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PLACE DE l'HOMME DANS L'EVOLUTION (1°ES) Objectif du thème Montrer que la parenté entre les êtres vivants est le fruit d’une longue histoire jalonnée d’innovations génétiques, issues de restructurations des génomes. Parmi ces innovations , certaines ont conduit à l’émergence des Homininés au sein desquels se placent l’homme dont on soulignera les spécificités culturelles. Les acquis Cycle central L'histoire de la vie est marquée par la succession et le renouvellement des espèces et des groupes. Les espèces se sont formées les unes à partir des autres : c'est l'évolution. Tous les êtres vivants ont une origine commune L’existence de ressemblances entre les espèces apparues successivement suggèrent leur parenté. Une espèce nouvelle présente une organisation commune et des caractères nouveaux par rapport à une espèce antérieure dont elle serait issue. L’existence d’intermédiaires conforte l’idée d’un lien entre les groupes. Un arbre d’évolution récapitule les filiations supposées entre les espèces et groupes et avec un hypothétique ancêtre commun. Seconde Les animaux présentent des similitudes anatomiques qui se traduisent par un plan d'organisation commun : axes de polarité (antéro-postérieur, dorso-ventral, droite-gauche), disposition des principaux organes par rapport à ces axes. Les activités fondamentales des cellules telles que le métabolisme et la division sont sous le contrôle d'un programme génétique Le matériel génétique est contenu dans un ou des chromosomes. Chaque chromosome contient une molécule d'ADN qui porte de nombreux gènes. L'ADN est formé de deux chaînes complémentaires de nucléotides (A, T, C, G). La séquence des nucléotides au sein d'un gène constitue un message. Les similitudes aux différents niveaux d'organisation : cellule, molécule d'ADN, et organisme conduisent à la notion d'origine commune des espèces 1. A la recherche des relations de parentés et de l’ancêtre commun le plus récent de l’homme semaine 1 et 2 Homme : une seule espèce (6 milliards d'individus) présentant des caractères morphologiques, anatomiques, embryologiques, et génétiques identiques, capables de se reproduire entre eux et de donner un individu fertile Activité Rappel des acquis Problèmes - Quelles sont les relations de parenté de l’homme avec les autres EV ? Avec quel autre groupe actuel l’homme partage-t-il le plus récent ancêtre commun ? Stratégies de résolution - Recherche des principaux caractères partagés par l’homme avec d’autres groupes Etablir une filiation en comparant les caractères entre les espèces 1.1. L’homme au sein du monde vivant Activité L’homme est un eucaryote, un vertébré, un amniote, un mammifère. Les plus anciens fossiles connus : Eucaryotes : -1200 MA Vertébrés : -500 MA Amniotes : -340 MA Mammifères : -220 MA Recherche de la place de l’homme au sein du monde vivant : classer l’homme jusqu’à la classe, par comparaison avec d’autres êtres vivants. Compléter un tableau de classification. Supports Squelettes Homme et autres vertébrés, Ecorché Diapositives de cellules Planches issues de « la classification phylogénétique du vivant, Lecointre, Le Guyader, Ed Belin 2001 » (P 56 et 57 Eucaryotes , P 336 Vertébrés , P 366 et 367 Amniotes , P 368 et 369 Mammifères) 1.2. Les relations de parenté de l’homme au sein des vertébrés Par la prise en compte des caractères homologues et de l’état ancestral ou dérivé de ces caractères, on peut construire des relations de parenté entre les êtres vivants. Les relations de parenté contribuent à construire des arbres phylogénétiques. Les ancêtres communs représentés sur les arbres sont hypothétiques, définis par l’ensemble des caractères dérivés partagés par les espèces qui leur sont postérieures, ils ne correspondent pas à des espèces fossiles précises. Activité Recherche des relations de parenté de l’homme au sein des vertébrés : Utiliser les données morphologiques et anatomiques pour préciser les relations de parenté entre les vertébrés Retrouver l’arbre phylogénétique le plus probable parmi ceux qui sont proposés Supports Squelettes Homme et autres vertébrés, écorché, téguments et phanères Logiciel Phylogène (à télécharger : www.inrp.fr/Acces/biotic/evolut/phylogène) 1.3. Les relations de parenté de l’homme au sein des Mammifères semaine 2 1.3.1. les arguments morphologiques et anatomiques L’homme est comme les singes et les lémuriens un primate : yeux frontaux, pouce opposable, ongles plats. L’homme est un Hominoïde comme les gibbons, les orangs-outans, les Gorilles et les Chimpanzés. L’homme est un Homininé comme les Chimpanzés. Les plus anciens fossiles connus : Primates : -65 MA Hominoïdes : -23 MA Homininés : -4 MA Activité Recherche des relations de parenté au sein des Mammifères : établir la phylogénie de l’homme en utilisant l’état ancestral ou dérivé des caractères homologues. Compléter le tableau de classification. Supports Visite au Muséum d’histoire naturelle Planches issues de « la classification phylogénétique du vivant » : P 419 à 421 Primates, P 484 Hominoïdes, P 490 Homininés 1.3.2. les arguments moléculaires Les données moléculaires = molécules homologues confortent l’idée que c’est avec le Chimpanzé que l’Homme partage l’ancêtre commun le plus récent. Activité Recherche des relations de parenté de l’homme au sein des Hominoïdes Objectif :préciser la phylogénie de l’homme au sein des Hominoïdes à partir des données moléculaires Supports Documents et Logiciel Phylogène 1.3.3. les arguments comportementaux semaine 3 Parmi ces caractères figurent un répertoire locomoteur incluant une certaine forme de bipédie et l’usage d’outils. Activité (sur documents video) Chaque espèce est issue d’une longue suite de générations au cours de laquelle les caractères qui la définissent sont apparus à différentes périodes dans l’histoire de la Terre. Ainsi, l’homme est un Eucaryote, un vertébré, un amniote, un mammifère, un primate, un hominoïde et un homininé. Activité Comparaison des comportements entre les Chimpanzés et l’Homme : réaliser un tableau de comparaison en utilisant les données du film et les connaissances sur l’espèce humaine. Un arbre phylogénétique récapitule les relations de parenté. Compléter l’arbre phylogénétique et le tableau de classification 2. A la recherche de la lignée humaine et de l’émergence du genre Homo Problème Comment à partir de l’ancêtre commun Homme Chimpanzé est apparue l’homme moderne : l’Homo sapiens ? Stratégie Rechercher les caractères spécifiquement humains, en comparant les hommes actuels aux Chimpanzés et aux Gorilles Rechercher les repères chronologiques d’apparition de l’ancêtre commun Homme Chimpanzé, du genre Homo et de l’espèce Homo sapiens à partir des fossiles de la lignée humaine. L’homme et le Chimpanzé ont un ancêtre commun Cet ancêtre commun n’est ni un homme ni un chimpanzé. Il devait posséder des caractères appartenant à la fois à l’homme et au chimpanzé. L’homme actuel appartient au genre Homo et à l’espèce Homo sapiens, il est issu de l’évolution d'un ancêtre commun Homme Chimpanzé Activité Le dernier ancêtre commun à l’homme et aux grands singes africains : Etablir le portrait robot du dernier ancêtre commun Réfuter l’idée d’ancêtre descendant Supports Les données du chapitre précédent 2.1. Les caractères spécifiquement humains semaine 4 Diverses caractéristiques morpho-anatomiques : Volume et morphologie crânienne *augmentation importante de la capacité crânienne *voute crânienne plus haute et plus globuleuse *apparition d’un front et d’un menton *disparition du prognathisme et des bourrelets sus orbitaires Bipédie permanente due à des modifications du squelette : - 4 courbures de la colonne vertébrale au lieu d’une. - position centrée du trou occipital - forme du bassin large et court - pouce du membre postérieur non opposable et acquisitions comportementales : - Fabrication d’outils - Vie sociale et culturelle distinguent l’homme du Chimpanzé. Ces caractéristiques contribuent à définir le genre Homo. Activité Comparaison des squelettes Homme, Chimpanzé, Gorille : établir un tableau des différences morpho-anatomiques entre l’Homme, le Gorille et le Chimpanzé afin d’en extraire les caractères du squelette spécifiquement humains. Supports Muséum d’histoire naturelle : squelette de l’Homme et du Gorille Logiciel la lignée humaine (à télécharger : ftp://ftp.actoulouse.fr/pub/svt/tpbio/l_humaine.exe) 2.2. De l’ancêtre commun à l’espèce Homo sapiens semaine 5 La divergence de la lignée des Chimpanzés et de la lignée humaine est située il y a 7 à 10 millions d’années. Les formes fossiles qui présentent : une amorce du développement du cerveau, une réduction de l’appareil masticateur et de la face une bipédie comparable à la notre la fabrication d’outils sont classées dans le genre Homo l’apparition du genre Homo est datée de –2,5 MA L’apparition de l’homme moderne : l’Homo sapiens est tardive dans l’histoire de la vie : -100 000ans La découverte de traces d’activité et de restes fossiles fait remonter de plus en plus dans le temps l’apparition du genre Homo. L’existence d’espèces différentes à une même époque indique que la lignée humaine présente des ramifications : on dit quelle est buissonnante. Activité La lignée humaine : Rechercher parmi les formes fossiles les espèces appartenant au genre Homo afin d’établir des repères chronologiques d’apparition du genre Homo et de l’espèce d’Homo sapiens. Montrer que ce repérage est relatif. Montrer le caractère buissonnant de la lignée humaine Supports Articles scientifiques Moulages de crânes Activité Schéma bilan Compléter le tableau de classification 2.3. Origine des populations humaines actuelles L’analyse génétique des populations humaines suggère qu’elles dérivent toutes d’une seule population d’Homo sapiens. Les données fossiles indiquent que celle-ci à pour origine géographique le Proche Orient ou l’Afrique. Activité (sur documents) Origine des populations humaines actuelles : Etablir la proximité génétique de toutes les populations humaines Rechercher parmi les hypothèses proposés de l’origine géographique de l’espèce Homo sapiens la plus probable Schéma bilan 3. Les mécanismes de l’évolution semaine 6 Acquis de seconde: Le développement embryonnaire conduit à la mise en place du plan d'organisation en suivant un programme génétiquement déterminé. Malgré leur diversité les grands plans d'organisation du monde vivant sont en partie sous le contrôle de gènes apparentés tels que les gènes homéotiques. Les allèles ont pour origine des mutations qui modifient la séquence de l'ADN.. Les mutations introduisent une variabilité de l'information génétique. Les conséquences des mutations sont différentes selon qu'elles touchent les cellules somatiques ou germinales Certains agents de l'environnement peuvent augmenter le taux de mutation. Problème Quels sont les mécanismes qui ont permis l'apparition de nouvelles espèces? Hypothèses - Mécanismes génétiques Mécanismes environnementaux Evaluation diagnostique : Le support de l’information génétique ; les gènes homéotiques = gènes apparentés du développement ; Les allèles et les mutations 3.1. Les mécanismes génétiques Les génomes des espèces sont des archives. Ils permettent d’imaginer les évènements génétiques moléculaires de l’évolution qui ont conduits à des innovations, à leur diversification et à leur complexification. 3.1.1. Mutations des gènes du développement et évolution de l’homme A l’origine de la bipédie se trouvent des Activité (sur documents) innovations génétiques. Elles ont dû affecter les Conséquences des mutations des gènes du gènes du développement. développement : Montrer que les mutations des gènes du développement peuvent être à l’origine des caractères dérivés spécifiques de l’homme 3.1.2. Genèse de nouveaux gènes 7ème semaine Des duplications géniques peuvent intervenir et une évolution divergente par mutation des duplicata produits peut expliquer l’apparition de nouveaux gènes. Ces innovations génétiques sont aléatoires, leur Activité La famille multigénique des globines : Rechercher les mécanismes qui ont permis la formation de nouveaux gènes au cours de l’évolution. nature ne dépend pas des caractéristiques du milieu. Ainsi l’acquisition de la bipédie dans la lignée humaine ne fait pas intervenir une explication finaliste. L’évolution des génomes résulte d’un bricolage moléculaire qui a conduit à faire du neuf avec du vieux Supports Logiciels Anagène et Phylogène 3.2. L’environnement 3.2.1. Favoriser les mutations Certains agents de l’environnement peuvent augmenter le taux de mutation Acquis seconde 3.2.2 Conserver ou non l’innovation Les conditions de l’environnement peuvent jouer le rôle de crible vis à vis des nouveautés phénotypiques engendrées par les innovations génétiques. La sélection naturelle caractérisée par un agent de sélection ( facteurs physico-chimiques, autres êtres vivants) favorise ou non la population d’êtres vivants occupant un milieu donné, à un moment donné. Le génome de cette population avec ses innovations génétiques est donc conservé ou non. Activité (sur documents) La sélection naturelle : A partir d’exemples actuels montrer le mécanisme qui a permis de conserver ou non les innovations génétiques apparues de façon aléatoire. Les mécanismes de l’évolution : bilan Réaliser un schéma bilan des mécanismes à l’origine des innovations génétiques et de leur conservation dans le génome des espèces Documents annexes Tableau des plus anciens fossiles des groupes étudiés Tableau de comparaison de l’Homme et des êtres vivants actuels Lexique des mots clés Repères chronologiques et schéma bilan de l’histoire de la lignée humaine Schéma bilan : les mécanismes de l’évolution
