Les relations de parenté entre les êtres vivants et évolution

Chapitre 2 : La place de l’Homme dans le monde du vivant.

Ayant établi les techniques permettant de comprendre la filiation des espèces qu’elles soient vivantes ou fossiles, qu’en est-il de l’espèce humaine actuelle représentée par l’homo sapiens?

A. La place de l'homme parmi les primates1. A partir des données anatomiques et moléculaires.2. A partir de l'étude comparée des caryotypes et des chromosomes.

B Les critères d'appartenance à la lignée humaine,1. Une bipédie exclusive2. Un volume crânien élevé3. Une activité sociale et culturelle

C Bilan

A. La place de l'homme parmi les primates1. A partir des données anatomiques et moléculaires.Document page 38.L’arbre phylogénétique reconstitue l’histoire évolutive des différentes lignées depuis leur divergence à partir de l’ancêtre commun. L’ordre d’apparition des caractères est évident.

Document page 39 : une main et des yeux disposés d’une même façon.

Document page 42

Document page 43

Les pistes d'exploitation page 43. 2. les arbres « parlent d'eux-mêmes» : suivant la molécule choisie, le logiciel de comparaison des séquences peut produire des arbres légèrement différents, d'où la nécessité de comparer en fait plusieurs molécules pour pouvoir conclure valablement. La différence des arbres montrent également la grande proximité parentale entre ces espèces.

Les pistes d'exploitation page 43. 1 On n'apprécie que le degré de ressemblance des molécules en comparant les séquences; n'apparaît pas dans cette comparaison la notion d'état primitif et d'état dérivé d'un caractère comme il est de règle dans les analyses cladistiques qui ont été présentées dans le chapitre 1. On admet simplement que deux molécules qui se ressemblent beaucoup sont homologues d'une part, dérivent d'une molécule possédée par le plus récent ancêtre commun aux espèces considérées d'autre part. plus la ressemblance est grande, plus la parenté est étroite, c'est-à-dire plus l'ancêtre commun est proche dans le temps. On fait donc implicitement l'hypothèse que la vitesse de transformation (d'évolution) des molécules est à peu près constante: la mesure des différences moléculaires est une façon de mesurer le temps écoulé. les transformations moléculaires sont alors une espèce de chronomètre (notion d'horloge moléculaire déjà vue).

Document page 39 Le Gorille, le Chimpanzé et l’Homme font partie du même phylum : les hominidés.

2. A partir de l'étude comparée des caryotypes et des chromosomes. Document A1 page 40 : comparaison de deux caryotypes (homme-chimpanzé)

Document A1 page 40

Les chromosomes 3, 6, 7, 8, 10, 11, 14, 16, 19, 20, 21,22, X et Y sont identiques entre l’Homme et le Chimpanzé. Les autres sont identiques après quelques réarrangements: fusion entre 2 chromosomes, inversion d’un segment entre autre.la technique ZOO-FISH permet de repérer, au niveau des chromosomes mitotiques d'une espèce, des zones homologues à des fragments chromosomiques appartenant à une autre espèce. C'est donc un outil extrêmement « puissant» de comparaison des caryotypes, beaucoup plus précis car touchant la séquence des nucléotides par rapport à la simple observation des chromosomes et de leurs bandes colorées présentée à la page 40.

Document page 41A partir du caryotype ancestral des primates, un certain nombre de réarrangements vont conduire à l'ensemble des prosimiens. Par ailleurs, deux translocations précises vont se retrouver chez les autres primates: on peut les considérer comme des caractères dérivés partagés par l'ensemble des simiens et définissant donc le caryotype ancestral de ce groupe. On peut ainsi parcourir vers le haut cette phylogénie et définir des ensembles de plus en plus étroits, partageant un nombre de plus en plus grand de caractères caryotypiques dérivés (c'est-à-dire de réarrangements chromosomiques précis). La parenté de l‘Homme avec les Chimpanzés et les Gorilles (l'ensemble constituant le groupe des hominidés) est pleinement confirmée par cet arbre.

Document page 44Des capacités à produire des outils,

Des outils de différentes formes et fonctions.

Des photos de famille!

B. Les pistes d'exploitation page 45. 1. Les caractères partagés entre l’Homme et les Chimpanzés et pris en compte sont des caractères anatomiques ou chromosomiques mais les traits comportementaux sont également importants.

2. la lecture des quelques lignes consacrées aux bonobos permet de constater des ressemblances particulièrement frappantes entre bonobos et hommes: le bonobo est plus volontiers bipède que le chimpanzé commun d'une part, son comportement sexuel est plus évocateur du comportement humain d'autre part. On peut donc penser que le bonobo est plus étroitement apparenté à l'homme que le chimpanzé commun. 3. la lecture du texte de Picq fournit explicitement les réponses à ce questionnement.

B Les critères d'appartenance à la lignée humaine,1. Une bipédie exclusiveDocument A1 page 46

2. Un volume crânien élevéDocument A 2 page 46

B. Les pistes d'exploitation proposées p 471. La comparaison des squelettes de chimpanzé et d'homme présente un double intérêt: elle révèle l'existence de nombreuses similitudes visibles: la disposition des os, la forme globale des squelette mais aussi elle permet de repérer des différences qui vont définir précisément les critères d'appartenance à la lignée humaine avec la bipédie: la colonne à 4 courbures, la répartition des dimension du bassin, la position du trou occipital etc.

B. Les pistes d'exploitation proposées p 472 Le bassin d’un australopithèque présente plus de similitudes dans sa forme et le rapport des dimensions avec celui d’un homme que celui d’un chimpanzé. Cette constatation permet de placer l’australopithèque dans la lignée humaine.

3. Une activité sociale et culturelle D’autres critères signent l’appartenance à la lignée humaine comme l’expression artistique, le feu, la technologie. Des squelettes retrouvés dans un tel environnement ne peuvent-être qu’humains.

BilanL'établissement de phylogénies a partir de donnes anatomiques, morphologiques ou moléculaires a permis de préciser que les plus proches parents de l'Homme dans la nature actuelle sont les Grands Singes africains: Gorilles, Bonobos, Chimpanzés. Tous les quatre appartiennent au groupe des Hominidés et partagent de nombreuses nouveautés évolutives, apparues successivement au cours de l'histoire de la vie cellules eucaryotes (clade des Eucaryotes, apparu il y a environ 1,2 giga années), squelette interne formant notamment un crâne et une colonne vertébrale (clade des Vertébrés, apparu il y a environ 500 millions d'années),membres pairs possédant des doigts (clade des Tétrapodes, apparu il y a environ 390 millions d'années),cavité amniotique délimitée par l'amnios dans laquelle se développent l'embryon et le fœtus (clade des Amniotes, apparu il y environ 340 millions d'années), glandes mammaires (clade des Mammifères, apparu il y a environ 220 millions d'années), doigts terminés par des ongles plats; pouce et gros orteil opposables aux autres doigts; vision binoculaire (clade des Primates, apparu il y a 70 millions d'années), Un nez et une truffe, avec des narines ouvertes vers le bas et séparées par une cloison fine. des orbites fermées; une absence de queue et des bras plus longs que les jambes (clade des hominoïdes apparu il y a environ 25 millions d'années).

Les données anatomiques plus spécialisées et la prise en compte de données moléculaires permettent d'aller plus loin dans cette classification évolutive: l'Homme, les Chimpanzés et le Gorille font partie du groupe des Hominidés (Entre 10 et 7 millions d'années)De nombreuses données moléculaires et la prise en compte de données comportementales et chromosomiques permettent enfin de préciser que c'est avec les Chimpanzés (Chimpanzés communs et Bonobos) que l'Homme aurait la plus grande parenté, donc l'ancêtre commun le plus exclusif.

Exercices chapitre 2 : « La place de l'homme dans le règne animal » p. 52 à 54A. Définissez les mots ou expressions

Primates : p. 39. Homininé : p. 39. Réarrangement chromosomique : p. 40-41. Ancêtre commun à deux espèces ancêtre « virtuel », mais dont on peut reconstituer le « portrait robot » car il devait posséder l'ensemble des caractères dérivés présentés par ces deux espèces. Lignée humaine ensemble des homininés qui présentent un certain nombre de caractères dérivés propres qui les distinguent des grands singes actuels. Caryotype ancestral d'un groupe : caryotype reconstitué à partir des caryotypes de l'ensemble de ses descendants supposés. Bonobo : p. 45. Lordose lombaire courbure, convexe vers l'avant, de la colonne vertébrale dans la région lombaire. Trou occipital : trou situé à la base du crâne et permettant le passage de la moelle épinière.

B. Exprimez une idée importante...

a. Dans un arbre phylogénétique, chaque noeud représente un ancêtre virtuel, possédant les caractères dérivés partagés par l'ensemble de ses descendants. b. Le degré de parenté entre des groupes est d'autant plus étroit que la date d'apparition, au cours de l'histoire des vertébrés, des caractères dérivés qu'ils partagent est récente.c. Les principaux caractères dérivés partagés par l'ensemble des primates sont un pouce opposable, des ongles à l'extrémité des doigts, un développement remarquable du cortex cérébral et de l'appareil visuel. d. Les chimpanzés représentent le groupe frère du groupe constitué par les hommes et les australopithèques.e. La comparaison des caryotypes d'espèces apparentées permet de reconstituer un caryotype ancestral et de retrouver les événements chromosomiques intervenus depuis. f. Les caractères partagés par des groupes apparentés permettent une reconstitution d'un ancêtre commun à ces groupes.

C. Questions à réponses courtes.

a. C'est le groupe des chimpanzés qui est peut être considéré comme le groupe frère des hommes.b. La grande ressemblance des caryotypes de l'homme et du chimpanzé souligne la parenté génétique entre les deux groupes.c. Les caractères partagés par l'homme et les chimpanzés sont à la fois des caractères morphologiques, chromosomiques, génétiques et comportementaux.d. La position avancée du trou occipital, la forme du bassin et des fémurs, l'existence de cambrures lombaire et cervicale de la colonne vertébrale sont des caractères squelettiques liés à une bipédie permanente.

D. Vrai ou faux?

a. Faux (à - 500 Ma, seuls existent des poissons). b. Vrai. c. Faux (c'est celui du chimpanzé). d. Faux (l'homme possède 46 chromosomes alors que le Bonobo en possède 48). e. Vrai.f. Vrai.

Exercice 1, p. 52 : Commenter un cladogramme.

Chaque nœud de cet arbre représente un ancêtre commun hypothétique à tous les descendants matérialisés par les branches situées au-dessus de ce nœud.L'australopithèque n'apparaît pas comme un ancêtre de l'homme dans cette représentation. C'est néanmoins dans le monde des australopithèques que des mutations sont intervenues et ont donné naissance aux hommes habiles. Simplement, les fossiles d'australopithèques retrouvés n'ont aucune chance de représenter l'ancêtre commun à Homo habilis et autres hommes, symbolisé par le nœud suivant.La bipédie est apparue en premier : l'ancêtre commun à toute la lignée humaine était au moins partiellement bipède. L'augmentation du volume encéphalique est plus tardive elle se manifeste nettement à partir d'Homo habilis. Le développement du sens artistique semble nettement plus récent : «l'explosion » de l'art pariétal est le fait de l'homme moderne. Cela dit, des bifaces élaborés par des Homo erectus manifestent un sens incontestable du beau et du « travail bien fait». On peut proposer les périodes approximatives suivantes pour les nœuds successifs de cet arbre : - 4 Ma, - 2,5 Ma, - 2 Ma, -100 000 ans.

Exercice 2, page 53

Des critères d'appartenance à la lignée humaine.Les caractéristiques anatomiques de l'australopithèque doivent être systématiquement comparées à celles du chimpanzé et de l'homme.- Volume crânien faible, face projetée en un museau, trou occipital à l'arrière du plancher crânien sont des caractères qui rapprochent le fossile des chimpanzés actuels.- La forme élargie du bassin et la disposition des fémurs montrent que, comme l'homme, l'australopithèque était bipède.- La comparaison des arcades dentaires est plus délicate le fait que ce soit une mandibule d'australopithèque alors que les références sont des mâchoires supérieures peut troubler les élèves. En fait, la comparaison est possible, les arcades supérieure et inférieure étant semblables chez un individu donné. La forme générale paraît sur ce document intermédiaire entre le U aux branches resserrées du singe et la parabole humaine. Mais surtout, chez l'australopithèque comme chez l'homme, il n'y a pas de canine saillante (croc) ni d'espace entre incisives et canine (diastème).

Exercice 3, page 54

Caractères distinctifs du squelette de l'homme.Le tableau demandé peut être construit sur le modèle des tableaux présentés page 46 et son contenu va être pratiquement identique.À noter que la capacité crânienne du gorille, absente sur le document, est du même ordre de grandeur que celle du chimpanzé (voir par exemple l'exercice 1 page 78). 

Exercice 4, page 54

À la recherche du « chaînon manquant ».a. L'hypothèse des paléoanthropologues du XIX e siècle est critiquable dans la mesure où elle suggère que l'homme actuel descendrait de formes comparables aux singes actuels, ce qui est inexact.b. Cette critique étant faite, il n'en reste pas moins que les fossiles humains les plus anciens ont bien une morphologie évoquant les singes actuels mais avec une bipédie beaucoup plus franche. C'est donc la seconde conception qui est la plus proche de ce que l'on sait de l'histoire de la lignée humaine

Les bases exigibles• 1) Les aspects chromosomiques de l’évolution (et origine possible de la lignée humaine)• Savoir-faire: analyser et interpréter des documents concernant l’homme et les singes

anthropomorphes actuels ( caryotypes, molécules homologues) pour retrouver les arguments étayant la construction d’un arbre phylogénique situant l’émergence de la lignée humaine; mettre en relation des modifications géologiques déterminant des modifications écologiques et la répartition des hominidés et des singes fossiles pour proposer une origine hypothétique de la lignée humaine (relier entre autres, l’apparition et le maintien de la bipédie et les modifications de l’environnement).

• 2) L’hominisation• Termes et notions exigibles: lignée humaine, hominisation, Primates, Hominidés, Homo sapiens

sapiens, bipédie, Australopithèques (-5 MA/ -2 MA), Homo habilis (-2 MA/ -1,5 MA), Homo erectus (- 1,6 MA/ - 150000 ans), Homo sapiens (- 110000 ans/ actuel), galets aménagés, bifaces, pointes, grattoirs, burins, pierre polie, art pariétal, rite funéraire.

• Savoir-faire: connaître ou retrouver à partir de documents comparant le squelette de l’homme à celui du singe, les caractères d’hominidés (emplacement du trou occipital, forme de la colonne vertébrale, forme du bassin, longueur relative des membres antérieurs et postérieurs) liés à la bipédie; retrouver les caractères d’hominidés chez un primate fossile (bipédie, culture); connaître les volumes moyens des crânes d’hominidés cités précédemment; identifier les outils que concevait chaque hominidé et reconnaître les boîtes crâniennes à partir de documents.