Chapitre 4 Un regard sur l évolution de l Homme

Chapitre 4 Un regard sur l évolution de l Homme Objectifs généraux Ce chapitre s intègre dans la réflexion sur les relations entre génétique et évolution. L objectif de ce chapitre est de montrer que l Homme peut être regardé, sur le plan évolutif, comme une espèce comme les autres. Son histoire évolutive est ainsi en perpétuelle évolution. A cette occasion, on découvrira la place d Homo sapiens au sein des primates en montrant les caractères qu il partage avec les autres singes. Progression retenue dans ce chapitre Les deux premières activités sont centrées sur la comparaison Homme Chimpanzé. Dans un premier temps, on montrera que les analyses génétiques réalisées chez l Homme et le Chimpanzé révèlent de grandes similitudes. Seuls certains gènes témoignent d une évolution différente depuis la séparation d un ancêtre commun récent. Aussi, la mise en place du phénotype de ces deux espèces va présenter des étapes communes. Seules des différences dans la chronologie d expression de certains gènes ou des interactions variables entre l expression des gènes et l environnement aboutiront à la construction de deux phénotypes propres à chacune des deux espèces. La troisième activité permettra de préciser la place de l Homme au sein des primates afin de déterminer les grandes lignes de l évolution du groupe des primates. À cette occasion, on portera un regard plus précis sur la détermination des caractéristiques de l ancêtre commun de l Homme et de son plus proche cousin de Chimpanzé. Pour terminer, on montrera qu au sein du genre Homo, on a regroupé des squelettes appartenant à des espèces fossiles présentant des caractéristiques communes, certaines en rapport avec les proportions du crâne, d autres en rapport avec un style de bipédie permettant la course à pied. NATHAN 2012 SVT Term S Livre du professeur Chapitre 4 1

Activité 1 Comparaison génétique Homme-Chimpanzé (p. 76-77) 1. Les instructions officielles prises en compte D'un point de vue génétique, l'homme et le chimpanzé, très proches, se distinguent surtout par la position de certains gènes. Travaux pratiques envisageables : Comparer les génotypes de différents primates. 2. La démarche des auteurs et le choix motivé des supports. La comparaison génétique commence (document 1) par une étude du caryotype de chacune des deux espèces où le dénombrement des chromosomes permettra dans un premier temps de constater la présence de 24 paires de chromosomes chez le Chimpanzé et 23 paires chez l Homme. Après une analyse plus précise des chromosomes, on pourra constater la présence des mêmes chromosomes chez l Homme et le Chimpanzé où seule la position des gènes est variable. Dans un deuxième temps (document 2), la comparaison du gène de la globine beta chez différents primates permettra d illustrer la similitude de séquence de nombreux gènes entre l Homme et le Chimpanzé. Au final, les différences génétiques entre ces deux espèces ne sont observables que sur certains gènes ou régions d ADN (document 3) qui pourraient représenter les spécificités de l Homme et du Chimpanzé. 3. Guide d exploitation : productions élèves attendues 1. Le caryotype du Chimpanzé contient 24 paires de chromosomes alors que celui de l Homme n en contient que 23 paires. 2. En observant les bandes noires révélées par la technique d obtention du caryotype, on peut émettre l hypothèse que la paire numéro 2 de l Homme résulterait de la fusion de la paire 2 (2p) et 3 (2q) du chimpanzé. Par ailleurs, certains chromosomes semblent identiques chez ces deux espèces alors que d autres présentent des inversions ponctuelles de certaines régions chromosomiques. 3. En comparant la séquence du gène codant pour la protéine globine Beta de l hémoglobine, on constate l identité des deux gènes pour l Homme et le chimpanzé et des différences plus ou moins importantes avec les autres primates. Cette forte ressemblance génétique plaide en faveur d une parenté étroite entre ces deux espèces et de l existence d un ancêtre commun récent. NATHAN 2012 SVT Term S Livre du professeur Chapitre 4 2

4. Les génomes du Chimpanzé et de l Homme sont très similaires pourtant certaines régions de leur ADN sont très variables comme celles du gène ASPM (impliqué dans le déterminisme de la taille du cerveau) et de la séquence HAR1 (impliquée dans l organisation du cortex cérébral). Ces régions qui semblent spécifiques de ces deux espèces pourraient aider à comprendre ce qui rend l Homme différent du singe. 5. Le cerveau de l Homme est beaucoup plus gros que celui du Chimpanzé. La variabilité de séquence constatée dans le gène ASPM impliqué dans le déterminisme de la taille de cet organe pourrait expliquer les différences constatées. Par ailleurs, les différences observées dans la surface du cortex de l Homme (22 dm 2 ) et du Chimpanzé (5 dm 2 ) pourraient être dues à la variabilité de la séquence HAR1 de ces deux espèces. Aide à la réalisation expérimentale. La comparaison des deux caryotypes peut être effectuée de manière dynamique grâce au logiciel Lignée humaine. http://pedagogie.ac-toulouse.fr/svt/serveur/lycee/perez/evolution/ligsomm.htm La comparaison de la séquence du gène codant pour la globine beta peut être répétée grâce au logiciel Phylogène pour d autres gènes afin de montrer la proximité génétique de l Homme et du Chimpanzé par rapport aux autres primates. Activité 2 Mise en place du phénotype chez l Homme et le Chimpanzé (p. 78-79) 1. Les instructions officielles prises en compte L'Homme et le Chimpanzé, très proches, se distinguent surtout par la chronologie d'expression de certains gènes. Le phénotype humain, comme celui des grands singes proches, s'acquiert au cours du développement pré et postnatal, sous l'effet de l'interaction entre l'expression de l'information génétique et l'environnement (dont la relation aux autres individus). Travaux pratiques envisageables : Comparaison avec le logiciel Google Earth de la répartition des phénotypes «lactase persistant» et «lactase non persistant». 2. La démarche des auteurs et le choix motivé des supports Le point de départ de cette double page correspond à l'observation comparée de la mise en place des phénotypes de l'homme et du Chimpanzé au cours du développement pré et postnatal. Dans ce document doivent être mis en relation la chronologie d'expression de certains gènes et l'acquisition du phénotype chez NATHAN 2012 SVT Term S Livre du professeur Chapitre 4 3

ces deux espèces. Après lecture du document, il faudra conclure que les différences observées chez ces deux espèces résultent soit d'une variation dans la durée d'expression de certains gènes, soit dans l'absence d'expression de certains gènes. L'origine de ces différences est à rechercher dans la variabilité de certains gènes entre l'homme et le Chimpanzé observés dans la double page précédente. Les deux autres documents ont pour but de démontrer que l'acquisition du phénotype résulte certes de l'intervention du génotype mais que l'environnement joue aussi un rôle fondamental soit dans un contexte de sélection naturelle avec l'étude de la répartition des phénotypes «lactase persistant» et «lactase non persistant» en relation avec le développement des activités d'élevage chez l'homme moderne soit à travers un exemple de développement cognitif dans un contexte d'apprentissage de groupe observé chez les Chimpanzés. 3. Guide d exploitation : productions élèves attendues 1. Chez l'homme la multiplication des neurones au cours du développement embryonnaire est 4 fois plus longue que celle du Chimpanzé. Au cours du développement fœtal le plissement du cortex cérébral est beaucoup plus important. La croissance postnatale est prolongée chez l'homme au-delà de la maturité sexuelle (jusqu'à 20 ans) alors que celle des singes s'arrête à la maturité sexuelle (8 ans). Par ailleurs, la croissance du crâne du chimpanzé certes plus courte par rapport à celle de l'homme est cependant accélérée. 2. Les différences observées au niveau du crâne des deux espèces pourraient s expliquer par des durées différentes d expression de certains gènes (gène ASPM qui intervient dans le déterminisme de la taille du cerveau), par l absence d expression de certains gènes (MYH16) ou bien l expression de gènes fortement variants chez l Homme par rapport au Chimpanzé (séquence HAR1 qui semble responsable du plissement du cerveau et donc du développement de la surface du cortex) durant le développement pré et postnatal. 3. L Homme et le Chimpanzé utilisent des outils, en particulier pour la recherche de nourriture. L utilisation de ces outils, et leur fabrication, reposent sur des habitudes et des traditions propres à chaque groupe impliquant la communication d un savoir entre individus de génération en génération au cours de séance d apprentissage. 4. Chez les Mammifères, et en particulier chez les Primates, les adultes perdent la possibilité de digérer le lactose présent dans le lait. Certains Hommes (lactase persistant) continuent d exprimer le gène de la lactase. La mutation à l origine de l intolérance au lactose serait apparue chez un unique individu de la région du Caucase, avant que ces peuples, éleveurs de bovins et donc consommateurs de lait frais, ne migrent vers l Europe il y a 7 000 ans. Progressivement, au sein des populations ayant ce mode de vie, la fréquence de la mutation a augmenté car elle conférait alors un avantage sélectif. On voit ainsi que l établissement du phénotype peut résulter d une interaction entre l expression des gènes et l environnement. NATHAN 2012 SVT Term S Livre du professeur Chapitre 4 4

Activité 3 Le groupe des primates (p. 80-81) 1. Les instructions officielles prises en compte Les premiers primates fossiles datent de 65 à 50 millions d'années. Ils sont variés et ne sont identiques ni à l'homme actuel, ni aux autres singes actuels. La diversité des grands primates connue par les fossiles, qui a été grande, est aujourd'hui réduite. Homme et Chimpanzé partagent un ancêtre commun récent. Aucun fossile ne peut être à coup sûr considéré comme un ancêtre de l'homme ou du chimpanzé. Travaux pratiques envisageables Les caractéristiques des Primates peuvent être étudiées grâce au logiciel Phylogène. Pour cela, en utilisant le fichier de caractère Archonte, on peut identifier les caractères propres aux primates en les comparant à un extragroupe. 2. La démarche des auteurs et le choix motivé des supports Afin de découvrir les caractéristiques des primates, une comparaison est réalisée grâce au logiciel phylogène. Elle permet de construire un arbre phylogénétique des Primates sur lequel seront placées différentes innovations. En complément, on pourra à la suite, identifier l appartenance au groupe des primates, d un fossile d Algéripithécus grâce aux caractéristiques de sa mâchoire. Dans un deuxième temps, on découvrira les caractéristiques des Primates du passé en s intéressant particulièrement au dernier ancêtre commun de l Homme et du Chimpanzé. L arbre phylogénétique présentant les Primates actuels et fossiles permettra de montrer que leur diversité a fortement diminué depuis 25 millions d année et que les premiers Primates sont datés d environ 60 millions d années. Le dernier document permettra de discuter des caractéristiques de l ancêtre commun de l Homme et du Chimpanzé. 3. Guide d exploitation : productions élèves attendues 1. Les Primates possèdent un pouce opposable, des doigts terminés par des ongles et des orbites dirigées vers l avant. Contrairement aux autres mammifères, ils possèdent un volume cérébral développé par rapport au reste du corps. À chaque mâchoire, on compte 16 dents (4 incisives, 2 canines, 4 prémolaires, 6 molaires). L Homme et le Chimpanzé ne possèdent pas de queue ce qui les rapproche d autres grands singes comme le Gorille, le Gibbon et l Orang-outan. 2. Comme les autres primates, Algeripithecus possède une demi-mâchoire avec 8 dents (2 incisives, 1 canine, 2 prémolaires et 3 molaires). NATHAN 2012 SVT Term S Livre du professeur Chapitre 4 5

3. Comme le montre le document 2, la diversité des grands Primates connue par les fossiles, qui a été grande (40 genres différents il y a 30 Ma), est aujourd hui réduite à 4 genres actuellement. L Homme et les autres Primates possèdent un ancêtre commun ancien daté de -65 à -50 Ma. 4. L Homme et le Chimpanzé sont deux espèces proches. Aussi, ils partagent un dernier ancêtre commun récent. Celui-ci possède des caractères communs à l Homme et au Chimpanzé mais ne ressemble ni à l un ni à l autre. En effet, chacune de ces deux espèces a évolué depuis leur séparation. Afin de connaître les caractéristiques de cet ancêtre commun, il faut observer les plus anciens représentants de la lignée de l Homme et du Chimpanzé. Malheureusement, du fait d un registre fossile incomplet, il est aujourd hui difficile de considérer un fossile comme un ancêtre de l Homme ou du Chimpanzé. Activité 4 La définition du genre Homo (p. 82-83) 1. Les instructions officielles prises en compte Le genre Homo regroupe l'homme actuel et quelques fossiles qui se caractérisent notamment par une face réduite, un dimorphisme sexuel peu marqué sur le squelette, un style de bipédie avec trou occipital avancé et aptitude à la course à pied, une mandibule parabolique, etc. Production d'outils complexes et variété des pratiques culturelles sont associées au genre Homo, mais de façon non exclusive. La construction précise de l'arbre phylogénétique du genre Homo est controversée dans le détail. Travaux pratiques envisageables Étude des caractères crâniens et postcrâniens des individus appartenant au genre Homo avec le logiciel Lignée humaine qui permet la mesure de paramètres tels que la hauteur de la calotte crânienne ou l angle de prognathisme. http://pedagogie.ac-toulouse.fr/svt/serveur/lycee/perez/evolution/ligsomm.htm On peut aussi utiliser le logiciel Homininés couplé avec le logiciel de traitement d image Mesurim permettant de réaliser une comparaison qualitative et quantitative des paramètres crâniens. http://www.svt.ac-versailles.fr/spip.php?article86 http://pedagogie.ac-amiens.fr/svt/info/logiciels/mesurim2/telecharge.htm 2. La démarche des auteurs et le choix motivé des supports Les caractéristiques des représentants du genre Homo sont multiples. Elles concernent le squelette crânien et postcrânien. Au sein de cette activité, un travail a été centré sur les caractéristiques du crâne des espèces concernées. Le NATHAN 2012 SVT Term S Livre du professeur Chapitre 4 6

but est ainsi, dans un premier temps, de mettre en évidence les points communs des représentants du genre Homo par opposition à celles d un Australopithèque. Dans un deuxième temps, à l aide du logiciel phylogène, on montrera que la construction d une phylogénie au sein du genre Homo est difficile à mettre au point car suivant le caractère pris en compte (prognathisme ou position du trou occipital), on obtient des arbres phylogénétiques différents. Pour terminer, on s attardera sur l utilisation des outils et des pratiques culturelles afin de montrer que la maîtrise des outils n est pas uniquement le propre des représentants du genre Homo. 3. Guide d exploitation : productions élèves attendues 1. Contrairement aux Australopithèques qui présentent un prognathisme prononcé et un front fuyant, la face des représentants Homo est réduite, le menton est bien aligné avec l os frontal. Le trou occipital est placé sous le crâne, la tête est donc posée, en position debout, en équilibre sur la colonne vertébrale. 2. Les représentants du genre Homo présentent des caractéristiques communes : prognathisme réduit avec une face plate, le menton est bien aligné avec l os frontal et un trou occipital placé sous le crâne. 3. Si on prend en compte le caractère prognathisme, on remarque qu Homo sapiens et Homo neanderthalensis partagent l état dérivé (absence de prognathisme en commun). Alors que si on prend en compte le caractère trou occipital, c est cette fois si, Homo sapiens, Homo neanderthalensis et Homo ergaster qui partagent l état dérivé (trou occipital avancé). Dans les deux cas, l arbre phylogénétique obtenu ne présente pas les mêmes parentés entre les différentes espèces du genre Homo. 4. les squelettes fossiles du genre Homo présentent des caractéristiques permettant un style de bipédie efficace permettant la course, avec un bassin court mais large, proposant une bonne surface d insertion aux muscles du dos (permettant une position redressée) et aux muscles des jambes (permettant une marche active). Le col du fémur est long, et le fémur orienté vers l intérieur. Les genoux sont épais avec des os spongieux permettant d amortir les chocs liés aux déplacements. Le pied est voûté et le talon épais ce qui favorise mécaniquement la marche. Le grand orteil n est plus opposable avec les autres doigts de pied. 5. Même si les représentants du genre Homo n ont pas été les premiers utilisateurs d outils, ils restent ceux qui les ont perfectionnés et rendus plus efficaces. Les peintures rupestres et les objets artistiques laissés par nos cousins du passé témoignent de la variété des pratiques culturelles qui se sont développées. NATHAN 2012 SVT Term S Livre du professeur Chapitre 4 7

Correction des exercices Évaluer ses connaissances 3 Élaborer un schéma Après avoir représenté schématiquement un crâne (de profil) de l espèce Homo sapiens légendé, relevez les caractères que l on devra retrouver chez un fossile nouvellement découvert pour qu il puisse être apparenté au genre Homo. Chez les représentants Homo, la face est réduite (bourrelets sus-orbitaires et arcade zygomatique peu développés), le menton est bien aligné avec l os frontal. Le prognathisme est absent ou fortement réduit. Le trou occipital est en position avancée. 5 Organiser une réponse argumentée. Présentez les arguments qui ont permis de considérer l Homme comme proche cousin du Chimpanzé. 1. Les caractères morphologiques a) Homme et chimpanzé : deux primates Homme et Chimpanzé possèdent un pouce opposable, des doigts terminés par des ongles et des orbites dirigées vers l avant. Contrairement aux autres mammifères, ils possèdent comme les autres primates un volume cérébral développé par rapport au reste du corps. NATHAN 2012 SVT Term S Livre du professeur Chapitre 4 8

À chaque mâchoire, on compte 16 dents (4 incisives, 2 canines, 4 prémolaires, 6 molaires). Ces deux espèces ne possèdent pas de queue ce qui les rapproche d autres grands singes comme le Gorille, le Gibbon et l Orang-outan b) Des caractères mis en place au cours du développement Les crânes des fœtus de l Homme et du Chimpanzé présentent la même apparence : une forme ronde avec une face plate. Après la naissance, le crâne du Chimpanzé subit des transformations différentes de celles de l Homme. Il présente une croissance accélérée caractérisée par une mâchoire qui se prolonge vers l avant (prognathisme), une migration du trou occipital vers l arrière et une accentuation de certains caractères (canine, bourrelets susorbitaires, arcades zygomatiques). Au contraire, chez l Homme, la croissance du crâne est fortement ralentie. Malgré une augmentation du volume cérébral, le crâne adulte conserve les caractéristiques de la naissance, à savoir : une forme globuleuse, une face aplatie et un trou occipital centré. 2. Des ressemblances génétiques a) Les données chromosomiques L analyse du caryotype de l Homme (23 paires de chromosomes) et celui du Chimpanzé (24 paires de chromosomes) montre de grandes ressemblances. Seuls certains gènes, suite à des remaniements chromosomiques, n occupent pas le même emplacement au sein du génome de ces deux espèces. Par ailleurs, le chromosome 2 de l Homme résulte de la fusion des chromosomes 2p et 2q du Chimpanzé sur la colonne vertébrale. b) Les données génétiques Lorsque l on compare l ADN de l Homme et du Chimpanzé, on constate de très nombreuses similitudes puisqu ils partagent 99 % de leur génome. Ainsi, si on compare un gène ou une protéine chez ces deux espèces, on obtient soit une identité parfaite soit quelques différences entre les séquences. Cependant, certains gènes comme HAR1 et ASPM sont fortement variants entre l Homme et le Chimpanzé. Conclusion L Homme et le Chimpanzé présentent de nombreux points communs. Ils sont de nature morphologique et génétique ce qui témoigne d un étroit lien de parenté. L Homme est donc un proche cousin du Chimpanzé. Exercice guidé 6 La phylogénie moléculaire L arbre phylogénétique construit à partir de la séquence en acide aminé de la cytochrome oxydase, révèle que le chimpanzé a pour plus proche cousin l Homme. Au contraire, l arbre phylogénétique construit à partir de la séquence en acide aminé de la protamine révèle quant à lui que le Gorille est le plus proche cousin du Chimpanzé. NATHAN 2012 SVT Term S Livre du professeur Chapitre 4 9

Suivant la protéine considérée, les relations de parentés ne sont pas identiques. Aussi, afin de préciser celles-ci, il est souhaitable de multiplier les comparaisons avec d autres protéines afin de statuer sur les relations de parenté du Chimpanzé avec ses autres cousins. Appliquer ses connaissances 7 Les outils de l Homme 1. Les cailloux retrouvés sur le site de la vallée de l Omo et celui de Turkana présentent des traces d éclat. Ces outils, que l on appelle des choppers, ont été obtenus en frappant des galets avec une autre pierre plus dure de façon à obtenir un bord tranchant. Ce sont des outils façonnés par l Homme. 2. Les plus vieux outils retrouvés dans la vallée de l Omo sont datés de - 2.6 millions d années. Seuls les individus appartenant à l espèce Paranthropus aethiopicus pourraient avoir façonné ces outils. Les plus vieux outils retrouvés au niveau du lac de Turkana sont datés de -2.34 millions d années. Les individus appartenant aux espèces Paranthropus aethiopicus et Paranthropus boisei sont susceptibles d avoir façonné ces outils. 3. La fabrication des outils n est pas le propre des représentants du genre Homo. En effet, les plus vieux outils retrouvés en Afrique sont contemporains de deux espèces de paranthropes. 8 Deux représentants de la lignée humaine 1. et 2. 3. Les représentants du genre Homo possèdent un crâne où le prognathisme est fortement réduit. Le développement des arcades zygomatiques et des bourrelets sus-orbitaires ont tendance à être réduits. Leur volume crânien est d au moins 750 cm 3. 4. Les crânes des fossiles ne présentent pas de prognathisme marqué, la face est plate. Les arcades zygomatiques et les bourrelets sus-orbitaires sont réduits. Ces deux crânes appartiennent au genre homo. Pour le certifier il faudrait évaluer leur volume crânien. NATHAN 2012 SVT Term S Livre du professeur Chapitre 4 10

9 Une controverse au sein du genre Homo 1. Si on compare l ADN des néanderthaliens avec celui des chimpanzés et des individus Cro-Magnon, on remarque qu ils forment un groupe homogène. En effet, d après l arbre phylogénétique construit, ils possèdent ensemble moins de différences génétiques qu avec les autres espèces. 2. Si on compare l ADN des individus Cro-Magnon avec celui des chimpanzés et des Neanderthaliens, on remarque qu ils forment un groupe homogène. En effet, d après l arbre phylogénétique construit, ils possèdent ensemble moins de différences génétiques qu avec les autres espèces. 3. Puisque les différences génétiques entre les individus Néanderthalien d une part et les individus Cro-Magnon d autre part sont les moins importantes, on peut supposer que les liens de parentés sont les plus étroits. Aussi, on peut penser que Neanderthal et Cro-Magnon constituent bien deux espèces distinctes. 4. Les différences entre les individus appartenant au genre pan (espèce Chimpanzé et espèce Bonobo) sont plus importantes que celles qui existent entre les individus appartenant au genre homo de l espèce Néanderthal et Cro- Magnon. 5. Les résultats obtenus amènent une réflexion sur les différences génétiques que doivent présentées des individus pour que l on puisse considérer qu ils appartiennent à des espèces distinctes. Quelle est la limite entre des différences intra-spécifiques (polymorphisme génétique) et des différences interspécifiques? Exercer un regard critique 10 La taille du cerveau 1. Le volume cérébral varie beaucoup au sein des représentants de la lignée humaine depuis Australopithecus afarensis (500 cm 3 ) à Homo neanderthalensis (1 300 à 1 750 cm 3 ) et Homo sapiens (1 250 à 1 450 cm 3 ). 2. Le volume cérébral moyen des Néanderthaliens a été calculé à partir d un faible nombre d individu. Afin que ce calcul ait une valeur statistique, il serait souhaitable de prendre en compte plus d individus. 3. Chez l Homme (Homo sapiens), les variations intra-spécifiques sont très grandes puisque le volume crânien varie entre 1 000 et 2 000 cm 3. Aussi, il n est pas évident que la taille plus importante du cerveau des Néanderthaliens soit réellement effective. 4. L utilisation de la taille du cerveau comme critère évolutif a des limites puisque son évaluation ne fait pas intervenir un échantillonnage suffisant d individus. D autre part, il semblerait que ce critère soit sujet à une forte variation intra-spécifique (polymorphisme). NATHAN 2012 SVT Term S Livre du professeur Chapitre 4 11

Évaluation des capacités expérimentales Utiliser un logiciel de mesure Localisation des points de mesure : Mesure de l angle de prognathisme : Réponses attendues L inclinaison de la face a été mesurée à 60. Le rapport hauteur / longueur de crâne est 0,6. Le crâne retrouvé présente des caractéristiques qui nous permettent de l apparenter au genre Australopithèque. Capacités testées Comprendre la manipulation Réaliser une manipulation dʼaprès un protocole Utiliser un logiciel dʼacquisition dʼimage numérique Utiliser un logiciel de traitement de données Adopter une démarche explicative Acquis En voie dʼacquisition Non acquis NATHAN 2012 SVT Term S Livre du professeur Chapitre 4 12

Corrections des exercices BAC Restitution organisée des connaissances 1 Les parentés Homme-Chimpanzé L Homme est un Primate, il partage avec les singes des caractères qui témoignent d un lien de parenté. Homme et Chimpanzé possèdent une grande ressemblance génétique pourtant, ils présentent à l âge adulte des caractéristiques différentes. Comment expliquer ces différences morphologiques? 1. Comparaisons génétiques a) Comparaison des caryotypes L analyse du caryotype de l Homme (23 paires de chromosomes) et celui du Chimpanzé (24 paires de chromosomes) montre de grandes ressemblances. Seuls certains gènes, suite à des remaniements chromosomiques, n occupent pas le même emplacement au sein du génome de ces deux espèces. Par ailleurs, le chromosome 2 de l Homme résulte de la fusion des chromosomes 2p et 2q du Chimpanzé. b) Comparaison des gènes Lorsque l on compare l ADN de l Homme et du Chimpanzé, on constate de très nombreuses similitudes puisqu ils partagent 99 % de leur génome. Ainsi, si on compare un gène ou une protéine chez ces deux espèces, on obtient soit une identité parfaite soit quelques différences entre les séquences. L Homme et le Chimpanzé présentent une grande ressemblance génétique. Ces gènes participent à la construction du phénotype. Comment s effectue la construction du phénotype chez ces deux espèces? 2. La construction du phénotype a) Développement prénatal Les neurones se multiplient activement à la vitesse de 5 000 neurones par seconde au cours du développement embryonnaire. Chez l Homme, la durée de la vie embryonnaire est quatre fois plus longue que chez le Chimpanzé. En conséquence, le nombre de neurones est quatre fois plus important chez l Homme. Les crânes des foetus de l Homme et du Chimpanzé présentent la même apparence : une forme ronde avec une face plate. b) Développement postnatal Après la naissance, le crâne du Chimpanzé subit des transformations, une croissance accélérée caractérisée par une mâchoire qui se prolonge vers l avant (prognathisme), une migration du trou occipital vers l arrière et une NATHAN 2012 SVT Term S Livre du professeur Chapitre 4 13

accentuation de certains caractères (canine, bourrelets sus-orbitaires, arcades zygomatiques). Au contraire, chez l Homme, la croissance du crâne est fortement ralentie. Malgré une augmentation du volume cérébral, le crâne adulte conserve les caractéristiques de la naissance, à savoir : une forme globuleuse, une face aplatie et un trou occipital centré. Chez l Homme, au contraire du Chimpanzé, la croissance du bassin subit une accélération. À partir de ces caractéristiques fœtales, on constate un élargissement et une incurvation, pour aboutir à la forme d une cuvette. Par ailleurs, la croissance du squelette s arrête chez le Chimpanzé à la maturité sexuelle (entre 6 et 8 ans) alors qu elle se prolonge chez l Homme jusqu à l âge de 20 ans, aboutissant alors à un allongement des membres inférieurs. Malgré une grande proximité génétique, l Homme et le Chimpanzé diffèrent de par leur phénotype adulte. Comment expliquer cette différence? 3. Développement sous l influence génétique ou de l environnement a) Influence génétique Homme et Chimpanzé sont très proches génétiquement. Cependant, en comparant le génome de ces deux espèces, on a identifié des séquences présentant une forte variabilité. Parmi celles-ci, on trouve la séquence HAR1 qui semble responsable du plissement du cerveau et donc du développement de la surface du cortex, et la séquence ASPM qui intervient dans le déterminisme de la taille du cerveau. Les différences observées chez l Homme et le Chimpanzé, pour ces deux séquences, pourraient expliquer un volume cérébral plus important chez l Homme (1 500 cm3 contre 450 cm3) et une surface du cortex plus développée (22 dm2 contre 5 dm2). Ainsi, les différences observées au niveau du crâne des deux espèces peuvent s expliquer par des durées différentes d expression de certains gènes (gène ASPM), par l absence d expression de certains gènes (MYH16) ou bien l expression de gènes fortement variants chez l Homme par rapport au Chimpanzé (séquence HAR1) durant le développement pré et postnatal. b) Influence de l environnement L Homme et le Chimpanzé utilisent des outils, en particulier pour la recherche de nourriture. L utilisation de ces outils, et leur fabrication, reposent sur des habitudes et des traditions propres à chaque groupe impliquant la communication d un savoir entre individus de génération en génération. On constate ainsi que l acquisition du phénotype adulte chez l Homme et le Chimpanzé repose sur l expression du génotype. Comme ces deux espèces possèdent certains gènes avec des séquences différentes, on comprend pourquoi leur phénotype diffère. Par ailleurs, la construction du phénotype repose aussi sur des interactions des individus avec leur environnement mais aussi sur un apprentissage et une communication entre individus. NATHAN 2012 SVT Term S Livre du professeur Chapitre 4 14

Exercice sur documents 2 Les parentés au sein de la lignée humaine 1. réponse b. L arbre phylogénétique présentant la bonne position des innovations est l arbre phylogénétique 1B. 2. réponse a. Homo ergaster est plus proche de Homo sapiens que les deux autres représentants de la lignée humaine, en témoigne le nombre plus important de caractères partagés entre ces deux espèces. NATHAN 2012 SVT Term S Livre du professeur Chapitre 4 15