CH1 : PARENTES ENTRE ETRES VIVANTS ET EVOLUTION
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CH2 : PARENTES ET EVOLUTION INTRODUCTION La théorie de l’évolution est une explication possible de la diversité des formes vivantes actuelles et passées. Elle suppose l’existence de parentés et de filiation, l’existence de groupes ancestraux, des mécanismes d’évolution. Comment préciser les parentés entre les êtres vivants ? Quelles sont les caractéristiques de l’homme et quelle est sa place dans le monde vivant ? Comment est apparue l’espèce humaine ? Plan suivi I. BASES DE LA THEORIE DE L’EVOLUTION A : unité et diversité : Unité de fonctionnement, de structure, d’information, unicité. B : recherche de parenté : caractères homologues, degrés de parentés, ancêtres communs, arbres phylogénétiques II. LA LIGNEE HUMAINE ET SON ORIGINE A : Place de l’homme dans le règne animal degré de parenté critère d’appartenance à la lignée humaine B : Caractère buissonnant de la lignée humaine C : Hypothèse sur l’origine de l’espèce humaine actuelle I : BASES DE LA THEORIE DE L’EVOLUTION retour plan Sur quelles bases biologiques la théorie de l’évolution peut-elle se fonder ? A. UNITE ET DIVERSITE DES ETRES VIVANTS 1. Unité de structure Tous les êtres vivants sont constitués de cellules. Les cellules eucaryotes possèdent un noyau renfermant les chromosomes et des organites (mitochondries, chloroplastes…). 2. Unité d’information Tous possèdent de l’ADN, double chaîne de 4 nucléotides (ATCG), des gènes, unités d’information déterminant une protéine. Le code génétique est universel : 1 codon pour 1 acide aminé. 3. Unité de fonctionnement Tous fabriquent leurs protéines par transcription et traduction, multiplient leur ADN par réplication, divisent leurs cellules par mitose. Ils se répartissent suivant 2 types de métabolisme : Hétérotrophe (respiration seule) et autotrophe (photosynthèse et respiration. 4. De la diversité à l’unicité des êtres vivants Les séquences de nucléotides permettent une très grande diversité de gènes et d’allèles, à l’origine d’une très grande diversité de protéines et de fonctions moléculaires, donc une très grande diversité de cellules, d’organes, d’espèces permettant l’unicité individuelle B. RECHERCHE DE PARENTE CHEZ LES VERTEBRES retour plan L’origine commune et la diversification peut expliquer les ressemblances et les différences entre les êtres vivants. Trouver l’évolution entre des êtres vivants, c’est pour une part, trouver la filiation et les parentés entre les êtres vivants, puis comprendre les mécanismes d’évolution. Comment déterminer parentés et filiation entre les vertébrés ? 1. Déterminer les caractères homologues Les caractères sont d’ordre anatomique, morphologique, physiologique, embryonnaire, moléculaire, génétique. 2 caractères sont dits homologues s’ils ont même origine embryonnaire ou génétique 2 organes de mêmes forme et fonction, mais d’origine embryonnaire ou génétique différentes, sont dits analogues. Œil des vertébrés et invertébrés : mêmes cellules, mêmes pigments, mêmes gènes homéotiques. Membre tétrapode : Anatomie, fonction et origine embryonnaire identiques : la diversité résulte d’adaptation au milieu 2. Identifier l’état ancestral et l’état dérivé d’un caractère Les caractères homologues partagés entre plusieurs groupes peuvent être différents : L’état dérivé d’un caractère correspond à l’état ancestral modifié de ce même caractère. Les espèces possédant le même caractère homologue dérivé sont frères par rapport à ceux qui ne le possèdent pas. 2 groupes d’êtres vivants partageant le même caractère dérivé sont dits groupes frères Les vertèbres sont cartilagineuses, état ancestral, chez les requins et osseuses, état dérivé, chez les thons. L’écaille et la plume sont deux états, ancestral et dérivé, du caractère phanère partagé entre reptiles et oiseaux. Les glandes mammaires sont d’anciennes glandes sudoripares modifiées. Il permet de regrouper les mammifères. 3. Déterminer le degré de parenté 4. Plus les caractères dérivés partagés sont nombreux, plus les groupes sont proches parents Le plus petit groupe constitué est l’espèce : c’est le 1° niveau de regroupement : les individus sont interféconds, ont le même génome mais des allèles différents. Déterminer l’ancêtre commun Le groupe ancestral est le plus ancien groupe (espèce) ayant les caractères dérivés de ses descendants. Plus 2 groupes sont proches, plus leur ancêtre commun est récent. L’ancêtre commun reste hypothétique car les fossiles retrouvés descendent eux-mêmes de cet ancêtre et d’autre part, la fossilisation reste un phénomène exceptionnel. 5. Représenter les phylogénies L’arbre phylogénétique est l’arborescence basée sur le partage des caractères dérivés et la transformation des caractères ancestraux. Ce n’est pas un arbre généalogique car les ancêtres directs ne sont pas connus. La divergence entre 2 groupes correspond à l’apparition d’un caractère dérivé et se représente par 2 branches. Le nœud entre 2 branches correspond à l’ancêtre commun le plus récent des descendants des 2 branches. BILAN : L’évolution est l’explication possible de l’unité et de la diversité des êtres vivants actuels et passés. Les caractères homologues dérivés, partagés entre plusieurs groupes, permettent d’établir des parentés et des filiations. L’ancêtre, espèce ayant les mêmes caractères dérivés que ses descendants, est hypothétique. II : LA LIGNEE HUMAINE ET SON ORIGINE retour plan Quelles parentés attribuer à l’homme ? Comment le situer dans le monde animal ? Quel est son ancêtre ? A. PLACE DE L’HOMME DANS LE REGNE ANIMAL Degrés de parentés BACTERIES VIRUS (PROCARYOTE) CELLULE EUCARYOTE (CHROMOSOME DANS UN NOYAU) VEGETAUX + INVERTEBRE (NON VERTEBRES) 1,2 GA VERTEBRE (SQUELETTE INTERNE) POISSONS (NON TETRAPODES) 0,5 GA TETRAPODE (2 PAIRES DE MEMBRES + DOIGTS) AMPHIBIENS (NON AMNIOTES) 0,4 GA AMNIOTE (EMBRYON DANS L’AMNIOS) REPTILES OISEAUX (NON MAMMIFERES) 0,3 GA MAMMIFERE (MAMELLES POILS) HERBIVORES CARNIVORES RONGEURS (NON PRIMATES) 0,2 GA PRIMATE (ONGLE POUCE OPPOSABLE) BABOUIN (NON HOMINOÏDES) 0,07 GA HOMINOÏDE (SANS QUEUE) GIBBON ORANG-OUTANG (NON HOMINIDES) 0,02 GA GORILLE (NON HOMININES) HOMINIDES 0,01 GA HOMININES HOMME et chimpanzé 7 MA ? Lignée HUMAINE + lignée PAN = HOMININES Le groupe ancestral commun aux homininés est un groupe d’individus ressemblant à l’homme et au chimpanzé : 30 kg, 1 m, de volume cérébral 350/400 cc, de société hiérarchisée, fabriquant des outils, bipèdes et vivant dans les arbres. Cet ancêtre n’est ni un chimpanzé actuel, ni un homme actuel. B. CRITERE D’APPARTENANCE A LA LIGNEE humaine retour plan Tout fossile possédant au moins un de ces caractères appartient à la lignée humaine 1. caractères dérivés liés à la bipédie exclusive Trou occipital : médian (le milieu du crâne se pose sur la colonne, cela favorise station verticale) Bassin : court, large (il permet l’insertion de muscles puissants favorisant la station verticale) Colonne vertébrale à 5 cambrures (elles favorisent la station debout) Fémur oblique : non vertical (permet une position de la cuisse favorisant l’équilibre vertical, la bipédie) Membres inférieurs plus grands que les supérieurs (enjambées plus grandes favorisant la marche) Voûte plantaire, gros orteil non opposable (ils favorisent suspension et marche) 2. Caractères dérivés crâniens Face plate, non prognathe : Bourrelets sus-orbitaires absents : Mâchoire parabolique, canines petites Volume crânien 1400 cm3 (muscles + petits, mastication réduite et changement d’aliments) (même modification que la diminution du prognathisme) (liée changement de régime et de comportement) (nouveaux centres nerveux : aire de Broca liée au langage) 3. Caractères culturels Outils nombreux Campements : sédentarisation progressive Feu utilisé puis conservé Arts, rites, cultes C. CARACTERE BUISSONNANT DE L’EVOLUTION HUMAINE Une espèce d’homininé possédant au moins un critère humain, s’est modifiée à partir du plus récent ancêtre commun aux hommes et aux chimpanzés. Nombreux fossiles humains ont été retrouvés. Quels caractères distinguent ces représentants de la lignée humaine ? Comment les groupes humains ont-ils évolué ? 1. Genre Australopithèque A Afarensis (Lucy) 3MA, Africanus : 4,5 à 1,5MA (+ vieux mais + évolué dans la bipédie, roule moins les hanches) Tous les Australopithèques retrouvés sont Africains. Certains Australopithèques cohabitent avec H Habilis. (Est-ce grâce à la fossilisation exceptionnelle au Rift Est Africain, leur origine est-elle réellement africaine ?) 2. Genre Homo H Habilis à 2,5MA mais cohabite avec H Erectus (enfant de TURKANA) apparu à 1,8MA. H Sapiens Néanderthalensis apparu à 0,1 MA cohabite avec H Sapiens Sapiens Cro-Magnon apparu à 0,1 MA Orrorin Tugenensis, sans doute du genre HOMO, bipède à 6 MA. Nouveau fossile humain qui remet en cause l’hypothèse selon laquelle les premiers humains vivaient dans une savane arbustive. Origine de la lignée humaine à 7MA ? 3. Australo avec Homo H Habilis apparu à 2,5 MA, cohabite avec A Robustus apparu à 1 MA, 4. Plusieurs espèces cohabitent En conséquence, l’évolution humaine n’a pas pu se faire suivant une ligne unique : si plusieurs espèces humaines cohabitent, elles ne peuvent dériver l’une de l’autre : elles se sont développées de manière buissonnante. 5. Caractères distinctifs entre Australopithèque et Homo Australo pithèque Genre Afarensis (3) Anamensis (4) Robustus (1) Caractères dérivés du squelette Bassin court, Fémur incliné Articulation large, souple Bipédie domine imparfaite Bipédie dominante (= séparation de pan) HOMO Néanderthal 0.11 MA Sapiens 0.10 MA V cérébral = 450 cc (caractères crâniens communs à PAN) HUMAIN A TETE DE SINGE V cérébral = 700 cc Mâchoire parabolique, bourrelets Culture : Tranchant + éclat. Habilis 2.5 MA Erectus 1,8 MA Caractères dérivés crâniens Jambes longues : marcheur et coureur Colonise Afrique, Asie, Europe V cérébral = 1000 cc Réduction bourrelets, redressement face Culture : Biface, feu. Trapu V cérébral = 1400/1700 cc Forme crâne Erectus Culture : Rites funéraires. V cérébral = 1500 cc Face plate Culture : Arts Volume cérébral / prognathisme D. ORIGINE DE L’HOMME MODERNE 1. Une seule espèce actuelle Tous les hommes ont même caryotype et même génome ; seuls les allèles varient. Toutes les populations humaines ont les mêmes allèles ; il n’y a pas de gènes ou d’allèles spécifiques à une population ; seule la fréquence allélique varie entre les populations (ABO) La population ancestrale des Homo sapiens aurait pu être de quelques 1.000 individus. 2. Hypothèse sur l’origine de H Sapiens : formulée à partir de l’analyse de la fréquence allélique L’accumulation des mutations fait que le nombre d’allèles augmente avec temps. Or, actuellement, la plus grande diversité d’allèles est constatée en Afrique. Cela signifierait que H Sapiens serait d’origine africaine. On pense actuellement que : H Erectus, issu de l’Afrique de l’Est, aurait colonisé toute l’Afrique, le Proche Orient, l’Asie et l’Europe. L’homme de Neandertal semble provenir de populations d’Homo Erectus européens. Ces deux groupes se sont éteints. Homo Sapiens est apparu en Afrique, il y a 0.1 à 0.2 MA, et a colonisé tous les continents, remplaçant les Homo Néanderthalensis Européens. CONCLUSION L’unité de structure, de fonctionnement et d’information évoquent l’idée d’origine commune des êtres vivants, idée confirmée par le partage de caractères homologues dérivés ou ancestraux + ou – nombreux entre groupes frères, qui permettent de proposer des phylogénies. L’ancêtre commun à plusieurs groupes partage les mêmes caractères dérivés que ses descendants, mais reste théorique et ne correspond pas à un fossile existant, lui aussi descendant de cet ancêtre. Le chimpanzé et l’homme sont eucaryotes, vertébrés, mammifères, amniotes, primates, hominoïdes, hominidés et homininés. La lignée humaine se définit par au moins un caractère lié à la bipédie ou au crâne ou à la culture. Le groupe ancestral aux Australopithèques et Homos, s’est séparée de la lignée Pan vers 10 MA. L’évolution des groupes humains est dite buissonnante car les espèces se sont diversifiées, certaines étant contemporaines. L’homme actuel, représentée par la seule espèce Homo Sapiens, dérive sans doute d’un groupe d’Homo Sapiens Africain qui a migré et remplacé les Homo Erectus et Néanderthalensis Européens.
