Chapitre 5. Parenté entre les êtres vivants et évolution
L’ESSENTIEL
Les êtres vivants sont tous constitués de cellules : unités structurales et fonctionnelles du monde vivant. De ce fait, ils partagent des propriétés communes (structure cellulaire, ADN, modalités de la réplication et de l’expression des gènes, code génétique). Ces propriétés traduisent une origine commune. Toutes les espèces vivantes actuelles et toutes les espèces fossiles sont apparentées, mais elles le sont plus ou moins étroitement.
La recherche de parenté chez les vertébrés L’établissement de phylogénies
◗ L’établissement de relations de parenté entre les vertébrés actuels s’effectue par comparaison de caractères homologues (embryonnaires, morphologiques, anatomiques et moléculaires).
◗ Deux caractères sont dits homologues s’ils présentent la même organisation générale, entretiennent des connexions identiques avec les structures voisines et ont la même origine embryonnaire. Tout caractère homologue peut être défini par un état ancestral et un état dérivé.
◗ L’état d’un caractère homologue est qualifié de dérivé dans un groupe s’il est différent de son état homologue trouvé dans un autre groupe extérieur. L’état dérivé d’un caractère provient des modifications (innovations évolutives) subies au cours de l’évolution par ce même caractère à l’état ancestral ou primitif. Seul le partage d’états dérivés des caractères témoigne d’une étroite parenté. Ces relations de parenté contribuent à construire des arbres phylogénétiques.
◗ Les ancêtres communs représentés sur les arbres phylogénétiques sont hypothétiques, définis par l’ensemble des caractères dérivés partagés par des espèces qui leur sont postérieures ; ils ne correspondent pas à des espèces fossiles précises.
◗ Une espèce fossile se place sur un arbre phylogénétique comme une espèce actuelle et permet de dater l’apparition d’un caractère dérivé au cours de l’évolution.
◗ Deux espèces sont d’autant plus apparentées entre elles qu’avec d’autres espèces qu’elles possèdent un ancêtre commun le plus récent à l’échelle de l’évolution.
◗ Un groupe monophylétique ou clade est un groupe qui comprend une espèce ancestrale et tous ses descendants. Il est défini par le partage d’au moins un caractère dérivé.
La lignée humaine
La place de l’Homme dans le règne animal
◗ L’Homme est un eucaryote, un vertébré, un tétrapode, un amniote, un mammifère, un primate, un hominoïde, un hominidé, un homininé : ces caractères sont apparus successivement à différentes périodes de l’histoire de la vie.
◗ L’Homme partage un ancêtre commun récent avec le chimpanzé et le gorille. Cet ancêtre commun n’est ni un chimpanzé (ou un gorille) ni un homme mais devait posséder des caractères dérivés appartenant à ces deux groupes. La divergence de la lignée des chimpanzés et de la lignée humaine peut être située il y a 7 à 10 millions d’années.
Les critères d’appartenance à la lignée humaine
Les critères d’appartenance à la lignée humaine sont des caractères liés à la station bipède (bassin court et évasé, fémur oblique, trou occipital avancé), des caractères liés au crâne (développement du volume crânien, régression de la face) et des traces fossiles d’une activité culturelle (conception d’outils, sépultures, peintures…). On admet que tout fossile présentant au moins un de ces caractères dérivés appartient à la lignée humaine.
Voici quelques caractéristiques anatomiques de l’Homme et du chimpanzé permettant de mettre en évidence ces caractères dérivés (tableau page suivante).
| Homme | Chimpanzé | |
|---|---|---|
| Caractères dérivés liés au crâne | ||
| Crâne | – en forme d’arc, volume moyen 1 400cm3, front haut | – en forme d’ogive, volume moyen 400cm3, front fuyant |
| Face | – plate ou plane, absence de bourrelets sus-orbitaires | – Prognathe, présence de bourrelets sus-orbitaires |
| Denture | – arcade dentaire parabolique – canines peu développées | – arcade dentaire en forme de U – canines développées ou crocs |
| Caractères dérivés liés à la bipédie permanente | ||
| Tête | – en équilibre au sommet de la colonne vertébrale – trou occipital en position antérieure voire centrée | – à l’avant de la colonne vertébrale – trou occipital en position postérieure |
| Colonne vertébrale | – à quatre courbures | – à une courbure |
| Membre antérieur | – plus court que membre postérieur (adapté à la manipulation) | – plus long que membre postérieur (adapté à la brachiation) |
| Bassin | – Ilions courts et larges | – Ilions longs et étroits |
| Pied | – adapté à la marche – développement d’une voûte plantaire | – adapté à la préhension avec pouces opposables |
Le caractère buissonnant de la lignée humaine
La lignée humaine est représentée actuellement par une seule espèce : Homo sapiens. Plusieurs espèces d’homininés ont vécu entre 6 millions d’années et 100 000 ans, époque où apparaissent les Homo sapiens.
Ces espèces appartiennent à deux genres : les Australopithèques et les Homo. Les Australopithèques possèdent des caractères dérivés de la lignée humaine en rapport avec la bipédie. Les espèces du genre Homo possèdent en outre des caractères dérivés crâniens marqués notamment par une augmentation du volume crânien et une réduction de la face. Les Australopithèques ont vécu entre 4 millions d’années (Australopithecus anamensis) et 1 million d’années (A. robustus). Les Homo les plus anciens (H. habilis) sont datés de 2,5 millions d’années. Plusieurs espèces d’Homininés ont donc vécu en même temps.
Les Australopithèques formeraient un rameau de la lignée humaine détaché assez tôt de celui des Homo. Les espèces fossiles actuellement datées entre 4 millions et 1,5 millions d’années sont toutes africaines. Cela peut s’expliquer par l’origine africaine de la lignée humaine ou par les conditions de fossilisation exceptionnelles de la vallée du rift africain. Les Homo erectus sont connus d’abord en Afrique (adolescent de Turkana : 1,6 million d’années) ; ils forment un groupe très diversifié dont l’évolution est marquée notamment par une augmentation graduelle du volume crânien. De nombreuses populations colonisent l’Afrique du Nord, l’Afrique du Sud, le Proche Orient, l’Asie et l’Europe. L’Homme de Neandertal trouvé en Europe semble provenir de l’évolution d’Homo erectus ayant colonisé l’Europe.
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L’origine des hommes modernes, Homo sapiens
Toutes les populations humaines actuelles partagent les mêmes allèles, avec une fréquence variable. La population ancestrale n’aurait compté que quelques dizaines de milliers d’individus. Homo sapiens serait une nouvelle espèce apparue en Afrique ou au Proche Orient il y a 100 000 à 200 000 ans et aurait colonisé tous les continents en remplaçant Homo erectus.
S’ENTRAÎNER
QCM
Pour chacune des propositions, cochez la ou les lettre(s) correspondant à la réponse exacte ; il peut ne pas y avoir de réponse.
Berck (2007-2008-2010)
Le document 1 ci-dessous représente un arbre phylogénétique élaboré grâce à l’étude de 5 caractères chez les Vertébrés.
DOCUMENT 1
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À propos du Cobaye, on peut affirmer qu’il possède :
□ A. Le même ancêtre commun le plus récent avec le kiwi.
□ B. Un ancêtre commun avec le crocodile et le kiwi.
□ C. Les 5 caractères utilisés pour construire l’arbre du document 1.
□ D. Un placenta, ce qui le place dans le groupe monophylétique composé du crocodile, du kiwi et de lui-même.
□ E. Un amnios comme en possèdent le crocodile et le kiwi.
□ F. Des caractères dérivés identiques à ceux du xénope et aussi partagés avec l’ancêtre commun annoté 3 sur l’arbre du document 1.
À propos de la lamproie, on peut affirmer :
□ A. Qu’elle ne possède aucun des 5 caractères utilisés pour construire l’arbre du document 1.
□ B. Qu’elle constitue un ancêtre commun aux autres espèces présentées.
□ C. Qu’elle possède tous les caractères utilisés pour construire l’arbre du document 1.
□ D. Qu’en tant que poisson, elle aurait dû former un groupe monophylétique avec la bonite en tenant compte des 5 caractères utilisés pour construire l’arbre du document 1.
□ E. Qu’elle possède un ancêtre commun avec la bonite, le xénope et le cobaye, mais pas avec le crocodile et le kiwi.
□ F. Que son ancêtre commun avec toutes les autres espèces présentées dans l’arbre du document 1 ne possède pas de mâchoire.
Si l’on devait placer l’Homme dans cet arbre (document 1), il se localiserait à l’extrémité d’une branche qui partirait d’un ancêtre commun lui même situé :
□ A. Avant celui de la lamproie et des autres espèces présentées dans l’arbre du document 1.
□ B. Entre l’ancêtre annoté 1 et celui qui est annoté 2 sur l’arbre du document 1.
□ C. Entre les ancêtres annotés 2 et 3 sur l’arbre du document 1.
□ D. Entre les ancêtres annotés 3 et 4 sur l’arbre du document 1.
□ E. Au niveau du nœud annoté 5 sur l’arbre.
□ F. Au niveau du nœud annoté 3 sur l’arbre.
L’ancêtre commun annoté 2 sur l’arbre du document 1 :
□ A. Possède des doigts, un amnios et un placenta.
□ B. Ne possède pas de mâchoire.
□ C. Possède une mâchoire et des doigts.
□ D. Ne possède pas d’amnios, de placenta ni de gésier.
□ E. N’est commun qu’au Xénope et au Cobaye.
□ F. N’est commun qu’au xénope, au crocodile et au kiwi.
L’Homme est un Primate. Quels sont alors les caractères dérivés qui permettent de définir la lignée humaine ?
□ A. Arcade dentaire parabolique.
□ B. Ongles plats.
□ C. Régression de la face.
□ D. Pouce opposable.
□ E. Trou occipital centré.
□ F. Absence de queue.
Parmi les propositions suivantes, quelles sont celles qui appartiennent aux Australopithèques ?
□ A. Capacité crânienne moyenne de 750cm3.
□ B. Plusieurs courbures de la colonne vertébrale.
□ C. Conception d’outils tels que des bifaces.
□ D. Trou occipital en position centrale.
□ E. Répartition géographique étendue à l’Afrique, le Moyen-Orient et l’Europe.
□ F. Bassin large et court.
Le document 2 ci-dessous est une représentation de deux ensembles de crânes vus de dessous et de bassins vus de face appartenant à des Primates.
DOCUMENT 2
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Pour l’ensemble A du document 2, on peut observer :
□ A. Un trou occipital en position arrière.
□ B. Un trou occipital en position centrale.
□ C. Une arcade dentaire en forme de « U ».
□ D. Une arcade dentaire parabolique.
□ E. Un bassin étroit et long.
□ F. Un bassin court et large.
Pour l’ensemble B du document 2, on peut observer :
□ A. Un trou occipital en position arrière.
□ B. Un trou occipital en position centrale.
□ C. Une arcade dentaire en forme de « U ».
□ D. Une arcade dentaire parabolique.
□ E. Un bassin étroit et long.
□ F. Un bassin court et large.
De la comparaison des deux ensembles A et B du document 2, on peut déduire que :
□ A. L’ensemble A montre des indices de bipédie permanente.
□ B. L’ensemble A ne fait pas partie de la lignée humaine.
□ C. L’ensemble A peut correspondre au genre Australopithèque.
□ D. L’ensemble B ne correspond pas à un singe.
□ E. L’ensemble B correspond à un individu parfaitement bipède.
□ F. L’ensemble B ne peut correspondre au genre Homo.
Un arbre phylogénétique :
□ A. Est théorique.
□ B. Peut être différent d’un autre alors que les espèces comparées sont identiques.
□ C. Ne se construit qu’avec des espèces actuelles puisque les fossiles sont hypothétiques.
□ D. Permet de replacer l’apparition d’innovations évolutives au cours du temps.
□ E. Ne peut pas être réalisé avec des molécules homologues.
□ F. Est constitué de nœuds représentant des ancêtres communs définis par des caractères dérivés partagés par des espèces qui leur sont antérieures.
La lignée humaine est dite buissonnante et non en ligne directe parce que l’on a pu établir avec certitude que :
□ A. Au moins une espèce d’australopithèque a pu côtoyer dans le temps et l’espace des espèces du genre Homo.
□ B. Le genre néandertalensis constituait une branche à part.
□ C. Homo erectus a pu côtoyer des Australopithèques.
□ D. Plusieurs espèces d’australopithèques constituaient des rameaux « avortés ».
□ E. Homo sapiens ne descendait pas de Homo neandertalensis.
□ F. Homo neandertalensis est un descendant de Homo erectus.
À propos des outils de la lignée humaine :
□ A. Certains Australopithèques ont probablement confectionné des bifaces grossiers.
□ B. Homo neandertalensis n’a certainement pas élaboré d’outils dans un autre matériau que le silex.
□ C. Seul Homo erectus a confectionné des bifaces.
□ D. L’industrie acheuléenne correspond à Homo habilis.
□ E. La longueur cumulée des arêtes tranchantes est inversement proportionnelle à l’évolution des outils en silex.
□ F. Homo sapiens savait confectionner des outils en os.
L’Homme est un primate mais faisant partie des homininés car il possède :
□ A. Un bassin court et étroit.
□ B. Des ongles plats.
□ C. Un trou occipital en position centrale.
□ D. Une gestation assez longue pour sa taille.
□ E. Une colonne vertébrale à plusieurs courbures.
□ F. Une vision binoculaire.
Un groupe monophylétique :
□ A. Est défini par des espèces actuelles qui descendent toutes d’un même ancêtre commun.
□ B. Rassemble tous les descendants autour de leur dernier ancêtre commun.
□ C. Ne peut être constitué par des espèces fossiles.
□ D. Comme celui des poissons n’est plus admis actuellement.
□ E. Comme celui des reptiles est toujours admis dans la classification actuelle.
□ F. Est formé, par exemple, des amniotes.
CEERF (2007-2008-2009-2010)
Les premiers outils de pierre taillée :
□ A. Correspondent à une industrie dite oldowayenne.
□ B. Correspondent à l’arrivée d’homo erectus.
□ C. Sont des bifaces.
□ D. Correspondent à une industrie dite proustérienne.
□ E. Correspondent à une industrie dite moustérienne.
□ F. Datent d’environ 2 millions d’années.
Les rites funéraires :
□ A. Apparaissent avec les Néandertaliens.
□ B. Datent de 300 000 ans environ.
□ C. Témoignent d’une croyance à une vie dans l’au-delà.
□ D. Ne sont pas contemporains du début de la maîtrise du feu.
□ E. Sont contemporains des premiers bifaces.
□ F. Ont pu être célébrés à la mort de Cro-Magnon.
Le tableau ci-dessous permet d’affirmer que :
□ A. La lamproie et la truite sont les organismes qui ont, ici, la parenté la plus étroite.
□ B. Les doigts constituent un caractère utilisé pour préciser les parentés entre ces organismes.
□ C. Le pigeon et le chien sont les organismes qui ont, ici, la parenté la plus étroite.
□ D. Le placenta constitue un caractère utilisé pour préciser les parentés entre ces organismes.
□ E. Le lézard et le pigeon sont les organismes qui ont, ici, la parenté la plus étroite.
| lamproie | lézard | pigeon | chien | truite | |
|---|---|---|---|---|---|
| amnios | A | P | P | P | A |
| placenta | A | A | A | P | A |
| doigts | A | P | P | P | A |
| gésier | A | P | P | A | A |
| A : caractère absent | |||||
| P : caractère présent | |||||
Certains Homininés ont un volume crânien moyen de plus de 600cm3. Il s’agit de :
□ A. Homo habilis.
□ B. Australopithecus afarensis.
□ C. Homo erectus.
□ D. Homo sapiens.
□ E. Australopithecus anamensis.
Les Homo erectus :
□ A. Ont un volume crânien supérieur à celui des Homo habilis mais inférieur à celui des Homo sapiens.
□ B. Sont bipèdes.
□ C. Sont des Hominidés.
□ D. Vivaient en Australie.
□ E. Ont coexisté avec des Australopithèques.
□ F. Ont des outils de pierre taillée correspondant à une industrie dite oldowayenne.
Les caractères dérivés :
□ A. Sont issus de la transformation des caractères magistraux.
□ B. Remplacent les caractères ancestraux du fait d’innovations génétiques.
□ C. Marquent le plus souvent une avancée dans le processus évolutif.
□ D. Apparaissent avant les caractères ancestraux au cours de l’ontogénie.
□ E. Possédés par certaines espèces, permettent d’établir des liens de parenté entre ces espèces.
Un arbre phylogénétique :
□ A. Peut permettre de placer une espèce fossile au niveau d’un entrenœud.
□ B. Peut permettre de placer une espèce fossile au même niveau que les autres espèces.
□ C. Est construit en utilisant au minimum deux taxons.
□ D. A très récemment permis de trouver le chaînon manquant entre l’Homme et le Bonobo.
□ E. Est fondé sur l’homologie et l’analogie de caractères.
□ F. Suppose des transformations évolutives d’organes analogues.
Le genre Australopithecus :
□ A. Présente des caractères en liaison avec le développement du volume crânien et la régression de la face.
□ B. A une capacité crânienne qui le rapproche des chimpanzés.
□ C. Est caractérisé par la présence d’un bassin long et large.
□ D. Est le premier à imaginer une industrie dite oldowayenne.
□ E. N’a pas côtoyé le dernier ancêtre commun à l’Homme et aux chimpanzés.
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