Module 5 - L'évolution PDF

Module 5 – L’évolution Évolution : changements de caractéristiques qui surviennent graduellement dans une population, menant à l’apparition de nouvelles espèces. Se fait sur plusieurs générations.  Quel facteur essentiel assure l’évolution? La variation, c-à-d les différ...

Module 5 – L’évolution Évolution : changements de caractéristiques qui surviennent graduellement dans une population, menant à l’apparition de nouvelles espèces. Se fait sur plusieurs générations.  Quel facteur essentiel assure l’évolution? La variation, c-à-d les différences génétiques entre les individus d’une population. Différents types de blé Adaptation : tout caractère qui aide un organisme à survivre et à se reproduire dans un milieu donné. Ex. d’adaptations le phalène de bouleau  pâle ou foncé (2 variations) - Sur les troncs blancs, les pâles étaient favorisés. - Et les foncés étaient favorisés sur les troncs noircis après la révolution industriel. Ex. d’adaptations chez la gerbille la couleur qui se rapproche de celle du sable petits poils sur le bord des oreilles  Types d’adaptations (p.395) Types Description Exemple d’adaptations Structurales Anatomique (forme) Arrangement de dents. Forme du bec. Mimétisme (une espèce qui imite une Mouche qui imite autre) une guêpe. Coloration cryptique (Camouflage) Dragon de mer d’apparence feuillue. Physiologiques Associées Les protéines au fonctionnement nécessaires à la des organismes. coagulation du sang. Les protéines que les araignées utilisent Comportementales Activités qui aident à Phototropisme, la survie. c.-à-d. la réaction des plantes à la lumière. Migration. Parade nuptiale. Puisque les adaptations contribuent à la survie d’un organisme dans un milieu donné, celui-ci aura plus de chance à transmettre à ses descendants les caractères particuliers (gènes) qui l’ont aidé à survivre. Résultat = évolution par sélection naturelle. Comment expliquer qu’il y a maintenant ~13 espèces différentes de géospizes sur les îles Galapagos, alors qu’à l’origine, il n’y en avait qu’une? (p. 344) Les plus importantes différences entre ces espèces se trouvent dans la taille et la forme de leurs becs. Sélection naturelle Les individus qui survivent aux changements de l’environnement transmettent leurs gènes à la génération suivante. Ceci cause des changements dans une population. La sélection est circonstancielle. Le but est la survie et la reproduction. Ex: phalène de bouleau, les géospizes … Sélection artificielle Les individus choisis par l’humain transmettent leurs gènes à la génération suivante. La sélection est planifiée. Le but est d’améliorer le produit. Ex: vache qui produit plus de lait, races de chien Les variations découlent principalement de : mutations génétiques - une erreur lors de la réplication de l’ADN, causant la possibilité d’avoir plusieurs allèles pour un caractère donné. (allèles: différentes formes d’un gène) la formation de différents gamètes lors de la méiose. la recombinaison des gènes lors de la reproduction sexuée et de leur transmission d’une génération à l’autre  Il se peut qu’a un moment donné, dans un milieu donné que certaines variations sont plus propices que d’autres à la survie. Si un organisme possède les variations (allèles) qui lui permettent de vivre facilement dans son milieu, il est donc adapté au milieu où il vit.  Théories de l’évolution Contexte historique Aristote (~350 a.v. J.C.) : Il croyait que tous les organismes étaient immuables, parfaits et indépendants les uns des autres. Créationnisme : un créateur, Dieu, avait créé toutes les espèces connues et qu’aucunes n’avaient changé au cours de l’histoire. Au XIXe siècle, les scientifiques ont commencé à proposer des nouvelles idées. La paléontologie - science qui étudie les fossiles. - a apporté des éléments importants à la théorie de l’évolution. - informe sur plus de 3 x 109 d’années d’évolution de la vie sur Terre. Les derniers trilobites (arthropodes marins) ont disparu lors de l'extinction de  Georges Cuvier (1769-1832) : scientifique français et père de la paléontologie (p.340) Remarque que chaque couche de roches est caractérisée par des fossiles d’espèces différentes. Observe que des espèces disparaissaient et d’autres apparaissaient, mais ne croyait pas que l’évolution en était la cause. Il proposa l’hypothèse du Catastrophisme : que des catastrophes (inondations, maladies, sécheresses, …) étaient responsables de la disparition et l’apparition des espèces dans le temps.  Jean-Baptiste Lamarck (1744-1829) botaniste français  Énonça que les caractères acquis au cours de la vie d’un individu se transmettaient à la descendance suite à l'usage ou au non- usage d'organes. Il croyait dans l’hérédité des caractères acquis. Ex de l’évolution des girafes selon Lamarck  Au début les girafes avaient le cou court. À un moment donné, elles ont dû atteindre leur nourriture dans les arbres. Donc des girafes ont dû étirer leur cou pour atteindre les feuilles d'un arbre, celles-ci transmettaient le caractère cou plus long à leurs rejetons. Son hypothèse fut rejetée par la communauté scientifique de ce temps. Charles Darwin (1809-1882), naturaliste anglais (p.342-348) À l’âge de 22 ans, il fit un voyage autour du monde et pendant ce voyage, il se consacrait à l'observation et à la collecte de végétaux et d'animaux. Il rassembla beaucoup de faits qui prouvent l’évolution des espèces. Ex de l’évolution des girafes selon Darwin. Au début, il y avait probablement des girafes avec des cous de tailles différentes. Les girafes avec des cous courts pouvaient survivre parce qu'elles étaient en mesure de se nourrir avec l'herbe au sol. Toutefois, lorsqu'il ne resta plus que la nourriture dans les arbres, seules les girafes à long cou pouvaient survivre. La présence de girafes à long cou s'expliquait par la survie des individus les mieux adaptés. Voyage de Darwin En 1831, âgé de 22 ans, Darwin quittait l’Angleterre à bord d’un navire (Beagle) qui allait étudier les côtes sud-américaines. Pour Darwin, c’était surtout une occasion de voyager et d’étudier l’histoire naturelle de diverses régions. Observations de Darwin Sur les îles Galapagos, Darwin étudia la faune de la région, entre autres les tortues géantes et les pinsons. Il remarqua des différences d’une île à l’autre. Chaque île ayant sa propre espèce. Ces observations l'amène à sa théorie de la sélection naturelle.  Observations de Darwin Observation : Une population a le potentiel de grandir très rapidement car les organismes peuvent produire plus de rejetons que nécessaire pour simplement remplacer les parents. Cependant, le nombre d’individus dans une population tend à demeurer relativement stable avec le temps. Conclusion: Par conséquent, il est apparent que tous les organismes nés ne survivent pas. Compétition pour la survie. Suite… Observation : Les individus d’une population diffèrent les uns des autres au niveau de leur habileté d’obtenir des ressources, de résister aux conditions extrêmes de leur milieu ou de s’échapper de leurs prédateurs. Conclusion : Ces différences aident à déterminer lesquels de ces individus vont survivre et se reproduire avec succès. Suite… Observation : Certaines variations bénéfiques au niveau de la survie ou du succès reproductif sont héréditaires, passées d’un parent à un rejeton. Conclusion : Puisque les individus mieux adaptés produisent plus de rejetons, les gènes de ces individus seront passés à un plus grand pourcentage d’individus dans des générations subséquentes. Sur plusieurs générations, ces différences génétiques avantageuses changent la composition génétique de la population. Comment expliquer qu’il y a ~14 espèces différentes de pinsons sur les îles Galapagos, alors qu’à l’origine, il n’y en avait qu’une? (p. 344) Une espèce peut donner naissance à plusieurs espèces si on les isole géographiquement, suite à l'accumulation graduelle d'adaptations.  Voici les quatre énoncés de la théorie de l’évolution par sélection naturelle de Darwin: (p.348) 1. Il y a des variations dans les populations; une bonne partie héréditaire. 2. Certaines variations sont plus propices que d'autres à la survie et à la reproduction; avec le temps, les populations comprennent une plus grande proportion d’organismes les mieux adaptés. 3. Les organismes produisent plus de rejetons qu'il ne  Preuves de l’évolution LES PREUVES PLUTÔT ANCIENNES Les fossiles : Débris ou empreinte d’organisme conservé dans la croûte terrestre. Un fossile de l’Archaeopteryx qui a des caractéristiques d’oiseaux et de reptiles. (squelette semblable aux petits dinosaures : alvéoles – dents : ailes comme oiseau)  Méthode de datation des fossiles pour reconstituer l’âge de la Terre Datation relative : Les plus anciens fossiles sont dans les couches de roches plus profondes. Ceci donne l’âge relatif d’un fossile selon sa position dans les couches de roches. Datation absolue au 14C : On mesure la quantité de carbone radioactif qui reste dans le fossile. Connaissant la demi-vie du carbone 14, on peut alors déduire l’âge du fossile. La moitié du carbone 14 contenu dans un organisme se décompose en 5730 ans. Un paléontologue trouve un os fossilisé qui, à la mort de l’organisme auquel il appartenait, contenait 8 g de carbone 14. Le fossile contient maintenant 0,5 g de  MÉTHODES PLUS MODERNES 1- L’anatomie comparée On observe que les organismes ont évolué en comparant les structures (organes) des différentes espèces.  Structures homologues On compare chez différentes espèces de même origine, des structures ayant une anatomie semblable, mais pouvant différer dans leur fonction. Fig.10.15, p.354 Les os et leur arrangement sont similaires, mais la fonction du membre diffère. Ces homologies peuvent être expliquées en disant que ces vertébrés ont évolué à partir d’un ancêtre commun → Même origine. Structures rudimentaires Structures qui avaient une fonction chez les ancêtres, mais qui n’en n’ont plus aujourd’hui. Renseignent sur qui sont les ancêtres. Ex : - os du bassin de la baleine (fig.10.16, p.355) - appendice et coccyx de l’humain Organes vestigiaux L'existence des os du bassin et de ce fémur minuscule chez les baleines ou chez les serpents indique que ces animaux ont évolué à partir d'ancêtres qui avaient des pattes. Petits os du bassin et fémur chez le serpent comparer à ceux de l’humain. Structures analogues Structures qui remplissent des fonctions semblables mais qui n’ont pas la même anatomie. C’est une simple ressemblance, car les espèces occupent un milieu semblable. Ces analogies démontrent que les espèces ont évolué de façon indépendante, elles ne sont pas apparentées ; pas d’ancêtre commun. L’aile du papillon et celle de la chauve- souris sont analogues même fonction (les deux servent à voler), mais différente anatomie. Les ailes des papillons et celles des oiseaux sont des structures analogues. Servent toutes les deux à voler mais ont une anatomie totalement différente. 2- L’embryologie comparée En comparant les embryons d’organismes, on voit qu’au début de leur formation, les embryons se ressemblent. Ces ressemblances indiquent un ancêtre commun. Ex : tous les embryons des vertébrés ont des fentes branchies et une queue. Similarités entre les embryons des vertébrés fig. 10.17, p.355 (poisson, amphibien, oiseau, porc et humain)  3- La biologie moléculaire On compare des molécules organiques pour déterminer le lien de parenté entre deux organismes. Plus les molécules sont similaires, plus les espèces différentes sont apparentées. Aussi, plus de similitude démontre que les différentes espèces proviennent d’un ancêtre commun très proche.. Molécules comparées: o l’ADN - séquence de gènes sur l’ADN o les protéines - séquence d’acides aminés dans une protéine comme l’insuline Ex: Il y a une différence de 1,3 % entre la séquence de l’ADN des humains et celle des chimpanzés et 42 % entre celle des humains et celle des lémuriens. LES TYPES D’ÉVOLUTION 1 – L’évolution divergente Les espèces qui étaient à une certaine époque similaire à une espèce ancestrale divergent ou deviennent de plus en plus différentes. - les populations changent à mesure qu’elles s’adaptent à différents milieux ; elles se ressemblent de moins en moins et finissent par former de nouvelles espèces. Ex: Les pinsons des îles Galapagos. À partir d’une espèce ancestrale, de nouvelles espèces ont évolué en réaction aux environnements uniques de chaque île. 2 – L’évolution convergente Des espèces non apparentées ont développé des caractères semblables parce que chaque espèce s’est indépendamment adaptée au même milieu. Ex : Les chauves-souris et les papillons vivent dans l’air et puisqu’ils n’ont pas d’ancêtre commun proche, ils ont développé des ailes très différentes. 3 – La coévolution : Certains organismes étroitement liés les uns aux autres, ont évolué ensemble, chacun réagissant aux changements de l’autre. Ex: Les relations entre prédateurs et proies, pollinisateurs et plantes, parasites et hôtes sont typiques de la coévolution. Ex : Des orchidées de Madagascar ont coévolué avec leurs papillons pollinisateurs (en développant des tubes nectarifères de plus en plus long alors que les papillons développaient des trompes de plus en plus longues). La menace constante de prédateur peut entraîner l’évolution de pattes plus longues pour courir plus vite… etc.. Classification  La taxononomie est la science qui consiste à identifier, nommer et à classifier les êtres vivants.  La classification moderne fut proposée par Carl Von Linné au 18e siècle. Il proposa une: Nomenclature binominale , où tout organisme a un nom scientifique, en latin, composé de deux termes.  De plus, il inventa une classification  Classification de l’humain Règne → Animal (pluricellu, hétérotrophe-ingère) Embranchement → Cordés (notocorde - colonne vertébrale) Classe → Mammifères (poils, glandes mammaires) Ordre → Primates (pouce opposable, ongles plats) Famille → Hominidés (bipédie, gros cerveau\corps, figure aplatie) Genre → Homo (homme) (bipédie permanente, activité culturelle élaborée) Espèce → sapiens (savant) (peu de poils, front haut)  Nom commun Nom scientifique Humain moderne Homo sapiens L’Humain primate Les Humains font partie de l’ordre des primates qui regroupe aussi des centaines d’autres espèces tels que les lémuriens, les chimpanzés, les bonobos, les gorilles et les orangs-outangs. Les primates ont comme caractéristiques communes: des ongles au lieu des griffes, des yeux placés en avant de la tête (vision stéréoscopique) et un cerveau plus développé que les autres mammifères. La sous-famille des homininés contient la lignée humaine, soit le genre Australopithèque et le genre Homo.  Les humains, les singes et les anthropoïdes appartiennent au même ordre de mammifères : les primates. Certaines caractéristiques communes, ainsi que la biochimie, laissent croire qu’ils ont le même ancêtre. Caractéristiques communes  Vue bien développée o yeux situés à l’avant de la tête o vision stéréoscopique Cerveau le plus complexe du règne animal o gros cerveau / taille du corps o s’adapte bien Épaules flexibles o rotation 360 ° (arboricole) Pouce opposable  Biochimie Même séquence d’acides aminés chez certaines protéines par exemple, l’hémoglobine Ressemblance au niveau de la séquence d’ADN (entre le chimpanzé et l’humain →identique à 99 %). Fossiles de crânes- important pour comprendre l’évolution du genre humain L’étude des crânes démontre qu’il y a d’autres formes humaines qui ont existé. L’histoire de la lignée humaine (hominidés) Le plus ancien primate connu date de 65 MdA (toute suite après l’extinction des dinosaures). D’après les fossiles recueillis depuis plusieurs années maintenant, on peut retracer l’histoire approximative de l’homme moderne. Entre 10 et 6 millions d’années passées, il y a eu une séparation de la lignée humaine et celle des chimpanzés.  L’ancêtre actuel « Toumaï » Importante découverte. En juillet 2001, on a trouvé, au Tchad (Afrique central), un crâne presque complet d’un hominidé qui date ~ 7 Mda. On le nomma Toumaï. Toumaï était bipède. Il est le fossile le plus près de la divergence entre les chimpanzés et les ancêtres de l’humain. Toumaï et ses semblables sont considérés comme étant les plus vieux ancêtres de l’humanité.  Australopithèques («Singe du sud ») A vécu entre 4,4 et 1 Mda passées dans diverses régions de l’Afrique. Bipède -trou occipital centré, mais grimpe encore les arbres et court à 4 pattes. Comme le singe, le volume de son crâne était petit, mais les dents (canines) et mâchoires ressemblaient à celles d’un humain. Cerveau de faible volume (- de 500 cm3). Petite taille (1 à 1,4 m). Végétarien (granivore). Les fossiles démontrent aujourd’hui qu’il y a eu plusieurs espèces du genre Australopithecus.  « Lucy » (Australopithecus afarensis), 40 % du et ses semblables vivaient il y a 3 à 4 squelette de millions d’années. Lucy datant de 3,2 Ma Caractéristiques des (découverte: Australopithèques 1974). -Caractéristiques humaines – se déplaçaient debout, (bassin, fémur et trou occipital) et avaient des -Traits en commun avec les singes - de longs bras, (arboricoles), petit crâne (400 - 450 cm3). Il y a eu extinction du genre Australopithecus il y a environ 1.2 Où? millions d’années. Éthiopie - Longtemps considéré comme une espèce à l’origine de la lignée humaine. -Aujourd'hui ont considère les A. afarensis et A.africanus comme des espèces Le genre Homo Le genre Homo se définit par un crâne plus grand (supérieur à 600 cm³) que celui des australopithèques, un crâne plus arrondi, une mâchoire et un visage plus petits, de petites dents et une bipédie parfaite. Les plus anciens représentants du genre Homo, les Homo habilis et les Homo rudolfensis, semblent apparaître en Afrique vers 2,5 Mda, alors que des changements climatiques importants ont lieu : la formation de la calotte glaciaire arctique entraîne une sécheresse en Afrique, ce qui provoque le recul des forêts. Ils sont tous les deux de petite taille comme l’australopithèque.  Homo habilis « Homme habile » Fossile retrouvés en Afrique de l’Est. Datent de -2,5 Ma à- 1,6 Ma. Ressemble plus aux humains actuels. Parmi 1er fossiles du genre Homo - le 1er homme. De petite taille comme Australopithecus, mais cerveau plus volumineux. Utilisait des outils en pierre simple – galet cassé Omnivore – charognard Se déplace sur de courtes distances. http://www.youtube.com/watch?v=G1q59oJKhOM Vivent en petits groupes et se déplacent sur de courtes distances (nomades) dans les savanes de l’est de l’Afrique à la recherche de nourriture. Se sert d’un galet pour gratter la moelle d’un  Homo ergaster (« Homme ouvrier») Fossiles trouvés surtout en Afrique datant entre 1,8 à 1,0 Ma. Possède des caractéristiques qui le rapprochent beaucoup de l'homme moderne : taille plus grande-jambe plus longue, bipédie exclusive, grand crâne (600 à 800 cm³), face plus petite, etc. Ses outils commencent à être plus sophistiqués - le biface, ce qui lui permet de chasser. (biface- pierre taillée sur 2 faces) Sa bonne adaptation à la marche bipède et à la course lui permet de parcourir de grandes distances. Homo ergaster (suite) Homo erectus « Homme droit » Les proportions de son corps ressemble encore plus à l’humain actuel – Bras moins longs.  Reconstruction Biface d’Homo erectus Caractéristiques Date de -1,8 Ma à ~30 000 ans. Fossiles découverts Europe, Asie. Le 1er en dehors de l’Afrique. Les fossiles de l’Afrique sont ~ceux d’Homo ergaster. Parfaitement bipède, taille et proportions du corps semblable à l’homme moderne. Omnivore – fruit, légume, chasse gros et petits animaux-viande Cerveau ~ 2 fois plus gros que H. habilis (850- 1100 cm3). 1er humain à utiliser le feu pour se protéger, cuire et se réchauffer. Amélioration des outils (biface), perfectionnent pour la chasse. Homo heidelbergensis Vécu de -600 000 à -200 000 ans dans l’Afrique du Sud à l’Europe du Nord. Grand cerveau et musclé. Outillages complexes pour chasser de gros animaux.  Homo neanderthalensis « Homme de néanderthal » À vécu en Europe de 250 000 à 30 000 ans passés. Son corps présente des adaptations au froid. - Gros nez C'est probablement lui qui adopte les premiers rites funéraires. Grand crâne et plus allongé que l’humain moderne. De plus courte taille que Homo sapiens.  Homo neanderthalensis Reconstruction d’une femme qu’on surnomma « Wilma ». Homo neanderthalensis  Homo sapiens (« Homme savant ») C’est l’homme d’aujourd’hui, moderne. Art Ivoire /os de mammouth pour se faire des outils ou des abris Flute sculptée dans l’os Nos proches cousins Homo neanderthalensis et Homo sapiens se côtoient en Europe pendant près de 15 000 ans. Ce sont deux branches distinctes dérivant d’un ancêtre commun. Homo neanderthalensis / Homo sapiens Fossiles retrouvés en Fossiles indiquent leur Europe et en Asie qui apparition en Europe datent de 250 000 à (France) ~ 40 000 ans 28 000 ans passés passés Corps trapu, robuste, Corps élancés, os plus os massif léger Menton et front fuyant, bourrelets sus-orbitaire Menton développé, prononcés, crâne front haut, pas de allongé et peu élevé bourrelets sus- (V~1500 cm3), orbitaire, crâne rond et mâchoire vers l’avant élevé (V~1400 cm3, Taille moyenne 1,65 retrait de la mâchoire m Taille moyenne 1,75 m Homo néandertalensis / Homo sapiens Avaient des rites Développent l’industrie funéraires Outils encore plus Outils de pierres variés élaborés (os) Vie sociale élaborée Chassaient plus petits Chassaient gros, petits mammifères mammifères, mollusques Art plus avancé Décoraient leurs Début de l’art cavernes de peintures et de sculptures de pierre. Mondial Europe L’origine de l’homme moderne – Homo sapiens. Hypothèses: Hypothèses- sur l’origine de Homo sapiens Afrique Multirégionale Deux vagues de migrations : la De manière identique à la première, première il y a 2 millions la théorie multi-régionale reprend d'années et la seconde 1 million l'hypothèse d'une migration d'années plus tard. importante il y a 2 millions Ces Homo erectus européens et d'années. asiatiques s'installent et Les Homo erectus migrent donc à partir de l'Afrique vers l'Europe et commencent une lente évolution l'Asie une première fois. Puis se vers l'homme moderne. rédéploient vers - 1 millions / - 700 Malheureusement, ces espèces 000 ans , toujours à partir du se trouvent dans une impasse berceau africain, vers l'Europe. évolutive, les populations A ce moment, les différentes s'appauvrissent... populations archaïques, chacune Vers - 200 000 - 100 000 ans dans leurs régions respectives, l'Homo sapiens apparaît en vont évoluer vers l'homme Afrique, biologiquement et moderne. Biologiquement on va donc assister intellectuellement mieux à une sorte de "pré-sapientisation" armé que ses prédécesseurs. des populations pour aboutir à C'est lui qui va repartir à la l'apparition des Homo sapiens, conquête de l'Asie et de simultanément sur tout le globe. l'Europe. L'Homo sapiens supplante les populations  «Origine de l’Homme moderne » Les fossiles, ainsi que la génétique semblent révéler que la population originelle des humains modernes (Homo sapiens) se situait en Afrique. Vers - 200 000 ans, les Homo sapiens apparaissent en Afrique. Vers -100 000 ans, ceux-ci commencent à migrer vers l’Europe et l’Asie. En Europe, il y a - 40 000 ans, on a trouvé des fossiles de Homo sapiens. L’Homme de Néandertal a fait son apparition en Europe il y a ~ 250 000 ans et il disparait il y a ~ 28 000 ans. Les Homo sapiens ont cohabité avec les Homo néanderthal pour environ 15 000 ans. Homo néanderthalensis et Homo sapiens sont deux branches distinctes dérivant d’un ancêtre commun. http://www.lefigaro.fr/sciences/2011/01/27/01008-20110  Origine de l’homme moderne Deux idées s’opposent sur l’origine de Homo sapiens: 1. L’hypothèse de l’Afrique, propose que l’Homo sapiens est une espèce née en Afrique il y a environ 200 000 ans, ont migré vers l’Europe et l’Asie, et remplacé les autres espèces d’Homo. (+ probable) 2. L’hypothèse multirégionale, dit que les populations de Homo sapiens ont évolué dans plusieurs régions simultanément à partir de populations d’Homo archaïques déjà établies.