PARTIE 1 : Temps, Évolution et Génétique

Chapitre 1 : Parentés entre êtres vivants actuels et fossiles

Une origine communeÀ l'aide de vos connaissances, rappeler les

arguments en faveur d'une origine commune à tous les êtres vivants :

-Structure de base

-Support de l'information

a. nature

b. modalités de fonctionnement

c. lecture de l'information

Sous forme d'une courte explication pour chacun de ces 5 éléments. (10 minutes)

Cette unité suggère fortement une origine commune à tous les êtres vivants. Ils auraient donc tous un ancêtre commun hypothétique -inconnu- qui devait être le premier organisme unicellulaire (probablement une cyanobactérie, car ce sont les plus anciens fossiles connus). Toutes les espèces vivantes ou fossiles sont donc apparentées plus ou moins étroitement.

D'une origine commune à la diversité actuelle

À l'aide d'un schéma, expliquer comment une espèce B peut apparaître à partir d'une espèce A.On peut utiliser les mots ''variation'', ''sélection'', ''mutation''.

(ex. des pinsons des îles Galápagos)

Considérons les organismes suivants : -un singe, -un Homme, -un oiseau, -un dinosaure, -un reptile, -un poisson, -Ichtyostéga, -une cyanobactérie.

Classer et organiser ces espèces les unes par rapport aux autres sous forme d'un arbre évolutif

Toutes les espèces vivantes actuelles et toutes les espèces fossiles sont apparentées mais elles le sont

plus ou moins étroitement.

Comment identifier des liens de parentés entre les espèces ?

I) La classification phylogénétique des êtres vivants a remplacé la classification traditionnelle

Au18ème siècle : La classification biologique traditionnelle des êtres vivants (établie par le suédois Linné puis les français Jussieu et Cuvier) reposait sur une vision anthropocentrique et morphologique qui conduisait à décrire l’évolution biologique comme une série de perfectionnements aboutissant à l’homme.

La phylogénie est l'étude des parentés entre différents êtres vivants ou fossiles en vue de comprendre l'évolution des organismes vivants.

Linné

Jussieu

Par exemple, les groupes étaient construits négativement : - Les Invertébrés (qui n’ont pas de vertèbres comme l’homme) - Les procaryotes (qui n’ont pas de noyau comme les cellules de l’homme ),

professeur de botanique du Jardin du roi

De plus, la vision de l’évolution était linéaire, c'est-à-dire que les êtres vivants se seraient succédés selon une lignée aboutissant à l’homme.

Cuvier

Il est nommé successivement professeur d'histoire naturelle aux écoles centrales, suppléant de la chaire d'anatomie comparée au Muséum, professeur au Collège de France, membre de l'Académie des sciences où il est secrétaire perpétuel pour les sciences physiques en 1803.

C’est Hennig (entomologiste allemand 1913-1976), en s’appuyant sur les travaux de Darwin, qui a entièrement remis en cause cette vision fixiste, en proposant une classification évolutive (phylogénique) des êtres vivants reposant sur l’établissement de groupes uniquement monophylétiques.

Les progrès de la biologie moléculaire, qui ont permis de comparer des séquences de gènes entre différents organismes, sont ensuite venus confirmer ses propos. En effet, seulement 5% du génome d’un vertébré détermine sa morphologie. Les seules données morphologiques utilisées dans l’ancienne classification sont donc très insuffisantes pour classer et retracer l’évolution des organismes vivants.

Guillaume Lecointre (1964-) Professeur au Muséum national d'histoire

naturelle où il dirige le département "Systématique et Evolution"

Comment évaluer le degré de parenté entre espèces et établir des phylogénies ?

II- Recherche d’un lien de parenté.

1-Par l’étude de caractères morphologiques, anatomiques et embryonnaires.

TP1: Degrés de parenté entre Vertébrés

• Objectif : Utilisation d’un logiciel pour établir les relations de parentés entre les Vertébrés et construction d’arbres phylogéniques.

• Matériel mis à votre disposition : - Logiciel phylogène- Fiches techniques du logiciel phylogène

• Question : Par comparaison de caractères homologues, établissez l’arbre phylogénétique permettant de montrer le lien de parenté entre Vertébrés.

Votre réponse sera accompagnée des schémas et d'un tableau à compléter montrant les homologies constatées.

Conclusion

• On définit comme caractère un attribut observable chez un organisme ; il peut s’agir d’un caractère morpho-anatomique, embryonnaire ou moléculaire.

• L’établissement d’une relation de parenté est rendu possible par la comparaison des différents états d’un même caractère.

• Il est possible de définir des structures homologues ; elles occupent une position identique à l’intérieur d’un plan d’organisation partagé par plusieurs individus : ce sont elles que l’on peut comparer puisqu’elles dérivent d’une même structure ancestrale.

Les modifications que ces structures ont subi au cours de l’évolution définissent des états de caractères nouveaux, dérivés d’états de caractères ancestraux. Elles nous renseignent ainsi sur la plus ou moins grande parenté de certains organismes : le partage d’états dérivés de certains caractères témoigne d’une plus étroite parenté que le partage d’états ancestraux de ces mêmes caractères.

2-Par l’étude de caractères moléculaires.• La recherche d’homologie à l’échelle moléculaire est

basée sur le même principe que celui qui est utilisé pour les caractères morphologiques.

• Ainsi, la séquence d’A.D.N. d’un individu est transmise de génération en génération et peut être modifiée. Les états dérivés de caractères correspondent donc aux transformations qu’a subi la séquence ancestrale au cours de l’évolution. Cette séquence ancestrale définit un état ancestral de caractère.

• On parlera de séquences homologues lorsque la comparaison de deux molécules met en évidence des régions similaires entre les séquences. Une forte parenté entre deux individus se traduit par de faibles différences dans la séquence de deux fragments d’A.D.N. (par exemple) homologues.

3- L’arbre phylogénétique représente des relations de parenté.

• La synthèse de l’ensemble des données qui rendent compte des parentés entre êtres vivants, qu’elles soit morphologiques, anatomiques, embryonnaires ou moléculaires, apparaît dans des arbres phylogénétiques.

• Les liens de parenté dans une phylogénie sont plus forts lorsque le nombre d’états dérivés de caractères qu’ils partagent est important.

Les représentations utilisent deux représentations essentielles :

Les nœuds qui représentent l’ancêtre commun ; ces ancêtres communs sont hypothétiques et définis par l’ensemble des états dérivés de caractères partagés par les espèces qui leur sont postérieures. Ils ne correspondent pas à des espèces fossiles précises.

Les branches qui représentent les liens évolutifs qui relient les nœuds et qui aboutissent à des espèces connues, actuelles ou fossiles.

Ce mode de représentation fait clairement apparaître que les espèces actuelles ne dérivent pas des espèces connues en tant que fossiles.

Extrait « espèces d’espèces » http://www.youtube.com/watch?v=YBvBVciBYiQ