Thème 1A: GÉNÉTIQUE ET ÉVOLUTION Chapitre 4
Introduction Chapitre 4 : UN REGARD SUR L EVOLUTION DE L HOMME Comme toutes les espèces, l Homme a une histoire évolutive, qui peut être retracée par l analyse des fossiles. L Homme et les singes sont des mammifères que l on classe dans le groupe des primates.
Problématique Quelle est cette histoire? Quelle est la place de l Homme au sein des Primates? Quels sont les caractères propres au genre humain? I. LA PLACE DE L HOMME PARMI LES PRIMATES TP n 6 : L histoire évolutive des Primates
TP6: L HISTOIRE EVOLUTIVE DES PRIMATES L arbre phylogénétique : Il traduit des liens de parenté entre des espèces. Pour chaque caractère on définit deux états (ancestral ou primitif, et dérivé), l un étant dérivé de l autre. Le passage de l état ancestral à l état dérivé d un caractère est une innovation évolutive qui a nécessairement été transmise de génération en génération jusqu aux organismes observés. Les nœuds de l arbre indiquent le dernier ancêtre commun des espèces qui partagent des caractères dérivés exclusifs. L arbre phylogénétique dit «qui partage quoi avec qui» et donc «qui est le plus proche parent de qui» et non pas «qui descend de qui». Parenté : Chercher la parenté c est «chercher le groupe frère, et non l ancêtre. Il s agit, pour une espèce donnée, du groupe avec lequel elle partage une innovation évolutive exclusive : elle ne la partage avec aucun autre groupe. L ancêtre au sens propre restera toujours inconnaissable, mais on peut déduire certains des caractères qu il devait posséder, les caractères dérivés qui définissent le groupe».
TP6: L HISTOIRE EVOLUTIVE DES PRIMATES Les Primates : Les primates forment un groupe à l intérieur de celui des Mammifères, caractérisé par une vie en général arboricole, des ongles plats aux doigts et orteils, la préhension (capacité de saisir) par opposition du pouce, une prédominance de la vision sur l'olfaction. Grands singes (ou grands primates): présence d un nez, d orbites fermées, de narines rapprochées et d une absence de queue. (L Homme en fait partie)
TP6: L HISTOIRE EVOLUTIVE DES PRIMATES Pb: Quel est le plus proche parent de l Homme dans la nature actuelle? ETAPE 1 : CONCEVOIR UNE STRATEGIE POUR RESOUDRE LE PROBLEME Formuler une hypothèse permettant de répondre au problème de départ et sa conséquence dans l arbre de parenté. Le plus proche parent de l Homme est le chimpanzé. Il est donc situé juste à côté de l Homme dans l arbre de parenté, et possède des caractéristiques communes et un ancêtre commun avec lui qu il ne partage pas avec les autres primates. Proposer une stratégie permettant de valider cette hypothèse. Comme l arbre de parenté est basé sur le partage de caractères dérivés* entre les espèces, il suffit de comparer les caractères, les génomes et les molécules fabriquées par différentes espèces de primates. Si le chimpanzé est le plus proche parent de l Homme, alors il aura le maximum de similitudes avec lui.
L histoire évolutive de l Homme fait partie de celle des Primates*. Primates = groupe de mammifères possédant des caractères propres : pouce opposable aux autres doigts, ongles plats, orbites dirigés vers l avant.
1 2 Construction de la matrice de caractères 3 caractères espèces
caractères espèces Polariser les caractères : primitifs ou dérivés?
TP6: L HISTOIRE EVOLUTIVE DES PRIMATES UTILISER DES CARACTERES ANATOMIQUES ET MORPHOLOGIQUES POUR ETABLIR LES RELATIONS DE PARENTE ETAPE 2 : METTRE EN ŒUVRE UN PROTOCOLE, PHYLOGENE ETAPE 3 : COMMUNIQUER SES RESULTATS état primitif d un caractère: caractère ancestral qui n a pas subi de modification. état dérivé d un caractère: caractère nouveau issu de la transformation d un caractère primitif = innovation évolutive.
TP6: L HISTOIRE EVOLUTIVE DES PRIMATES UTILISER DES CARACTERES ANATOMIQUES ET MORPHOLOGIQUES POUR ETABLIR LES RELATIONS DE PARENTE ETAPE 3 : COMMUNIQUER SES RESULTATS Grands Primates Primates
TP6: L HISTOIRE EVOLUTIVE DES PRIMATES UTILISER DES CARACTERES ANATOMIQUES ET MORPHOLOGIQUES POUR ETABLIR LES RELATIONS DE PARENTE ETAPE 4 : EXPLOITER LES RESULTATS POUR REPONDRE AU PROBLEME Il n est pas possible pour le moment de répondre précisément au problème, l arbre de parenté ne permettant pas de choisir parmi les Grands Primates (1 seul ancêtre commun).
TP6: L HISTOIRE EVOLUTIVE DES PRIMATES UTILISER DES DONNEES MOLECULAIRES POUR PRECISER LES RELATIONS DE PARENTE ETAPE 2 : METTRE EN ŒUVRE UN PROTOCOLE, PHYLOGENE ETAPE 3 : COMMUNIQUER SES RESULTATS
TP6: L HISTOIRE EVOLUTIVE DES PRIMATES UTILISER DES DONNEES MOLECULAIRES POUR PRECISER LES RELATIONS DE PARENTE ETAPE 2 : METTRE EN ŒUVRE UN PROTOCOLE, PHYLOGENE ETAPE 3 : COMMUNIQUER SES RESULTATS
TP6: L HISTOIRE EVOLUTIVE DES PRIMATES UTILISER DES DONNEES MOLECULAIRES POUR PRECISER LES RELATIONS DE PARENTE ETAPE 2 : METTRE EN ŒUVRE UN PROTOCOLE, PHYLOGENE ETAPE 3 : COMMUNIQUER SES RESULTATS
TP6: L HISTOIRE EVOLUTIVE DES PRIMATES ETAPE 4 : EXPLOITER LES RESULTATS POUR REPONDRE AU PROBLEME Les plus proches parents de l Homme sont les Chimpanzés (communs et Bonobo). Toumaï - de 6 à 7Ma Orrorin 6Ma Fossile de la lignée humaine ou de celle du Chimpanzé?
Les premiers représentants fossiles des Primates ont un âge compris entre 65 et 50 Ma. Des innovations génétiques (comme l absence de queue) permettent de constituer le groupe des Grands Primates (Hominoïdes), apparu il y a environ 23 Ma. Le plus proche parent de l Homme dans la nature actuel est le Chimpanzé. Les 2 possèdent de fortes similitudes au niveau deleurs séquences protéiques. Ils partagent un ancêtre commun récent qui vivait il y a environ 7 Ma et qui ne correspond pas à un fossile découvert (doc.3 p.81).
Les fortes homologies au niveau des séquences protéiques entre l Homme et le Chimpanzé se retrouvent-elles au niveau de leurs génomes? II. LA PROXIMITÉ GÉNÉTIQUE ENTRE L HOMME ET LE CHIMPANZÉ Livre: doc. 1 à 2 p.76 et 77
TD: Comparaison génétique Homme-chimpanzé Guide d exploitation : 1) Le caryotype du Chimpanzé contient 24 paires de chromosomes alors que celui de l Homme n en contient que 23 paires.
TD: Comparaison génétique Homme-chimpanzé Guide d exploitation : 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. Certains chromosomes semblent identiques alors que d autres présentent des inversions ponctuelles decertaines régions chromosomiques.
TD: Comparaison génétique Homme-chimpanzé Guide d exploitation : 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. 99 % d identité entre le génome du Chimpanzé et celui de l Homme
Leurs génomes sont effectivement très proches : - caryotypes similaires (sauf quelques fusions, inversions, insertions, délétions de morceaux) ; - séquences nucléotidiques similaires à près de 99% (les 1% restant correspondent à des mutations ponctuelles). Pourquoi, malgré de si grandes ressemblances chromosomiques et moléculaires, leurs phénotypes sont-ils si différents?
III. LES MÉCANISMES À L ORIGINE DE LA DIVERSIFICATION HOMME/CHIMPANZÉ
L acquisition du phénotype propre à chacune de ces 2 espèces s effectue au cours du développement. Exemples : - phases embryonnaire et juvénile plus longues chez l Homme qui permet un développement plus lent mais plus important du cerveau ; - déplacement du trou occipital vers l arrière + projection de la mâchoire vers l avant (prognathisme) chez le Chimpanzé.
Comment expliquer ces différences de phénotypes? Livre: Doc.1 à 3 p.78 et 79 Doc.3 p.77
Guide d exploitation : Différences dans l intensité, la durée et la chronologie de l expression de certains gènes du développement entre Homme et Chimpanzé, comme des gènes impliqués dans le nombre de neurones (ASPM), le plissement du cerveau (HAR1) et la croissance du crâne(myh16). Phases embryonnaire et juvénile (naissance mâturité sexuelle) plus longues.
Guide d exploitation : Gène HAR1 : rôle dans l organisation du cortex chez l Homme Gène ASPM : rôle dans le déterminisme de la taille du cerveau 5) Le cerveau de l Homme est beaucoup plus gros que celui du Chimpanzé (variabilité de séquence du gène ASPM) et sa surface plus importante (variabilité de laséquence HAR1).
- L intensité et la durée d expression de certains gènes du développement, au moment du développement embryonnaire puis juvénile, expliquent les différences observées.
Guide d exploitation : Influence de l environnement (relations entre individus). 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.
Guide d exploitation : Influence de l environnement (sélection naturelle) 4) Certains Hommes (lactase persistant) continuent d exprimer le gène de la lactase mutation apparue chez un unique individu de la région du Caucase, puis augmentation de la fréquence de ce phénotype chez les peuples éleveurs de bovins et donc consommateurs de lait frais (avantage sélectif) qui ont migré vers l Europe il y a 7 000 ans.
- Les interactions avec l environnement, notamment des échanges avec les autres individus, influent aussi sur la construction du phénotype comportemental.
Quelles sont les innovations qui permettent de constituer ce groupe et quelle est son histoire évolutive? IV. LA DÉFINITION ET L HISTOIRE DU GENRE HOMO L Homme actuel et plusieurs fossiles découverts appartiennent au genre Homo. 1. Les innovations propres au genre Homo TP n 7 : Les caractéristiques du genre Homo
TP7: Les caractéristiques du genre Homo Plusieurs stades «pré-humains» ont existé depuis le dernier ancêtre commun entre l Homme et le Chimpanzé (exemple : les Australopithèques).
TP7: Les caractéristiques du genre Homo Comment constituer un groupe «genre humain» dans un arbre de parenté, excluant ces stades préhumains fossiles et les autres grands primates actuels?
Comparaison d organismes du genre Homo avec d autres Primates, Chimpanzé ou membres de la lignée humaine «sens large»
- Bipédie permanente - Bassin court et large - Fémurs obliques - Crâne volumineux - Angle facial presque droit - Trou occipital centré et horizontal - Mandibule en V
Production d outils complexes associées au genre Homo de façon non exclusive!
Plusieurs groupes, classés dans la lignée humaine, ont existé depuis le dernier ancêtre commun entre l Homme et le Chimpanzé (exemple : les australopithèques, -4 à -1,5 Ma). Les caractères propres à la lignée humaine sont des caractères crâniens (volume cérébral important, face aplatie, ), et des caractères autorisant la bipédie (trou occipital sous le crâne, bassin large et court, fémurs obliques).
Au sein de la lignée humaine, le genre Homo regroupe l espèce humaine actuelle (Homo sapiens) et des espèces disparues. Elles présentent toutes : - une bipédie très accomplie, avec des bras plus courts que les jambes ; - une mâchoire peu allongée et parabolique; - un dimorphisme sexuel homme/femme peu marqué au niveau dusquelette ; - des pratiques culturelles variées (vie sociale, utilisation d outils complexes et du feu, art rupestre, rites funéraires ).
2. L histoire évolutive du genre Homo Le genre Homo émerge en Afrique, il y a 2,5 Ma environ et colonise progressivement tous les autres continents. Depuis 30 000 ans, le genre ne compte plus qu une seule espèce, Homo sapiens (qui a 200 000 ans), alors qu avant plusieurs espèces ont coexistées. La construction précise de l arbre phylogénétique du genre Homo est controversée. Pourquoi?
Une phylogénie controversée dans le détail
Lorsqu on change de caractère, les relations de parenté varient. De plus, le rattachement de nombreux fossiles à une espèce donnée est problématique à cause d éléments fossiles souvent incomplets et de caractères anatomiques parfois flous.