Activité 66 : Etablir une relation de parenté entre les espèces

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1 Activité 66 : Etablir une relation de parenté entre les espèces 1. EXTRAITS REFERENTIELS DU BO (hors série n 6 du 19 avril 2007, applicable à la rentrée 2008) Partie : Evolution des organismes vivants et histoire de la Terre Connaissances La cellule, unité du vivant, et l uniformité des instructions du patrimoine génétique dans tous les organismes d aujourd hui, Homme compris, indiquent sans ambiguïté une origine primordiale commune. Les espèces apparaissent et disparaissent au cours des temps géologiques. Leur comparaison conduit à imaginer entre elles une parenté qui s explique par l évolution. L existence de ressemblances entre des groupes apparus successivement suggère la parenté des espèces qui les constituent. Une espèce nouvelle présente une organisation commune et aussi des caractères nouveaux par rapport à une espèce antérieure dont elle serait issue. L Homme, en tant qu espèce, est apparu sur la Terre en s inscrivant dans le processus de l évolution. Capacités déclinées dans une situation d apprentissage. Observer, questionner, formuler une hypothèse et la valider, argumenter afin d établir le concept d évolution. Exploiter des textes, schémas, graphiques, images, bases de données [Compétence 4-B2i domaine 4] afin d établir une relation de parenté entre les espèces.. Exemples d activités Comparaison de plans d organisation de vertébrés. Utilisation du logiciel Phylogènecollège pour créer des groupes emboîtés et montrer qu un système de groupes emboîtés porte la même information qu un arbre. Comparaison de quelques fossiles d une lignée pour identifier leurs ressemblances et leurs différences. Repérage et positionnement de l Homme sur un «arbre d évolution» des vertébrés ou des Primates.. PIERRON 2009 page 1/18

2 EXTRAITS REFERENTIELS DU BO (spécial n 6 du 28 août 2008hors série n 6 du 19 avril 2007, applicable à la rentrée 2009) Connaissances Capacités déclinées dans une situation d apprentissage... La cellule, unité du vivant, et l universalité du support de l information génétique dans tous les organismes, Homme compris, indiquent sans ambiguïté une origine primordiale commune. Une espèce nouvelle présente des caractères nouveaux par rapport à une espèce antérieure dont elle serait issue. L Homme, en tant qu espèce, est apparu sur la Terre en s inscrivant dans le processus de l évolution.... Observer, recenser et organiser des informations afin d étayer la théorie de l évolution. Observer, recenser et organiser des informations afin d établir une relation de parenté entre les espèces. Situer dans le temps les découvertes scientifiques en étudiant des textes historiques concernant l évolution... Commentaires. Sont exclus : - la construction d un arbre d évolution ; - tous les termes génétiques n ayant pas été définis dans la partie «Diversité et unité des êtres humains» ; - les notions d homologie et familles multigéniques ; - la liste exhaustive des groupes présents à des époques données ; - l étude détaillée, pour ellemême, des pièces squelettiques des Vertébrés ; - l évolution de la lignée humaine. PIERRON 2009 page 2/18

3 2. PRESENTATION DE L ACTIVITE - Objectifs de connaissances : L existence de ressemblances entre les groupes apparus successivement suggère la parenté des espèces qui les constituent. Une espèce nouvelle présente une organisation commune mais aussi des caractères nouveaux par rapport à une espèce antérieure dont elle serait issue. - Objectifs méthodologiques et/ou technologiques : Développement du sens de l observation Initiation au raisonnement scientifique qui permet d établir des relations de parenté entre espèces Compréhension d un arbre d évolution - Liste du matériel : Squelette humain Réf Squelette carpe Réf Squelette grenouille ou crapaud Réf ou Squelette pigeon Réf Squelette lapin Réf ou Ou autres Postes informatiques équipés du logiciel Phylogene-Collège gratuit téléchargeable à l adresse : La version de base de ce logiciel peut être complétée par le téléchargement de la collection Fossiles- Collège téléchargeable à l adresse : Mais, la collection Vertébrés Lycée, plus complète, comporte simultanément les exemples choisis pour l activité «Recherche de parenté entre fossiles et êtres vivants actuels» (Compsognathus, Archéoptéryx et Pigeon). C est cette collection qui a été retenue dans le cas de l exemple utilisé dans la fiche d activité ci-dessous. Remarques : Il est nécessaire, après téléchargement, de décompresser le fichier des collections choisies dans le dossier «Collections» du logiciel Pylogène-Collège. Prise en main du logiciel : consulter le site : (Tenant compte des nouveaux programmes du Collège, et des adaptations apportées au logiciel en 2008, une perspective globale d'utilisation pédagogique du logiciel au Collège et au Lycée a été esquissée. Le PIERRON 2009 page 3/18

4 texte est accessible à partir de la page d'accueil de Phytogène et consultable directement à l'adresse suivante ) - Intégration pédagogique Après avoir montré que la cellule représente l unité du vivant et que le programme génétique est universel, suggérer une origine commune à tous les êtres vivants ; il s agit maintenant de fonder le concept d évolution en constatant l existence d une parenté entre les êtres vivants. L étude des fossiles (chapitre précédent du programme) a permis de dégager l idée de groupes d êtres vivants disparus. La comparaison des plans d organisation du squelette des membres antérieurs de quelques vertébrés actuels et fossiles est choisie comme exemple : les similitudes traduisent une origine commune, les différences s expliquent par l évolution. Il apparaît essentiel de privilégier l observation du réel en début de séance. Le recours à une base de données telle que celle offerte par le logiciel Phylogène vient en complément et offre l opportunité de formation à divers référentiels du B2i et à leur validation. PIERRON 2009 page 4/18

5 Fiche élève 3 e Activité 66 : Etablir une relation de parenté entre les espèces Nom : Prénom : Classe : Date : Evaluation expérimentale S.V.T. I. L organisation du membre antérieur de vertébrés actuels L étude du membre antérieur des vertébrés (actuels fossiles) permet-elle d établir une parenté entre eux? 1 - Observe attentivement le squelette du membre antérieur de l Homme, après avoir pris connaissance des informations ci-dessous : Trois ensembles composent les membres antérieurs : le bras, l avant-bras, la main. Le squelette du bras comporte un os, l humérus ; celui de l avant-bras se compose du radius et du cubitus. Celui de la main est constitué de nombreux petits os Annote le schéma et attribue une couleur à chacune des trois parties : PIERRON 2009 page 5/18

6 Fiche élève 3 e 2 - Observe la constitution du squelette du membre antérieur d autres espèces (grenouille, oiseau, chauve-souris, lapin.) et comparez avec l organisation observée chez l Homme. Pour cela, annote les schémas et colorie de la même couleur que celle utilisée pour le membre antérieur de l Homme, les parties équivalentes des membres antérieurs des différents Vertébrés : Grenouille PIERRON 2009 page 6/18

7 Fiche élève 3 e Oiseau Chauve-souris PIERRON 2009 page 7/18

8 Fiche élève 3 e Lapin c) Compare l organisation des membres antérieurs de ces différentes espèces : - quelles sont les principales différences? - Quelles sont les ressemblances? d) En quoi la similitude des plans d organisation du membre antérieur des différents Vertébrés peut-elle être considérée comme un argument en faveur d une origine commune à ces espèces? PIERRON 2009 page 8/18

9 Fiche élève 3 e II Relations de parenté entre êtres vivants actuels et fossiles Nous allons considérer trois espèces : Compsognathus, un petit Dinosaure carnivore de la taille d un coq, qui vivait il y a 150 millions d années Archéoptéryx, un fossile de la taille d un pigeon, retrouvé dans des roches vieilles de 150 millions d années L Aigle, Oiseau actuel. 1. Construction du tableau de comparaison des trois espèces à l aide du logiciel Phylogene Lance le logiciel Phylogène. Ouvre la collection Vertébrés-Lycée. Dans la barre de menus, choisis «Construire». Sélectionne les 3 animaux à comparer en cliquant sur les cases, puis sélectionne les caractères : squelette, queue, plumes, organes locomoteurs, bréchet (=os plat sur lequel sont fixés les muscles des ailes) Remplis à l écran le tableau de caractères et vérifie sa validité. Recopie les résultats dans le tableau ci-dessous : a) Quels sont les caractères partagés par les trois espèces? b) Quels sont les caractères propres à l Archéoptéryx et aux Oiseaux qu ils ne partagent pas avec le Dinosaure? c) Quel est le caractère présent uniquement chez le pigeon? PIERRON 2009 page 9/18

10 Fiche élève 3 e 2. Réalisation de groupes emboîtés à l aide de la fonction «classer» du logiciel Les groupes emboîtés sont constitués en classant les animaux en fonction des caractères qu ils partagent. Dans le module «Classer» de Phylogene, clique sur le bouton «Tracer des boîtes» On classe en allant du caractère le plus partagé au moins partage (ou inversement). Il suffit de cliquer dans l'ordre sur les noms des caractères. a) Recopie la classification emboîtée obtenue à partir tableau de comparaison : b) Que révèlent les groupes emboîtés? 3. Des groupes emboîtés aux arbres de parenté Les parentés existant entre différents animaux et les transformations progressives peuvent aussi être représentées sous la forme d un arbre de parenté que l on peut associer à l échelle des temps : PIERRON 2009 page 10/18

11 Fiche élève 3 e a) Quelles caractéristiques présentait l ancêtre commun à l Archéoptéryx et au Pigeon? b) Place sur l arbre, en position 1,2 et 3, les critères utilisés lors de la classification. c) Place sur l arbre, en position 1 et 2, les critères utilisés lors de la classification. d) Explique pourquoi on peut dire qu il existe une parenté entre les Dinosaures et le groupe des Oiseaux. PIERRON 2009 page 11/18

12 FICHE ELEVE CORRIGÉE Les séances de travaux pratiques et de cours précédentes ont permis de constater que tous les organismes vivants sont organisés en cellules. L universalité du code génétique (ADN) a été établie. Ce sont des arguments en faveur de l origine commune des espèces. Au cours des temps géologiques, des espèces apparaissent et disparaissent. Différents groupes de Vertébrés se sont ainsi succédés. Nous allons rechercher comment mettre en évidence des liens de parenté entre des espèces différentes à partir de l exemple de l organisation du membre antérieur de quelques Vertébrés. Puis, nous rechercherons comment établir des relations de parenté entre des Vertébrés actuels et fossiles. I. L organisation du membre antérieur de Vertébrés actuels L étude du membre antérieur des Vertébrés (actuels fossiles) permet-elle d établir une parenté entre eux? 1 - Observe attentivement le squelette du membre antérieur de l Homme, après avoir pris connaissance des informations ci-dessous : Trois ensembles composent les membres antérieurs : le bras, l avant-bras, la main. Le squelette du bras comporte un os, l humérus ; celui de l avant-bras se compose du radius et du cubitus. Celui de la main est constitué de nombreux petits os Annote le schéma et attribue une couleur à chacune des trois parties : Bras Humérus Avant-bras Radius. Cubitus Main Os de la main PIERRON 2009 page 12/18

13 2 - Observe la constitution du squelette du membre antérieur d autres espèces (grenouille, oiseau, chauve-souris, lapin.) et compare avec l organisation observée chez l Homme. Pour cela, annote les schémas et colorie de la même couleur que celle utilisée pour le membre antérieur de l Homme, les parties équivalentes des membres antérieurs des différents Vertébrés : Grenouille Bras Humérus Avant-bras Cubitus Radius Main Os de la main Oiseau Bras Avant-bras Main Humérus Radius Cubitus Os de la main PIERRON 2009 page 13/18

14 Chauve-souris Bras Avant-bras Main Humérus Os de la main Cubitus Radius Lapin Bras Humérus Avant-bras Cubitus Radius Main Os de la main PIERRON 2009 page 14/18

15 c) Compare l organisation des membres antérieurs de ces différentes espèces : - quelles sont les principales différences? La taille et la forme des différents os changent, le nombre de doigts est variable selon l espèce. - Quelles sont les ressemblances? Tous ces membres antérieurs possèdent un squelette construit selon le même plan d) En quoi la similitude des plans d organisation du membre antérieur des différents Vertébrés peut-elle être considérée comme un argument en faveur de l origine commune de ces espèces? Les squelettes des Vertébrés ont en commun un plan d organisation ; ce caractère est partagé par tous. Cela ne peut pas résulter d un simple hasard. Ce constat témoigne de leur origine commune II Relations de parenté entre êtres vivants actuels et fossiles Nous allons considérer trois espèces : Compsognathus, un petit Dinosaure carnivore de la taille d un coq, qui vivait il y a 150 millions d années Archéoptéryx, un fossile de la taille d un pigeon, retrouvé dans des roches vieilles de 150 millions d années L Aigle, Oiseau actuel. 1. Construction du tableau de comparaison des trois espèces à l aide du logiciel Phylogene Lance le logiciel Phylogene. Ouvre la collection Vertébrés-Lycée. Dans la barre de menu, choisis «Construire». Sélectionne les3 animaux à comparer en cliquant sur les cases, puis sélectionne les caractères : squelette, queue, plumes, organes locomoteurs, bréchet (=os plat sur lequel sont fixés les muscles des ailes) Remplis le tableau de caractères et vérifie sa validité. PIERRON 2009 page 15/18

16 Recopie les résultats dans le tableau ci-dessous : a) Quels sont les caractères partagés par les trois espèces? Le squelette osseux, les pattes. b) Quels sont les caractères propres à l Archéoptéryx et aux Oiseaux qu ils ne partagent pas avec le Dinosaure? Les ailes, les plumes c) Quel est le caractère présent uniquement chez le pigeon? Le bréchet 2. Réalisation de groupes emboîtés à l aide de la fonction «classer» du logiciel Les groupes emboîtés sont constitués en classant les animaux en fonction des caractères qu ils partagent. Dans le module «Classer» de Phylogene, clique sur le bouton «Tracer des boîtes» On classe en allant du caractère le plus partagé au moins partage (ou inversement). Il suffit de cliquer dans l'ordre sur les noms des caractères. a) Recopie la classification emboîtée obtenue à partir du tableau de comparaison : PIERRON 2009 page 16/18

17 b) Que révèlent les groupes emboîtés? Ils traduisent la transformation des êtres vivants 3. Des groupes emboîtés aux arbres de parenté Les parentés existant entre différents animaux peuvent aussi être représentes sous la forme d un arbre de parenté que l on peut associer à l échelle des temps : 3. bréchet 2 Ailes -plumes 1 1 Squelette osseux a) Quelles caractéristiques présentait l ancêtre commun à l Archéoptéryx et au Pigeon? Il possédait un squelette osseux, des pattes et des ailes. b) Place sur l arbre, en position 1,2 et 3, les critères utilisés lors de la classification. Voir réponse sur l arbre. c) Explique pourquoi on peut dire qu il existe une parenté entre les Dinosaures et le groupe des Oiseaux. Archeoptéryx présente des caractères communs aux Dinosaures et aux Oiseaux : ces deux groupes descendent d un même ancêtre commun, cela montre l origine dinosaurienne des Oiseaux. PIERRON 2009 page 17/18

18 PISTES D EVALUATION PARTIES OBJECTIFS BAREME I 1 Observation et identification correctes des os du membre antérieur humain 2 Même travail pour les membres antérieurs des autres espèces schémas coloriés correctement. 3 Comparaison II 4 Argumentation convenable 1 Maîtrise du logiciel Exploitation des données du tableau 2 Réalisation de la classification emboîtée Exploitation du résultat obtenu Repérage des caractéristiques de l ancêtre commun à Archéoptéryx et Compsognathus 3 Positionnement correct des caractères sur l arbre de parenté Bonne argumentation concernant l origine dinosaurienne des Oiseaux 4 1,5 1,5 2 1,5 0,5 1 2 /10 / 10 PIERRON 2009 page 18/18