Chapitre 4 : Evolution des êtres vivants

Chapitre 4 : Evolution des êtres vivants

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Organisation

Au début de chaque TP une feuille de route vous sera distribué avec des questions auquelles il faudra répondre. Elles sont dans l'ordre, il vous suffit donc de suivre le parcours proposé. N'hésitez pas à poser des questions si vous avez du mal. Les bilans et exercices seront fait en classe entière

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Index

Cliquez sur la partie que vous étudiez aujourd'hui

I. La parenté des êtres vivants

II L'évolution de la vie sur Terre

III. La théorie de l'évolution

Références

I. La parenté des êtres vivants

Quel arbre choisir ?

Arbre généalogique de la famille royale

Arbre phylogénétique de quelques êtres vivants

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La place de LUCA dans l'arbre du vivant

Il possédait donc des caractéristiques communes à ces trois groupes : il devait être constitué d'une seule cellule contenant du matériel génétique. C'est à partir de lui que l'évolution à conduit à la diversité des êtres vivants que nous connaissons aujourd'hui.LUCA n'est certainement pas le premier être vivant apparu sur Terre : il a du coexister avec d'autres types de micro-organismes qui n'ont pas laissé de descendants.

Le monde vivant est divisé en trois domaines, qui sont de très grands groupes : les Bactéries, les Archées et les Eucaryotes. Les archées sont des organismes unicellulaires, sans noyau, comme les Bactéries, mais dont la membrane est différente. Les Eucaryotes ont des cellules renfermant un noyau. Au point de divergence des trois domaines, se trouve l'ancêtre commun exclusif de tous les êtres vivants, nommé LUCA (Last Universal Common Ancestor).

Exercice d'application

Pour apprendre à appliquer ce que vous avez fait la semaine dernière, merci de faire l'exercice 5 page 195 et 10 page 197 Vous pouvez les visualiser dans les pages suivantes :

5 page 195

10 page 196

II. L'évolution de la vie sur Terre

Etude de cas : Denisova : quand la génétique découvre une espèce.

Depuis le milieu du XIXème siècle et la première découverte de fragments “d’hommes fossiles” en Belgique, l’histoire de notre lignée ne se faisait qu’à partir d’ossements dont on tirait des descriptions anatomiques. Pour Denisova, c’est la génétique seule qui a permis de reconstituer son évolution.

Retracer l’histoire de notre lignée se fait habituellement par une analyse morphologique des ossements. L’analyse génétique est souvent impossible, car l’ADN se dégrade généralement en quelques centaines d’années, le rendant inexploitable. L’homme de Denisova est la première espèce humaine à avoir été décrite à partir de ses informations génétiques. Seuls quelques fragments de lui ont été retrouvés dans l’Altaï sibérien, mais son ADN est très bien conservé. Après deux études successives, le génome de Denisova a pu être intégralement reconstitué. Il apparaît qu’il s’est croisé avec Homo sapiens, certains de ses gènes ayant été transmis à plusieurs populations actuelles d’Asie du Sud-Est, comme les Papous. Denisova a vécu principalement en Asie centrale du Nord. Il serait apparu il y a plus de 150 000ans pour disparaître il y a un peu moins de 40 000ans. La population de Denisova semble n’avoir jamais été importante, entraînant un faible taux de mutations positives de son génome, ce qui a probablement causé sa perte à l’instar de Neandertal.

Les Papous partagent 6% du patrimoine génétique des Denisova

Les insectes piégès dans l'ambre peuvent fournir de l'ADN vieux de plusieurs millions d'années

Quelles différences génétiques entre l'Homme et le chimpanzé ?

Le chimpanzé est notre plus proche cousin. Il est à ce titre un modèle de comparaison idéal pour tenter de comprendre les mécanismes qui ont présidé le développement des fonctions propres à la lignée humaine. Dès les années 70, 10 remaniements chromosomiques de grandes tailles sont décrits en comparant les chromosomes humains et de chimpanzés et quelques comparaisons ponctuelles de gènes font suspecter un taux de divergence génétiques faible entre les 2 espèces. Suite au séquençage du génome humain en 2001, et du génome du chimpanzé en 2005, une analyse comparative « globale » de l'ensemble des deux génomes a pu être réalisée. Cette analyse publiée dans la revue Nature en 2005, conclura à un taux de différence de l'ADN de 1,23%, comme initialement suspectée. Toutefois, ce pourcentage n’est valide que pour les régions du génome qui sont partagées entre l’homme et le chimpanzé, il ignore complètement les régions présentes uniquement chez l’une des 2 espèces, portant à ˜4% le taux de différences génétiques. En 2006, sur 22000 gènes étudiés, une équipe rapporte que 1418 chez l’homme n’ont pas leurs équivalents chez le chimpanzé, en d’autres termes que 6,4% des gènes humains sont spécifiques à l’homme. D’un point de vue fonctionnel, des différences d’expression entre les gènes de l’homme et leur équivalent chez le chimpanzé ont été mises en évidence grâce à la technologie des puces à ADN. Parmi ces différences identifiées entre 2 génomes, toutes n’ont probablement pas joué un rôle dans nos différences avec le chimpanzé. Un certain nombre de gènes susceptibles d’avoir influencé l’évolution de la lignée humaine ont été identifiés.

Auteure : Delphine Trochet (Chercheur, MNHN)

L’homme, africain ou asiatique ?

L’Afrique est très largement admise comme étant le berceau de l’humanité. Mais jusqu’où peut-on remonter pour trouver une origine africaine à notre famille ? Selon une récente étude, la colonisation des continents par les anthropoïdes aurait débuté en Asie, contredisant les précédents modèles.

Les primates sont apparus il y a environ 70 millions d’années et ont pu se développer vraiment après la disparition des dinosaures il y a 65 millions d’années. Les plus anciens de leurs représentants ont probablement vu le jour en Amérique du Nord.Le genre Homo a vu ses premiers membres apparaître en Afrique il y environ 2,5millions d’années. Son ancêtre commun avec le chimpanzé, vieux de 6 à 7 millions d’années, était également africain. Une étude a comparé des fragments ayant appartenu à des anthropoïdes apparentés à l’infra-ordre des simiiformes actuels et retrouvés en Asie à des genres africains de la même époque. Elle montre que les premiers primates anthropomorphes sont venus d’Asie, il y a environ 38 millions d’années. Il y aurait eu plusieurs épisodes de colonisation successifs, malgré la séparation géographique des deux continents à cette époque. De nombreux clades de mammifères auraient suivi un schéma identique, colonisant le continent africain durant l’Eocène, aidés peut-être par des conditions climatiques favorables.

Les premiers anthropoïdes étaient sans doute morphologiquement proches des tamarins actuels

Le rôle du climat dans l’évolution humaine

Déjà au XIXème siècle, sous impulsion de Darwin, les scientifiques avaient théoriquement compris le rôle déterminant des changements climatiques dans l’évolution. Cependant, il restait encore à en obtenir des preuves. Des études menées en Afrique de l’Est semblent en apporter de nombreuses.

Charles Darwin, au cours de ses travaux au XIXème siècle, fut le premier à émettre l’hypothèse que les changements climatiques et l’évolution des espèces sont intimement liés. Il affirmait que les grands changements climatiques entraînaient des changements de végétation et donc d’alimentation, ce qui a pour conséquence une adaptation nécessaire des espèces, jusqu'à une disparition possible. Afin de trouver des preuves à cette théorie, c’est en Afrique de l’Est, véritable mine de fossiles les plus anciens, que les chercheurs se sont tournés. Ils ont ainsi mis en évidence le lien entre d’une part les grandes évolutions des espèces, disparition de Lucy et son espèce entre 2,9 et 2,4 millions d’années et apparition du genre Homo puis apparition du genre Homo erectus, et d’autres part des grands changements climatiques. Ils ont également mis en évidence, en analysant les sédiments océaniques, des variations climatiques moins violents (de l’ordre de 23 000ans), entrainant une évolution plus lente. Enfin l’étude de la végétation et des régimes alimentaires de nos ancêtres permet également de faire un lien entre les changements climatiques et l’évolution.

III. Théories de l'évolution

Frise chronologique

A reproduire et compléter sur votre cahier

1740

1802

1859

Nom du scientifique

Nom du scientifique

Nom du scientifique

1756

1805

Précisez les informations essentiels présentes dans les documents

Nom du scientifique

Nom du scientifique

a. Le fixisme

Carl von Linné (1707-1778)

Carl von Linné, naturaliste suédois du xviiie siècle, propose dans son ouvrage Systema naturae, puis dans Species Plantarum une classification hiérarchique des végétaux et des animaux.

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Carl Linné, Systema naturae, page de titre de l’édition de 1740. © Selva/Leemage

a. le fixisme

Georges Cuvier (1769-1832)

« Cuvier montre par l’étude des fossiles que des espèces se sont éteintes dans le passé, et que des faunes différentes se succèdent dans les strates géologiques. La volonté de concilier ces découvertes avec les textes bibliques le conduit à devenir partisan du catastrophisme, théorie fixiste selon laquelle les espèces s’éteignent en masse à la suite d’épisodes de catastrophes ; les régions dévastées sont ensuite repeuplées par une faune et une flore venues d’ailleurs. De son vivant, Cuvier s’est farouchement opposé à son contemporain Lamarck, qui s’inscrit dans le courant naissant des idées sur la transformation des espèces. »

Georges Cuvier, Recherches sur les ossements fossiles de quadrupèdes où l’on rétablit les caractères de plusieurs animaux dont les révolutions du globe ont détruit les espèces, nouvelle édition entièrement refondue, Paris, G. Dufour et E. d’Ocagne éditeurs, 1821-1824, tome I. Source : BnF

b. le transformisme

Georges-Louis Leclerc de Buffon (1707-1788)

Leclerc de Buffon était favorable à l’idée d’une gradation continue entre les êtres vivants, rendant toute classification arbitraire. Il croyait en un transformisme mais hésitant qu’il développe dansŒuvres complètes.

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Georges Louis Leclerc de Buffon, Œuvres complètes, tome II, « Théorie de la terre », Paris, Imprimerie Royale, 1774-1789, p. 476. Source : Biodiversity Heritage Library

b. le transformisme

Jean-Baptiste Lamarck (1744-1829)

« On sait que cet animal […] vit dans des lieux où la terre […] l’oblige de brouter le feuillage des arbres […]. Il est résulté de cette habitude soutenue depuis longtemps […] que son col s’est tellement allongé, que la girafe […] élève sa tête et atteint six mètres de hauteur […]. Les efforts dans un sens quelconque, longtemps soutenus ou habituellement faits par certaines parties d’un corps vivant, pour satisfaire des besoins […], étendent des parties, et leur font acquérir des dimensions et une forme qu’elles n’eussent jamais obtenues, si ces efforts ne fussent point devenus l’action habituelle des animaux qui les ont exercés. » Il faudra cependant attendre les travaux de Charles Darwin pour que l’idée d’une transformation des êtres vivants soit largement acceptée.

Extrait de J.-B. Lamarck, Philosophie zoologique, ou Exposition des considérations relatives à l’histoire naturelle des animaux, Dentu éditeur, 1809, tome I. Source : BnF, réserves des livres rares, S-11909

c. la théorie de l'évolution

Charles Darwin (1809-1882)

Le naturaliste Charles Darwin (1809-1882) propose sa théorie de l’évolution dans l’ouvrage De l’origine des espèces (On the Origin of Species) publié en 1859.

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Charles Darwin, The Origin of Species By Means of Natural Selection, London, John Murray, 1859, page de titre. Collection privée/Photo © GraphicaArtis/Bridgeman Images

c. la théorie de l'évolution

Charles Darwin (1809-1882)

« La haute stature, l’allongement du cou, des membres antérieurs, de la tête et de la langue sont chez la girafe, des conditions qui adaptent admirablement sa charpente entière à l’habitude de brouter sur les branches élevées des arbres. Elle peut ainsi trouver une nourriture hors de portée pour les ongulés, de qui doit pendant des disettes lui être avantageux […]. En considérant les habitudes probables de la girafe naissantes, les individus ayant une ou plusieurs parties plus allongées qu’à l’ordinaire, ont dû en général seuls survivre. Leur croisement a produit des descendants, soit héritant des mêmes particularités corporelles, soit d’une tendance à varier de la même manière tandis que les individus moins favorisés sous les mêmes rapports auront été plus exposés à périr. » Extrait de C. Darwin, The Origin of Species By Means of Natural Selection, édition de 1872 traduite par E. Barbier, Paris, G. Reinwald & Cie, 1896 (6e éd.).

Petites vidéos explicatives supplémentaires (facultatif)

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Références

Sitographie : https://edu.mnhn.fr/course/view.php?id=42 https://www.nationalgeographic.fr/animaux/comment-ces-requins-ont-evolue-pour-etre-capables-de-marcher https://www.nationalgeographic.fr/animaux/2019/04/evolution-la-decouverte-dun-fossile-de-crabe-bouleverse-les-theories-etablies https://www.nationalgeographic.fr/animaux/ces-deux-evolutions-ont-permis-aux-colibris-de-voler-comme-des-insectes http://acces.ens-lyon.fr/acces/thematiques/evolution/logiciels/phylogene/telechargement-eleves/telechargement-eleves Bibliographie : Hatier, Manuel de cysle 4 SVT

Eureka!

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« Les espèces sont intégrées dans une hiérarchie de groupes classificatoires incluant espèces, genres, ordres, classes et règnes. En mettant de l’ordre dans la diversité du vivant, Linné cherche à dévoiler le dessein de Dieu et à en montrer la grandeur. Selon lui, les espèces, créées par Dieu, sont immuables ; sa conception du vivant est donc profondément fixiste. La classification proposée par Linné est critiquée par Georges-Louis Leclerc de Buffon (1707-1788). »

Un arbre phylogénétique n'est pas un arbre généalogique, car dans un arbre généalogique, les ancêtres sont identifiés. La Reine Victoria (1819-1901) est un ancêtre d’Elizabeth II (1926-2022),qui est un ancêtre de Charles III (1948-), actuel roi du Royaume-Uni. On peut préciser qui descend de qui par l’étude des archives et des registres d’états civils par exemple.

« Selon lui, la seule catégorie non arbitraire est l’espèce, dont il rend compte par la théorie de la dégénération, souvent qualifiée de transformisme restreint : les espèces actuelles seraient issues d’un ensemble d’espèces initiales, et en auraient divergé à la suite d’une influence de l’environnement (climat ou nourriture, par exemple).L’âne est ainsi un cheval dégénéré. Cette théorie ne sera pas retenue, mais Buffon aura permis de faire une belle avancée, en écartant les dogmes religieux de son activité scientifique, et en fondant sa théorie sur une analyse raisonnée d’observations. Il incarne ainsi les changements découlant de l’épanouissement de la philosophie des Lumières. »

Attention !

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« En 1831, Darwin effectue un voyage à bord du voilier Beagle en tant que naturaliste. Durant cinq ans, il effectue un périple autour du monde, “événement de loin le plus important” de sa vie. [Mettant à profit ses qualités d’observation, il récolte une foule de données sur la faune et la flore actuelles et fossiles des régions qu’il visite, s’intéresse à la répartition des espèces et réalise des études géologiques.]Dès 1837, au retour de son voyage à bord du Beagle, Darwin commence à rédiger un “carnet sur la transmutation des espèces”, où il met en place ses idées sur la modification des espèces par la sélection naturelle. Pourtant, il ne publie pas cette théorie immédiatement, préférant continuer d’accumuler des données en sa faveur. En 1855, le naturaliste Alfred Russel Wallace (1823-1913) publie un article montrant qu’il est sur le point d’aboutir aux mêmes conclusions que Darwin. […] En 1858, Wallace envoie à Darwin un manuscrit qu’ils présenteront conjointement devant la société linnéenne de Londres. »

Dans un arbre phylogénétique, les ancêtres sont inconnus. Ils sont reconstitués. Un arbre phylogénétique permet de répondre à la question « qui est plus proche de qui ? », mais pas à la question « qui descend de qui ? ». L'anciennement Prince Charles a ici été choisi arbitrairement pour représenter l’espèce humaine.

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