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1 Les preuves et les mécanismes de l’évolution I-INTRODUCTION : - La théorie de

1 Les preuves et les mécanismes de l’évolution I-INTRODUCTION : - La théorie de l’évolution biologique suggère que toutes les espèces dérivent d’une seule espèce ancestrale. - La phylogénie (arbre phylogénétique) est une représentation qui montre les liens de parenté entre les différents groupes et espèces vivants et leur évolution au cours du temps. - En s’appuyant sur les données de l’anatomie comparée, de l’embryologie comparée et de la biologie moléculaire: * Comment peut-on argumenter les relations de parenté entre les différentes espèces? * Comment peut-on établir la phylogénie des espèces? * Quels sont les mécanismes de l’évolution? * Comment des nouvelles espèces peuvent-elles apparaître (la spéciation) ? II-LA PHLYOGÉNIE (liens de parenté) DES ESPÈCES: 1°- Argumenter l’évolution par les données de l’anatomie comparée Exemple 1: membres des vertébrés tétrapodes Le document suivant représente le squelette du membre antérieur H R C M P H : Humérus R : Radius C : Cubitus M : Métacarpes P : Phalanges 2 Q-Rappelez par un schéma la phylogénie, des différentes classes de vertébrés, établie grâce à la paléontologie. R● La paléontologie montre que les grands groupes de vertébrés se succèdent au cours du temps comme le suivant: Q-Comparez (ressemblances et différences) les squelettes des membres des trois classes de vertébrés. Qu’en déduisez-vous ? R● La comparaison des squelettes du membre antérieur des trois vertébrés montre: -La présence des organes (des os) homologues ayant le même plan d’organisation (H, C, R, M et P). -Les organes homologues présentent des tailles et des formes différentes (donc des fonctions différentes) en relation avec le mode de vie des vertébrés (adaptations particulières). Déduction: Les ressemblances montrent qu’il y a filiation (parenté) entre les différents groupes de vertébrés à partir d’un ancêtre commun. Les différences montrent qu’il y a une complexification des organes homologues des poissons aux mammifères. Exemple 2: appareil circulatoire (cœur): document 2 page 144 L’anatomie comparée de l’appareil circulatoire des vertébrés : poissons, batraciens, reptiles, oiseaux et mammifères montre qu’il y a une complexification croissante dans l’organisation de l’appareil circulatoire des poissons aux mammifères. Similitudes : fonction, présence des oreilletes et des ventricules. Différences : nombre de ventricules et d’oreillettes. Cœur de poisson Sinus veineux Oreillette Ventricule Cœur tubulaire Cœur d’amphibien Ventricule Oreillette droite Oreillette gauche Cœur de reptiles Ventricule droit Ventricule gauche OD OG VD VG OD OG Le cœur des poissons comprend deux loges, une oreillette et un ventricule. L’oreillette est précédée d’un sinus veineux et le ventricule est suivi d’un bulbe artériel. Deux oreillettes et un ventricule où se fait un mélange du sang artériel et du sang veineux. Le cœur comporte deux oreillettes et un ventricule. Toutefois ce ventricule présente une cloison musculaire incomplète qui constitue une véritable séparation physiologique lors de la contraction du cœur Le cœur possède deux oreillettes et deux ventricules. Oiseaux & mammifères 3 L’anatomie comparée montre qu’il y a filiation (origine commune, parenté en évolution) entre les différents groupes de vertébrés à partir d’un ancêtre commun (probablement aquatique) avec une complexification des organes homologues des poissons (vertébrés aquatiques) aux mammifères. 2°- Argumenter l’évolution par les données de l’embryologie comparée -Comparez les différents embryons au stade 1. Quelle idée peut-on dégager? -En comparant les embryons de vertébrés au stade 3 à ceux au stade 1, nommez, en le justifiant le groupe le plus primitif. • La comparaison des embryons des quatre vertébrés au stade 1(précoce) montre: - une ressemblance morphologique. - la présence des fentes branchiales. - la présence d’une queue. • La comparaison des embryons des quatre vertébrés aux stades avancés montre la manifestation des différences au cours de l’embryogenèse: les fentes persistent et se développent chez les poissons dont la respiration sera branchiale. les fentes régressent chez l’animal qui mènera une respiration pulmonaire. la régression ou non de la queue le groupe des mammifères est le plus évolué (l’adulte présente plus de transformations par rapport à l’embryon). Déductions: • Les similitudes que manifestent les embryons des vertébrés au cours de leur développement plaident en faveur de leur parenté, d’où l’embryologie comparée montre qu’il y a filiation (évolution) entre les différents groupes de vertébrés à partir d’un ancêtre commun. Poisson Amphibien Reptile Oiseau Fentes branchiales 4 • La ressemblance des embryons des divers vertébrés terrestres à l'embryon de poissons constitue un argument qui confirme leur origine aquatique, comme en témoigne l'anatomie comparée. • Le groupe de poissons dont l’embryon présente le moins de transformations par rapport à l’adulte (persistance des branchies) est le groupe le plus primitif, ce qui confirme que les poissons représentent l’ancêtre commun à tous les groupes de vertébrés. • Le groupe des mammifères est le plus évolué (l’adulte présente plus de transformations par rapport à l’embryon). 3°- Argumenter l’évolution par les données de la biologie moléculaire 1. La comparaison des séquences des acides aminés de protéine chez les trois vertébrés montre: ■des ressemblances moléculaires: - nature (protide) et nombre d’acides aminés (13AA) - il y a dix acides aminés qui sont identiques chez les trois espèces (pourcentage de ressemblance est égale à 10/13), il s’agit des molécules homologues. Cette homologie constitue l’idée d’une filiation, c'est-à-dire ces 3 protéines ont une origine commune ce qui prouve l’existence d’un gène ancestral (GA) à partir du quel dérivent les gènes qui codent la synthèse de la protéine en question chez les trois espèces. ■des différence moléculaires: certains acides aminés ne sont pas identiques chez les trois espèces. Le nombre de différence ainsi que leurs positions sont indiqués dans le tableau suivant: Espèces comparées Nombre et position des différences Homme – Chien 1 Substitution de Valine par Isoleucine en 13ième AA Homme – Poule 3 - Subsitution de leu par Gln en 9ième AA - Subsitution de Asn par Thr en 12ième AA - Substitution de Valine par Isoleucine en 13ième AA Chien – Poule 2 - Subsitution de leu par Gln en 9ième AA - Subsitution de Asn par Thr en 12ième AA Le tableau suivant représente l’enchaînement de 13 acides aminés d’une protéine chez trois espèces : Homme, chien et poule. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Homme Gly Leu Ser Asp Gly Glu Trp Gln Leu Val Leu Asn Val Chien Gly Leu Ser Asp Gly Glu Trp Gln Leu Val Leu Asn Ile Poule Gly Leu Ser Asp Gly Glu Trp Gln Gln Val Leu Thr Ile -Comparez ces trois séquences d’acides aminés. Que peut-on déduire ? - Représentez l’arbre phylogénétique de ces trois espèces, justifiez votre représentation. 5 Cette différence moléculaire explique la diversification des vertébrés à partir d’un ancêtre commun : il y a diversification à partir du GA et apparition de nouveaux gènes par des mutations géniques : Gène 1 : protéine 1 GA (protéine ancestrale) Gène 2 : protéine 2 Gène 3 : protéine 3 2. La phylogénie des trois vertébrés : Principe: Plus le nombre de différences est élevé, plus l’ancêtre commun des deux espèces est éloigné dans le temps et inversement (puisque les mutations sont des phénomènes rares et nécessitent un temps géologique) - l’homme et le chien possèdent l’ancêtre commun le plus proche - l’homme et la poule possèdent l’ancêtre commun le plus éloigné Mutations géniques) Temps actuel Poule Chien Homme A2 A1 chez qui existe le GA A1 : ancêtre commun des trois vertébrés A2 : ancêtre commun de l’homme et du chien 6 LES MÉCANISMES DE L’ÉVOLUTION I/ - Les mutations géniques • Le document 6 de la page 148 montre la diversité génétique (variation de la pigmentation des ailes) chez une espèce de papillon. • Le document 7 de la page 149 montre l’importance de l’évolution du membre du cheval dans sa locomotion. En vous appuyant sur vos connaissances, expliquez l’importance des mutations dans la diversité, dans l’évolution et dans l’adaptation. 7 - La mutation génique résulte de la modification de l’ADN lors de sa réplication (substitution, addition ou soustraction des nucléotides). Elle a pour conséquence le changement de la structure du gène et l’apparition des nouveaux allèles. Il peut en résulter l’apparition des nouveaux phénotypes. Les mutations s’opposent donc à la stabilité de l’espèce et permettent de la transformer. - La mutation génique et la reproduction sexuée sont génératrices de la diversité biologique Exemple 1: La variabilité constatée dans les motifs colorés des ailes de papillon (document 6 page 148) Exemple 2 : l’évolution divergente du cheval II/- Les mutations chromosomiques 1- l’amplification génique : ●la phylogénie des gènes codants pour l’hémoglobine : Histoire évolutive du gène ancestral Le document suivant indique les gènes codant pour l’hémoglobine (protéine localisée dans les globules rouges) chez quatre classes de vertébrés. -Représentez à l’aide d’un schéma la phylogénie (l’évolution) des gènes codant pour l’hémoglobine du gène ancestral des poissons aux gènes des mammifères. - Qu’en déduisez-vous pour l’évolution du nombre des gènes codant pour l’hémoglobine ? - Expliquez le mécanisme responsable de cette évolution. Classes de vertébrés Les gènes codant pour l’hémoglobine Poissons Amphibiens Reptiles Mammifères Gène α Gènes α et β Gènes α, β et γ Gènes α, β, uploads/Philosophie/ cours-lycee-pilote-svt-evolution-biologique-bac-sciences-exp-2019-2020-mr-ezzeddini-mohamed.pdf