Histoire évolutive de la lignée humaine

activite 9 : la lignée humaine, toute une histoire

Problématique

Mais où sommes nous dans l'arbre du vivant ?

Pour comprendre la place de l’homme sur notre planète détaillons la classification des espèces et regardons de plus près la carte d’identitée des Homo Sapiens…

Embranchement : Vertébrés Classe : Mammifères Ordre : Primates Sous-ordre : Anthropoidea Famille : Hominidae (Hominidés) Genre : Homo Espèce : Homo Sapiens

activite 9 : la lignée humaine, toute une histoire

Arbre phylogénétique de quelques primates

activite 9 : la lignée humaine, toute une histoire

Partons à la découverte de quelques uns de nos ancêtres

CONSIGNE

Homme de cro-magnon

Homo erectus

Homo naledi

Sahelanthropus tchadensis

Orrorin

Australopithecus afarensis

Homo habilis

Homme de Flores

Homo heidelbergensis

Paranthrope

Homo neanderthalensis

Carte des rencontres entre différents hominidés archaïques et les humains modernes anciens

AMH = ancient modern humans

Des preuves de rencontres entre les AMH et les Denisoviens ont été trouvées sur le site de Mal’ta.

Des preuves de rencontres entre les Denisoviens et les Néandertaliens ont été trouvées dans la grotte de Denisova.

Des preuves de rencontres entre les AMH et les Néandertaliens ont été trouvées dans la grotte de Oase.

Activite 11 : Le phénotype Moléculaire de la pigmentation de la peau

QUESTION : Détailler le mode d'action d'une enzyme : la tyrosinase, une enzyme qui provoque un changement de couleur des tissus. Vous travaillerez sur le champignon de Paris.

Les mécanismes assurant la pigmentation de la peau

Expériences sur le champignon de Paris

Exploitation des résultats

Les mécanismes assurant la pigmentation de la peau

La pigmentation est un processus complexe qui résulte de la synthèse de pigments spécifiques, les mélanines, notamment au sein des mélanocytes (cellules épidermiques) . Cette synthèse s’effectue dans les mélanocytes au sein d’organites appelés mélanosomes, qui migrent dans la cellule, puis sont transférés aux kératinocytes. Les kératinocytes ne font donc que stocker les mélanines et les éliminer lors de leur desquamation. La coloration de la peau résulte donc d’une succession d’étapes : synthèse de mélanine dans les mélanosomes, transport des mélanosomes vers la périphérie des mélanocytes, passage dans les kératinocytes.

Info

La tyrosinase est une protéine appelée enzyme, qui est indispensable pour transformer le produit initial en produit final.

Fabrication de mélanine « in vitro »

Les champignons de Paris contiennent des enzymes dont la tyrosinase nécessaires à la transformation de la tyrosine en mélanine. Un champignon laissé à l'air libre va donc noircir :

Protocole de mise en évidence de la présence de tyrosinase dans les tissus responsable de la production de mélanine par les champignons de Paris

Attention, la manipulation doit se faire rapidement pour assurer une bonne extraction de la tyrosinase des tissus du champignon !

1. Numéroter vos tubes de 1 à 3 et indiquez sur chacun d'eux un symbole pour les reconnaitre. Cette symbolique sera également reportées sur les cuves de spectrométrie. 2. Préparation des tubes à essai : remplir 3 tubes selon les proportions suivantes en utilisant les pipettes jaugées : - Tube 1 : 2 mL de solution de tyrosine + 3 mL d’eau distillée - Tube 2 : 2mL d’eau distillée - Tube 3 : 2 mL de solution de tyrosine 3. Allez chercher votre matériel au congélateur. 4. Découper le pied du champignon en petits morceaux (ne prélever que les parties bien blanches) 5. Broyer le pied du champignon avec le mortier dans 20 mL d’eau froide et un peu de sable. L’extraction ne doit pas durer plus de 30 secondes !! 6. Filtrer pour obtenir un extrait de champignon. 7. Dans les tubes 2 et 3 ajouter 3 mL d’extrait de champignon. 8. Pipetter le contenu de vos tubes à essai pour placer vos solutions dans les cuves de spectrométrie 1, 2 et 3. 9. Placez vos cuves dans la boite UV.

Comment démontrer que la mélanine absorbe les UV pour protéger les organismes de leurs effets néfastes

Question 1 : Quel produit s'est formé dans le tube 3 ? Afin de vérifier que la mélanine absorbe bien dans les UV, nous allons réaliser une courbe de l'absorbance des tubes 1, 2 et 3. Pour cela : 1. Allumer le spectrophotomètre ; 2.Régler la gamme d'ondes à 200 nm pour le minimum et à 850 nm pour le maximum ; 3. Faire le blanc : placer une cuve remplie d'eau distillée dans le spectromètre et valider. 4. Placer les cuves 1, 2 et 3 l'une après l'autre pour obtenir la courbe d'absorbance. Notez vos résultats.

Question 2 : La mélanine absorbe-t-elle bien les UV. Justifier votre réponse.

Exploitation des résultats

Manipulation 1 : La mélanine absorbe-t-elle bien les UV

Comment démontrer que la mélanine absorbe les UV pour protéger les organismes de leurs effets néfastes

Question 3 : La concentration en mélanine change-t-elle la quantité d'UV absorbée ? 1. Relier le colorimètre au voltmètre.

2. Régler le voltmètre sur V.

3. placer le filtre comme sur la photo ci-dessous :

Comment démontrer que la mélanine absorbe les UV pour protéger les organismes de leurs effets néfastes

4. Faire le blanc :a. Placer la cuve remplie d'eau distillée le V face à la flèche ;

b. Déposer le cache sur votre colorimètrec. Régler le voltmètre à 1 en tournant la vis macrométrique du colorimètre puis la vis micrométrique pour affiner le résultat. Le blanc est fait. Vous pouvez retirer la cuve.

5. Régler le colorimètre sur Absorbance (T sur le côté)6. Placer vos solutions à mesurer : Cuve 1 : Solution du tube 3 Cuve 2 : Solution de la cuve 1 diluée au demi Cuve 3 : Solution de la cuve précédente encore diluée au demi.

Exploitation des résultats

Manipulation 2 : La quantité de mélanine joue-t-elle sur la dose d'UV absorbée ?

Cinématique enzymatique

1. Paramètres qui régissent la vitesse d’une réaction enzymatique

Protocole : 1. Préparer votre colorimètre pour les mesures d'absorbance et faire le blanc. 2. Extraction de la tyrosinase de champignon 3. Préparation du tube à essai : - Pipeter 3 ml d'extrait de champignon - Ajouter 2 ml de la solution de tyrosine mise à votre disposition 4. Verser le contenu du tube à essai dans la cuve pour mesure d'absorbance.5. Effectuer des mesures d'absorbance à t = 0 ; 2 ; 3 ; 6 ; 10 ; 15. 6. Compléter le tableau Excel mis à disposition sur Pearltrees 7. Tracer la courbe représentant l'absorbance en fonction du temps 8. A l'aide d'Excel, calculer le coefficient directeur de la portion de droite disponible 9. Mutualiser vos résultats avec la classe en complétant le fichier Excel ci-contre 10. Construire le graphique de la vitesse initiale de réaction en fonction de la concentration en substrat.

Paléogénomique et evoution des homo

ADN et découverte de nouvelles espèces humaines

Activité 12

Activité 13

Histoire d'Homo sapiens lue à travers son génome

Homme de Dénisova

La tolérance au lactose

Homme de luzonensis

Transmission non génétique

Homme de néanderthal

Adaptation à l'altittude

Homo Denisova

Doc. 5 p . 52 : ADN nucléaire

Problématique : Comment la génétique a-t-elle permis de placer une espèce disparue, les Dénisoviens, dans la lignée humaine ?

• Après avoir présenter les Denisoviens, expliquer l’origine du paradoxe auquel sont confrontés les paléoanthropologues justifiant l’expression “l'homme aux dents bizarres”.
• Expliquer comment les généticiens ont pu aider les paléoanthropologues et discuter de la place des Dénisoviens dans le buisson des Homo.

Homo neanderthalensis

Doc. 3 p . 52

Homo luzonensis

La tolérance au lactose

Le lactose, principal glucide du lait. Son absorption nécessite au préalable une hydrolyse réalisée par la lactase, enzyme de la bordure en brosse des cellules de l’épithélium intestinal. Les adultes humains se répartissent en deux phénotypes en ce qui concerne l’aptitude à digérer le lactose. Les uns n’ont qu’une aptitude très faible à digérer le lactose car ils ne produisent peu ou plus de lactase. Ils sont dits « lactase non persistants » ou intolérants au lactose (Phénotype LNP). Les autres dits « lactase persistants » gardent l’aptitude à digérer le lactose durant toute leur vie (Phénotype LP).

Il faut bien voir que tous ces individus LP ou LNP durant les premières années de la vie produisaient de la lactase. Chez les individus au phénotype « lactase non persistant », les manifestations d’intolérance au lactose débutent généralement vers 3-5 ans.

Doc. 5 p . 51

adaptation a l'altitude

Malaise en altitude : Les Tibétains vivent en permanence à 3000-4500 mètres d'altitude et présentent de remarquables adaptations. Ils sont ainsi capables de faire des efforts intenses et ne souffrent pas du mal chronique des montagnes, ensemble de symptômes qui apparaît lorsqu’une personne séjourne longtemps en altitude. L’apparition de ce mal chronique des montagnes pour les personnes non adaptées à l’altitude est liée notamment à un taux très élevé de globules rouges (et donc d’hémoglobine) qui entraîne une plus grande viscosité du sang.

Caractere heritable non-genetique

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Doc. 6 et 7 p . 53

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Le synthèse de la mélanine est déclenchée par un processus complexe débutant dans les kératinocytes qui sous l’effet des UV, secrètent l’hormone MSH. La MSH s’attache aux mélanocytes et stimule la synthèse de la tyrosinase (TYR), une enzyme clé de la synthèse de la mélanine. La synthèse de la mélanine a lieu dans les mélanosomes au sein des mélanocytes.

La synthèse de la mélanine est suivie par le transfert des mélanosomes présents dans le mélanocyte aux kératinocytes environnants par l'intermédiaire des dendrites.

"Réaliser une carte d'identité de quelques espèces appartenant à la lignée humaine"

1. Nom scientifique (nom latin)
2. Nom vernaculaire (nom français)
3. Répartition géographique
4. Age
5. Photo(s)
6. Caractéristiques morphologiques (si disponibles) :

• 1. Colonne vertébrale
• 2. Position du trou occipital
• 3. Projection de la face
• 4. Volume et forme du crâne
• 5. Relation bassin / os du fémur / bipédie

1. Présentation rapide de son mode de vie, de ce qui le caractérise. Pensez à préciser pourquoi le fossile étudié appartient à la lignée humaine !
2. Votre carte d'identité devra être réalisé sur un support de communication de votre choix (Genial.ly - Picktochart - Power-point - Canva...). Attention à ce que votre support soit vivible de loin.
3. Déposer vos travaux sur Pearltrees :

SNP du gènes EPAS1 et adaptation à l’altitude

On dispose des séquences homologues des haplotypes des sapiens chez ces Homo fossiles. On peut alors les comparer avec celles des Tibétains (Denisovien-Sapiens divers-Tibétains.edi de Genigen2). Que constatez-vous ?

Une équipe de chercheurs a séquencé de la région de l’ADN contenant la séquence entière de EPAS1 (région régulatrice en amont, exons et introns) chez deux populations, l’une de Tibétains, l’autre de Chinois Hans. Ils ont identifié dans un intron, une région de 2500 paires de base remarquable par 5 sites, 5 SNP polymorphes. L’association d’allèles de SNP situés sur la même portion de la molécule d’ADN forme un haplotype. On dispose des séquences de cette région de 2500 Kb trouvées chez les Tibétains et les Hans (Fichier TIB1-TIB2-Han.edi de Genigen2). A partir de la comparaison de ces séquences, déterminer les haplotypes dans les deux populations. Chaque haplotype est défini par l’association d’allèles des 5 sites.

Link

Link

La tyrosine est naturellement présente dans les champignons et incolore.

Champignons de 1 jour

Champignons de 6 jours noirs roses

Etude génétique de la persistance au lactose

Il faut maintenant trouver la différence génétique (monogénique) qui est à l’origine du fait que chez certaines personnes, la transcription du gène de la lactase a lieu pendant toute la vie alors que chez d’autres, elle s’arrête vers 5 ans. Cela implique d’enrichir la notion de gène en précisant qu’outre la séquence transcrite il existe à proximité de celle-ci des séquences non transcrites mais qui affectent l’expression du gène. Dans le cas de la lactase cette zone régulatrice est située en amont du gène. - Le fichier (REG-Famille-LCT.edi) permet de comparer la séquence régulatrice chez les membres de la famille précédemment étudiée.

Puisque la différence phénotypique LP-LNP est due à un seul gène, on peut penser que le gène de la lactase est en jeu. On va comparer les séquences de la région strictement codante du gène de la lactase chez les membres d’une famille dont les deux parents ont le phénotype LP et qui ont deux enfants l’un LP, l’autre LNP. Pour cela utiliser le Fichier (Famille-LP-LNP.edi) et comparer les séquences :

Conclusion ?

Que constatez-vous ? Que po uvez-vous en conclure ?

La lactase est produite pendant les premières années puis cesse de l’être, c’est donc qu’il y eu un changement dans l’expression du gène. A partir des connaissances sur les modalités de l’expression des gènes, on peut émettre diverses hypothèses : - changement au niveau de la transcription ; - changement au niveau de la traduction ; Pour tester la première hypothèse, les chercheurs, à partir de biopsies intestinales, ont étudié la production d’ARN messagers de la lactase chez les personnes LNP (ARNM-LP-LNP.edi).

Que constatez-vous ? Que po uvez-vous en conclure ?

Quentin Atkinson, psychologue de l'évolution de l'université d'Auckland, en Nouvelle-Zélande, cst parti de l'idée que, par son expansion, l'humain moderne a également imposé sa culture et son langage. "Or, toutes les langues semblent apparentées, la découverte de leur origine pourrait donc refléter celle de l'humanité moderne." Afin de localiser ce berceau du langage, le chercheur a comparé 504 dialectes en se focalisant sur le nombre de leurs phonèmes, les sons de base, plus petite unité du langage. "Je me suis inspiré des études génétiques : lors d'une migration, les migrants pourraient en effet n'emporter qu'une fraction de ces sons de base, et on verrait décliner la présence des phonèmes depuis le point d'origine. Or c'est bien le cas. D'après son analyse, le berceau probable de toutes les langues modernes serait la zone sud-ouest de l'Afrique, où se trouve le Makgadikgadi !

Mieux : premier langage et population source des humains modernes seraient nés ensemble entre -250 000 et -150 000 selon des chercheurs américains et suédois. Ce protolangage aurait-il participé au succès de la population qui l'a créé ? En tout cas, il s'est imposé : d'autres populations devaient bien communiquer, mais comme elles, leurs dialectes ont été remplacés.

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Microbiote humain et santé

Il existe deux types d’ADN en fonction de leur emplacement spécifique dans la cellule: l’ADN nucléaire et l’ADN mitochondrial (ADNmt). L'ADN nucléaire forme les chromosomes organisés en paires avec l’ADN autosomique organisé en 22 paires et l’ADN sexuel en une paire.

ADN et lignées génétiques

L’ADN sexuel se compose de deux types de chromosomes, les chromosomes X (X-DNA) et le chromosome Y (Y-DNA). Les femmes ont deux X-ADN et les hommes un X-DNA et un Y-DNA. L’ADN-Y est hérité du père aux fils (héritage paternel chromosomique Y). L’ADNmt est transmis de la mère aux enfants (héritage de l’ADNmt maternel).

1. Allez chercher votre matériel au congélateur. 2. Découper le pied du champignon en petits morceaux (ne prélever que les parties bien blanches) 3. Broyer le pied du champignon avec le mortier dans 20 mL d’eau froide et un peu de sable. L’extraction ne doit pas durer plus de 30 secondes !! 4. Filtrer pour obtenir un extrait de champignon.

Quelques généralités anatomiques sur les Dénisoviens.

Deux molaires M3, identifiées sous les appellations respectives Denisova 4 et Denisova 8 ainsi qu’un fragment de phalange (Denisova 3) ayant appartenu à une fillette d’environ 13 ans ont été découverts sur le site. Les paléoanthropologues ont réalisé des mesures sur les deux dents et les ont comparé à celles d’autres espèces d’hominidés.

Comparaisons des dimensions des molaires M3 des individus de différentes espèces d’Hominidés (Nature - 2010)

Les mécanismes assurant la pigmentation de la peau

La pigmentation est un processus complexe qui résulte de la synthèse de pigments spécifiques, les mélanines, notamment au sein des mélanocytes (cellules épidermiques) . Cette synthèse s’effectue dans les mélanocytes au sein d’organites appelés mélanosomes, qui migrent dans la cellule, puis sont transférés aux kératinocytes. Les kératinocytes ne font donc que stocker les mélanines et les éliminer lors de leur desquamation. La coloration de la peau résulte donc d’une succession d’étapes : synthèse de mélanine dans les mélanosomes, transport des mélanosomes vers la périphérie des mélanocytes, passage dans les kératinocytes.

Info

La tyrosinase est une protéine appelée enzyme, qui est indispensable pour transformer le produit initial en produit final.