Sommaire Séquence 6 Nous avons vu dans les séances précédentes qu au cours des temps géologiques des espèces différentes se sont succédé, leur apparition et leur disparition étant le résultat de modifications de leur milieu de vie, que des ressemblances existent entre ces espèces qui se sont succédé au cours du temps comme elles existent entre les espèces actuelles : ce qui permet de dire qu elles ont entre elles des liens de parenté. Elles résultent donc toutes de générations successives issues les unes des autres, que toutes les espèces vivantes actuelles possèdent entre elles certains mêmes caractères en commun (cellule, information génétique 1 ) : ce qui permet de dire qu elles ont toutes une origine commune. Mais ces espèces pour autant ne sont pas identiques et parfois d ailleurs ne se ressemblent pas vraiment. Problématique : Comment expliquer les différences constatées entre des espèces actuelles et des espèces fossiles présentant cependant des caractères communs? Séance 1 Séance 2 La succession des espèces dans le temps : l évolution des espèces Les causes génétiques de l évolution des espèces 1. Rappel : le support des informations génétique est l A.D.N. (vu en séquence 2 séance 2). 70
séance 1 Séquence 6 Séance 1 La succession des espèces dans le temps : l évolution des espèces Comment expliquer les différences constatées entre des espèces actuelles et des espèces fossiles présentant cependant des caractères communs? L apparition de caractères nouveaux au cours du temps et le maintien d autres (des caractères ancestraux) de génération en génération peut être proposée comme hypothèse explicative des différences et des ressemblances entre les espèces successives. Mais en a-t-on des preuves? Y a-t-il des preuves témoignant à la fois de l apparition de caractères nouveaux au cours du temps et du maintien de caractères anciens (caractères dits ancestraux)? En d autres termes : Y a-t-il des preuves de l évolution? Exercice 1 : [I Rechercher et extraire des informations] Au cours des années précédentes (6 e, 5 e, 4 e ) nous avons repéré des points communs entre plusieurs espèces. Ces points communs nous ont permis de les classer par emboîtements. Cette classification emboîtée permet donc aux biologistes de classer le pigeon, l archéoptéryx 1 et un sinornithosaurus (deux êtres vivants fossiles). Les deux premiers font ainsi partie, seuls, du groupe des oiseaux alors que tous les trois possédant des plumes font partie des dinosaures à plumes (voir la classification emboîtée ci-dessous). Tu peux visualiser des images des fossiles nommés aux adresses suivantes : pour le sinornithosaurus : http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c1/sinornithosaurus_dave_ngmc91.jpg pour l archéoptéryx : Tu trouveras de nombreuses illustrations de «archéoptéryx» dans Internet 1. S écrit aussi archæoptéryx. Classification des dinosaures à plumes Héron bleu morguefile.com by Matthew_hull Cned, Sciences de la vie et de la Terre 3e 71
Séquence 6 séance 1 sinornithosaurus archéoptéryx néornithes (oiseaux actuels) ancêtre commun à l archéoptéryx et aux oiseaux actuels Arbre d évolution des dinosaures à plumes à partir de cette classification basée sur des points communs entre les espèces, il est possible de tracer les liens de parenté entre ces espèces. Ils ont été figurés par des traits. C est l arbre d évolution (ou arbre de parenté) ci-dessus. Les oiseaux actuels et l archéoptéryx ont un lien de parenté direct entre eux car ils ont beaucoup de points communs et en particulier le fait d avoir des membres antérieurs (ailes) capables de se plier vers l arrière, caractéristique de ce groupe des oiseaux et que ne possède pas le sinornithosaurus. Ils ont donc un ancêtre commun (symbolisé par une ). Le héron bleu (oiseau actuel photographié sur le document ci-dessus) fait partie d un groupe d oiseaux qui possède un bréchet (un os particulier) comme la poule. Cet os n existe pas chez l archéoptéryx. Ils ne font donc pas partie du même groupe d oiseaux. à partir de cet arbre et des informations du texte, après avoir expliqué pourquoi l ancêtre commun des oiseaux actuels et de l archéoptéryx est plus récent que celui entre sinornithosaurus et celui des deux oiseaux réunis, montre qu au cours du temps il y a conservation de certains caractères dits ancestraux et apparition de caractères nouveaux communs entre des espèces ayant des liens de parenté entre elles : une preuve de l évolution. [Utiliser des informations d un schéma pour prouver] Si la question te pose un problème, va voir l annexe «Besoin d aide?» en fin de séquence. 72
séance 1 Séquence 6 je m interroge Et l Homme dans tout ça? Est-il lui aussi le fruit de cette évolution caractérisée par des liens de parenté entre des espèces? Des liens qui sont marqués par l existence de caractères ancestraux et de caractères nouveaux chez une espèce nouvelle par rapport à une espèce antérieure dont elle serait issue? Autrement dit, a-t-on des preuves susceptibles de permettre de dire : que l Homme a des liens de parenté avec d autres espèces? que l Homme est le fruit de l évolution, c est-à-dire qu il possède un ancêtre commun avec d autres espèces qui partageraient avec lui des caractères nouveaux par rapport à des espèces plus anciennes? Pour le dire simplement : L Homme s inscrit-il dans un arbre de parenté? Les paléontologues ont retrouvé des squelettes fossiles d êtres vivants ressemblant à celui de l Homme actuel (appelé homo sapiens) : un possible indice de parenté explicable par l évolution. Le document suivant présente leurs crânes et leur répartition au cours des temps géologiques. Exercice 2 : [I Rechercher et extraire des informations] Des espèces ressemblantes appelées dans le langage courant «singe» (lémurien, gibbon, gorille, chimpanzé) et l Homme sont classés selon la méthode des emboîtements en repérant les caractères qu ils possèdent en commun. Lémurien Gibbon Gorille Chimpanzé Homme Ongles plats x x x x x Absence de queue (présence d un coccyx) Cerveau avec des plis x x x x x x x à partir de ce tableau, des élèves ont construit la classification emboîtée puis tracé les liens de parenté entre les espèces. Ils proposent trois solutions différentes. Cned, Sciences de la vie et de la Terre 3e 73
Séquence 6 séance 1 possibilité 1 un lémurien lémuriens gibbon gorille chimpanzé Homme un gibbon possibilité 2 lémuriens gibbon chimpanzé gorille Homme un chimpanzé possibilité 3 un gorille lémuriens gibbon gorille chimpanzé Homme Schémas de trois solutions possibles Photos : www.morguefile.com by luisrock62, kabir, hotblack, kabir Après avoir retenu la proposition correcte en argumentant ton choix à partir de tes connaissances sur la classification emboîtée, illustre par un exemple tiré de ce schéma le fait que l Homme a des liens de parenté avec d autres espèces. [Utiliser des connaissances pour prouver] Si la question te pose un problème, va voir l annexe «Besoin d aide?» en fin de séquence. Exercice 3 : [I Rechercher et extraire des informations] L Homme possède par rapport au gorille et au chimpanzé des caractères nouveaux : il se tient debout en permanence (c est un bipède), ce qui permet l apparition de caractères nouveaux tels que le bassin large et court, la colonne vertébrale redressée, et emboîtée sous le crâne. D autres fossiles possèdent aussi ces caractères nouveaux, pour autant leurs crânes sont différents. 74
séance 1 Séquence 6 homo neanderthalensis 0 homo sapiens pan troglodytes (chimpanzé) espèce 1 homo habilis paranthropus bosei 2 3 4 autralopithecus africanus temps (Ma) Graphe de répartition temporelle et crânes de primates Photos C. Barbafieri Chaque couleur du graphique correspond à une espèce, et cette couleur est utilisée en fond pour identifier les crânes. Comparaison des crânes, vus de face Cned, Sciences de la vie et de la Terre 3e 75
Séquence 6 séance 1 à l aide de la comparaison des crânes de ces primates, montre que le crâne, et en particulier sa taille, peut être pris en compte afin de prouver que l Homme résulte d une évolution dans laquelle l australopithèque, espèce fossile a sa place. [Utiliser des informations scientifiques pour argumenter] Si la question te pose un problème, va voir l annexe «Besoin d aide?» en fin de séquence.... j e retiens Au cours du temps, la succession des espèces s inscrit donc dans une évolution telle que les espèces nouvelles présentent des caractères ancestraux et aussi des caractères nouveaux par rapport à une espèce antérieure dont elle serait issue. L espèce humaine a, elle aussi, évolué au gré des changements d environnement, comme toutes les autres espèces d êtres vivants. Remarque Cette évolution n est pas linéaire. C est ainsi que les paléontologues qui ont découvert les fossiles de sinornithosaurus et d archéoptéryx ont réussi à les dater : sinornithosaurus vivait il y a 125 Ma (millions d années) et archéoptéryx il y a 150 Ma, alors qu archéoptéryx possède des caractères nouveaux par rapport à sinornithosaurus. 76
séance 1 Séquence 6 8 plus vieil ancêtre présumé de l Homme 540 premiers animaux avec une partie rigide 65 disparition des dinosaures 0,2 apparition des premiers homo sapiens 0 220 1 500 époque actuelle Révolution française début de l emploi du fer 205 2 000 apparition 245 d organismes faits de cellules à noyaux apparition des mammifères crise permienne (85 % d espèces en moins) 3,5 apparition des australopithèques 3 500 début de l écriture 3 800 3 500 4 000 4 600 1 cm pour 400 Ma 410 435 cyanobactéries apparition de la vie formation des océans formation de la Terre animaux continentaux végétaux continentaux 540 animaux squelette (trilobites) 1 cm pour 40 Ma 1 cm pour 800 000 ans 1 cm pour 1 000 ans Rappel : quelques évènements marquants et leurs positionnements dans le temps. Cned, Sciences de la vie et de la Terre 3e 77
Séquence 6 séance 2 Séance 2 Les causes génétiques de l évolution je m interroge Nous avons vu que de nouvelles espèces peuvent se former à partir d ancêtres communs. Ces diversifications se font suite à des changements d environnement qui sélectionnent les individus les plus adaptés aux nouvelles conditions de vie. Ces nouvelles espèces possèdent des caractères nouveaux par rapport aux espèces qui leur sont antérieures dans la chronologie des liens de parenté. Or nous savons que les caractères d un être vivant ont pour origine l information génétique portée par l A.D.N. S il existe de «nouveaux individus» avec des caractères physiques inédits qui, de plus, sont transmissibles, c est donc qu une information génétique en est à l origine. Comment expliquer la formation de nouveaux caractères parmi les individus? Exercice 4 : [I Observer] Pour comprendre cette formation de nouveaux individus, avec des caractères «différents» vis-à-vis de leurs parents, nous prendrons un exemple chez les insectes et plus particulièrement les moustiques. Dans la région montpelliéraine 1 le nombre de moustiques est tel qu il devient une vraie nuisance pour l Homme. Dès lors il a été décidé d utiliser des insecticides pour réaliser des démoustications. Cette zone est traitée depuis de nombreuses années (1965), ce qui est considéré comme un changement des conditions de vie. Il se trouve qu au niveau de la zone traitée depuis des années, il existe un grand nombre de moustiques (99 %) résistant à cet insecticide. morguefile.com by Filiford Par contre, dans une région proche mais jamais traitée, le taux de mortalité des moustiques avoisine les 80 % quand ils sont en contact avec le même insecticide. à partir de ces observations, montre que, comme dans le cas des drosophiles dans l exercice 4 de la séquence 5 séance 1, le changement des conditions environnementales sélectionne certains moustiques mais pas d autres. [Utiliser des informations] Si la question te pose un problème, va voir l annexe «Besoin d aide?» en fin de séquence. 1. Dans la région de la ville de Montpellier (sud de la France). 78
séance 2 Séquence 6 Exercice 5 : [Ra Exploiter des résultats] Afin de comprendre pourquoi un grand nombre de moustiques résiste aux insecticides dans les lieux traités depuis 1965 alors que d autres meurent rapidement dans les zones proches mais non démoustiquées avec le même produit, les scientifiques ont mené des études. allèle A1 allèle B1 moustique sensible moustique résistant allèle A1 allèle B1 allèle A2 allèle B2 allèle A3 allèle B3 allèle A4 allèle B4 allèle A5 allèle B5 Ils ont constaté que les moustiques qui résistent fabriquent une protéine, l estérase, qui détruit l insecticide, avant qu il ne fasse effet sur le système nerveux du moustique. Ils ont voulu savoir pourquoi certains moustiques produisent cette protéine. Ils ont alors constaté que l estérase existe en grande quantité dans l organisme lorsque les moustiques possèdent plusieurs gènes avec des allèles notés (A1, A2,... B1, B2,...) alors que lorsqu il est produit en faible quantité, il existe un nombre limité de ces gènes et de leurs allèles. On peut schématiser les allèles pour les gènes A et B pour les deux types de moustiques (voir ci-contre). à l aide des informations fournies, montre pourquoi il est possible de dire que ce sont des mutations (c est-à-dire des modification de la molécule d A.D.N.) qui expliquent finalement que certains moustiques sont résistants aux insecticides et d autres non. [Utiliser des informations issues d expériences] un seul chromosome Si la question te pose un problème, va voir par paire est l annexe «Besoin d aide?» en fin de séquence. représenté..... Place et répartition des allèles... de production des estérases. chez différents types de moustiques....... Cned, Sciences de la vie et de la Terre 3e 79
Séquence 6 séance 2 Exercice 6 : [Ra Exploiter des résultats] Pour savoir si les modifications de résistance des moustiques n étaient dues qu à une augmentation de l estérase, des chercheurs ont analysé une estérase en particulier : l acétylcholinestérase. La composition de cette molécule est connue, et peut être représentée schématiquement comme une suite d éléments (appelés acides aminés) liés les uns aux autres. La succession d acides aminés est codée par les gènes. Cet agencement dépend donc uniquement d éléments héréditaires. Ils analysent donc cette molécule présente chez les deux types de moustiques. On obtient alors les deux schémas suivants. n de l acide aminé (total 749) 244 245 246 247 248 249 Lys Lys Ser Gly Gly Ser La suite d acides aminés de l acétylcholinestérase d un moustique sensible n de l acide aminé (total 749) 244 245 246 247 248 249 Lys Lys Ser Ser Gly Ser La suite d acides aminés de l acétylcholinestérase d un moustique résistant 80
séance 2 Séquence 6 Après avoir indiqué les différences entre les deux molécules, explique ce qui a dû se produire au niveau des informations génétiques pour que la résistance apparaisse chez le moustique. [Utiliser des informations] Si la question te pose un problème, va voir l annexe «Besoin d aide?» en fin de séquence. j e retiens L apparition de caractères nouveaux au cours des générations suggère des modifications de l information génétique : ce sont les mutations. Cned, Sciences de la vie et de la Terre 3e 81
Séquence 6 ANNEXE «Besoin d aide?» Séance 1 Exercice 1 : [I Rechercher et extraire des informations] Dans ta réponse tu dois : indiquer les changements qui se sont mis en place entre les différents individus montrés ici, indiquer dans quel ordre sont apparus ces changements morphologiques, faire le lien entre cet ordre d apparition et les âges relatifs des différents ancêtres de chaque groupe, faire une observation des photographies pour trouver au moins un point commun morphologique aux trois individus montrés sur l exercice, indiquer un caractère nouveau qui n existe que chez un seul individu, expliquer en quoi cette apparition de caractère nouveau avec la conservation de caractères anciens est une preuve de l évolution. Exercice 2 : [I Rechercher et extraire des informations] Dans ta réponse tu dois : indiquer combien de caractères communs possèdent les différents animaux de cet exercice, faire le lien entre nombre de caractères communs et regroupement au sein d un groupe, choisir la proposition qui correspond au nombre de groupes supposés, indiquer un caractère commun entre l Homme et un autre singe, indiquer un caractère nouveau entre l Homme et un autre singe. Exercice 3 : [I Rechercher et extraire des informations] Dans ta réponse tu dois : faire une comparaison des différents crânes : comparer la présence d orbites correspondant à la place des yeux, comparer la «longueur» des crânes vus de profil, comparer les dents (notamment la présence d incisives marquées), comparer la taille du volume crânien, faire le lien entre les changements entre les crânes et le graphique montrant les âges respectifs des différents primates, faire le lien entre les caractères communs entre l australopithèque et l Homme pour expliquer que l australopithèque a sa place dans l évolution humaine. 82
Séquence 6 Séance 2 Exercice 4 : [I Observer] Dans ta réponse tu dois : indiquer quel changement a eu lieu dans l environnement, indiquer quel changement on observe au niveau des êtres vivants (le moustique dans ce cas), faire le lien entre le changement dans l environnement et le changement de caractère au niveau du moustique. Exercice 5 : [Ra Exploiter des résultats] Dans ta réponse tu dois : indiquer comment des moustiques peuvent être résistants, indiquer comment est produit le composé qui rend les moustiques résistants, faire le lien entre ce composé (l estérase) et les informations héréditaires, comparer les chromosomes des deux types de moustiques, préciser les changements d allèles entre les deux types de moustiques, faire le lien entre les changements d informations génétiques et l acquisition de la résistance par les moustiques. Exercice 6 : [Ra Exploiter des résultats] Dans ta réponse tu dois : comparer la suite d acides aminés pour préciser la différence entre l acétylcholinestérase d un moustique sensible et celle d un moustique résistant, indiquer par quoi est commandée la suite d acides aminés de l acétylcholinestérase, faire le lien entre les changements de l acétylcholinestérase et des changements au niveau des allèles, conclure en expliquant les raisons génétiques de l apparition d un nouveau caractère. Cned, Sciences de la vie et de la Terre 3e 83
m Fiche méthode Réalisation d un dessin d observation ( ). Un dessin d observation traduit fidèlement, sur une feuille de papier blanc, ce que l on observe. Effectué au crayon à papier, ce dessin respecte la forme et les proportions de l objet observé. Il est accompagné de légendes et d un titre. Je dois Observer l objet à dessiner Placer le dessin Réaliser le dessin Tracer les traits de légende Placer la légende Indiquer le titre du dessin Je commence mon dessin au centre de la feuille pour laisser la place à la légende et au titre. J utilise le crayon, sans appuyer (c est plus simple pour gommer). Je respecte les proportions. Je repasse ensuite en faisant un trait net et continu. À la règle, je fais des traits de crayon horizontaux. Je ne croise surtout pas mes traits (s ils sont horizontaux, c est impossible ) Je m arrange pour que mes traits s arrêtent au même niveau. Je mets une flèche au bout de chaque trait pour montrer la partie à légender (la flèche ne doit pas pointer vers le mot). J écris proprement ma légende au bout du trait. J évite les fautes d orthographe (même si les mots sont compliqués). J ajoute l échelle ou le grossissement utilisé. Exemples : 84