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Partie 2 du programme officiel et 4 de la
progression
Les relations de parenté entre les êtres
vivants
et évolution
Chapitre 1 Des parentés établies chez les
vertébrés
•I Rappel des acquis
•II Le principe de l'établissement des parentés
• 1. Établissement d'arbres phylogénétiques à partir
de données macroscopiques
• 2. Établissement de relations de parenté à partir de
données moléculaires
•III Vitesse d'évolution moléculaire et
macroscopique
I Rappel des acquis
Le monde vivant c’est le monde de la cellule.
L’ADN est la molécule support du patrimoine génétique de
chaque cellule procaryote ou eucaryote.
L’universalité du code génétique, comment
l’imaginer sans sa présence déjà dans la cellule à
l’origine du monde vivant actuel c’est-à-dire LUCA.
Bilan des acquis : tous les êtres vivants présentent des
structures cellulaires et un fonctionnement communs qui
traduisent leur origine commune.
II Le principe de l'établissement des
parentés
• L’établissement des relations de parenté entre les
êtres vivants actuels et fossiles se fait par
comparaison de caractères, c'est-à-dire d'attributs
observables de l'organisme. Les caractères
observés doivent être homologues. Ici impossible
car pas homologie mais analogie
• Pour une structure
anatomique, il s'agit
d'une similitude de
position; la structure
étudiée est la même
chez les espèces car
elle a la même place
dans l'organisme, elle
dérive des mêmes
structures
embryologiques.
1. Établissement d'arbres phylogénétiques à partir
de données macroscopiques
• On établit des relations de parenté entre espèces par la recherche
de caractères « évolués» partagés par un certain nombre
d'individus. Les arbres phylogénétiques sont des arbres
généalogiques sans ancêtres véritablement identifiés. Ils supposent
simplement l'existence d'ancêtres communs, comme étant les
premiers individus possédant le(s) caractère(s) particulier(s) ou «
dérivé(s) » propre(s) au groupe. Ainsi, les fossiles ne constituent pas
des ancêtres mais des lignées évolutives éteintes.
• Seul le partage d'un caractère homologue à l'état
dérivé permet de définir un groupe monophylétique.
• La présence d'un même caractère à l'état primitif chez
deux espèces ne donne aucune information sur leur
degré de parenté. Elle indique simplement que ces
deux espèces ont un ancêtre commun, ce qu'elles ont
toutes, mais n'indique pas s'il est proche, ou ancien.
• Le partage de l'état dérivé d'un caractère indique une
parenté étroite, c'est-à-dire un ancêtre commun récent,
ancêtre d'autant plus récent que les espèces qui
partagent ce caractère sont peu nombreuses
Un groupe monophylétique comprend toutes les espèces et
l'ancêtre dont ils sont issues de qui, le premier, a présenté le
caractère à l'état dérivé.
Il importe donc de déterminer, pour chaque caractère
homologue susceptible d'être utilisé pour établir une
phylogénie, quel est son état ancestral et quel est son état
dérivé, c'est-à-dire la polarité du caractère.
Ce sont les données paléontologiques qui fournissent la
réponse pour les caractères morphologiques.
groupe
monophylétique
Les données embryologiques peuvent également être utilisées, selon le
principe qu'au cours du développement, les caractères particuliers (dérivés)
apparaissent après les caractères généraux (primitifs). Tout se passe un peu
comme si l’individu dans son développement passait par les stades de ses
ancêtres communs avant d’exprimer la succession de stades de
développement propre à son taxon.
Là encore, l'aspect visuel est privilégié: la comparaison des deux photographies
en particulier est saisissante. D'après les informations fournies, il est clair que
reptiles, oiseaux et mammifères sont des amniotes.
2. Établissement de relations de parenté à
partir de données moléculaires
Le degré plus ou moins grand de similitude entre molécules homologues
de deux espèces est interprété comme le fruit de l'évolution d'une même
molécule ancestrale, c'est-à-dire appartenant à un ancêtre commun aux
deux espèces considérées.
On fabrique une Matrice de distance : établissement du nombre de
différences observées (ou d’identités) entre les séquences d’acides
aminés ou de nucléotides prises 2 à 2. Cette matrice permet de former
un arbre phylogénique (cf tp)
Le nombre de différences observées entre les deux séquences
est d'autant plus grand que l'ancêtre commun aux deux espèces
est plus éloigné. Le nombre d’identités observées entre les deux
séquences est d'autant plus grand que l'ancêtre commun aux
deux espèces est plus proche.
L'ancêtre commun aux poissons osseux et
aux dipneustes est aussi l'ancêtre de tous les
tétrapodes.
En revanche, le groupe des amniotes, ou
celui des tétrapodes sont des groupes «
naturels », monophylétiques, de même que
les classes des amphibiens et des
mammifères.
Un organisme réel, actuel ou fossile, n'est pas l'ancêtre effectif d'une série de formes
postérieures, l'exemple le plus connu est sans doute l'archéoptéryx, longtemps présenté
comme l'ancêtre des oiseaux, c’est en fait un rameau qui se détache de la branche qui conduit
aux oiseaux. Il existe d'autres formes fossiles qui apparaissent ainsi comme des
intermédiaires, des « chaînons manquants » entre des groupes actuellement distincts et qui
illustrent la transition entre ces groupes, le passage évolutif de l'un à l'autre
III Vitesse d'évolution
moléculaire et macroscopique
Le nombre de différences observées entre molécules homologues de deux espèces est
globalement proportionnel au temps écoulé depuis la divergence de ces deux espèces
La vitesse de modification des molécules semble donc constante et définit une horloge
moléculaire de l'évolution.
Les données paléontologiques, par la datation absolue des fossiles, permettent d'estimer la
vitesse d'évolution macroscopique. Dans la lignée des Proboscidiens, le passage d'une
molaire à tubercules à une molaire à lames a pris environ 50 millions d'années. Des
Métazoaires aux Mammifères, les grandes étapes évolutives apparaissent environ tous les
100 millions d'années: acquisition du plan d'organisation des Vertébrés (environ - 500 Ma).
acquisition du membre de tétrapode (environ - 400 Ma). acquisition de l'œuf amniotique
(environ - 300 Ma). apparition des Mammifères (environ - 200 Ma).
Les arbres phylogénétiques sont en constante évolution.
Nombreux sont les cas où les données morphologiques et moléculaires ne s'accordent pas.
Cela peut provenir d'un nombre insuffisant de molécules analysées (ou de séquences trop
courtes) ou de caractères étudiés, il suffit alors d'élargir le champ des comparaisons. Cela
peut encore provenir de vitesses d'évolution différentes des caractères moléculaires entre les
lignées. Il importe donc, pour établir une phylogénie fiable, d'en avoir une approche la plus
diversifiée possible, complétée, éventuellement, par une discipline en plein essor: la génétique
du développement.
Les bases exigibles
•
•
Termes et notions exigibles: diversification, complexification, filiation entre
les espèces, parentés, évolution biologique, formes intermédiaires,
phylogénie, phylum, arbre phylogénétique ou phylogénique, organes
homologues, homologie, analogie, anatomie comparée, embryologie
comparée, molécules homologues, homologie moléculaire, parenté
biochimique, parenté moléculaire, gènes homologues, lignée évolutive,
distance évolutive, vitesse évolutive, horloge moléculaire.
Savoir-faire: connaître les grandes étapes de l’histoire de la vie (passage à
la vie aérienne, apparition successive des principaux groupes de vertébrés,
apparition des plantes à fleurs); établir le phénomène d’évolution biologique
à partir de l’étude de données concernant l’anatomie, l ’embryologie et la
biochimie comparées, et de données paléontologiques; tracer une esquisse
d’un arbre phylogénique à partir d’une comparaison entre molécules
homologues et dater les ramifications de cet arbre à partir de données
paléontologiques
CORRIGÉS DES EXERCICES
• la correction des exercices « Tester ses
connaissances» figure à la fin du manuel
page 422.
• Exercice 1, page 34 Un exemple
d'homologie. Exercice corrigé page 422
du manuel.
A. Définissez les mots ou
expressions
Organes homologues : p. 20. État
ancestral d'un caractère : p. 21.
État dérivé d'un caractère : p. 21.
Amnios p. 23. Amniotes : p. 23.
Molécules homologues : p. 24.
Arbre phylogénétique : p. 25.
Intermédiaire structural p. 29.
Réfutation d'une idée : p. 29.
B. Exprimez une idée importante...
a. Les membres des vertébrés tétrapodes
sont homologues car, même s'ils ont des
fonctions différentes, ils présentent le même
plan d'organisation.
b. Dans le groupe des oiseaux, l'écaille
représente l'état primitif du caractère «
phanère ».
c. Les étapes du développement
embryonnaire des vertébrés présentent des
similitudes qui soulignent les parentés entre
les groupes.
C. questions à réponses courtes.
a. La ressemblance entre organes analogues
est souvent liée à une fonction commune (aile
de libellule et aile de chauve-souris); elle ne
traduit pas un plan d'organisation commun.
En revanche, des organes peu ressemblants
car adaptés à des fonctions différentes (bras
de l'homme et aile de l'oiseau) sont
homologues car construits sur un même plan;
l'homologie traduit une parenté.
b. La plume, du moins celle de type
rémige permettant le vol, est un phanère,
c'est-à-dire une production cornée de
l'épiderme, caractéristique du groupe des
oiseaux. Elle est apparue au cours de
l'évolution à partir de la transformation
d'écailles épidermiques qui représentent
l'état primitif ou ancestral du caractère
phanère, la plume constituant donc un
état dérivé.
c. Un vertébré tétrapode est un
vertébré possédant deux paires
de membres munis de doigts.
D. Vrai ou faux?
a. Faux (ce n'est pas parce que les
ailes permettent le vol que ce sont
des organes homologues; d'ailleurs,
l'homologie est relative : les ailes
sont homologues des pattes, par
exemple). b. Vrai. c. Vrai. d. Faux
(les amphibiens n’appartiennent pas
au groupe des amniotes). e. Vrai.
Exercice 1, p. 34 : Un exemple d'homologie. Les dessins correspondent aux
encéphales de quelques vertébrés : mouton, serpent, poulet et ptérosaure (reptile
fossile du Secondaire). Pour ce dernier, l'organisation de l'encéphale a pu être
reconstituée grâce à des moulages endocrâniens.
1. L'observation des encéphales montre que les différentes parties de cet organe sont
disposées de la même façon les unes par rapport aux autres. La notion de plan
d'organisation commun, présentée à propos du membre des tétrapodes, est applicable
là encore. On peut donc dire par exemple que le cervelet d'un serpent est homologue au
cervelet d'un quelconque des autres animaux présentés ici.
2. Si les différentes parties de l'encéphale sont homologues d'un vertébré à l'autre, elles
présentent cependant des différences anatomiques (et donc sans doute fonctionnelles)
importantes. Par exemple, dans cette série, le développement du cerveau est maximal
chez le mouton (mammifère), minimal chez le serpent. Chez ce dernier, le
développement des lobes olfactifs est en relation avec l'importance de l'organe sensoriel
correspondant chez l'animal. En revanche, les oiseaux présentent un cervelet et des
lobes optiques développés. On remarque que l'encéphale du reptile fossile, un
ptérosaure, présente des caractéristiques anatomiques proches de celles de l'encéphale
d'oiseau. On peut faire l'hypothèse que ces régions nerveuses remplissent des fonctions
particulièrement importantes liées au vol. En effet, le cervelet est spécialisé dans le
contrôle de la motricité et de l'équilibre, les lobes optiques sont des relais sur les voies
nerveuses visuelles; ces deux fonctions sont effectivement fondamentales pour le
contrôle du vol.
Exercice 2, page 35
Replacer des animaux dans un arbre phylogénétique.
1. Il s'agit d’indiquer, de façon purement qualitative, le degré relatif de parenté des divers groupes
systématiques (espèces, genres...) retenus dans l'échantillon analysé,
d’exploiter les données fournies pour brosser un portrait des caractéristiques du plus récent
ancêtre commun à un ensemble d'organismes. Cela implique que l'arbre fournisse les innovations
évolutives prises en compte pour la réalisation de cet arbre.
Il faut donc avoir compris que les animaux les plus étroitement apparentés sont le poulet et le
crocodile car ils partagent le maximum de caractères à l'état dérivé, à savoir a, b, c, d, e, k, l, m, n
et o. Ils possèdent donc un « ancêtre commun », chez lequel sont apparus les états dérivés des
caractères k, l et m et qui peut donc être symbolisé par le tiret correspondant. Le « poulet se
distingue du crocodile » car dans sa seule lignée sont apparus les états dérivés des caractères i et
j.
Chez la tortue, seuls les caractères b, a, c, d, e et o sont présents dans leur état dérivé. Le rat
possède en commun avec la tortue les caractères b, a, c, d, e à l'état dérivé ; en revanche,
contrairement à cette dernière, il possède les caractères f, g et h à l'état dérivé et le caractère o à
l'état ancestral.
L'ensemble des amniotes correspond aux descendants d'un ancêtre chez qui l'amnios (caractère a)
est apparu. De même, les tétrapodes sont les descendants d'un ancêtre qui possédait 4
appendices pairs charnus (caractère b). Dans cet arbre où très peu de vertébrés sont représentés,
ces deux ensembles se confondent. Ce ne serait pas le cas si la liste avait comporté par exemple
un amphibien (qui se serait « greffé » entre les tirets b d'une part, a, c, d, e d'autre part).
coelacanthe
tyranosaure
Il faudrait
séparer i de j
Exercice 3, page 36
Un animal difficile à classer, l'ornithorynque.
1. Les caractères mammaliens (ou qui évoquent un mammifère) cités
dans ce texte sont les suivants : peau couverte de poils et fourrure (qui
évoque celle de la loutre) très isolante, queue de castor, homéothermie,
lait produit par des glandes mammaires.
Certaines caractéristiques sont « troublantes » car elles évoquent plutôt
oiseaux ou reptiles : bec de canard, présence d'un cloaque, oviparité et
couvaison des neufs, éclosion grâce à des structures (excroissance
cornée, dent spéciale) permettant la rupture de la coquille par le jeune,
éperon venimeux.
2. L'information scientifique concernant les 3 groupes de mammifères
permet de classer les monotrèmes dans le groupe des protothériens :
mammifères (au sens large) ovipares
.

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