La recherche de parenté chez les vertébrés








télécharger 213.78 Kb.
titreLa recherche de parenté chez les vertébrés
page1/5
date de publication17.05.2017
taille213.78 Kb.
typeRecherche
b.21-bal.com > histoire > Recherche
  1   2   3   4   5

ANNALE TERMINALE S SCIENCE DE LA VIE ET DE LA TERRE



INTRODUCTION

Mise en contexte

Approche du temps en biologie et géologie

Le déroulement des événements géologiques et biologiques sont caractérisés par des échelles de temps, qui sont différentes en fonction des phénomènes étudiés.

L’histoire de la Terre, comme celle de la vie, s’inscrit dans celle de l’Univers. Elle fait appel à de très longues durées. Une majorité d’astronomes estiment que l’Univers est âgé d’environ 15 milliards d’années. La Terre, elle, s’est formée il y a 4,6 milliards d’années et la vie y est apparue il y a environ 3,8 milliard d’années. La planète et les êtres vivants ont alors évolué conjointement.

Des événements majeurs jalonnent l’histoire de la Terre, dont la durée s’étale sur des dizaines ou centaines de millions d’années, comme la mise en place de la tectonique des plaques. Leur chronologie est établie à partir de la datation d’archives cosmiques, géologiques ou biologiques.

Les êtres vivants ont laissé des traces au sein des roches. Une fois datés, ces fossiles permettent de préciser l’histoire de la vie, qui est marquée par des étapes telles que l’apparition de la cellule eucaryote ou du premier vertébré. Si la durée moyenne d’existence d’une espèce est de l’ordre de quelques millions d’années, les durées de vie des êtres vivants au sein des différentes espèces sont beaucoup plus courtes ; elles se mesurent en années, en mois, en jours, voire en heures ou minutes (certaines bactéries peuvent se diviser toutes les 30 minutes).La notion de temps à l’échelle des cellules est encore différente ; par exemple, un événement comme la mitose se mesure en heures.

Et à l’échelle des molécules, à l’intérieur même des cellules, ont lieu des réactions chimiques extrêmement rapides : la plupart des enzymes peuvent catalyser de 103 à 106 réactions par seconde.

_____________________________________

PARTIE I : PARENTE ENTRE ETRES VIVANTS ACTUELLES ET FOSSILES-PHYLOGENETIQUES –EVOLUTION.

_____________________________________

La recherche de parenté chez les vertébrés

En dépit de la formidable biodiversité attestée par les milliards d'espèces disparues et par les quelques 2 millions d'espèces identifiées dans la nature actuelle, le monde vivant est avant tout caractérisé par une remarquable unité. En effet, des caractéristiques fondamentales partagées par tous les organismes révèlent une origine commune remontant à plus de 3,5 milliards d'années (Ga).

Tous les êtres vivants descendent d'un ancêtre commun et sont donc tous plus ou moins apparentés, malgré les différences acquises au cours de l'évolution. C'est pour cette raison que l'on s'efforce de les classer en fonction de leurs liens de parenté.

Ainsi, les divisions fondamentales de la classification au sein d'un règne (animal, végétal, etc.) – les embranchements ou phylums – regroupent les espèces qui partagent un même plan d'organisation. Il n'existe qu'un petit nombre de phylums (mollusques, arthropodes, vertébrés…), mais on y trouve une multitude d'espèces différentes. Chacune d'entre elles est caractérisée par des variations particulières du plan commun, résultant d'une évolution différente des mêmes caractères ancestraux.

1. Comment déterminer les relations de parenté ?

Le principe utilisé consiste à identifier l'état ancestral d'un caractère et ses états dérivés apparus au cours de l'évolution, de façon à remonter de proche en proche des descendants à leur ancêtre commun.

Les caractères de même origine évolutive ou embryonnaires sont appelés caractères homologues, même s'ils assurent parfois des fonctions différentes. Ils se distinguent des caractères analogues qui, eux, assurent les mêmes fonctions sans avoir la même origine évolutive, comme par exemple les ailes des insectes et celles des oiseaux.

Ainsi, tous les vertébrés tétrapodes (amphibiens, reptiles, oiseaux, mammifères) descendent d'un ancêtre commun vieux de quelque 350 millions d'années. Ils possèdent en effet un même plan d'organisation, caractérisé en particulier par un squelette interne comportant une colonne vertébrale et deux paires de membres. Ces derniers sont des caractères homologues puisqu'ils ont la même origine ; le membre antérieur, qui peut être une aile, un bras, une patte, une palette natatoire, etc. a évolué différemment dans les quatre classes de vertébrés tétrapodes, à partir d'une structure commune présente chez leur ancêtre commun.

c:\users\cam\appdata\local\microsoft\windows\temporary internet files\0019eb7f.bmp

2. Dans quels caractères peut-on reconnaître des homologies ?

On recherche des homologies aux différents niveaux d'organisation. Même si tous les êtres vivants partagent une origine commune qui se traduit notamment par une remarquable unité biochimique, génétique et cellulaire, les espèces se distinguent par des particularités moléculaires, anatomiques, morphologiques, physiologiques, embryonnaires, larvaires, comportementales, etc. La comparaison de ces différents types de caractères entre groupes d'espèces appartenant au même phylum permet de reconnaître les homologies.

On a vu que les membres antérieurs des vertébrés tétrapodes sont homologues mais on peut aussi identifier des homologies jusqu'au niveau moléculaire, notamment entre gènes ou protéines. Ainsi, des protéines appartenant à des espèces différentes comme les globines (hémoglobine, myoglobine) et les gènes qui les codent sont homologues.

Le degré d'homologie entre les caractères hérités d'un ancêtre commun est un marqueur du degré de parenté entre les espèces. Pour les espèces fossiles, le nombre de caractères pris en compte est forcément plus limité car, en général, seules les parties dures de l'organisme (squelette, coquille) sont conservées. Dans certains cas favorables, on peut cependant aussi étudier leur ADN (ADN fossile).

3. Comment évaluer le degré de parenté entre les espèces ?

Les séquences de molécules informatives — gènes et protéines — se prêtent particulièrement bien à l'analyse informatique, ce qui permet de quantifier précisément leur degré de similitude et donc de parenté.

Les gènes homologues dérivent d'un gène ancestral provenant de leur ancêtre commun. Plus l'ancêtre commun est éloigné dans le temps, plus les gènes accumulent de mutations et plus ils diffèrent par leur séquence. La comparaison deux à deux de ces séquences permet ainsi d'évaluer la distance évolutive entre les espèces et de compléter les informations obtenues par l'analyse d'autres caractères. Plus le nombre de caractères pris en compte est important et plus les résultats sont précis. On peut ainsi reconstituer les filiations entre espèces.

4. Qu'est-ce qu'un arbre phylogénétique ?

Un arbre phylogénétique est un diagramme traduisant les relations de filiation entre les espèces et leur plus proche ancêtre commun. Il faut cependant noter que ces ancêtres sont hypothétiques puisque déduits de l'analyse des caractères homologues, par définition différents du caractère ancestral.

On a pu ainsi construire l'arbre du vivant qui montre les relations phylogénétiques entre les espèces et remonte de proche en proche jusqu'à l'origine de la vie, il y a plus de 3,5 milliards d'années. La figure ci-dessous présente la partie de cet arbre correspondant aux reptiles, aux oiseaux et aux mammifères, dont l'ancêtre commun hypothétique est daté de 350 millions d'années.

c:\users\cam\appdata\local\microsoft\windows\temporary internet files\0019eb81.bmp

5. Existe-t-il des fossiles d'ancêtres communs ?

Non, on ne peut pas trouver de fossile d'ancêtre commun car les notions de fossile et d'ancêtre commun sont de natures différentes.

La notion d'ancêtre commun est théorique puisqu'elle est définie par un ensemble de caractères homologues, retrouvés dans un groupe d'espèces qui en ont toutes hérité. Elle permet d'établir les nœuds de l'arbre phylogénétique. À l'inverse, les fossiles correspondent à des espèces réelles ayant vécu durant une période géologique donnée et ne coïncident pas nécessairement avec ces nœuds.

Ainsi, on considère que le chimpanzé et l'homme descendent d'un ancêtre commun qui vivait il y a 7 à 10 millions d'années. Cependant, on ne dispose d'aucun critère pour l'identifier avec certitude – bien que l'on connaisse divers fossiles appartenant à la lignée des primates –, ni pour savoir combien de temps il a pu exister.

6. Quelle est la place de l'homme dans la nature ?

La classification des êtres vivants s'efforce de placer les différentes espèces sur l'arbre phylogénétique du vivant en identifiant leurs relations de parenté.

Ainsi, l'homme appartient à l'ordre des primates, qui inclut les prosimiens et les simiens (singes et hominidés). Il fait partie, avec les grands singes (orang-outang, gorille et chimpanzé), de la famille des hominidés. Avec le chimpanzé et le gorille, il appartient à la sous-famille des homininés, et avec ses représentants fossiles, à la tribu des hominines.

Comme tous les mammifères, l'homme est un vertébré amniote (embryon entouré par un amnios) et tétrapode ; cette dernière caractéristique a été acquise beaucoup plus tôt au cours de l'évolution et est partagée par les batraciens, les reptiles et les oiseaux. Enfin, il partage avec tous les autres animaux des caractéristiques encore plus anciennes, comme par exemple la nature de ses cellules qui sont eucaryotes.

Le saviez-vous ?

Tous les êtres vivants actuels et fossiles ont une origine commune remontant à plus de 3,5 milliards d'années. Les premières traces d’activités d’êtres vivants (des bactéries) connues sont datées de 3,8 milliards d’années, date présumée de l'apparition de la vie. La biosphère actuelle résulte de l'évolution de milliards d'espèces qui se sont succédées depuis cette époque.
_____________________________

La lignée humaine

La place de l'espèce humaine dans l'arbre phylogénétique du vivant se déduit, comme celle des autres espèces, de ses relations de parenté avec les espèces voisines de primates actuelles et fossiles.

Pour comprendre comment s'est faite l'évolution de l'homme depuis son ancêtre commun avec les grands singes – ce qu'il est convenu d'appeler l'hominisation –, il faut identifier ce qui caractérise la lignée humaine et rechercher l'apparition de ces caractéristiques dans les formes fossiles. On peut ainsi déterminer à quelle période est apparu ou s'est transformé tel ou tel caractère. La comparaison avec nos plus proches parents évolutifs, les chimpanzés, permet ensuite de comprendre comment les deux lignées ont évolué depuis leur séparation.

1. En quoi l'homme et les grands singes sont-ils apparentés ?

L'homme et les grands singes (orang-outang, gorille, chimpanzé) sont morphologiquement et anatomiquement plus proches entre eux qu'ils ne le sont des autres primates.

Le caryotype de l'homme diffère de celui du chimpanzé par une paire de chromosomes (46 contre 48), mais on retrouve chez l'homme un chromosome résultant de la fusion de deux chromosomes présents chez le chimpanzé. En outre, 13 chromosomes sont identiques dans les deux espèces tandis que les autres chromosomes ne sont affectés que par des modifications d'ampleur limitée (additions, inversions de segments, etc.).

Sur le plan moléculaire, on estime à quelque 98 % l'identité génétique des deux espèces.

Ces similitudes révèlent une parenté étroite ; les deux lignées se seraient en effet séparées de leur ancêtre commun il y a 7 à 10 millions d'années.

c:\users\cam\appdata\local\microsoft\windows\temporary internet files\0019eb83.bmp

2. Quels sont les critères d'appartenance à la lignée humaine ?

La lignée humaine est caractérisée par trois séries de caractères associés : la bipédie, le développement du cerveau (marqué par l'augmentation du volume crânien au détriment de la face) et l'existence de productions culturelles (fabrication d’outils, gravures, peintures rupestres, etc.). Un fossile qui présente au moins un de ces caractères appartient à la lignée humaine — c'est un membre de la tribu des hominines (sous-famille des homininés, famille des hominidés) mais n'est pas forcément un ancêtre direct de l'homme actuel.

De nos jours, la lignée humaine est représentée par la seule espèce Homo sapiens, mais elle a été précédée au cours de son évolution par plusieurs espèces fossiles d'hommes (comme Homo erectus et Homo habilis) et, plus anciennement encore, par un autre genre, Australopithecus, qui a comporté lui aussi de nombreuses espèces.

On suppose que la bipédie, en libérant la main, a permis chez les premiers hominines un développement de l'habileté manuelle et a favorisé en retour le développement psychomoteur et la capacité à fabriquer des outils.

L'évolution de la lignée humaine, commencée il y a environ 7 à 10 millions d'années, a été rapide à l'échelle des temps géologiques.

3. Quels sont les caractères squelettiques spécifiques de la lignée humaine ?

L'acquisition la plus précoce qui différencie l'homme des autres hominidés, comme les grands singes, et caractérise les hominines est la bipédie. Même s’il est capable de marcher sur quelques mètres en position bipède, le chimpanzé utilise en effet le plus souvent ses quatre membres pour se déplacer au sol (marche quadrupède) et ses bras pour se déplacer entre les branches (brachiation).

La bipédie est liée à diverses modifications du squelette qui permettent de caractériser les hominines et de les distinguer par exemple de leur plus proche parent, le chimpanzé. Ces transformations sont :

  • une modification de la colonne vertébrale (quatre courbures au lieu d'une seule) ;

  • une réduction de la longueur des membres antérieurs par rapport aux membres postérieurs qui s'allongent et deviennent verticaux ;

  • un raccourcissement et un élargissement du bassin (insertions des muscles anti-gravité) ;

  • un déplacement de l'axe de l'articulation du fémur (jambe verticale) ;

  • un déplacement vers l'avant du trou occipital (chez l'homme : position antérieure du trou occipital à la base du crâne rendant l'axe tronc-tête perpendiculaire à l'axe visuel ; chez le chimpanzé : position postérieure du trou occipital plus proche de celle des quadrupèdes).

La figure ci-dessous localise les principales différences entre les squelettes des deux primates.

c:\users\cam\appdata\local\microsoft\windows\temporary internet files\0019eb85.bmp

4. Que signifie le terme d'évolution humaine buissonnante ?

Même si l'homme actuel descend d'un ancêtre commun partagé avec les grands singes, la lignée humaine, comme les autres, n'a pas évolué linéairement. À chaque étape, l'évolution, totalement imprévisible en raison du caractère aléatoire des mutations et des conditions écologiques, a pu prendre des directions diverses.

Les nombreux fossiles d'hominines et les traces de leur activité, découverts au hasard des fouilles, ne représentent donc pas nécessairement une succession d'espèces descendant les unes des autres. Ces fossiles peuvent aussi bien être des ancêtres de l'homme actuel que des représentants de branches disparues depuis. Quelques-uns d'entre eux présentent d'ailleurs des états primitifs de certains caractères tels que la mandibule. Une autre preuve de cette évolution buissonnante est la coexistence de différentes espèces d'hominines pendant de longues périodes, comme par exemple les australopithèques et Homo habilis ou l'homme de Neandertal et l'homme actuel.

Ainsi, l'arbre phylogénétique de la lignée humaine ressemble plus à un buisson avec de multiples branches qu'à une simple succession linéaire de formes descendant les unes des autres.

5. Quels sont les principaux représentants fossiles de la lignée humaine ?

On regroupe les nombreux restes fossiles appartenant à la lignée humaine (hominines) en deux genres principaux, Australopithecus et Homo.

Les australopithèques (Australopithecus), dont on découvre des fossiles de plus en plus âgés, ont longtemps été les plus anciens primates connus présentant des caractères squelettiques caractéristiques de la bipédie et étaient par conséquent considérés comme les plus anciens hominines (- 4 Ma à - 1 Ma). Cependant, il est très probable que Sahelanthropus tchadensis (connu sous le nom de Toumaï), qui vivait en Afrique centrale il y a 7 millions d’années, ait été bipède. Sans doute très proche de l’ancêtre commun au chimpanzé et à l’homme, il est aujourd’hui considéré comme le plus ancien représentant de la lignée humaine.

Les espèces du genre Homo possèdent, en plus de la bipédie, des caractères dérivés crâniens (augmentation du volume cérébral et réduction de la face) et leurs fossiles sont associés à une industrie lithique. Les plus anciens d'entre eux sont les Homo habilis, datés de - 2,5 Ma environ et uniquement connus en Afrique. Homo erectus, apparu en Afrique il y a environ 2 Ma, a colonisé l'ancien monde. Il pourrait être à la fois l'ancêtre de l'homme de Néandertal (Homo neanderthalensis), disparu sans descendance il y a environ 30 000 ans, et celui de l’homme moderne, Homo sapiens — on a longtemps pensé que l’homme de Neandertal était une sous-espèce d’Homo sapiens, mais on sait aujourd’hui qu’il appartient à une espèce différente.

L'espèce humaine actuelle, Homo sapiens, est apparue il y a 150 000 à 200 000 ans en Afrique. Il a, ensuite, colonisé toute la planète.
  1   2   3   4   5

similaire:

La recherche de parenté chez les vertébrés iconChapitre 1 : La recherche de parenté chez les Vertébrés : l’établissement de phylogénies
«le cours historique de la descendance des êtres organisés» = établissement des liens de parenté entre espèces à partir de l’étude...

La recherche de parenté chez les vertébrés iconI- la parenté chez les Vertébrés

La recherche de parenté chez les vertébrés iconL’appareil digestif est constitué par l’ensemble des organes qui...

La recherche de parenté chez les vertébrés iconMise en place du plan d’organisation chez les Vertébrés Acquisition...

La recherche de parenté chez les vertébrés iconMise en place du plan d’organisation chez les Vertébrés Acquisition...

La recherche de parenté chez les vertébrés iconL’utilisation d’animaux faisant l’objet d’une commercialisation destinée à l’alimentation
«invertébrés/animaux à squelette externe ou sans squelette» à l’exception des Céphalopodes et les vertébrés ou les produits issus...

La recherche de parenté chez les vertébrés iconLa Transcription Les fonctions et les caractéristiques de chaque...
«copie» de l’information génétique contenu dans l’adn. Ils sont synthétisés rapidement et leur demi-vie est courte (quelques minutes...

La recherche de parenté chez les vertébrés iconParenté entre êtres vivants et Evolution

La recherche de parenté chez les vertébrés iconL'arbre phylogénétique présente les relations de parenté entre organismes...

La recherche de parenté chez les vertébrés icon1 Définitions, valeurs normales chez l’homme et chez la femme de...








Tous droits réservés. Copyright © 2016
contacts
b.21-bal.com