CAR ACTERES HOMOL OGUES ET RECHER CHE DE PARENTE (Leçon Lycée) Pré-re qu is du collège 6 ème : Diversité, parenté et unité des êtres vivants 3 ème : Evolution des organismes vivants, histoire de la Terre Objectifs du lycée Après avoir rappelé ce qu on appelle caractère, on cherche à définir l homologie et à utiliser les différents caractères homologues pour établir des parentés. Dans les programmes Extrait du programme de seconde : Parenté et diversité des organismes Les vertébrés présentent des similitudes anatomiques qui se traduisent par un plan d organisation commun La cellule fonde l unité et la diversité du vivant Les êtres vivants partagent des propriétés communes (structure cellulaire, ADN). Ces propriétés traduisent une origine commune. L état actuel du monde est le résultat de l évolution. Toutes les espèces actuelles et fossiles sont apparentées mais elles le sont plus ou moins étroitement. Programme de première ES Place de l Homme dans l évolution. Etablissement de relations de parenté. Programme de TS Parenté entre êtres vivants actuels et fossiles A partir d un réinvestissement de la classe de seconde (plans d organisation, unités des constituants cellulaires et génétiques, on aborde la biodiversité et la recherche de parenté entre espèces (phylogenèse) Proposition de plan Introduction I) Des caractères communs à l idée de parenté 1) La cellule fonde l unité du vivant 2) L ADN : un ité moléculaire du vivant 3) Plan d organisation et parenté des organismes POSTE 1 : Mise en évidence d un plan d organisation commun aux Vertébrés à partir de la dissection comparée de deux Vertébrés Bilan I) : En seconde, l idée de parenté entre les espèces (de vertébrés) est renforcée. Plan d organisation commun Propriétés cellulaires et moléculaires communes 1
Ancre la notion d origine commune des espèces et d évolution et amène l idée que l on doit pouvoir comparer les caractères pour établir les relations de parenté entre les espèces. Transition : Définir un caractère : Un caractère correspond à un attribut observable chez un organisme, défini par son programme génétique. Les différents caractères peuvent être : Macroscop iques Morphologiques Anatomiques embryologiques Moléculaires II) L utilisation de caractères macroscop iq ues et l établissement de parentés 1) Choisir un caractère pertinent Taupe + Courtilière Les membres antér ieurs des vertébrés présentent le même plan d organ isation, occupent la même position et ont la même or ig ine embryonnaire : ce sont des organes homologues. Les pattes de Taupe et de Courtilière n ont pas la même organisation mais possèdent une forme en palette caractéristique en relation avec le mode de vie fouisseur : ce sont des organes analogues Seuls les caractères dits homologues peuvent être utilisés pour reconstituer des relations de parenté. - même position anatomique (même place dans le plan d organisation) - même origine embryonnaire mais parfois un aspect différent. 2) Un exemple : le membre antér ieur de vertébré POSTE 2 : Recherche de parenté à partir de la comparaison du membre antérieur de différents Vertébrés 3) Caractères anatom iques et parentés (Utilisation de phylogène) POSTE 3 : recherche de parentés à partir de l étude de caractères anatomiques 4) Données embryonnaires et liens de parenté Doc III) Les caractères cellulaires et moléculaires et l établissement de parentés Comparer des données moléculaires et établir une phylogénie moléculaire POSTE 4 : Recherche de parentés par l analyse de données moléculaires (Anagène) Remar ques : - on pourrait élargir cette partie aux données cellulaires et faire un poste avec des observations microscopiques - il peut être intéressant de choisi comme exemple la lignée humaine Conclusion 2
POSTE 1 : Mise en év idence d un plan d organisation commun aux Vertébrés à parti r de la dissection comparée de deux Vertébrés Objectif cognitif :Etablir le plan d organisation de deux VTB différents afin de montrer qu il existe un plan d organisation commun aux VTB qui comporte un plan de symétrie et deux axes de polarité. La disposition des organes est la même selon ces axes. Objectif méthodologique : suivre un protocole, réaliser une dissection Activité et production de l élève : travail par binôme : dissection de deux vertébrés différents (grenouille/souris ou Souris/poisson. Réfléchir à la justification si on choisit deux tétrapodes) - Légender un dessin de la dissection en regroupant les organes par appareil ; - Schématiser la disposition des appareils selon les axes de polarité. Mise en commun des schémas (transparents) Notion construite Une morphologie bâtie sur le même plan : Le corps des vertébrés est organisé en 3 parties Il comporte : - un axe de polarité antéro-postérieur - Un axe de polarité dorso ventral - Un plan de symétrie bilatérale Une anatomie voisine - Les vertébrés disposent d un squelette interne osseux et d un système nerveux en position dorsale; - Les différents organes de tous les vertébrés se ressemblent et occupent une position similaire par rapport aux axes de polarité Malgré leur apparenté diversité, les vertébrés possèdent des caractér istiq ues morpholog iques et anatom iques communes qu i défin issent le plan d organisation des vertébrés Ces ressemblances suggèrent une parenté entre tous les vertébrés POSTE 2 : Recherche de parenté à partir de la comparaison du membre antér ieur de différents Vertébrés Utiliser des squelettes Document en NetB à utiliser 3
Objectif cognitif : les membres des VTB présente un plan d organisation identique fait de 3 pièces articulées, ils ont la même position dans l organisme et ont articulation monobasale au niveau de la ceinture scapulaire. De plus : même origine embryonnaire mais forme, taille et fonction différentes Le caractère membre antérieur est un caractère anatomique homologue qui peut être utilisé afin d établir des parentés. Un caractère présente plusieurs états : primitif et dérivé ces états peuvent être déterminés pour les membres des vertébrés. Objectif méthodologique : saisir des informations Activité et production de l élève : - Décrire l organisation et identifier les différentes parties du membre antérieur proposé ; - Comparer l organisation des différents membres proposés - Compléter le tableau (travail en commun) en utilisant les définitions des états de caractères Membre antérieur Appendices Etat primitif (0) Etat dérivé (1) Patte à 5 doigts Aile d oiseau Patte à 5 doigts Aile de chauvesouris Nageoires Patte à 5 doigts 4
pairs Nc Tableau rempli + POSTE 3 : recherche de parentés à partir de l étude de caractères anatom iques Objectif cognitif : Seule le partage d états dérivés de caractères peut être utilisé pour établir un arbre phylogénétique. Justifier un arbre phylogénétique en utilisant plusieurs caractères homologues polarisés Objectif méthodologique : Utiliser un logiciel, saisir des informations, adopter une démarche explicative, traduire des données sous forme d un tableau. Activité et production de l élève : Logiciel Phylogène - Utiliser la fiche technique du logiciel phylogène et construire une matrice de caractères - A partir de la matrice obtenue, remplir le tableau fourni en indiquant 1 : dérivé et 0 : ancestral Exemple de matrice taxons / caractères Exemple de tableau Grenouille verte Cistude d Europe Crocodile du Nil Pigeon biset 1 Amnios 0 1 1 1 2 Gésier 0 0 1 1 3 Mandibule 4 Bec corné 0 0 1 1 0 1 0 1 5 Ailes 0 0 0 1 6 Colonne vertébrale 0 0 0 0 5
- Déterminer le nombre d états dérivés de caractères partagés par les espèces étudiées. Afficher l arbre à l écran qui traduit les relations de parenté établies et y faire figurer les innovations évolutives. Exemple d arbre phylogénétique obtenu avec phylogène Un arbre phylogénétique doit être accompagné de la matrice taxons/caractères (avec indication des états dérivés de chaque caractère) qui a été exploitée pour le construire, et/ou de légendes sur l'arbre situant les innovations évolutives justifiant chaque entre nœud. Rq : pour un même échantillonnage de taxons, on peut obtenir des arbres différents selon les données utilisées POSTE 4 : Recherche de parentés par l analyse de données moléculaires Objectif cognitif : On utilise des données moléculaires afin d établir un arbre phylogénétique Objectif méthodologique : Utiliser un logiciel, (Phylogène, Anagène), saisir des informations, adopter une démarche explicative, traduire des données sous forme d un tableau. Activité et production de l élève : - Choisir dans une banque de séquences, les séquences utiles pour comparer les espèces choisies - Justifier le choix de ces séquences - Traiter les séquences à l aide du logiciel et construire un tableau de différences - justifier l arbre établi Exemple : séquences alignées des protéines codées par le gène CDC2 contrôlant l'entrée en mitose du cycle cellulaire, chez diverses espèces (seuls les débuts des séquences de ces molécules sont représentées ici). 6
Matrice des différents pourcentages Arbre obtenu 7