant la même fonction. L'identité

dans les séquences étudiées ne peut être le fruit du hasard. Ces molécules HOMOLOGUES proviennent d'une molécule ancestrale présente chez un ancêtre commun et qui a subi, dans le temps, des mutations qui ont modifiées les séquences.

Notion de molécules homologues

Pour pouvoir dégager la notion de molécules homologues, il faut disposer de séquences alignées. Exemple: séquences protéiques alignées de myoglobine de quelques Vertébrés (seuls les débuts des séquences de ces molécules sont représentés ici) Conclusion après analyse: le constat des nombreuses similitudes dans les séquences de ces molécules permet de dire qu'elles doivent avoir une origine commune; on parle alors de molécules homologues. On peut donc en déduire que les organismes qui possèdent ces

molécules ont également une origine commune (leur ancêtre commun possédait la molécule à

l'origine de toutes celles qui sont observées ici).

Caractères embryologiques. (Page 22/23)

Les embryons de

vertébrés présentent, lors des premiers stades de développement, une grande ressemblance.

Cette observation est

favorable à l'idée de l'existence de lien de parenté entre les différentes espèces

étudiées.

Au sein même du groupe des vertébrés, on peut établir des " sous groupes

» qui

partagent un caractère que ne possèdent pas tous les vertébrés : l'amnios. (On pourra réaliser cette comparaison sur phylogène en choisissant les caractères ayant trait au développement embryonnaire) : annexes embryonnaires de 4 vertébrés

Amnios = enveloppe embryonnaire délimitant une cavité (= la cavité amniotique), contenant un

liquide (=le liquide amniotique), nécessaire au développement de l'embryon. Amniotes = vertébrés possédant un amnios, l'embryon se développe alors de façon indépendante du milieu aquatique, en milieu terrestre, grâce à " l'invention

» de la cavité

amniotique, véritable petit " aquarium » transportable tout d'abord dans un oeuf à coquille = Reptiles, Oiseaux, puis dans l'organisme lui-même = Mammifères. L'étude du développement embryonnaire permet de retrouver, à l'âge adulte des homologies qui restent indiscernables par l'étude des autres caractères.

c) L'étude de l'état des caractères permet d'évaluer leur évolution. (Activité2/ page 21)

- Caractère = élément observable d'un organisme. Ex : couleur des yeux

- Pour un caractère, on peut souvent définir plusieurs états de caractère. Ex : yeux bleus, marrons,

verts, noirs : 4 états de caractère différents.

Etat ancestral ou primitif d'un

caractère

Etat dérivé d'un caractère

7

Innovation

évolutive.

Cela traduit le fait que les caractères évoluent, se transforment au cours du temps.

Attention : " ancestral » ici veut dire ancien= primitif mais pas porté par l'ancêtre commun.

Cf doc 2 :

- Il peut exister plusieurs états dérivés différents pour un même caractère primitif : ex.

l'évolution du caractère membre antérieur à 5 doigts peut donner une aile d'oiseau ou de chauve souris.

- La notion de caractère dérivé est relative : la patte à 5 doigts est considérée comme

primitive par rapport aux ailes, mais dérivé par rapport à la nageoire.

- Des caractères Primitifs et dérivés peuvent cohabiter chez les espèces actuelles : l'Homme

possède une patte à 5 doigts (-) mais un oeuf sans réserve (+)

Seul le partage d'états dérivés des caractères témoigne d'une étroite parenté, pas le partage

d'un état primitif.

2. L'analyse des caractères homologues permet de construire des arbres phylogénétiques.

a) Le partage des caractères dérivés témoigne d'un ancêtre commun.(Activité 3, pages

26/27)

Phylogénie : relations de parenté évolutive entre les êtres vivants. Arbre phylogénétique : représente la parenté entre les êtres vivants.

Phylogenèse : reconstitution de l'histoire évolutive des lignées à partir des liens de parenté.

La phylogénie permet de trouver parmi un ensemble d'espèce le groupe-frère (=la ou les

espèces les plus apparentées) à une espèce donnée. Elle ne permet de trouver les ancêtres

communs à plusieurs espèces.

Principe : Les êtres sont d'autant plus apparentés que leur dernier ancêtre commun est proche

dans l'histoire de la vie, qu'ils partagent plus de carctères à l'état dérivé. Noeud : représente l'ancêtre commun le plus récent des branches qui en découlent.

Extrémité des branches : Les espèces vivantes actuelles ou fossiles, jamais représentées sur une

branche ou un noeud. Branches: liens évolutifs entre l'ancêtre commun et les espèces actuelles ou fossiles

Exercice guidé, en cours

= dérivé (1).

Otarie

1234567

Crocodile

Poule

Lézard

Ancêtre exclusif

Croco/Poule

Ancêtre exclusif

Croco/pou/lez

Ancêtre exclusif

1234567

Signification de cet arbre. :

- La poule et le crocodile sont les 2 espèces qui partagent le plus de caractères dérivés : ils

possèdent tous 2, 2fosses temporales et une fenêtre mandibulaire : ce sont les 2 espèces ayant

la parenté la plus étroite, dérivant d'un ancêtre commun exclusif récent (hypothétique)

qui possédait lui-même ces 2 caractères, apparus antérieurement. Les autres caractères dérivés présents chez la poule sont apparus par la suite, par innovation, et ont permis la différenciation de cette espèce.

- Le groupe (poule/crocodile) partage avec le lézard 1 caractère dérivé : la présence de deux

fosses temporales. Donc, l'ancêtre commun de ce groupe possède un ancêtre commun exclusif plus ancien avec le lézard. Cet ancêtre hypothètique possédait ce caractère

dérivé, apparu antérieurement. L'apparition de la fenêtre mandibulaire s'est réalisée

postérieurement.

- Le groupe (poule/crocodile/lézard) ne partage aucun caractère dérivé avec l'otarie, leur

ancêtre commun est donc très ancien.

Correction exercice 1 dans la rubrique "

correction

On veut préciser les parentés établies précédemment (crocodile, poule) avec des animaux fossiles.

b) Les fossiles nous aident à préciser, dans le temps, l'apparition des caractères dérivés.

(Page 28) On cherche à retrouver la phylogénie d'un animal fossile :l'archéoptéryx, par rapport à des groupes actuels et fossiles

On précise

Archéopteryx

1Fosse temporale1111

2Fenêtre mandibulaire1111

3Doigts d'appui du pied0111

4Plumes0011

5Queue0001

6Dents

0 00 1

7Bréchet

0 00 1

8Fourchette (clavicules soudées)

0 01 1

Ainsi, connaissant la datation d'un fossile, on peut évaluer, s'il le possède, la date (relative)

d'apparition d'une innovation. Les informations apportées par les fosiles permettent de préciser les liens de parenté. ICI : un nouveau dinosaure à plumes plus ancien que l'archéoptéryx : http://www.futura-

Remarques

- Les ancêtres communs représentés sur les arbres phylogénétiques sont hypothétiques,

définis par l'ensemble des caractères dérivés partagés par des espèces qui leur sont

postérieures ; ils ne correspondent pas à des espèces fossiles précises.

- Une espèce fossile ne peut être considérée comme la forme ancestrale à partir de laquelle

se sont différenciées les espèces postérieures. Le fossile est une lignée évolutive éteinte

exp : archéoptéryx.

- L'expression " fossile vivant " est à exclure. Il s'agit d'espèces inchangées au cours des

temps géologiques.

3. Utilisation des données moléculaires. (Activité 4, pages 24/25)

Les techniques récentes de séquençage permettent d'établir la séquence d'acides

aminés de protéines ou celle de nucléotides d'acides nucléiques (ADN ou ARN): il est donc

possible de comparer très précisément une molécule assurant une même fonction chez différentes espèces. On constate alors une grande similitude, qui ne peut être due au hasard, entre leurs

séquences. On les qualifie ainsi de molécules homologues, c'est-à-dire qu'elles ont été héritées

d'un ancêtre commun. Les différences qui apparaissent résultent de mutations survenues chez un ancêtre et qui ont été transmises à ses descendants. La possession de gènes communs (= protéines communes) permet de proposer des relations de parenté.

Méthode :

Comparaison de 2 séquences nucléotidiques (ou peptidiques) : on compte le nombre de nucléotides (acides aminés) différents entre les 2 séquences. On admet que la vitesse d'évolution des molécules (=horloge moléculaire) est identique pour toutes les lignées. Donc le nombre de différences observées entre 2 séquences est proportionnel au temps écoulé depuis que ses 2 espèces se sont séparées. Donc le degré de similitude renseigne sur le degré de parenté. On construira ainsi un arbre phylogénétique. Les molécules (ADN ou peptide / protéines) Poule

Crocodile

archéoptéryx

Dinosaure

Disparition

des dents❻ et de la queue❺ et apparition du brechet ❼

Apparition

des plumes ❹ de la fourchette ❽

Réduction du

nombre de doigts en appui ❸

Apparition fosse

fenêtre mandibulaire❷ hérités d'un ancêtre commun sont dites homologues. Exemple de matrice des différences pour les molécules considérées précédemment (la

matrice présentée ici a été établie à partir de l'alignement des molécules entières de myoglobine)

: (on préférera raisonner sur des % d'identités) Attention : On ne parle pas d'état primitif ou d'état dérivé, ici.

Résultat

- Le minimum de différence (= maximum de similitudes) = entre Homme et chimpanzé = 1. Cela signifie que les séquences de la myoglobine de ces 2 espèces sont très proches,

l'ancêtre commun dont elles l'ont hérité est récent (peu de temps s'est écoulé entre l'apparition

de cet ancêtre et l'apparition de ces espèces) - Puis 21, 20 (20,5 en moyenne) différences entre le groupe et le

Dauphin.

Cela signifie que l'ancêtre commun de l'Homme et du chimpanzé possède un ancêtre commun récent avec le dauphin. - Etc.... On peut ainsi construire un arbre phylogénétique. NB : Ne pas tenir compte des chiffres notés sur les branches de l'arbre.

4. Un résultat : La Classification phylogénétique des Vertébrés

: Classification phylogénétique des Vertébrés (voir livre p 27 doc 2 et page 28 doc1)

Arbre très simplifié

Un groupe monophylétique comprend toutes les espèces issues d'un ancêtre possédant

l'état du dérivé caractère (y compris cet ancêtre). Les Vertébrés sont un groupe

monophylétiques. Les reptiles dans la classification classique des Vertébrés ne sont pas monophylétiques. Les oiseaux feraient partie des reptiles.

Plus complexe

: obtenu par phylogéne

Les vertébrés regroupent les

animaux présentant un squelette interne organisé autour d'une colonne vertébrale.

Les gnatostomes sont les

vertébrés munis d'une mâchoire, par opposition aux agnates (5). Ils sont constitués des ostéichtyens (squelette osseux) et des chondrichtyens (squelette cartilagineux).

Parmi les ostéichtyens, on

distingue les actinoptérygiens (6)(nageoire rayonnée et pièces basales nombreuses) et les sarcoptérygiens (pièce basale unique).

On y différencie les tétrapodes

(4 membres locomoteurs) et des poissons à nageoires charnues.

Les tétrapodes regroupent les

amniotes (embryon se développant dans une cavité amniotique)et amphibiens.

Les amniotes comprennent les

sauropsidés (fenêtre mandibulaire et antéorbitaire) et mammifères (allaitement des jeunes)

Les sauropsidés réunissent les chéloniens (anapsides = sans fosses temporales )(1)(tortues) et les diapsides (2 fosses

temporales) qui regroupent les lépidosauriens (9)(lézards et serpents) et les archosauriens =crocodiliens +

dinosaures et oiseaux (7).

Les mammifères (synapsides) réunissent les monotrèmes (ponte d'oeufs et petits allaités) et les placentaires (10)

Conclusion :

Cette méthode est une méthode approchée de celles des chercheurs : méthode très exigeante.

Elle aboutit à la Classification Phylogénétique du Vivant. Il reste des indéterminations, et quelquefois plusieurs hypothèses possibles en fonction des

caractères étudiés et des méthodes utilisées. On privilégie les hypothèses les plus simples et les

plus plausibles.

Ces classifications évoluent en fonction des découvertes réalisées , elles différent souvent de la

classification classique héritée de Linné Cette nouvelle approche de la classification du vivant a bouleversé notre vision du monde vivant qui nous entoure dans de notre propre position. arbre » simplifié du vivant et ....plus complexe : PB : Quelle est la place de l'Homme dans cette classification?quotesdbs_dbs48.pdfusesText_48