L'anatomie, témoin de l'évolution TES SVT - M. BONAN

L'ANATOMIE TEMOIN DE L'EVOLUTION

Terminale Enseignement Scientifique SVT - © M. BONAN

PROBLEMATIQUE :

On cherche à comprendre comment l’histoire évolutive permet d’expliquer certaines caractéristiques anatomiques étonnantes.

Sommaire

SOMMAIRE

Partie 2 : Comprendre comment se mettent en place des structures adaptées.

Partie 3 : Comprendre comment se mettent en place des structures IMPARFAITES.

PARTIE 1 :RAPPELS SUR LES GRANDS CONCEPTS EVOLUTIONNISTES

Le hasard, moteur de l'évolution

L'évolution est un ensemble de modifications graduelles et accumulées qui affectenr les êtres vivants. Il est important d'avoir en tête que l'évolution agit principalement sur le génome des individus. Les modifications apportées à l'organisme sont des modifications de la séquence ADN. L'information génétique portée par l'ADN peut s'exprimer au niveau phénotypique et avoir une conséquence sur l'aspect de l'organisme. Une mutation de l'ADN entraine un changement de séquence et donc une modification de l'information génétique.

ATTENTION : Il est important d'avoir en tête que la mutation d'une cellule ne va pas affecter l'ensemble de l'organisme. Cette mutation ne s'exprimera qu'au niveau de la cellule mutée. De plus, si la mutation ne touche pas une cellule reproductrice, elle ne sera pas transmise à la descendance.

LA SELECTION NATURELLE

LA SELECTION NATURELLE

Nous avons vu que c'est complètement au hasard que les mutations apparaissent chez un individu. Nous allons maintenant étudier quelles sont les conséquences des mutations sur les individus.

Une mutation acquise par un être humain au niveau d'une cellule reproductrice fécondante s'exprime dans tout le corps de son enfant. Ainsi, l'évolution est la modification de l'ADN au fil des générations. Ces modifications peuvent avoir trois effets : - la mutation neutre qui n'apporte aucun avantage ou désavantage à l'individu. - la mutation avantageuse qui apporte un avantage sélectif à l'individu. - la mutation délétère qui est désavantageuse pour l'individu. L'effet de la mutation peut être différent en fonction de l'environnement dans lequel vit l'individu.

CONSEQUENCE

MUTATION AVANTAGEUSE La survie et la capacité à se reproduire de l'individu augmentent. L'individu va avoir plus de descendants que la moyenne. Ses descendants possèdent les mêmes gènes avantageux donc ils vont également mieux survivre et mieux se reproduire. La mutation avantageuse va se répandre dans la population.

MUTATION DESAVANTAGEUSE La survie et la capacité à se reproduire de l'individu diminuent. L'individu va avoir moins de descendants que la moyenne. Ses descendants possèdent les mêmes gènes désavantageux donc ils vont également moins survivre et moins se reproduire. La mutation désavantageuse va diminuer en fréquence dans la population.

C'est ce phénomène que l'on appelle

ex

LA SELECTION NATURELLE

A RETENIR

Il est très important de noter que la mutation apparait SPONTANEMENT et que c'est le mécanisme de sélection naturelle qui permet le maintien ou non du caractère lié à la mutation.

Un individu ne s'adapte donc PAS génétiquement à son environnement !!!

Des événements aléatoires créent des individus plus ou moins adaptés et la sélection naturelle favorise les individus les mieux adaptés à l'environnement dans lequel il vivent.

S'oppose à la thoérie transformiste développée en 1800 par le naturaliste Jean-Baptiste Lamarck.

Les créationnistes considèrent l'œil comme trop parfait pour avoir évolué selon les mécanismes proposés par la théorie de l’évolution. Charles Darwin lui-même se questionnait sur l'origine de sa complexité.

On cherche à comprendre comment une structure aussi complexe que l'œil peut être le résultat de l'évolution.

LA STRUCTURE DE L'OEIL

La structure de l'oeil humain

Certains caractères de l'œil des vertébrés ne sont pas optimaux en termes de vision : 1. la lumière doit traverser toute la rétine avant d'être absorbée par les photorécepteurs. 2. la présence de vaisseaux sanguins sur la rétine est à l'origine d'ombres parasites. 3. l'insertion du nerf optique sur la rétine induit une tache aveugle (compensée par le 2ème œil).

MODELISATION DE L'EVOLUTION DE L'OEIL

Expérience de Mariotte

Une modélisation de l'évolution de l'oeil des animaux

Une modélisation numérique reproduisant le processus évolutif de l'œil a été réalisée. Elle permet de calculer le nombre d'étapes théoriques nécessaires à l'obtention d'un œil de type vertébré. Ces étapes sont le fruit de variations aléatoires par mutation. Chaque nouveau stade de la modélisation correspond à un œil fonctionnel qui procure un avantage sélectif. Par exemple, un animal pourvu du caractère "présence d'une lentille" (stade 6) sera avantagé par la sélection naturelle (meilleure survie) par rapport à celui qui n'en possède pas (stade 5).

« Tout est au mieux dans le meilleur des mondes possibles. Il est démontré que les choses ne peuvent être autrement : car tout étant fait pour une fin, tout est nécessairement pour la meilleure des fins. Remarquez bien que le nez a été fait pour porter des lunettes, aussi avons-nous des lunettes ».

- Pangloss, précepteur de Candide dans le conte philosophique de Voltaire

En 1979, les scientifiques critiquent la vision « panglossienne » de l’évolution présente dans l’esprit de certains chercheurs. En effet, la plupart ne proposait que des explications « adaptatives » à l’évolution des caractères : chaque caractère d’un organisme aurait été façonné de façon optimale grâce à la sélection naturelle. Or, certaines particularités anatomiques non optimales ne peuvent être expliquées qu’en considérant certaines « contraintes » qui se sont exercées sur les caractères des organismes vivants au cours de l’évolution.

QUELQUES PARTICULARITES ANATOMIQUES

QUELQUES PARTICULARITES ANATOMIQUES

Comment expliquer l'existence et le maintien de certaines caractéristiques humaines en apparence peu favorables ?

L'accouchement

Le trajet du nerf laryngé

Les dents de sagesse

Le téton masculin

La molécule d'Acide DesoxyriboNucléique.

Molécule contenant l'information génétique présente dans le noyau de toutes les cellules de notre organisme. L'ADN est composé de nucléotides dont l'enchainement représente une séquence qui donne l'information génétique.

LAMARCK

Cette théorie de l'évolution met en avant l'idée que l'environnement et l'usage d'un organe déterminent l'évolution de celui-ci, et que les caractères acquis au cours de la vie d'un individu sont transmis à ses descendants. Par exemple, le cou d'une girafe s'allongerait au cours de sa vie à mesure qu'elle tenterait d'atteindre des feuilles de plus en plus hautes, et ses descendants naîtraient donc avec un cou plus long. Or, contrairement à ce que pensait Lamarck, les girafes n'allongent pas leur cou pendant leur vie. Cependant, les girafes avec un plus long cou peuvent se nourrir dans les plus hauts feuillages et cet avantage sélectif leur permet d'avoir accès à plus de nourriture, augmentant donc leur valeur sélective. Les girafes ayant un plus long cou se reproduisent mieux que les autres et ce caractère se propage dans les populations.

DARWIN

Une population de papillons foncés subit une pression de prédation par des oiseaux. L'apparition d'une mutation entraînant un changement de couleur confère un avantage sélectif aux individus la possédant. Ces derniers sont mieux camouflés et la pression de prédation est moins importante. Leur survie est plus importante que celle des papillons foncés, ils vont donc plus se reproduire. En conséquence, la fréquence de papillons clairs augmente tandis que celle de papillons foncés diminue.

Les mutations de l'ADN

Une mutation est un évènement ponctuel et spontané. Elle a lieu de manière aléatoire et peut affecter l'ensemble du génome. Il existe des mécanismes de réparation de l'ADN qui permettent de réparer les modifications de l'ADN. Cependant, certaines des modifcations ne seront pas réparées et vont donc modifier l'information génétique de la cellule.

Une population de papillons foncés subit une pression de prédation par des oiseaux. L'apparition d'une mutation entraînant un changement de couleur confère un avantage sélectif aux individus la possédant. Ces derniers sont mieux camouflés et la pression de prédation est moins importante. Leur survie est plus importante que celle des papillons foncés, ils vont donc plus se reproduire. En conséquence, la fréquence de papillons clairs augmente tandis que celle de papillons foncés diminue.

L’expérience de Mariotte permet de mettre en évidence de la tâche aveugle.1) Masquer l’œil droit et fixer la croix avec l’œil gauche. 2) Se positionner à une dizaine de centimètres et faire doucement varier la distance (avancer et/ou reculer l'écran). 3) En fonction de la distance à l'écran, le point noir va disparaître.

L’expérience de Mariotte permet de mettre en évidence de la tâche aveugle.1) Masquer l’œil droit et fixer la croix avec l’œil gauche. 2) Se positionner à une dizaine de centimètres et faire doucement varier la distance (avancer et/ou reculer l'écran). 3) En fonction de la distance à l'écran, le point noir va disparaître.

LAMARCK

Cette théorie de l'évolution met en avant l'idée que l'environnement et l'usage d'un organe déterminent l'évolution de celui-ci, et que les caractères acquis au cours de la vie d'un individu sont transmis à ses descendants. Par exemple, le cou d'une girafe s'allongerait au cours de sa vie à mesure qu'elle tenterait d'atteindre des feuilles de plus en plus hautes, et ses descendants naîtraient donc avec un cou plus long. Or, contrairement à ce que pensait Lamarck, les girafes n'allongent pas leur cou pendant leur vie. Cependant, les girafes avec un plus long cou peuvent se nourrir dans les plus hauts feuillages et cet avantage sélectif leur permet d'avoir accès à plus de nourriture, augmentant donc leur valeur sélective. Les girafes ayant un plus long cou se reproduisent mieux que les autres et ce caractère se propage dans les populations.

DARWIN

Le trajet du nerf laryngé.

Le nerf laryngé issu du nerf vague prend sa source dans le cerveau, se dirige vers l’aorte, qu’il contourne avant de remonter et d’innerver le larynx. Ce long trajet, impliquant un délai supplémentaire dans la transmission des messages nerveux, s’explique par un héritage historique. Chez les ancêtres aquatiques des tétrapodes, l’homologue de ce nerf innervait directement les branchies en contournant l’aorte sur une faible longueur. L’apparition du cou chez les tétrapodes, vers 375 Ma, augmente la distance entre crosse aortique et larynx et donc la longueur du nerf laryngé.

L'accouchement.

Dans l’espèces humaine, le taux de mortalité lié à la grossesse est nettement plus élevé que chez les autres mammifères (800 femmes/jours). L’origine de ces complications est liée à la présence de deux caractéristiques fondamentales de notre lignée, sélectionnées indépendamment au cours de son histoire : la bipédie et l’augmentation du volume crânien. Pour être efficace, la bipédie nécessite un bassin étroit. Chez les primates, qui n’ont pas une bipédie permanente et qui ont donc un bassin large, le bébé passe par le bassin avec une trajectoire rectiligne. A cause de la morphologie du bassin chez la femme, la tête du bébé humain est contrainte de subir une flexion suivie d’une rotation pour passer par la partie la plus large du bassin. Le volume crânien qui a augmenté au cours de l’histoire évolutive de la lignée humaine, complique d’autant plus l’accouchement. Toutefois, l’absence de rigidité du crâne de fœtus humain lui permet de se déformer et ainsi de franchir le bassin.

Le téton masculin.

Héritage de notre appartenance au groupe des mammifères, les seins sont les organes permettant à la femme d’allaiter les nouveau-nés. Les caractères sexuels de l’homme et de la femme résultent d’un développement qui début au stade d’embryon indifférencié. Mis en place avant la masculinisation causée par l’expression des gènes du chromosome Y, le téton masculin, qui par ailleurs n’apporte aucun désavantage à l’homme, reste présent mais sans se développer.

Chez l’être humain, la denture se compose de 8 incisives pour couper, 4 canines pour déchiqueter, de 4 prémolaires et de 8 molaires pour broyer. Nos ancêtres possédaient également 4 molaires supplémentaires, appelées les dents de sagesse. Ils se nourrissaient d’aliments difficiles à mastiquer comme les racines ou la viande crue. La modification de notre alimentation depuis la maîtrise du feu a rendu les dents de sagesse inutiles voire gênantes. En effet, leur formation tardive les oblige à se frayer un chemin entre les autres dents, d’autant plus que notre mâchoire est également devenue plus étroite au cours de l’évolution humaine. Les dents de sagesse étant un caractère ni avantageux ni désavantageux d’un point de vue sélectif, leur évolution est soumise à une variation aléatoire qui tend actuellement à leur disparition.

Les dents de sagesses.