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Phylogenèse évolution Correction phylogène Quatre primates Correction anagene Plan Chimpanzé Chimpanzé Gorille Gorille Orang-outan Orang-outan Gibbon Gibbon Homme Homme Utilisation des caractères dérivés Groupe monophylétique Ichthyostega Comparaison homme oiseau Sources Poissons fossiles TP1: Membres vertébrés TP2: annexes embryonnaires TP3: Données moléculaires

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Page 1: Phylogenèse évolution Correction phylogène Quatre primates Correction anagene Plan Chimpanzé Gorille Orang-outan Gibbon Homme Utilisation des caractères

Phylogenèse évolution

Correction phylogèneQuatre primates

Correction anagene

Plan

Chimpanzé

Chimpanzé

Gorille

Gorille

Orang-outan

Orang-outan

Gibbon

Gibbon

Homme

Homme

Utilisation des caractères dérivés

Groupe monophylétique

Ichthyostega

Comparaison homme oiseau

Sources

Poissons fossiles

TP1: Membres vertébrés

TP2: annexes embryonnaires

TP3: Données moléculaires

Page 2: Phylogenèse évolution Correction phylogène Quatre primates Correction anagene Plan Chimpanzé Gorille Orang-outan Gibbon Homme Utilisation des caractères

Phylogénèse: Plan

Chapitre 2 : Parenté entre êtres vivants actuels et fossiles – phylogenèse –Evolution

Partie 1 : Recherche de parenté entre les vertébrés- l’établissement de phylogénies.

I. Introduction : le monde vivant un ensemble homogène d’individus apparentés

II. L’arbre de la vie.A) Les phylogéniesB) L’arbre de la vie est-il bien un arbre.C) Où situer dans le temps la racine de l’arbre de la vie ?

III. Des caractères hérités : notion d’homologie

IV. Recherche d’une classification « naturelle » : la notion de clade..A) Le clade : un taxon lié à l’histoire de la vieB) Caractère dérivé (état dérivé d’un caractère) : Une méthode pour repérer l’appartenance à un cladeC) Nombre de caractères dérivés et parenté.D) Caractère dérivé et primitif (ou ancestral): une question de point de vueE) Risque d’apparition répétée d’un même caractère

V. Utilisation des données moléculaires pour construire des arbres phylogénétiquesA) Des molécules homologues.B) Construction d’arbres phylogénétiques à partir des données moléculaires.C) Notion d’horloge moléculaire.

VI. Que représentent les éléments portés sur un arbre phylogénétique.1) La position des caractères dérivés.2) Les nœuds de l’arbre.3) L’ancêtre commun4) Les « fossiles vivants »

VII. Phénogrammes et cladogrammes.

VIII. Conclusion : une évolution constatée, mais quel est son moteur ?

Page 3: Phylogenèse évolution Correction phylogène Quatre primates Correction anagene Plan Chimpanzé Gorille Orang-outan Gibbon Homme Utilisation des caractères

TP1: Membres des vertébrés

Q1 Comparer les différents membres de vertébré (on se limitera au membre antérieur). A partir de cette comparaison, mettre en évidence le plan d’organisation commun à ces membres.

Q2 Représenter de façon schématique les différentes parties caractérisant ce plan d’organisation (la forme précise compte moins que la connexion avec les parties voisines). Annotez votre schéma en vous aidant de vos connaissances.

Q3 Mettre en rapport votre schéma avec les schémas des différents membres de vertébré (par exemple en utilisant un numéro pour chaque partie).

Q4 Comment expliquer les ressemblances observées entre l’organisation des différents membres?

Q5 Comparer l’organisation des vertébrés actuels avec celle des vertébrés fossiles. Quels caractères sont communs avec le poisson fossile ? Avec le batracien fossile ? Pouvez vous préciser votre hypothèse de la Q4?

Pouvez vous utiliser les informations apportées par l’étude des membres antérieurs de ces vertébrés pour préciser leurs relations de parenté ?

Page 4: Phylogenèse évolution Correction phylogène Quatre primates Correction anagene Plan Chimpanzé Gorille Orang-outan Gibbon Homme Utilisation des caractères

Pierre Belon (1555)

Page 5: Phylogenèse évolution Correction phylogène Quatre primates Correction anagene Plan Chimpanzé Gorille Orang-outan Gibbon Homme Utilisation des caractères

Ichthyostega

Page 6: Phylogenèse évolution Correction phylogène Quatre primates Correction anagene Plan Chimpanzé Gorille Orang-outan Gibbon Homme Utilisation des caractères

Poissons fossiles

Placodermes (dévonien)

Page 7: Phylogenèse évolution Correction phylogène Quatre primates Correction anagene Plan Chimpanzé Gorille Orang-outan Gibbon Homme Utilisation des caractères

TP1 corrigé

Humérus (Bras)

Radius(avant bras)

Cubitus(avant bras)

Carpe(Poignet)

Métacarpes

Phalanges(Doigts)

Page 8: Phylogenèse évolution Correction phylogène Quatre primates Correction anagene Plan Chimpanzé Gorille Orang-outan Gibbon Homme Utilisation des caractères

TP1 conclusion

Grenouille Poule Homme

Donc descendent d ’un ancêtre qui possédait cette structure

L’invention de cette structure est antérieure à

l ’ancêtre commun

Carpe

M Invention du membre « marcheur »

L ’ancêtre commun avec la carpe doit être antérieur à l ’inventeur

du caractère

Possèdent des membres paires construits de façon semblable

Page 9: Phylogenèse évolution Correction phylogène Quatre primates Correction anagene Plan Chimpanzé Gorille Orang-outan Gibbon Homme Utilisation des caractères

Plan d’organisation du membre antérieur

Partie OsArticulation

Épaule

Coude

Poignet

Bras

Avant bras

Main

Humérus

Radiuscubitus

MétacarpePhalanges

Carpe

Page 10: Phylogenèse évolution Correction phylogène Quatre primates Correction anagene Plan Chimpanzé Gorille Orang-outan Gibbon Homme Utilisation des caractères

TP2 annexes embryonnaires: poule homme

Allantoïde

Sac vitellin

Chambreà air

Cavité amniotique

Chorion

Placenta

Chorion

Œuf de poule (6ème jour d’incubation)

Embryon humain (début du troisième mois)

Cordon ombilical

Sac vitellin

Allantoïde

Amnios

Amnios

Cavitéamniotique

Page 11: Phylogenèse évolution Correction phylogène Quatre primates Correction anagene Plan Chimpanzé Gorille Orang-outan Gibbon Homme Utilisation des caractères

TP2 Annexes embryonnaires: Poisson batracien

Jeune alevin de truite

Jeune têtard de batracien (Xenopus)

Coupe transversale d’un œuf de truite

Vitellus

Page 12: Phylogenèse évolution Correction phylogène Quatre primates Correction anagene Plan Chimpanzé Gorille Orang-outan Gibbon Homme Utilisation des caractères

Grenouille HommePoule Truite

Arbre 1

AP

?

A

?

Grenouille HommePouleTruite

Arbre 2

A

P

Grenouille HommePouleTruite

Arbre 3

P

A

?

TP2 corrigé

Animal

Grenouille

Homme

Poule

Truite

Oui

Vitellus

Oui

Oui

Oui

Placenta

Oui

Non

Non

Non

Non

Amnios (cavité

amniotique)

Oui

Oui

Non

Allantoïde

Oui

Oui

Non

Non

P Placenta

A Amnios Allantoïde

M Membre marcheur

Page 13: Phylogenèse évolution Correction phylogène Quatre primates Correction anagene Plan Chimpanzé Gorille Orang-outan Gibbon Homme Utilisation des caractères

Tétrapodes AmniotesMammifères (placentaires)

Arbre tenant compte des informations des TP1 et TP2

Grenouille PouleTruite

Arbre 3

M Membre marcheur

P Placenta

A Amnios Allantoïde

P

A

Homme

M

Page 14: Phylogenèse évolution Correction phylogène Quatre primates Correction anagene Plan Chimpanzé Gorille Orang-outan Gibbon Homme Utilisation des caractères

TP2 partie phylogène

Matrice de caractères corrigée

Regroupements possibles

L ’ordre choisi pour les regroupements indique l ’ordre d’apparition des caractères. Si on choisit de faire apparaître le placenta avant l’amnios, on est obligé d ’imaginer une « invention » de l’amnios de façon indépendante dans deux branches de l ’arbre.

Le regroupement de droite conduit à un arbre plus « économique »

P

A

A

P

A

Page 15: Phylogenèse évolution Correction phylogène Quatre primates Correction anagene Plan Chimpanzé Gorille Orang-outan Gibbon Homme Utilisation des caractères

TP2: phylogène outil classement

Classement

Une autre option est d’utiliser la commande «classer » qui donne des les clades correspondants aux caractères étudiés. Chaque «boîte » est un clade défini par la possession d’un caractère dérivé. Ici on reconnaît le clade des amniotes (possession d’un amnios) et celui des mammifères placentaires.

Page 16: Phylogenèse évolution Correction phylogène Quatre primates Correction anagene Plan Chimpanzé Gorille Orang-outan Gibbon Homme Utilisation des caractères

Plus proche parent

Lam

pro

ie

Requin

Saum

on

laca

nth

e

Dip

neust

e

Rat

Poumonsalvéolés

Squeletteinterne monobasal

Squelette osseux

Mâchoire

Vertèbre

Qui du requin ou du rat est le plus proche parent du saumon ?

Première approche

Le saumon et le rat partagent un ancêtre commun qui n ’est pas un ancêtre du requin

Seconde approche

Le saumon et le rat partagent un caractère dérivé de plus que le saumon et le requin

Page 17: Phylogenèse évolution Correction phylogène Quatre primates Correction anagene Plan Chimpanzé Gorille Orang-outan Gibbon Homme Utilisation des caractères

Groupe monophylétique

Lam

pro

ie

Requin

Saum

on

laca

nth

e

Dip

neust

e

Rat

Poumonsalvéolés

Squeletteinterne monobasal

Squelette osseux

Mâchoire

Vertèbre

Le groupe des poissons est-il un groupe monophylétique ?

L ’ancêtre commun de tous les poissons est aussi l ’ancêtre de vertébrés qui ne sont pas des poissons

Un ancêtre n ’ayant que des poissons dans sa descendance n ’est pas l ’ancêtre de tous les poisson

Page 18: Phylogenèse évolution Correction phylogène Quatre primates Correction anagene Plan Chimpanzé Gorille Orang-outan Gibbon Homme Utilisation des caractères

Utilisation de données moléculaires pour construire un arbre phylogénétique: les données

On a utilisé comme exemple les données “ phylogene ” sur le gène CDC2 pour trois êtres vivants : le maïs, l’arabidopsis (arabette des dames) et l’oursin.

On trouve de nombreuses bases identiques (en rouge) sur les 900 environ qui forment chaque molécule.

Ces différentes séquences sont bien homologues

Page 19: Phylogenèse évolution Correction phylogène Quatre primates Correction anagene Plan Chimpanzé Gorille Orang-outan Gibbon Homme Utilisation des caractères

Utilisation de données moléculaires pour construire un arbre phylogénétique: distances

génétiquesEn comptant les différences entre les différentes séquences on construit une matrice des nombres de différences. Ces différences sont une mesure de la distance génétique.

On cherche le plus petit chiffre (241) qui correspond à la plus petite distance génétique, donc aux deux êtres vivants les plus proches (ici Arabidopsis et maïs). On commence à construire l’arbre en plaçant l’ancêtre commun à une distance (en gros proportionnelle au temps) de 120,5 de chaque espèce

120.5

120.5

On rassemble maintenant Arabidopsis et maïs en un être vivant unique (A-M) ce qui supprime une ligne et une colonne. Pour la distance génétique entre A-M et l’oursin on prend la moyenne des distances correspondant aux deux.

120.5

120.5

172.75

Si les mutations s’accumulaient à la même vitesse dans toutes les branches, ces deux valeurs seraient égales.

Arabidopsis-

Maïs

Oursin

A-M 0 345.5

Oursin 0

Page 20: Phylogenèse évolution Correction phylogène Quatre primates Correction anagene Plan Chimpanzé Gorille Orang-outan Gibbon Homme Utilisation des caractères

Le Bonobo (Pan paniscus) , ou Chimpanzé nain, mesure environ 50 à 60 cm. Il vit exclusivement au Zaïre. Il se lève à l'aube pour se mettre à la recherche de sa nourriture ; la nuit, chaque Bonobo construit son nid dans les arbres, avec des branchages.

Le gibbon (Hyoblates) Singe de taille moyenne, à l’allure longiligne, dépourvu de queue et aux membres antérieurs démesurés. Habitat et répartition géographique: forêts humides d’Asie méridionale (Inde, Chine, Birmanie, Malaisie, Indonésie).

Chimpanzé gibbon

Page 21: Phylogenèse évolution Correction phylogène Quatre primates Correction anagene Plan Chimpanzé Gorille Orang-outan Gibbon Homme Utilisation des caractères

Maki catta (Lemur catta ),

lémurien à queue zébrée et à l’allure féline, vivant exclusivement, à l’état sauvage, sur l’île de Madagascar.

Le Tarsier de Horsfield (Tarsius bancanus)

vit uniquement à Sumatra et à Bornéo. C'est un petit animal d'environ 15 cm, sans la queue. Il est nocturne et arboricole, et se déplace avec agilité dans les arbres en sautant. Il dort, pendant la journée, accroché par la queue à une branche.

Maki Tarsier

Page 22: Phylogenèse évolution Correction phylogène Quatre primates Correction anagene Plan Chimpanzé Gorille Orang-outan Gibbon Homme Utilisation des caractères

Correction phylogene

Bêta globuline

Involucrine P2

Page 23: Phylogenèse évolution Correction phylogène Quatre primates Correction anagene Plan Chimpanzé Gorille Orang-outan Gibbon Homme Utilisation des caractères

Correction anagene

Espèce Homme Chimpanzé Gorille Orang-outan GibbonNAD(nucléotides)

Référence 26 (11%) 32(13,5) 58(24,5) 57(24,1)Nombre dedifférences,(pourcentages dedifférences)

Globine(acidesaminés)

Référence 0(0%) 3(2%) 2(1,4) 4(2,7%)

Page 24: Phylogenèse évolution Correction phylogène Quatre primates Correction anagene Plan Chimpanzé Gorille Orang-outan Gibbon Homme Utilisation des caractères

TP anagene arbres

Chimpanzé

Chimpanzé

Gorille

Gorille

Orang-outan

Orang-outan

Gibbon

Gibbon

Homme

Homme

Espèce Homme Chimpanzé Gorille Orang-outan GibbonNAD(nucléotides)

Référence 26 (11%) 32(13,5) 58(24,5) 57(24,1)Nombre dedifférences,(pourcentages dedifférences)

Globine(acidesaminés)

Référence 0(0%) 3(2%) 2(1,4) 4(2,7%)

Page 25: Phylogenèse évolution Correction phylogène Quatre primates Correction anagene Plan Chimpanzé Gorille Orang-outan Gibbon Homme Utilisation des caractères

SourcesIchtyostega: http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Ichthyostega.nmns-taiwan.jpg

Comparaison homme oiseau (Pierre Belon l ’histoire des oiseaux 1555http://en.wikipedia.org/wiki/Image:BelonBirdSkel.jpg

http://www.tolweb.org/Ichthyostega

Placodermes: http://paleopedia.free.fr/poissons%20g%E9n%E9ralit%E9s.html

Reconstitution mer dévoniennehttp://www.cbs.dtu.dk/staff/dave/roanoke/bio101ch19_c.htm

Oursin http://fr.wikipedia.org/wiki/Image:SeaUrchin.jpgArabisopsis: http://commons.wikimedia.org/wiki/Image:Arabidopsis_thaliana_inflorescencias.jpgMaïs: http://commons.wikimedia.org/wiki/Image:Koeh-283.jpg