Devoir à la maison n 2 : Parentés entre les êtres vivants actuels et fossiles Phylogenèse - Evolution (Chapitres 1 et 2)

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1 Devoir à la maison n 2 : Parentés entre les êtres vivants actuels et fossiles Phylogenèse - Evolution (Chapitres 1 et 2) Partie I : Restitution de connaissances La diversité du monde vivant a amené les biologistes à proposer des outils permettant d'établir des relations de parenté entre les espèces actuelles et fossiles. On souhaite préciser comment les scientifiques justifient le positionnement de fossiles dans le règne animal puis dans la lignée humaine. Exposez le principe permettant d'établir des liens de parenté entre les organismes. Indiquez la place de l'homme actuel dans le règne animal, puis citez les critères d'appartenance à la lignée humaine. Votre exposé comportera une introduction, un développement structuré et une conclusion. Aucun schéma n'est exigé. EVALUATION DU DM N 2 Critères évalués Commentaires éventuels AE E Partie I : restitution organisée de connaissances Connaissances de cours et délimitation du sujet Utilisation du vocabulaire scientifique Organisation des idées et logique du plan Exactitude du schéma Clarté et respect des consignes de schématisation Partie II exercices 1 et 2 : Pratique du raisonnement scientifique Trier des informations en rapport avec le problème à résoudre Mener une démarche explicative Réaliser une synthèse des informations Présentation générale du devoir - Orthographe Expression

2 Partie II exercice 1: Pratique du raisonnement scientifique Une controverse existe entre les paléontologues : l Homme de Néanderthal serait-il une espèce à part entière que l on doit distinguer de l Homo sapiens? Question : Argumentez la controverse en utilisant les informations apportées par le document. Document 1a : Un groupe de chercheurs s appuie sur l étude de 2 paramètres anatomiques de l oreille interne (rayon de courbure et indice labyrinthique). Le graphique ci-dessous met en relation ces 2 paramètres pour quelques espèces. Relation entre 2 paramètres anatomiques de l oreille interne (d après Pour la Science) Document 1b : Une autre équipe s appuie sur l étude du volume crânien au cours du temps. Evolution du volume crânien au cours du temps D après Sciences de la Terre et de l Univers (Brahic et coll., Vuibert ed.)

3 Partie II exercice 2: Pratique du raisonnement scientifique Jusqu'à la découverte d'orrorin et Toumaï, on considérait Lucy et les Australopithèques comme les représentants les plus anciens de la lignée humaine (3.8 Millions d'années). Après avoir dégagé, à l'aide du document 1, les critères d'appartenance à la lignée humaine, montrez que la découverte récente d'orrorin (document 2) et Toumaï (document 3) conduit à rechercher l'existence hypothétique d'un ancêtre commun à l'homme et au Chimpanzé au delà de 7 millions d'années. document 1 : données anatomiques relatives au Chimpanzé et à l'homme actuels Position de la tête sur la colonne vertébrale : Crâne d'homme actuel Volume crânien : 1300cm 3 Mâchoires : Crâne de Chimpanzé actuel Volume crânien : 400cm 3 d'après Périlleux E TS. Nathan : 41 Homme actuel d'après Belin Fémur vu de face : Chimpanzé actuel

4 Chimpanzé actuel Homme actuel Coupes transversales du col du fémur : Homme actuel Chimpanzé actuel

5 document 2 : données relatives à Orrorin d'après Pickford M. et al C.R. Palevol. 2a : vue antérieure du fémur d'orrorin d'après Pickford M. et al C.R. Palevol. 2b : coupe transversale du fémur d'orrorin 2c : description des fragments osseux d'orrorin, daté de 6 millions d'années, d'après l'équipe de paléontologues qui les a découverts dans la formation de Lukeino, dans les collines de Tugen, au Kenya. «...L'humérus et la phalange de la main, cependant élancée comme chez les Hommes modernes, indiquent des adaptations arboricoles. L'incisive supérieure est grande et robuste ; la canine supérieure est de la taille de celle d'un Chimpanzé femelle. La prémolaire est simiesque ; les molaires sont relativement petites, avec un émail, comme chez les Hommes et les Chimpanzés actuels.» d'après Senut B. et al document 3 : crâne de Toumaï daté de 7 millions d'années, découvert au nord du Tchad en juillet 2001, par l'anthropologue Michel Brunet (aucun autre os n'a encore été retrouvé). d'après Brunet M A new hominid from the Upper Miocene of Chad, Central Africa. Nature 418 : Caractéristiques du crâne: - face plate et petite canine; - capacité cérébrale : 350 cm 3 ; - marques laissées par les muscles du cou comparables à celles des bipèdes.

6 CORRECTION DU DM N 2 : Parentés entre les êtres vivants actuels et fossiles (Chapitres 1 et 2) Partie I Restitution organisée de connaissances (éléments de correction) Principales notions attendues Remarque-: La définition de l'expression "lignée humaine" peut être plus ou moins précise dans l'introduction. Ne pas pénaliser les candidats qui complètent leur définition dans leur développement. Les liens de parenté sont établis par la comparaison de caractères homologues embryonnaires, morphologiques, anatomiques et moléculaires. Seul le partage de caractères homologues à l'état dérivé est pris en compte pour établir un lien de parenté. Plus le nombre de caractères à l'état dérivé partagés est élevé plus la parenté est étroite. Plus les molécules homologues d'espèces étudiées ont des séquences proches, plus ces espèces sont proches. L'Homme est un eucaryote, vertébré, tétrapode, amniote, mammifère, primate, hominoïde, hominidé, homininé. L'Homme actuel, Homo sapiens, appartient à la lignée humaine - histoire évolutive des homininés à partir du plus récent ancêtre commun à l'homme et au Chimpanzé - (définition attendue ici ou dans l'introduction). Elle comprend une espèce actuelle, Homo sapiens et des espèces fossiles des genres Homo et Australopithecus. Les critères d'appartenance à la lignée humaine sont: - caractères liés à la station bipède (position du fémur, trou occipital, courbures de la colonne vertébrale, taille du bassin...), - développement du volume crânien, - régression de la face, - traces fossiles d'activité culturelle. Si un seul de ces critères est satisfait par un fossile, celui-ci appartient à la lignée humaine. Présence d'une introduction, d'une conclusion et d'un développement structuré en paragraphes

7 Partie II exercice 1 Il existe une controverse entre les paléontologues : l Homme de Neandertal serait-il une espèce à part entière que l on doit distinguer de l Homo sapiens ou non? En exploitant les documents 1a et 1b nous allons essayer d argumenter cette controverse. Les arguments apportés par le document 1a : Le document 1a est un graphique qui exprime la valeur d un paramètre auriculaire «indice labyrinthique (en %) en fonction d un autre paramètre auriculaire «rayon de courbure du canal postérieur (en mm)» pour divers hominidés, certains de la lignée humaine (Australopithèques, Homo erectus, Homo sapiens, Homme de néanderthal), d autres non (Chimpanzés, Gorille, Dryopithèques). Ce document a été réalisé à partir des travaux d un groupe de chercheurs. En étudiant les données de ce graphique, on découvre que l Homo sapiens possède un rayon de courbure de 3,15 mm environ et un indice labyrinthique de 50% environ. Les Hominidés qui présentent des caractéristiques pour ces deux paramètres les plus proches sont les Homo erectus (3,1 mm environ pour le rayon de courbure et 50% pour l indice labyrinthique). Dans une moindre mesure, les gorilles avec un rayon de courbure de 3,04 mm et un indice labyrinthique de 46 % environ. Si l on étudie maintenant les caractéristiques auriculaires de l Homme de néanderthal, on découvre qu il présente un rayon de courbure de 2,84 mm environ et un indice labyrinthique de 70% environ. Il possède donc des caractéristiques bien plus éloignées de celles de l Homo sapiens que l Homo erectus surtout, voire du Gorille, pour les deux paramètres étudiés. Les deux espèces Homo erectus et Gorille sont considérées comme distinctes de celle de l Homo sapiens par la communauté scientifique, sans aucune controverse à ce sujet. On peut donc penser, en n étudiant que les paramètres «rayon de courbure du canal postérieur» et «indice labyrinthique», que les l Homo neandertalensis et l Homo sapiens sont deux espèces bien distinctes, avec des différences encore plus marquées que celles notées entre l Homo sapiens et l Homo erectus. Les arguments apportés par le document 1b : Une deuxième équipe de chercheurs a réalisé un travail sur l évolution du volume crânien au cours du temps pour 5 groupes d individus rattachés à la lignée humaine (Australopithèques, Homo habilis, Homo erectus, Homo sapiens et Homo neandertalensis). Les résultats sont présentés dans un graphique qui exprime l évolution des capacités crâniennes (en cm 3 ) de ces différents groupes au cours du temps exprimé en millions d années. L étude de ce graphique permet de découvrir que pour les Homo sapiens le volume crânien varie de 1000 cm3 environ pour le fossile le plus ancien (daté de 0,5 Ma) à environ 1800 cm 3 pour un exemplaire récent. Globalement, au sein des Homo sapiens, la tendance est une augmentation du volume crânien au cours du temps. Si l on étudie les données concernant les Homo erectus, on constate que les plus ancien (datés de 1,2 Ma) possédaient un volume crânien de 900 cm 3 et que les plus récents présentés dans le document (datés de 0,25 Ma) présentaient un volume de 1000 cm 3. Si l on compare le volume crânien d Homo erectus et d homo sapiens ayant vécu à la même époque (environ 0,25 Ma) on constate que leur volumes crâniens étaient très proches (1200 cm 3 pour H.s. et 1100 cm 3 pour H.e.). Les volumes crâniens des Homo neandertalensis varient de 1200 cm 3 pour les plus anciens datés de 0,75 Ma et de 1750 cm 3 pour les plus récents (datés de 0,25 Ma). De façon générale, sur toutes les périodes durant lesquelles les H.n. ont vécu, leur volume crânien est supérieur à celui des Homo sapiens et des Homo erectus. Si l on retient la date de 0,25 Ma, on constate qu à cette période, les H. e., les H.s. et les H.n. ont été contemporains. La comparaison de leur volume crânien montre que le volume des Homo erectus était de 1000 cm 3 environ, celui des Homo sapiens de 1100 cm 3 et celui des Homo neandertalensis de 1400 cm 3. De 0,25 Ma à aujourd hui, les volumes crâniens des Homo sapiens et des néanderthaliens semblent plus proches bien que nous ne disposions d aucune donnée concernant leur volume crânien respectif á une même date. Cette étude tendrait là encore à montrer que pour ce paramètre «volume crânien», les Homo sapiens semblent plus proches des Homo erectus que des neandertaliens jusqu à la date de 0,25 Ma. Cela semble moins évident à partir de cette date. En bilan on peut indiquer que l étude des paramètres auriculaires et crânien tend à montrer que les Homo sapiens et les Homo neanderthalensis constituent deux espèces différentes puisque selon les périodes étudiées, les Homo sapiens semblent plus proches des Homo erectus que des Homo neandertalensis et les Homo erectus sont considérés comme une espèce bien distincte des Homo sapiens par l ensemble de la communauté scientifique. Toutefois cette distinction semble moins évidente si l on considère le paramètre «volume crânien» depuis 0,25 Ma. En fait, pour parvenir à trancher entre les deux hypothèses, il faut étudier un très grand nombre de critères et réaliser un travail de recoupement des données. Les informations fournies dans ces deux documents sont donc insuffisantes, même si elles tendent à montrer que les deux espèces, Homo sapiens et Homo neandertalensis sont distinctes.

8 Partie II exercice 2 La découverte récente de deux fossiles, Orrorin et Toumaï a conduit les scientifiques à rechercher l'existence hypothétique d'un ancêtre commun à l'homme et au Chimpanzé au delà de 7 millions d'années. Dans une première partie, nous dégagerons de la comparaison de l Homme et du Chimpanzé, les critères d appartenance à la lignée humaine. Nous montrerons, dans une deuxième partie, sur quels arguments les scientifiques se sont fondés afin de classer ces deux fossiles dans la lignée humaine. - I - Les critères d'appartenance à la lignée humaine : L exploitation des informations du document 1 permet de déduire que l Homme se distingue du Chimpanzé par un ensemble de caractères dérivés exclusifs qui permettent de définir l appartenance à la lignée humaine : son volume crânien 3 fois plus important, la réduction de la face, une mâchoire parabolique et non en U, de petites canines; et aussi par la position avancée du trou occipital, le col du fémur plus allongé et formant un angle plus ouvert, la paroi osseuse du col dissymétrique (paroi osseuse supérieure plus mince que la paroi inférieure). Si un fossile présente au moins un de ces caractères dérivés, on peut le rattacher à la lignée humaine. - II - L étude des caractères présentés par Orrorin : Le document 2 rassemble différentes informations concernant les restes fossiles d Orrorin. Orrorin présente des caractères dérivés humain : un col du fémur allongé, formant un angle ouvert et présentant une paroi dissymétrique et des caractères ancestraux : grande canine, adaptation arboricole du membre antérieur. La possession de caractères dérivés humains suffit à le rattacher à la lignée humaine. Il a été daté de 6 Ma. Le dernier ancêtre commun à l Homme et au Chimpanzé a donc vécu avant cette date. L'ancêtre commun à l'homme et à Orrorin devait posséder les caractères communs aux deux espèces : col du fémur indiquant une bipédie plus marquée que celle du Chimpanzé. - III - L étude des caractères présentés par Toumaï : Le document 3 présente diverses informations concernant le crâne de Toumaï. Toumaï présente différents caractères dérivés humains exclusifs: face plate et petite canine, trou occipital avancé (un signe de bipédie), une insertion des muscles du cou semblable à celle de l'homme. Il présente en revanche un caractère ancestral simiesque : un volume cérébral proche de celui du Chimpanzé. La présence de caractères dérivés humains chez ce fossile permet d affirmer qu il appartient à la lignée humaine. L'ancêtre commun à l'homme et à Toumaï devait posséder un trou occipital plus avancé que celui du Chimpanzé. Ainsi l'ancêtre commun à l'homme, à Orrorin et à Toumaï était plus âgé que le plus ancien des trois, c'est à dire que Toumaï donc il a vécu avant 7 Ma. Dans la mesure où l'on admet habituellement que l'ancêtre commun à l'homme et au Chimpanzé ne pratiquait qu'une bipédie occasionnelle, comme le Chimpanzé, et qu'il s'agit de l'état primitif du caractère, cet ancêtre commun est plus ancien que celui déterminé précédemment. Orrorin et Toumaï appartiennent à la lignée humaine car ils présentent chacun au moins un caractère dérivé exclusif à la lignée humaine.