Ch4 L`évolution de l`Homme

Génétique et évolution - Thème - La Terre dans l’Univers, la vie et l’évolution du vivant – TS
Ch4 L’évolution de l’Homme
L’Homme actuel, Homo sapiens, s’inscrit lui aussi dans une histoire évolutive
I. L’Homme, un grand primate
TP8 L’Homme, un primate parmi d’autres- Act1&2
Les similitudes aux différents niveaux d’organisation : organisme, cellule, molécule d’ADN indiquent une
parenté entre les espèces qui implique une origine commune et probablement unique aux êtres vivants, ainsi
qu'une origine commune aux primates.
Les différentes espèces sont donc apparentées plus ou moins étroitement.
A- Principe de la méthode cladistique cf - TP8 Act1&2 et TP9 Act1&2&3
L’étude de la formation et de l’évolution des espèces animales et végétales en vue d’établir leur parenté
constitue la phylogenèse (grec phûlon = tribu et genesis = origine).
Pour illustrer la parenté entre des espèces, on construit des arbres phylogénétiques.
Un arbre phylogénétique est un schéma dichotomique hypothétique de parenté, qui permet
de déterminer les groupes frères : groupes qui partagent un même ancêtre commun.
Chaque branche doit être justifiée par l’apparition d’une nouveauté évolutive*, apparue
chez un organisme qui l’a transmise à tous ses descendants
Chaque nœud représente un ancêtre commun, défini par l’ensemble des caractères dérivés*
partagés par des espèces qui lui sont postérieures
*Une nouveauté évolutive (état dérivé) peut être l’apparition d’un nouveau plan d’organisation, d’un nouvel
organe, d’une
nouvelle molécule ou sa disparition
L’état ancestral des caractères est celui qui préexistait, *l’état dérivé celui qui est apparu le plus récemment dans le temps).
L’arbre est obligatoirement associé à la matrice taxons/caractères qui a permis de le construire
Quels sont les critères pris en compte pour construire les matrices ?
-> les caractéristiques anatomiques et morphologiques - L’observation de structures homologues* permet de comparer des organismes
morphologiquement très différents les uns des autres. D’un point de vue anatomique, deux structures sont homologues si, dans plusieurs
organismes, de même plan d’organisation, elles entretiennent les mêmes connexions avec les structures voisines et ont la même origine
embryologique.
Méthode : Plusieurs caractères homologues sont comparés pour différentes espèces. Leur état (ancestral ou évolué) est repéré. Un arbre
est construit afin de rapprocher les espèces possédant le plus de nouveautés évolutives.
-> les caractéristiques embryologiques : Il existe de nombreuses ressemblances chez les embryons de vertébrés.
Ces ressemblances plus marquées dans des stades jeunes du développement témoignent aussi d’une origine commune
-> les données moléculaires : La comparaison des séquences, en acides aminés d’une protéine, ou en nucléotides d’un ARN ou ADN, de
molécules homologues càd assurant une même fonction chez des espèces différentes, montre des similitudes importantes. Ces
molécules sont héritées d’un ancêtre commun. Plus il y aura de ressemblances entre les séquences de deux molécules homologues et plus
les organismes qui les possèdent auront une étroite parenté.( cf notions de duplications de gènes et de familles multigéniques –ch1)
Méthode : Pour une molécule donnée, on établit le nombre de différences entre les séquences des molécules homologues des espèces
étudiées (Anagène/Phylogène), puis une matrice des distances ( % différences) en vue de construire un arbre (Phylogène) qui rapproche
les espèces présentant le moins de différences
On établit des relations de parenté entre des vertébrés actuels ou fossiles par comparaison de caractères homologues embryonnaires,
anatomiques ou moléculaires.
Seul le partage d’états dérivés de caractères témoigne d’une étroite parenté : ces caractères sont hérités d’une population ancestrale
commune.
Les espèces sont +/- apparentées en fonction de l’éloignement de leur plus récent ancêtre commun dans l’histoire de la vie.
Ces parentés peuvent être illustrées par la construction d’un arbre phylogénétique sur lequel les ancêtres communs ne sont qu’hypothétiques
et ne correspondent pas à des espèces fossiles.
B- La place de l’Homme dans le règne animal  Doc 1&2 pages 80- 81
L’Homme est un eucaryote ; un vertébré ; un tétrapode ; un amniote , un mammifère, animal allaitant ses petits, ayant des poils et un
placenta qui permet à la mère d’apporter nutriments et dioxygène au fœtus (groupe des Placentaires). Ces caractères (poils&mamelles) sont
apparus vers -220 MA.
Les différents caractères anatomiques, chromosomiques, moléculaires …présents
à l’état dérivé chez l’Homme, sont apparus successivement à différentes périodes
de l’histoire de la vie. Les caractères apparus très tôt au cours de cette histoire sont
partagés par l’homme et par un grand nombre d’espèces très différentes de la
nôtre ; en revanche, les caractères apparus plus récemment sont partagés par des
groupes moins nombreux et plus proches de nous.
L’ Homme est un primate, c’est-à-dire un mammifère qui possède :
- des ongles aplatis et non des griffes
- des pouces opposables aux autres doigts, ce qui rend la main préhensile
- des orbites à l’avant de la face , permettant une bonne vision en relief
- un volume cérébral développé par rapport au reste du corps
Les premiers primates fossiles datent de - 65 à -50 millions d'années Ils sont variés
et ne sont identiques ni à l'Homme actuel, ni aux autres singes actuels. La diversité
des primates connue par les fossiles (380 espèces de primates fossiles -200 genres)
qui a été grande est aujourd’hui réduite (185 espèces actuelles)
CSI - NP
Ch4
L’Homme est un grand primate .Homme et Chimpanzé ne possèdent pas de queue tout comme les Gorilles, Gibbons et Orang-Outans. Les
données moléculaires confirment le fait que ces espèces sont étroitement apparentées. La diversité des grands primates connue par les
fossiles qui a été grande (40 genres, 66 espèces fossiles, il y a 20 Ma), est aujourd'hui réduite (4 genres- 20 espèces)
L’Homme partage de nombreux caractères anatomiques et morphologiques avec les grands primates. Comme lui, ils ont une vie sociale
impliquant une communication entre les congénères. Leur répertoire locomoteur est varié, intégrant le grimper, et à des degrés divers, la
marche quadrupède ou bipède
C- Le plus proche parent de l’Homme  Doc 3 page 81
La majorité des études montre que le groupe frère des hommes est celui des chimpanzés
- D'un point de vue génétique, l'Homme et le chimpanzé sont très proches.
* Le caryotype du Chimpanzé contient 24 paires de chromosomes alors que celui de l’Homme n’en contient que 23 paires mais on peut
émettre l’hypothèse que la paire numéro 2 de l’Homme résulterait de la fusion de la paire 2 (2p) et 3 (2q) du chimpanzé.
* L’ADN de l’Homme et celui du chimpanzé présente environ 98 % de similitude. Mais la différence réelle entre le génome de l’Homme et
celui du chimpanzé se situe davantage entre 6 à 7 %, du fait de mutations ponctuelles, insertions, duplications...
- Les modifications structurales et anatomiques caractérisant l’hominisation : phonation, bipédie, développement crânien, résultent pour
partie de mutations ayant affectées les gènes du développement.
L’Homme partage un ancêtre commun récent avec le Chimpanzé qui n’est ni un Chimpanzé ni un homme puisque ces deux espèces ont
évolué depuis la divergence de la lignée des chimpanzés et de la lignée humaine il y a 7 à 10 millions d’années)
Cet ancêtre commun devait posséder tous les caractères aujourd'hui communs à ces êtres vivants. Mais aucun fossile ne peut être à coup sûr
considéré comme un ancêtre de l'homme ou du chimpanzé.
* On appelle « lignée humaine » toute l’histoire évolutive des Homininés à partir du plus récent ancêtre commun à l’homme et au chimpanzé
II. L’acquisition du phénotype humain
TP8 L’Homme, un primate parmi d’autres- Act3 – La construction phénotypique des grands primates
A- Développement pré et post-natal
 pages 78- 79
De nombreuses similitudes ont pu être établies entre le développement du petit homme et du petit chimpanzé.
* Les crânes des hommes et des chimpanzés sont similaires. A la naissance, celui du Chimpanzé évolue rapidement sur un temps court avec
un prognathisme marqué et un recul du trou occipital tandis que celui de l’Homme évolue peu malgré une augmentation du volume cérébral,
il conserve son caractère juvénile : on parle de néoténie.
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*Le cerveau de l’Homme à l’âge adulte, est beaucoup plus gros avec une surface corticale plus importante (22 dm ) que celui du Chimpanzé
2
(5 dm ). Au cours du développement embryonnaire la multiplication des neurones est quatre fois plus longue et le plissement du cortex
cérébral est plus important chez l’Homme que chez le Chimpanzé.
* La croissance postnatale est prolongée chez l'Homme au-delà de la maturité sexuelle (jusqu'à 20 ans) alors que celle des singes s'arrête à la
maturité sexuelle (8 ans). La durée d’apprentissage du jeune humain permet la mise en place d’un très grand nombre de connexions
synaptiques
*La croissance du bassin et celle des membres inférieurs est plus longue chez l’Homme que chez le chimpanzé
B- Développement sous l’influence de gènes
 page 77
Les génomes du Chimpanzé et de l’Homme sont très similaires pourtant certaines régions de leur ADN sont très variables ce qui pourrait
aider à comprendre ce qui rend l’Homme différent du singe.
* Gène ASPM -> déterminisme de la taille du cerveau - Variabilité de séquence constatée & durées d’expressions différentes
* Gène HAR1 -> organisation du cortex cérébral et plissement du cerveau (développement de la surface du corticale) Variabilité de séquence
* Gène MYH16 -> croissance du crâne. Variabilité d’expression (expression chez le chimpanzé, pas chez l’Homme)
* Gène FoxP2 -> Acquisition du langage articulé - Variabilité de séquence : 2 mutations chez l’Homme
Les différences morphologiques observées s’expliqueraient d’une façon générale par une durée différente d’expression de certains gènes, ou
par une expression très différente ( - -> ++) chez les deux espèces
C- Développement sous l’influence de l’environnement
L’acquisition du phénotype résulte de l’interaction de l’expression des gènes et de l’environnement
La taille d’individus génétiquement proches dépend de facteurs de l’environnement tels que la nutrition
L’augmentation de la consommation de protéines animales a contribué a expliqué l’évolution de la taille et du cerveau des individus. (Homo :
chasseurs)
L’acquisition du langage dépend de facteurs génétiques (ex : gène FoxP2), et des interactions avec d’autres individus
Les enfants sauvages incapables de communiquer ont été privés d’interaction avec le groupe et donc de phase d’apprentissage
Les pratiques liées à l’utilisation d’outils sont transmises de génération en génération, chez les chimpanzés comme chez les représentants de
la lignée humaine. Elles peuvent être assimilées à des pratiques culturelles.
En effet l’utilisation de ces outils (pour la recherche de nourriture), et leur fabrication, reposent sur des habitudes et des traditions propres à
chaque groupe impliquant la communication d’un savoir entre individus de génération en génération au cours de séquences d’apprentissage.
La construction phénotypique des grands primates se construit au cours du développement prénatal et post-natal, sous l'effet des
interactions entre l'expression des gènes et l'environnement (dont la relation aux autres individus).
Ch4
III. L’Homme, le représentant actuel du genre Homo
L’Homme est le seul représentant actuel du genre Homo. De nombreux fossiles attribués à différentes espèces ont cependant été retrouvés,
ils partagent des caractères dérivés communs.
TP9 Le genre Homo – Activités 1 &2 : Déterminer les caractères dérivés propres au genre Homo
A-
Les critères d’appartenance au genre Homo
 Doc 1&3 pages 82- 83
Les espèces du genre Homo possèdent :
* un dimorphisme sexuel peu marqué
* la station bipède permanente et l’aptitude à la course à pied ; ce qui suppose des modification du squelette dont la présence de courbures
supplémentaires de la colonne vertébrale
-> l ’avancée du trou occipital permettant à la tête d’être en équilibre sur la colonne
-> un bassin élargi et court permettant une bonne insertion des muscles fessiers (long et étroit chez les autres hominoïdes
-> des modification au niveau du fémur (inclinaison vers l’intérieur) et du genou (verrouillage, amortissement des chocs)
-> le raccourcissement des membres antérieurs
-> la transformation du pied (vouté) avec le pouce non opposable(meilleure poussée)
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* un développement du volume crânien et de l’encéphale > 600 cm ( innovation génétique (SRGAP2C issu d’une duplication) apparu il y a
2.5 Ma expliquerait l’évolution du nombre de connexions neuronales dans le cerveau des représentants du genre Homo)
* une régression de la face avec le menton aligné avec l’os frontal
* une mandibule parabolique avec redressement vertical du prémaxillaire
* une activité culturelle et technique (traces fossiles), en liaison avec le développement cérébral : sépultures, élaborations d’outils de plus
en plus évolués, représentations abstraites, art pariétal, …
NB : La production d'outils complexes et la variété des pratiques culturelles sont associées au genre Homo, mais de façon non exclusive.
B- Les représentants du genre Homo
Les espèces du genre Homo utilisent des outils de pierre ou des outils aménagés (différentes cultures) d’où le nom d’ « hommes habiles »
donné à aux premiers hommes retrouvés de 2,5 millions d’années à 1,5 millions d’années. Les Homo erectus = hommes érigés connus d’abord
en Afrique depuis 1,8 M.a. forment un groupe très diversifié dont l’évolution est marquée notamment par une augmentation graduelle du
volume crânien. Ils maitrisent le feu. De nombreuses populations colonisent en plusieurs vagues l’Afrique du Nord, l’Afrique du Sud, le Proche
Orient, l’Asie et l’Europe (1.78 M.a.)
Premier représentant au N. de l’Espagne : -800 000 ans , en France : Homme de Tautavel : -450 000 ans
L’Homo néanderthalensis trouvé en Europe semble provenir de l’évolution d’Homo erectus ayant colonisé l’Europe. Il fabrique des outils très
diversifiés et effectue des rites funéraires. Il s’éteint vers –35 000 ans
L’Homo sapiens diversifie encore plus ses outils, pratique l’art (sculptures, gravures, peintures pariétales) et colonise le monde entier. Il
présente les caractères anatomiques dérivés suivants : absence de prognathisme, présence d’un menton et d’un front, absence de bourrelet
sus-orbitaire, crâne arrondi. L’Homme de Cro-Magnon proviendrait d’une population d’Homo ergaster.
Plusieurs espèces d’Homo ont coexisté
Toutes les populations humaines actuelles partagent les mêmes allèles, avec une fréquence variable. Ce partage de tous les allèles plaide en
faveur d’une origine unique de l’Homme actuel qui descendrait d’une seule population ancestrale. La plus grande diversité d’allèles se trouve à
l’intérieur même des populations africaines actuelles qui sont sans doute les descendantes directes d’une population unique fondatrice de
l’espèce actuelle. La population ancestrale n’aurait compté que quelques dizaines de milliers d’individus.
Homo sapiens serait une nouvelle espèce apparue en Afrique ou au Proche Orient il y a 100 000 à 200 000 ans et aurait colonisé tous les
continents en remplaçant Homo erectus.
La difficulté à établir un arbre phylogénétique
 Doc 2 page 83
TP9 – Act3 : Comprendre la difficulté à construire un arbre phylogénétique précis pour le genre Homo
La découverte d’un squelette entier est rarissime, la plupart des fossiles humains ne sont connus que par un crâne ou des fragment crâniens,
par une mandibule et des dents, par des os.
Les débats et les incertitudes concernant l’identification et la classification des différents fossiles d’hominidés sont encore très nombreux, du
fait du manque de caractères morphologiques non ambigus. L’attribution à une espèce donnée est donc sujette à caution (la génétique et
l’étude de l’interfécondité pourraient lever ces incertitudes).
Chaque nouvelle découverte conduit donc à une révision des hypothèses émises précédemment pour construire une phylogénie.
Selon le critère retenu pour construire l’arbre phylogénétique on constate que les parentés entre les différents représentants du genre Homo
diffèrent légèrement ; la construction précise de l'arbre phylogénétique du genre Homo est controversée dans le détail.
On ne peut aujourd’hui reconstituer les relations de parenté entre la dizaine d’espèces que compte le genre Homo.
C-