Volume crânien 800cm 3

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1 TS DS Génétique et évolution du vivant CORRECTION Exercice 1 : l adolescent de Turkana (durée estimée 15 mn) EXERCICE 1 : l adolescent de Turkana (durée estimée 15 mn) On cherche à établir l appartenance d un fossile à la lignée humaine. Les restes de ce fossile ont été datés de 1.6 Ma. Volume crânien 800cm 3 Trou occipital A partir de l analyse complète et rigoureuse des documents : - Retrouvez les arguments qui justifient l appartenance de l adolescent du Turkana à la lignée humaine; Le fossile présente des caractères témoignant d une bipédie permanente, d une réduction de la face, d une ì du vol. crânien : c est un homininé. - Attribuez un genre (Homo ou Australopithèque) à ce fossile Le volume crânien est > à 600 cm3, c est un Homo (+ î des caractères primitifs encore présents chez les australo) - Critères liés à la bipédie permanente : Trou occipital avancé Bassin court et large Fémurs inclinés Membres sup. < membres inf. - Critères liés la réduction de la face Angle facial plus ouvert que celui d un chimpanzé (face redressée) Mâchoire en V (branches non //) Canines réduites - Critère lié à l ì du vol. crânien Vol > 350 cm3 (chimpanzé) Vol > 600 cm3 (> australo) Connaissances à Déduction Pour définir l appartenance à la lignée humaine il faut au moins un critère - caractérisant la bipédie permanente - caractérisant la réduction de la face - caractérisant l ì du volume crânien - caractérisant une activité culturelle ; à L «adolescent de Turkana» appartient à la lignée humaine, c est un homininé. Le genre Homo est caractérisé par un volume crânien > 600cm3 à L «adolescent de Turkana» appartient au genre Homo.

2 - Critère de datation 1,6 MA Les Homo erectus auraient vécu en Afrique (+ Europe, Asie) de +/- 2MA à A à Il semble chronologiquement cohérent de classer l «adolescent de Turkana» dans l espèce Homo erectus EXERCICE 2 (durée estimée 10 mn) L'arbre présenté dans le document illustre une phylogénie possible pour trois représentants de la lignée humaine. Questions : A l'aide des données du tableau : - justifiez la phylogénie proposée, - complétez l'arbre en y plaçant les différentes innovations évolutives document : arbre phylogénétique de trois Homininés 4 Tableau de comparaison des caractères des 3 homininés étudiés (caractères primitifs, caractères dérivés) Je vois : H.ergaster et P.robustus partagent le maximum de caractères dérivés (3) A. afarensis ne partage avec P. rabustus qu un caractètre dérivé. Connaissances à Déduction Je sais que plus le nombre caractères dérivés partagés est grand plus le lien de parenté est étroit plus l ancêtre commun des espèces est récent. à H.e et P. r partagent l ancêtre commun le plus récent, ils ont le lien de parenté le plus étroit. à A.a possède avec les précédents un ancêtre commun plus ancien. Cela vérifie l arbre phylogénique proposé dans le document Exercice 2.2 (Amérique du Nord 2014) On étudie la biodiversité chez le pouillot verdâtre (petit oiseau appartenant au genre Phylloscopus). On distingue en Asie, huit populations d oiseaux réparties en 5 espèces identifiables par de faibles variations morphologiques. On constate que les populations géographiquement proches sont interfécondes, sauf les populations appartenant aux deux espèces Phylloscopus viridanus et Phylloscopus plumbeitarsus. A partir des documents et de l utilisation des connaissances, décrire les mécanismes permettant de comprendre pourquoi ces deux espèces géographiquement proches ne peuvent pas se reproduire entre elles.

3 Populations : ensemble d individus appartenant à la même espèce (interféconds) mais vivants dans des conditions particulières Espèce : individus présentant des caractéristiques communes, pouvant se reproduire et donnant une descendance fertile, issu d une espèce préexistante et présentant une évolution dans le temps (apparition, évolution, disparition) PB : on s interroge sur les mécanismes qui ont conduit à ce que les espèces géographiquement proches de P. v et P. p ne soient pas interfécondes. Document 1 : répartition de différentes populations de pouillots Document 1a : répartition des populations appartenant aux 5 espèces actuelles de pouillot verdâtre autour du plateau Tibétain Document 1b : répartition d anciennes populations de pouillot verdâtre autour du plateau Tibétain Sur la carte du document 1a, la zone A représente l aire de répartition d une population de pouillots qui a aujourd hui disparu suite à la déforestation. La zone B représente l aire de répartition de la population initiale des pouillots, à partir de laquelle des migrations ont eu lieu. On voit : - Qu il existe 5 espèces de Pouillot (P.v ;P.l ; P.t ; P.o ; P.p ;) non interfécondes mais ne présentant que de très faibles variations morphologiques, distribuées de façon circulaire autour de l Himalaya - Les 3 premières présentent une diversification en 2 populations chacune, localisées à chaque extrémité de leur aire de répartition. - l aire de répartition de la population d origine (P.t) est située au sud de l Himalaya, elle s est ensuite étendue par migration vers l est et l ouest où elle s est diversifiée en 2 populations (5, 6) puis 1 nouvelle espèce (plus d interfécondité (à P.l) etc Connaissances à déduction Je sais que lorsque des populations : ensemble d individus appartenant à la même espèce (interféconds) mais vivants dans des conditions particulières, se retrouvent isolées géographiquement (ou autre) cela se traduit par un isolement reproducteur qui finit par entraîner une évolution indépendante de la structure génétique des populations (fréquence des allèles), et une perte de l interfécondité à nouvelles espèces = spéciation. J en déduis que les migrations des pouillots depuis le sud ont été contraintes par la barrière himalayenne. Les populations se sont progressivement suffisamment isolées géographiquement pour

4 entraîner une spéciation. Lorsque les 2 flux migratoires (Ouest et Est) se sont rejoints au Nord, les 2 espèces P.v et P.p, bien que désormais proche géographiquement n étaient plus interfécondes. Mais quel mécanisme a été responsable de la diversification graduelle des populations? Document 2 : méthode d étude des chants des pouillots La biodiversité des pouillots verdâtres est caractérisée par de faibles variations morphologiques, mais aussi par des variations du chant. On appelle «sonogrammes» les enregistrements du chant des oiseaux. Les chants des mâles sont constitués de séquences sonores qui se répètent. Afin de rendre l exploitation de ces enregistrements plus pratique, les séquences sonores identiques ont été remplacées par des lettres de l alphabet. Plus les lettres sont proches alphabétiquement plus les échantillons sonores sont proches. Les oiseaux peuvent communiquer entre eux si les sonogrammes sont proches. Nous savons que le chant des oiseaux s acquière par imitation au contact des adultes et joue un rôle fondamental dans la reproduction et la défense du territoire La diversification des chants, lié à un éloignement géographique peut expliquer une diversification du vivant suffisant pour induire une spéciation. Document 3 : sonogrammes des 8 populations des 5 espèces étudiées de pouillots verdâtres On a enregistré les chants de pouillots verdâtres mâles de 8 populations localisées dans différents lieux autour du plateau tibétain (voir carte document 1a). Chaque population a un chant caractéristique formé par l association de 1 à 3 séquences sonores différentes. Le pouillot verdâtre mâle utilise son chant pour défendre son territoire et attirer la femelle. L étude du comportement sexuel montre que pour s accoupler les oiseaux se reconnaissent par leur chant. Plus on s éloigne de la zone d origine des pouillots, plus le chant présente de différences, tant au niveau des séquences que de leur répétition. Population d origine Je sais que le chant joue un rôle fondamental dans la reproduction J en déduis qu au fur et à mesure de l éloignement les modifications du chant se sont accentuées ont entraîné un un isolement reproductif / les femelles ne reconnaissent plus les chants des mâles, l accouplement n est plus possible. Les flux génétiques se sont interrompus et les populations ont évolué indépendamment.

5 Les populations 1 et 8 bien que proches géographiquement, présentent un chant très différents : la reproduction n est plus possible : Spéciation. Le pouillot verdâtre (Phylloscopus trochiloides) est un petit oiseau d une dizaine de centimètres, que l on trouve dans les forêts d Asie centrale et de Sibérie. Dans ces régions, on distingue plusieurs sousespèces de pouillot verdâtre, qui diffèrent par leur plumage et leur chant,(doc3) mais surtout par leur implantation géographique. (Doc1) Quand on compare deux sous-espèces voisines géographiquement, on retrouve un certain nombre de caractères communs : les allures des plumages et la structure des chants sont proches par exemple. D ailleurs la reproduction entre deux sous-espèces voisines géographiquement est possible : elles sont interfécondes. Mais deux des sous-espèces concernées, viridanus et plumbeitarsus, situées au nord du plateau tibétain. En effet bien que voisines géographiquement, ces deux sous-espèces ont des caractères physiques significativement différents, des chants bien distincts,(doc3) et surtout elles ne peuvent pas se reproduire entre elles (Doc 1). Tout cela alors qu elles partagent parfois le même territoire. D où vient cette particularité? La reconstitution de l histoire du pouillot verdâtre permet d expliquer ce phénomène. Le pouillot verdâtre a très probablement commencé à se développer au sud du plateau tibétain, là où se situe actuellement la sous-espèce trochiloides. Puis l espèce s est étendue à la fois vers l est et vers l ouest, avec de chaque côté de petites variations génétiques. Le plateau tibétain constituant un obstacle naturel infranchissable, les deux branches «Est» et «Ouest» se sont développées indépendamment, ont progressé vers le nord, puis ont fini par se retrouver en Sibérie, au nord du plateau tibétain, en l ayant contourné chacune par son côté. Mais au cours de ce voyage de l évolution, les divergences génétiques progressives des deux branches ont finalement donné naissance à deux sous-espèces suffisament éloignées pour ne plus être interfécondes = SPECIATION. C est pourquoi sur le territoire situé au nord du plateau tibétain, on retrouve ces deux sous-espèces qui ne se reproduisent pas entre elles. (Doc 1). Le pouillot verdâtre est un des très rares exemples connus d espèce en anneau. Il s agit une espèce formée d un continuum de populations, chacune pouvant se reproduire avec ses voisines, mais dont les sous-espèces situées aux extrémités sont suffisamment éloignées pour ne plus être interfécondes. Ces espèces en anneau sont rares et surviennent typiquement autour d un obstacle géographique naturel. Le pouillot verdâtre pose un problème de fond aux biologistes, car son exemple (et celui des autres espèces en anneau) rend difficile la définition du concept même d espèce. En effet on considère généralement qu une espèce est un groupe d individus interféconds. Si deux individus ne sont pas interféconds, ils appartiennent à des espèces différentes. Cela paraît simple! Sauf qu on se rend bien compte que dans le cas du pouillot verdâtre une telle classification est impossible. Une vidéo : Un autre exemple : la salamandre : Pour aller plus loin : Et l Homme dans tout ça? De manière intéressante, l idée de l espèce en anneau a récemment été avancée pour expliquer la disparition de l homme de Neandertal. En effet cette disparition semble être liée à la présence en Europe de l homme de Cro Magnon, qui arrivait, lui depuis, l Afrique. Deux théories s affrontent traditionnellement sur le sujet : celle de l assimilation de Neandertal par Cro Magnon (qui suppose l interfécondité entre les deux) et celle de la disparition de Neandertal à cause de la compétition avec Cro Magnon. La solution proposée récemment par le paléontologiste Jean-Luc Voisin du Muséum d Histoire Naturelle semble réconcilier ces deux théories : selon lui, l homme de Neandertal aurait évolué comme une espèce en anneau étirée depuis le Moyen-Orient jusqu en Europe de l Ouest. La sous-espèce moyen-orientale de Neandertal aurait alors pu rester interféconde avec Cro Magnon et être assimilée, alors que celle d Europe de l Ouest aurait développé des caractères trop éloignés (trop «néanderthalien»), rendant l assimilation par Cro Magnon impossible, et conduisant à sa disparition par compétition.