Thème 1A: génétique et évolution

Thème 1A: génétique et évolution
Ch 4: un regard sur
l’évolution de l’Homme
INTRODUCTION
Comme toutes les espèces qui peuplent la planète Terre,
l’Homme (Homo sapiens) a une histoire évolutive. Cette
histoire, qui continue aujourd’hui de s’écrire, s’inscrit dans
celle plus large des primates.
 Dans la nature actuelle, quels sont les
grands autres primates et quelles sont leurs
relations de parenté avec l’Homme ?
Quelles sont les grandes lignes de l’histoire
évolutive de l’Homme ?
I- L’Homme: un primate parmi d’autres
1) la diversité des primates
 Recherche de caractères partagés par tous les
primates
 Phylogénie: étude des liens existants entre
espèces apparentées
 Permet de retracer les principales étapes de
l’évolution (innovations évolutives)
Matrice taxons/caractères avec mise en évidence
de l’état dérivé de ces caractères (jaune) par
rapport à l’état ancestral de ces différents
caractères (en bleu , tous présents chez le
Toupaïe)
Arbre phylogénétique montrant les liens de parentés entre les différents
primates, basé sur le partage d’un plus grand nombre d’états dérivés au fur
et à mesure qu’on « monte » dans l’arbre
PRIMATES
GRANDS
SINGES
Disparition de la queue
narines rapprochées
Orbite fermées,
nez
Pouce opposable,
ongles
Innovation évolutive
2)L’établissement d’une phylogénie
Un arbre phylogénétique est établi en appliquant le principe
de la cladistique qui permet des regroupements (donc des
parentés) sur
le partage d'états dérivés des caractères (ce sont les
organismes qui partagent le plus d’états dérivés de caractères
qui sont les plus proches).
En effet, l’état dérivé d’un caractère est né d’une innovation
évolutive ayant affecté ce caractère à l’état ancestral (griffes
→ ongles)
D’autres caractères dérivés pourraient être pris en compte comme: le
développement du cortex ou un appareil visuel adapté à une excellente perception
du relief et des couleurs, innervation des doigts..)
3) L’Homme parmi les primates
Les premiers primates fossiles auraient existé de - 65 à -50 millions d'années. Ces
fossiles sont variés et ne sont identiques ni à l'Homme actuel, ni aux autres singes
actuels.
La diversité des grands primates connue par les fossiles permet de dire que ce groupe
a été diversifié et que cette diversité est aujourd’hui réduite.
Au sein des primates, on peut réaliser différents groupes dont les Cercopithèques
(Babouin, Macaque) et les Hominoïdes qui contient l’Homme, le Gorille, le Chimpanzé ...
Tous les hominoïdes (ou grands singes) possèdent des orbites ouvertes, un nez
et des narines rapprochées et présentent une absence de queue (remplacée par le
coccyx). Les hominoïdes possèdent notamment des modes de locomotion variés
(bipédie imparfaite, knuckle walking …) et des aptitudes à l’apprentissage et à
l’empathie (attention envers ses congénères).
II- Homme et chimpanzé: deux espèces très
proches
1) Comparaison chromosomique
Fusion
délétion
Inversion
Différents remaniements chromosomiques permettent de retracer
l’évolution du caryotype des autres Hominoïdes qui possèdent 2n=48 chr
par rapport à l’Homme qui en possède 2n=46.
Le dernier remaniement qui distingue l’Homme des grands singes est la
fusion de 2 chromosomes (2p + 2q) qui forment le chromosome 2 humain
2) Comparaison moléculaire
a. Comparaison des séquences d’acides aminés
de la cytochrome oxydase( enzyme de la
respiration cellulaire)
b. Matrice des distances = % de différences entre
les séquences comparées 2 à 2.
c. Arbre phylogénétique issu de la matrice;
• La comparaison des molécules ainsi que l’arbre
phylogénétique confirment une parenté étroite entre
l’Homme et le Chimpanzé.
• Le séquençage du génome de ces deux espèces révèle
que leur génome est semblable à 99%.
• De tes similitudes ne peuvent être dues au hasard et
confirment que l’Homme et le Chimpanzé partagent un
ancêtre commun récent. L’ancêtre commun n’est pas un
fossile : c’est un être hypothétique.
• Le % de différences entre les deux génomes permet
d’estimer que la divergence entre ces deux espèces
remonte à 6 ou 7 millions d’années environ.
3) l’acquisition du
phénotype
Des gènes impliqués:
 gène ASPM ( déterminisme de la
taille du cerveau): durée d’expression
variable, multiplication des neurone
différente.
Gène MYH16 ( croissance post –
natale) absence d’expression,
maturité retardée, persistance d’une
forme juvénile ( crane)
Séquence modifiée HAR1, explique
le plissement du cortex cérébral
beaucoup plus important chez
l'Homme au cours du développement
fœtal.
La durée et l’intensité de
l’expression de certains gènes du
développement expliquent les
différences phénotypiques entre les
deux espèces.
Apprentissage et la
communication entre individus
L’homme se caractérise par la durée particulièrement longue des
phases embryonnaires et juvéniles et la très lente maturation de son
système nerveux qui se poursuit pendant l’enfance en interaction
avec son environnement (acquisition du langage).
Faire doc 3 p79
III- la diversité du genre Homo
1) des caractères dérivés propres à la lignée
Caractères
Homme
Chimpanzé
Volume crânien
1450 à 1650 cm3
400 cm3
face
Aplatie
Avancée ( prognathe)
Bourrelet sus -orbitaire
absent
présent
Front
Présent
Absent
Menton
Présent
Absent
Forme de la mandibule
Parabolique
En U
Réduites
Canines
Développées ( crocs)
Position du trou occipital
Centré
Vers l’arrière
Angle facial
> 82°
Angle aigu
Données comportementales
Caractères partagés =
ancestraux
Caractères propres
Homme
Chimpanzé
-Vie sociale
-Comportements culturels
-Utilisation d’outils
-Capacités d’adaptation
aux conditions
environnementales
( colonisation)
-Fabrication d’outils de +
en + complexes
- art
-Culture
-Langage articulé
-Symboles mentaux
-Répartition limitée aux
forêts tropicales
-Utilisation de quelques
outils.
L’unique représentant actuel de la lignée humaine est Homo
sapiens, mais ils ont été très nombreux par le passé : il suffit qu’un
fossile partage un seul des états dérivés spécifiques à l’homme pour
qu’il appartienne à la lignée humaine.
2) l’existence d’un stade préhumain
Toumaï (Sahelanthropus tchadensis) – 6 à 7 Ma ( 2001)
Orrorin tugenensis au Kenya ( 6 Ma)
Australopithecus Afarensis ( -3 Ma)
découvert en 1974 en Ethiopie = Lucy
Ces caractères anatomiques dérivés, communs aux Australopithèques et aux
Hommes, ont été hérité d’un ancêtre commun qui n’est pas ancêtre des
Chimpanzés.
Les Australopithèques appartiennent donc à la lignée humaine.
2) l’émergence du genre Homo
Crane : 550 à 680 cm3
Incisives développées et canines
réduites : omnivore
probablement charognard
Zone cérébrale ( aire de Broca)
développée : langage articulé
Bipédie : membres inférieures
robuste et supérieurs plus légers
Homo Habilis -2.5 Ma découvert en 1961, au nord de la Tanzanie
Cette espèce a coexisté avec d'autres espèces d'Homo : H. rudolfensis,
H. ergaster , ... mais également avec d'autres genres de la lignée humaine :
Paranthropus et australopithécus
Homo erectus -1.7 à 0.5 Ma
Il est considéré maintenant comme le premier
vrai représentant du genre humain, il fait plus
qu'utilisé son environnement, il le transforme. Il
est également le premier à consommer
régulièrement de la viande
La diversification de la lignée
humaine s’est faite sur un
modèle buissonnant : de
nombreuses espèces sont
apparus (Australopithécus,
Paranthropus, Homo
erectus,Homo habilis, Homo
neandertalis …) et certaines de
ces espèces ont même
coexisté. La construction
précise de l’arbre
phylogénétique de la lignée
humaine est controversée dans
le détail en raison du faible
nombre de fossiles et de la
difficulté à rattacher de
nombreux fossiles à une
espèce précise (caractères
morphologiques ambigus,
fossiles incomplets)
3) l’origine de l’Homme actuel.
Depuis 200000 ans en Afrique et 43000 ans en Europe
1500 cm3
Langage
articulé,
modification de
la mâchoire
Bipédie
exclusive
Homo sapiens va supplanter les autres
espèces du genre Homo, sur tous les
continents. Plusieurs scénari possibles
Pratique
l’art, rites
funéraires
Les Hommes de Neandertal se distinguent
par leur aspect trapu, un volume crânien
comparable voire supérieur à celui de
l’Homme actuel. Ils façonnent des outils
très finement tailles et pratiquent des rites
funéraires.
Les liens entre Neandertal et sapiens sont
encore incertains.
Des études récentes mettent en évidences
des hybridations : 1 à 4 % du génome des
néandertaliens se retrouverait dans les
populations européenne et asiatiques (mais
absent chez les africains).
Ils s’éteignent en Europe , il ya 30000 ans
Une phylogénie controversée
La remise en cause de la fausse représentation
•L’homme n’était pas un Chimpanzé : l’homme et le chimpanzé ont un ancêtre
commun
•La bipédie n’est pas l’évolution naturelle de la quadrupédie : il existe plusieurs
sortes de bipédie
L’évolution n’est pas linéaire : l’évolution présente un caractère buissonnant
•Les arbres obtenus varient en fonction des caractères pris en compte ou des
fossiles considérés ainsi des incertitudes et des controverses demeurent à ce jour
et font débat parmi les scientifiques. (Fossiles incomplets ou inexistants ;
identification spécifique ambigüe)
•Un arbre buissonnant
Plusieurs voies avec coexistence temporelle de plusieurs espèces
Tous les états dérivés de la lignée humaine ne sont pas apparus en même temps
et n’ont pas évolué à la même vitesse
Présence de ruptures, de discontinuités (H Neandertal est apparu avant H
sapiens, et possède un volume cérébral supérieur).
•Après l’apparition et la diversification du genre Homo, on observe une
réduction de cette diversité (comme chez les primates), nous sommes les
seuls représentants actuels du genre Homo, ainsi que de la lignée
humaine.