TP 6 La place de l'homme dans la dynamique évolutive des Primates

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1 TP 6 La place de l'homme dans la dynamique évolutive des Primates Obligatoire THEME 1 Chapitre 4 Fiche sujet candidat Les conceptions sur l'évolution de l'homme et sa place dans le monde vivant n'ont cessé d'évoluer. Même si depuis Darwin il est admis que l'homme fait partie des Primates, il persiste certaines représentations erronées comme la vision transmutationniste doc A (l'homme provient de la transformation d'un Australopithèque). D autres représentations sont plus justes comme les liens de parentés buissonnants au sein des Primates et de la lignée humaine. doc B Nous aurons grâce à ce TP un regard scientifique sur l'évolution de l'homme et ainsi nous comprendrons pourquoi cette science est en perpétuel mouvement. doc A Partie 1 : l Homme au sein du groupe des Primates doc B Mise en situation et recherche à mener Comme toutes les espèces qui peuplent la planète, l'homme a une histoire évolutive et c'est grâce à ses caractéristiques que l'on peut la raconter. On cherche à construire un arbre de parenté pour replacer l Homme au sein des Primates. Suivez la mise en situation à l aide des consignes et du logiciel phylogène. Appeler l examinateur pour lui montrer que cet arbre ne peut être suffisant pour établir les liens de parenté au sein des Primates. 2pts Matériel à disposition : Logiciel phylogène + fiche technique Logiciel Anagène + fiche technique Ressources : Le logiciel PHYLOGENE est une banque de données morphologique, anatomiques et moléculaires permettant de retrouver les liens de parenté entre différentes espèces. Barème Étape 1 : concevoir une stratégie pour résoudre un problème scientifique (durée max 10 min) Proposer la démarche, utilisant les données moléculaires, qui pourrait permettre d'affiner cet arbre. Appeler l examinateur pour vérifier la proposition et obtenir la suite du sujet. Votre proposition peut être écrite au brouillon ou énoncée oralement Mettre en œuvre le protocole 1 en suivant les instructions de la fiche protocole fournie. Appeler l examinateur une fois la comparaison des séquences affichées Étape 2 : Mettre en œuvre un protocole de résolution Oralement

2 Étape 3 : Traiter des données et communiquer des résultats Réaliser un tableau comparant le pourcentage de ressemblances entre les molécules de l'homme et celles des autres espèces.grâce aux informations fournies par les données moléculaires, réaliser un arbre des liens de parenté avec un titre précis 2pts 3pts Étape 4 : Exploiter les résultats obtenus afin de faire évoluer le problème posé initialement «Depuis les années 1990, le développement des analyse moléculaires a considérablement amélioré l'efficacité de comparaison entre l'homme et les grands singes. Cette approche a conduit à proposer un arbre où les chimpanzés et l'homme apparaissent comme un groupe frère. Ces résultats ont conduit M.Goodman et ses collaborateurs à envisager de regrouper l'homme et le chimpanzé en un seul genre : Homo.» Extrait du guide critique de l'évolution, G.Lecointre. Oralement Bien que la proposition d'inclure le chimpanzé dans le genre Homo reste encore en débat dans la communauté scientifique, expliquer en quoi il est justifié de regrouper l'homme et le chimpanzé au sein d'un même groupe. Fiche protocole Mise en situation 1. Utiliser les données morphologiques et anatomiques fournies par le logiciel Phylogène afin de repositionner l'homme au sein des Primates : a. Sélectionner la collection des Archontes (Primates). b. Construire une matrice de caractères (fiche technique 1) pour les 6 espèces suivantes : l'homme, le gorille, le chimpanzé, le gibbon, l'orang-outan et le maki avec tous les caractères proposés sauf le «Knuckle walking». Rq : Si vous avez un doute sur l'état du caractère pour une espèce cliquer sur «montrer les états» afin d'expliciter le vocabulaire. Appeler le professeur une fois la matrice remplie 1pt 2. Construire un arbre phylogénétique (fiche technique 1) pour établir des liens de parenté entre l Homme et les autres Primates : a. Organiser le tableau en déplaçant les colonnes avec votre souris afin que les attributs soient rangés du plus partagé (à gauche) au moins partagé (à droite). b. Choisir comme hypothèse de départ que toutes les espèces choisies ont une origine commune. c. Cliquer successivement sur les caractères dans la matrice afin de les faire apparaître dans votre arbre hypothétique. d. Faire évoluer votre arbre initial afin qu'il corresponde au mieux aux informations fournies par la matrice. Appeler le professeur une fois le nouvel arbre réalisé 1pt 3. Montrer que cet arbre ne peut être suffisant pour établir les liens de parenté au sein des Primates. Protocole 1 4. Utiliser une banque de données moléculaires forunies par le logiciel Anagène afin d'affiner l'arbre des liens de parenté : a. Ouvrir avec le logiciel ANAGENE le fichier «seq-adn-prot.edi» situé dans le répertoire de votre classe. b. Choisir uniquement les séquences utiles pour établir les relations de parenté n'ayant pu être précisées par Phylogène. c. Comparer ces séquences en utilisant l'homme comme référence (fiche technique 2) d. Utiliser la fonction informations pour obtenir des informations sur toutes les lignes (fiche technique 2). Appeler le professeur une fois les comparaisons affichées. 5. Réaliser un tableau comparant le pourcentage de ressemblances entre les molécules de l'homme et celles des autres espèces. Revenir ensuite l étape 3 (2pts pour la construction de l arbre)

3 Partie 2 : L'importance des Primates fossiles et la diversification au sein d'un groupe. Mise en situation et recherche à mener Comme on a pu le voir grâce aux données moléculaires, l'homme et le chimpanzé ont environ 99% de leur ADN qui est similaire. Ils ont donc de nombreux caractères en commun hérités d'un ancêtre commun récent. Cependant la phylogénie (arbre des liens de parenté) présentée en première partie ne tient compte que des espèces actuelles. Nous savons pourtant qu'à chaque découverte d'un fossile, de nombreuses discussions s'amorcent entre les scientifiques pour replacer le fossile trouvé dans l'arbre des primates. Nous étudierons ici le fossile X, datant de -4,5 Ma, retrouvé en Éthiopie ainsi que deux espèces actuelles : l'homme et le Chimpanzé Matériel à disposition : photos et squelettes. Ressources :.Le fossile X n'est ni identique à l'homme actuel ni au Chimpanzé actuel et il ne peut être considéré comme l'ancêtre de tel ou tel groupe. Les fossiles doivent être considérés comme des espèces à part entière (qui se sont éteintes) mais qui peuvent être replacées dans l'arbre de liens de parenté. Barême Proposer une démarche permettant de replacer ce fossile dans l'arbre établi précédemment. Étape 1 : concevoir une stratégie pour résoudre un problème scientifique (durée max 10 min) Étape 2 : Mettre en œuvre un protocole de résolution A partir des photos fournis, étudier les caractéristiques de chacune des structures présentées pour les 3 espèces. Ainsi vous pourrez remplir le tableau fourni par le professeur. Oralement 3 pts Étape 3 : Traiter des données et communiquer des résultats A partir des informations tirées du tableau, positionner le fossile X (correspondant à l'australopithecus afarensis) sur l'arbre des liens de parenté des Primates. Donner les caractéristiques du nouveau groupe ainsi mis en évidence. Étape 4 : Exploiter les résultats obtenus afin de faire évoluer le problème posé initialement Montrer que les arbres phylogénétiques se précisent au fur et à mesure des découvertes de nouveaux fossiles. Avec la même démarche que celle utilisée en TP, et complétée par des données moléculaires, de nombreux fossiles ont été replacés dans l'arbre des Primates. Voir document lignée humaine dans le dossier classe. On constate que l'apparition de Homo sapiens ne résulte pas d'une transformation linéaire d'une espèce en une autre mais plutôt d'une évolution buissonnante. Expliquer pourquoi l'on parle du caractère buissonnant du genre Homo.

4 Critères de comparaison Squelette : - Nombre de courbure de la colonne vertébrale Forme du bassin : - Court / long - Évasé / étroit Espèces Fémur: Obliquité (importante ou non) c'est à dire si l'angle du fémur par rapport à la verticale est important) Longueur membre supérieur / longueur membre inférieur Homme (Homo sapiens) Chimpanzé (Pan troglodytes) Fossile X Position du pouce du pied Position du pouce de la main Crâne : Position du trou occipital c'est à dire en position avancée ou en position reculée par rapport à la colonne vertébrale Face : - Projetée vers avant / à la verticale du front (prognathe) - présence ou absence de bourrelets au-dessus des orbites oculaires. Mandibule, Denture : - Arcade dentaire en «V», ou en «U» - Mâchoire massive / légère - Canines (réduites ou développées) Mode de locomotion

5 Comparaison des courbures de la colonne vertébrale chez l homme et le chimpanzé chimpanzé homme Bassin de quadrupède Chimpanzé Bassin de bipède Homo sapiens Comparer la taille et longueur et largeur du bassin Comparer la taille des membres supérieurs par rapport aux membres inférieurs Comparer la position du fémur par rapport au bassin Squelette homme squelette chimpanzé Position du fémur par rapport au bassin

6 Comparer les bourrelets sus-orbitaux ou arcade sourcilière - Comparez les volumes crâniens Volume crânien homme : 1400 cm3 Volume crânien chimpanzé : 300 à 500 cm3 - Comparez les faces Définition de prognathe : face avancée Crâne de profil homme crâne de profil chimpanzé Comparez le trou occipital Crâne vu de dessus homme crâne vu de dessus chimpanzé Mandibule vue de dessus chimpanzé Mandibule vue de dessus homme Comparez le pouce du pied du chimpanzé et de l homme Comparez la forme des mandibules en pensant à des lettres.

7 RESTE DU FOSSILE X Crânes vus de dessous Chimpanzé / fossile X/ Pithecanthropus / Homo sapiens

8 Squelette reconstitué Mâchoire inférieur Crâne