Fonctions Cognitives et Evolution • • • • Rappels sur le cerveau Evolution cognition/cerveau chez les hominidés Données récentes sur la Cognition animale Cognition primaire 1,5 Kg 20 % de l’énergie consommée 2 % de la masse corporelle Le cerveau est composé de NEURONES 85 milliards de neurones Chaque neurone à en moyenne 10 000 connexions 8,5 millions de milliards de connexions dans le cerveau 8,5 x 15 10 8 500 000 000 000 000 8,5 millions de milliards de connexions Chaque synapse peut coder 26 états différents = 4.7 bits Cerveau ≈ 1 péta octet ( 1015 octets) 8,5 millions de milliards de connexions Noyaux gris centraux 1510 g 170 milliards de cellules 85 milliards de neurones et 85 milliards de cellules gliales 82 % de la masse 19% des neurones 8 % masse 1 % neurones 10 % masse 80 % neurones Le cerveau = un ordinateur ?? G. KASPAROV contre Deep Blue (1997) 23 Watts 2 ouvertures / sec Plusieurs milliers de Watts 200 millions d’ouvertures / sec Mars 2016, Lee Sedol 4 – 1 pour AlphaGo Lee Les experts estimaient qu’il faudrait 10 ans à ce genre de machine pour vaincre l’homme à l’un des jeux les plus élaborés du monde 27 mai 2017, Ke Jie 3 – 0 pour AlphaGo Master AlphaGo Zero AlphaGo Zero utilise une architecture simplifiée et part d’une connaissance nulle du jeu (uniquement les règles) jouant uniquement contre lui-même: • Il atteint le niveau débutant en trois heures, • Il bat 100 à 0 la version ayant battu Lee Sedol après 72 heures • Après 21 jours, il bat la version de mai 2017 qui a vaincu Ke Jie par 89 parties sur 100 • Au bout de 40 jours…il est le meilleur joueur du monde… ▪ Un jeu de stratégie en temps réel comme StarCraft II est bien plus complexe que le jeu de go. ▪ DeepMind et StarCraft ont créé une base de données de 65.000 parties. ▪ Une IA capable de battre les humains à StarCraft II pourrait avoir de nombreuses applications concrètes dans le monde réel. Szegedy, Christian, Zaremba, Wojciech, Sutskever, Ilya, Bruna, Joan, Erhan, Dumitru, Goodfellow, Ian J., and Fergus, Rob, abs/1312.6199, 2014b. URL : http://arxiv.org/abs/1312.6199 Avoir un gros cerveau, c’est mieux ? Comparaison du SNC des mammifères basée sur les volumes relatifs des divisions majeures cortex cérébral cortex cérébral cortex cérébral cortex cérébral cervelet cervelet Bulbe olfactif tronc cérébral Chat bulbe olfactif tronc cérébral Rat tronc cérébral Singe cervelet tronc cérébral cervelet Homo-sapiens 27 L’important c’est le rapport poids du corps / poids du cerveau ? L’important c’est le rapport poids du corps / poids du cerveau ? Species E/S ratio Species E/S ratio small birds 1/12 lion 1/550 human 1/40 elephant 1/560 mouse 1/40 horse 1/600 cat 1/100 shark 1/2496 dog 1/125 hippopotamus 1/2789 frog 1/172 Mesure du quotient d’encéphalisation (QE) Homo sapiens Marsouin Eléphant Baleine bleue Gorille Chimpanzé Lion Masse cérébrale (en g) Australopithèque Babouin Loup Chat Masse cérébrale observée = 1400 g Chauve-souris Opossum Masse cérébrale attendue = 200 g QE (Homo sapiens) = 7 Rat Taupe Masse cérébrale : Baleine bleue > Homo sapiens > Gorille QE : Homo sapiens > Gorille > Baleine bleue Masse cérébrale ~ Masse corporelle2/3 Masse corporelle (kg) Relation entre masse cérébrale et masse corporelle chez différents mammifères (échelle log/log) (d’après Jerison, 1973) 30 Croissance cérébrale bien après la naissance Contexte social et environnemental riche Evolution cerveau/cognition des grand singes à Homo sapiens… Ernst Heinrich Philipp August Hæckel (1834 - 1919) Arbre de la classification des espèces animales (1874) conduisant à l'espèce humaine. Sapiens Homo Hominidés Primates Mammifères Vertébrés Règne Animal L’homme est une des 1 897 200 espèces d’Eukaryotes Sapiens Homo Hominidés Primates Mammifères Vertébrés Règne Animal les Archées (procaryotes unicellulaires à histones) les Bactéries (procaryotes unicellulaires sans histone) les Protistes (eucaryotes unicellulaires) les Mycètes (champignons) (eucaryotes multicellulaires) les végétaux (eucaryotes multicellulaires) les animaux (eucaryotes multicellulaires) L’homme est une des 1 342 200 espèces animales Sapiens Homo Hominidés Primates Mammifères Vertébrés Règne Animal L’homme est un des 64 000 vertébrés (500 millions A) Sapiens Homo Hominidés Primates Mammifères Vertébrés Règne Animal L’homme est un des 5500 mammifères (230 millions A) Les mammifères placentaires Extinction des dinosaures il y a 65 Ma Sapiens Homo Hominidés Primates Mammifères Vertébrés Règne Animal L’homme est un des 504 primates (55 millions A) Les primates Caractérisés par : des yeux frontaux permettant une vision binoculaire (développement important des aires visuelles cérébrales) des membres à 5 doigts terminés par un ongle plat des mains préhensiles avec les pouces opposables Les primates Les grands singes Les grands singes forment la super famille des Hominoïdes. Celle-ci se sépare en 2 lignées. La première regroupe les Hominidés (africains), l'homme, le chimpanzé, le bonobo, le gorille, et les pongidés (asiatiques) avec un seul représentant, les orang-outans. La deuxième les hylobatidés avec les gibbons. Les grands singes Par rapport aux autres primates, les grands singes se distinguent des autres singes par: Une taille et un poids plus importants (de 0,70 à 2,00 mètres) L'absence de queue. Cette particularité impacte énormément sur le reste de la morphologie : le torse et les membres sont sollicités pour effectuer des mouvements normalement réalisés par la queue. Les bras sont plus longs, plus mobiles et permettent la suspension (et pour certains la brachiation). Un cerveau plus développé avec des capacités cognitives importantes. Les grands singes Orang-outan - Pongo pygmaeus - Pongidés C’est un animal solitaire, totalement arboricole. Il est essentiellement frugivore. La gestation dure 245 jours. Un nouveauné tous les 4-5ans Jusqu'à l'âge de 7-8 ans il reste près de sa mère. Taille : 1,10 à 1,40 m Poids : 40 à 90 kg Localisation : Indonésie et Malaisie Habitat : Forêts tropicales humides Population : 60 000 Longévité : 30 à 40 ans Sur l'île de Bornéo, en 16 ans, 148.500 orang-outans ont disparu Les Orangs-outangs sont condamnés à disparaître d'ici 2030 (déforestation). Gorille - Gorilla gorilla - Gorillinés Les gorilles vivent en petits groupes d'une dizaine d'individus dirigés par un mâle dominant. Il est frugivore. Ils peuvent utiliser des outils. Taille : 1,25 à 1,90 m (2,3m debout) Poids : 90 à 270 kg Localisation : Afrique Habitat : Plaine et montagne Population : 350 000 (2013) (-2,7%/an) Longévité : 35 ans La gestation dure 300 jours. Un nouveau-né tous les 4 ans. Les Gorilles sont menacés d’extinction (braconnage). Chimpanzé - Pan troglodytes – Paninés Les chimpanzés forment des communautés organisées de deux à quatre-vingts individus sur des territoires assez vastes. Il est omnivore. Il utilise des outils et il communique. Taille : 1 m (1,7 m debout) Poids : 35 à 60 kg Localisation : Afrique équatoriale Habitat : Plaine et montagne Population : 130 000 (2013) Longévité : 45 ans La gestation dure 230 jours. Un nouveau-né tous les 4 ans. Les Chimpanzés sont menacés d’extinction (braconnage). Bonobo - Pan paniscus - Paninés Les bonobos vivent en groupes d'une cinquantaine d'individus... La société des bonobos est égalitaire, paisible et plutôt matriarcale. Le lien le plus fort est celui qui unit les mères à leurs petits Il est omnivore. Il vit essentiellement dans la forêt. Il a une activité sexuelle intense. La gestation dure 240 jours. Un nouveauné tous les 5 ans. Ils sont en voie d’extinction, mais des réserves sont actuellement crées au Congo Chimpanzé - Pan troglodytes – Paninés 98 % des 3 milliards de paires de bases formant notre double hélice d'ADN sont identiques à celles du chimpanzé...la différence porte sur 15 millions. Le chimpanzé est donc plus proche de nous que du Gorille, mais la différence entre le chimpanzé et nous est dix fois plus grande que celle entre deux êtres humains... Le cerveau du chimpanzé, d'un volume de 360 à 380 cm3 est entre trois et quatre fois moins volumineux que celui de l'homme. Chimpanzé - Pan troglodytes – Paninés Les chimpanzés communiquent par les expressions de la face, la posture, le toucher et les mouvements. Un jeune chimpanzé peut émettre au moins trente-deux sons différents et ses mimiques peuvent exprimer toute une gamme d'émotions. 60% des espèces de primates sont menacées d’extinction et 75 % ont une population en déclin Sapiens Homo Hominidés Primates Mammifères Vertébrés Règne Animal Homo sapiens est apparu il y a 300 000 ans L’apparition de « l’homme »… dessin qui date de 1965. Cette progression du singe vers l'homme est issue du livre The Early Man paru aux éditions Time-Life. Nous avons un dernier ancêtre commun avec les grands singes (DAC), qui vivait il y a environ 8 millions d'années, très probablement en Afrique. Il a évolué vers 2 lignées : - les grands-singes africains (bonobos, chimpanzés, gorilles) - l'homme Le DAC (dernier ancêtre commun) selon Pascal Picq: • taille : environ 1m pour 30 à 40 kg • capacité crânienne de 300 à 400cc environ • arboricole, mais avec un répertoire locomoteur incluant la bipédie (jusqu'à 20 % de bipédie chez les bonobos) • omnivore • mode de vie en communauté • ce sont les femelles qui quittent leur "famille" pour se reproduire • usage d'outils • capacité d'imiter • conscience de soi • capacité de montrer, d'apprendre Homme Chimpanzé Bonobo Suspension 1% 50 % 45 % Quadripédie 0% 40 % 35 % Bipédie 99 % 10 % 20 % L’apparition de « l’homme »… Premier hominidé bipède: 1974 = Lucy (3,2 Ma) Australopithecus afarensis 1993 = Ardi (5 Ma) Ardipithecus ramidus 2000 = Orrorin (6 Ma) Orrorin tugenensis 2002 = Toumaï (7 Ma) Sahelanthropus tchadensis Toumaï (Sahelanthropus tchadensis) 350 cm3 Michel Brunet, découvre « Toumaï » en 2002 dans le désert Tchadien. Professeur au Collège de France, titulaire de la chaire de paléontologie humaine. Age : 7 millions d'années Taille : 1,15 à 1,25 m Poids : 23-35 kg Localisation : Habitat : Tchad (erg dunaire du Zone boisée à Djourab) proximité du bord de l'eau Feux : ? Outils : ? Toumaï (Sahelanthropus tchadensis) Découvert dans le désert du Djourab au Nord Tchad le 19 juillet 2001 par Ahounta Djimdoumalbaye, ancien étudiant de l’Université de N’Djaména et membre de la MPFT (Mission Paléoanthropologique FrancoTchadienne) dirigée par Michel Brunet ... Sa localisation géographique, 2500 kilomètres à l'ouest de la vallée du Rift, et sa grande ancienneté géologique viennent infirmer la théorie de l’East side story d'Yves Coppens. [1] M. Brunet et al., A new hominid from the Upper Miocene of Chad, Central Africa, Nature 418, p145 (2002) [2] M. Wolfpoff et al., Sahelanthropus or Sahelpithecus ?, Nature 419, p581 (2002) Orrorin (Orrorin tugenensis) ? cm3 Age : 6 millions d'années Taille : 1,15 à 1,25m Poids : 30 à 45 kg Localisation : Kenya Habitat : Arboré Feux : Non maîtrisé Outils : ? Orrorin (Orrorin tugenensis) Découvert en l'an 2000, par Brigitte Senut et Martin Pickford Orrorin a détenu le record du plus vieil ancêtre connu de l'homme jusqu'à l'arrivée de Toumaï.. De lui on a retrouvé uniquement des dents, un fémur et des phalanges... Ardi (Ardipithecus ramidus ) 300 à 370 cm3 En 1993 Tim D. White et son équipe découvrit de nombreux fossiles de Primates datés de 4,4 millions d'années en Éthiopie. Ces fossiles correspondaient à 17 individus et comprenaient de nombreuses dents, un fragment de mandibule, un fragment de crâne ainsi que les trois os du bras d'un même individu. Age : 4,4 millions d'années Taille : 1,10 à 1,20m Poids : 50 kg Localisation : Afrique Orientale Habitat : Arboré Feux : ? Outils : ? Ardi (Ardipithecus ramidus ) Ardi, le fossile le plus complet Ce sont 110 ossements de 36 individus différents qui ont été découverts et il a fallu attendre 17 ans depuis la première découverte pour en savoir plus sur cette espèce. Lucy (Australopithecus afarensis) 390 à 550 cm3 En 1974, Donald Johanson, Maurice Taieb et Yves Coppens découvrent en Ethiopie un squelette d'australopithèque féminin qui fut baptisé Lucy. Elle détenait à l’époque le record du plus vieil hominidé connu et son squelette était complet à plus de 40% (soit 52 fragments osseux). Age : -3.7 à -3 millions d'années Taille : 1,05 à 1,35m Poids : 30 à 45 kg Localisation : Afrique Orientale Habitat : Arboré et humide Feux : ? Outils : ? Lucy (Australopithecus afarensis) Lucy était apte à la locomotion bipède, comme l’indiquent son port de tête, la courbure de sa colonne vertébrale, la forme de son bassin et de son fémur, mais elle devait être encore partiellement arboricole. Sa structure corporelle a été qualifiée de « bilocomotrice » puisqu’elle allie deux types de locomotion : une forme de bipédie et une aptitude au grimper. Les australopithèques En 1976-77 à Laetoli (Tanzanie), on a découvert une piste d'empreintes de trois australopithèques vivant il y a 3,6 millions d'années. Ceci est dû à une succession de conditions favorables : le dépôt d'une couche d'environ 15 cm de fines cendres provenant de l'éruption du volcan Sadiman, distant de 20 km une averse légère qui a cimenté la couche de cendre en la transformant en tuf sans détruire les empreintes ; le scellement de la piste par d'autres dépôts de cendre venus la recouvrir et la protéger. Les australopithèques 3 Australopithecus afarensis : - empreintes jaunes (17,3 x 7,7 cm) d’un individu de 1,20 m - empreintes bleues (26,4 x 10 cm) d’un individu de 1,40 m - dans les empreintes bleues un 3e individu plus petit a mis ses pas. empreinte noire d’un animal de type équidé (hipparion) Les australopithèques Les chercheurs pensaient "logiquement" que les empreintes de Laetoli seraient plus proche des empreintes marche accroupie que de celle de l'homme moderne. Or, les empreintes fossiles de Laetoli sont d'une profondeur équivalente, de l'avant du pied jusqu'au talon, tout comme ceux des hommes modernes. Une étude d'impact a été réalisée sur les vestiges de Laetoli pour la construction d'un musée. Surprise : à 150 mètres des premières traces de 1976, l'une de ces nouvelles zones dégagées présentait des empreintes inédites. Au total, cette couche de cendre durcie était « imprimée » de 14 nouvelles empreintes. L'une d'elle appartient à un australopithèque de taille « habituelle » (S2) alors que les treize autres empreintes appartiennent à un individu (S1) de taille supérieure, « hors normes », avec un pied de 26 cm (42) et une taille estimée de 1,65 mètre… comparable aux hommes modernes. East side story (Y. Coppens) Il y a 8 millions d'années , vivent sur l'est du continent Africain (boisé à l'époque) de grands singes hominoïdes... Une faille immense s'effondre du nord au sud, partageant en deux notre population de grands singes: la Rift Valley. Cette barrière naturelle va également avoir des conséquences sur le climat et la végétation. A l'est, la sécheresse s'installe et va transformer la forêt en savane. Les grands singes habitués à une nourriture abondante et à un environnement boisé, vont se retrouver dans un milieu où il faut faire parfois plusieurs kilomètres pour trouver à manger. Pour ce faire, la bipédie est le moyen le plus pratique et rapide... De là découlent également le développement du cerveau, la denture omnivore, l'apprentissage des outils et la parole.. A l'ouest, pas de changement climatique.. la végétation est luxuriante et la nourriture abondante. Les grands singes (panidés) qui se trouvent là n'ont pas besoin d'évoluer puisqu'ils trouvent suffisamment de nourriture dans les arbres. L'usage de la bipédie n'est donc pas indispensable. Les ancêtres de nos grands singes actuels sont certainement issus de cette population: plutôt arboricoles, ils utilisent ponctuellement la bipédie. Ardi Orrorin Les australopithèques Les deux spécimens, une femelle adulte et un mâle d'une dizaine d'années, ont été mis au jour dans une caverne en Afrique du sud. Ils datent d’environ 1.9 à 1.7 millions d’années. La nouvelle espèce a été baptisée Australopithecus sediba, qui signifie "source d'eau". Mesurant environ 1,27 mètre, la femelle pesait quelque 33 kilos et le jeune mâle 27 kilos. Le cerveau de ce dernier était très petit avec un volume de 420 à 450 cm 3 Le genre Homo • Homo est un genre qui apparaît entre environ 2,3 et 2,8 millions d’années. • Toutes les espèces sont éteintes aujourd’hui sauf Homo sapiens. • les dernières espèces apparentées ont disparu: • Homo neanderthalensis: 18 000 ans • Homo floresiensis: 12 000 ans. Le genre Homo Activités culturelles Evolution du cerveau Bipédie permanente répartition Taille adulte(m) volume Poids adulte(kg) cérébral(cm³) Découverte fossile Date de découverte/ de publication du nom 2,5 — 1,5 Afrique 1,0 — 1,5 30 — 55 nombreux 1960/1964 H. rudolfensis 1,9 Kenya 1 Crâne 1972/1986 H. georgicus 1,8 — 1,6 Géorgie 600 peu 1999/2002 H. ergaster 1,9 — 1,25 Est et Sud de l' Afrique 700 — 850 nombreux 1975 H. erectus 2(1,25) — 0,3 Afrique, Asie (Java, Chine, 1,8 Caucase), Europe 900 — 1100 nombreux 1891/1892 H. cepranensis 0,8 ? Italie 1 calotte crânienne 1994/2003 H. antecessor 0,8 — 0,35 H. heidelbergensis 0,6 — 0,25 Espèces période (millions d'années) H. habilis Espagne, Angleterre Europe, Afrique, Chine 1,9 60 600 1,75 90 1000 3 sites 1997 1,8 60 1100 — 1400 nombreux 1908 55 — 70 1200 — 1700 Nombreuses (1829)/1864 1300 très peu 1921 H. neanderthalensis 0,23 — 0,03 Europe, Ouest de 1,6 l'Asie H. rhodesiensis 0,3 — 0,12 Zambie H. sapiens 0,25 — présent monde 1,4 — 1,9 55 — 80 1000 — 1850 actuel —/1758 H. floresiensis 0,10 — 0,012 1,0 25 400 7 individus 2003/2004 Indonésie http://fr.wikipedia.org/wiki/Homo Evolution du cerveau Ce gène spécifiquement humain aurait pu participer à l’augmentation du nombre de neurones et à l’allongement de leur période de production. Ce gène aurait muté il y a 5 millions d’années. Administré à une souris il entraine un plissement du cerveau Chez l’homme une trentaine de gènes ont été dupliqués (SRGAP2 3.4 millions années) Homo floresiensis 380 Vidéo Origine de l’Homme
