pages 18/19
publicité
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 (=unité structurale et fonctionnelle du vivant), - Leur information génétique 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 de l’ADN, mitose, 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. Macroscopiques. Cellulaires Moléculaires Etude de molécules Morphologiques : (organisations Constitution de certains tissus, 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. Embryologiques (Déroulement du développement embryonnaire) possession de cellules spécifiques. 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 b) Seuls les caractères homologues peuvent être utilisés. (page 20) Bilan Activité 1 : Caractères macroscopiques. http://www.inrp.fr/Acces/biotic/evolut/parente - 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 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 subit, dans le temps, des mutations qui ont modifiées les séquences. 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) 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 œuf 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 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 carctères Primitif et dérivés peuvent cohabiter chez les espèces actuelles : l’Homme possède une patte à 5 doigts (-) mais un œuf 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. Nœud : 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 nœud. Branches: liens évolutifs entre l'ancêtre commun et les espèces actuelles ou fossiles. On note 1234567, les caractères étudiés dans le tableau (dans l’ordre). (1 = primitif (0), ❶ = dérivé (1). Partagent le caractère dérivé ❶ Partagent les caractères dérivés❶❷ Otarie 1234567 Lézard ❶234567 Crocodile ❶❷34567 Poule ❶❷❸❹❺❻❼ ❸❹❺❻❼ Ancêtre exclusif ❶❷34567 ❷ Ancêtre exclusif ❶234567 ❶ 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 les plus proches, 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 sur fiche correction. b) Les fossiles nous aident à préciser, dans le temps, l’apparition des caractères dérivés. (Page 28) http://www.futura-sciences.com/fr/comprendre/dossiers/doc/t/zoologie1/d/larcheopteryx_217/c3/221/p1/ On précise : N° 1 2 3 4 5 6 7 8 Caractère Fosse temporale Fenêtre mandibulaire Doigts d’appui du pied Plumes Queue Dents Bréchet Fourchette (clavicules soudées) Crocodile ❶❷345678 crocodile 1 1 0 0 0 0 0 0 Dinosaure 1 1 1 0 0 0 0 0 Dinosaure ❶❷❸45678 Archéop. 1 1 1 1 0 0 0 1 archéoptéryx ❶❷❸❹567❽ Poule 1 1 1 1 1 1 1 1 Poule ❶❷❸❹❺❻❼❽ Apparition des plumes ❹ Apparition fosse temporale ❶ et fenêtre mandibulaire❷ Réduction du nombre de doigts en appui ❸ Disparition des dents❻ et de la queue❺ et apparition du brechet ❼ de la fourchette ❽ 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 parentés. 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) hérités d'un ancêtre commun sont dites homologues. Attention : On ne parle pas d'état primitif ou d'état dérivé, ici. 4. Un résultat : La Classification phylogénétique des Vertébrés : Classification phylogénétique des Vertébrés (voir livre p 27 doc 2 et page 28 doc1) 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. 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 Linnée. Seule l'évolution permet d'expliquer à la fois l'unité et la diversité du monde vivant. PB : Quelle est la nature et l’origine des innovations qui sont le moteur de l’évolution ?
