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Cours écrit : L'histoire humaine lue dans son génome
Cours écrit : L'histoire humaine lue dans son génome
Quand on parle de connaître l’histoire humaine, on ne parle pas de connaître l’histoire politique de notre espèce actuelle mais notre histoire biologique et donc celle de la lignée humaine.
Définition
On appelle « lignée humaine », l’histoire évolutive des Hominines à partir du plus récent ancêtre commun à l’Homme et au Chimpanzé.
Même si actuellement la lignée humaine n’est représentée que par notre seule espèce Homo sapiens, il y a eu par le passé d’autres genres humains : des paranthropes, des australopithèques, des kényanthropes…
Hominin evolution.jpg, par Cruithne9, via Wikimédia Commons, CC-BY-SA-4.0, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Hominin_evolution.jpg?uselang=fr
Si on remonte plus loin dans l’histoire, nous pouvons établir des liens de parenté entre différents groupes et différentes espèces grâce à des critères essentiellement morphologiques.
Pour ce faire on va chercher des caractères homologues et non des caractères analogues.
Propriété : les caractères
On dit que des structures sont homologues quand elles :
possèdent la même organisation générale,
établissent des connexions identiques,
possèdent la même origine embryologique même si leur forme ou leur fonction sont différentes.
Les structures sont dites analogues quand elles présentent des similitudes dues à des adaptations identiques mais ne descendant pas d’un ancêtre commun et ne pouvant donc pas être utilisées pour déterminer une phylogénétique (lien de parenté).
Exemple
Ainsi les membres des vertébrés tétrapodes (membres chiridiens) sont des structures homologues alors que les ailes du ptérodactyle, de la chauve-souris et des oiseaux sont des structures analogues. En effet ses dernières, même si elle sont la même fonction.ne sont pas organisées de la même façon.
Comparaison du membre antérieur chiridien de quelques mammifères
Homology vertébrés-fr.svg par Волков Владислав Петрович ( Vladlen666 ); dérivé de Angelito7 via Wikimédia Commons, CC-Zéro, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Homology_vertebrates-fr.svg
Organisation de l’aile chez trois tétrapodes
Homology.jpg, par John Romanes (1848-1894) via Wikimedia commons, Domaine public, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Homology.jpg
Propriété: les arbres phylogénétiques
Définition
Un arbre phylogénétique (ou arbre d’évolution) présente l’apparition des innovations évolutives dans les différentes lignées d’êtres vivants étudiés.
Pour classer des animaux ou des végétaux, il est important d’identifier les caractères dits « primitifs » ou ancestraux et les caractères dits « dérivés ».
Un caractère primitif est un caractère présent chez l’ancêtre commun d’espèces différentes.
un caractère dérivé est un caractère homologue présent chez des espèces différentes et résultant de l’évolution d’un même caractère primitif présent chez l’ancêtre commun.
Exemple
Travaillons sur les structures épidermiques des vertébrés tétrapodes et qui sont appelées phanères (plumes, écailles, poils).
Dans le groupe formé d’un mammifère, d’un oiseau et d’un lézard, descendants tous trois d’un même ancêtre commun possédant un membre chiridien, le caractère poils n’est présent que chez le mammifère, c’est donc un caractère dérivé propre à la lignée des mammifères.
Le caractère plume n’est présent que chez les oiseaux, c’est donc également un caractère dérivé propre aux oiseaux.
Dans le groupe formé par l’oiseau et le lézard qui possèdent tous deux des écailles, celles-ci sont un caractère dérivé partagé car les écailles existent dans d’autres groupes (crocodiles, dinosaures). Mais si nous prenons le groupe incluant tous les êtres vivants actuels qui possèdent des écailles et leur ancêtre commun, alors dans ce groupe on qualifie les écailles de caractère primitif.
Ainsi plus le nombre de caractères dérivés partagés par deux espèces est grand, plus elles seront apparentées.
L’étude des liens de parenté peut aussi porter sur des molécules.
PropriétéL’étude des liens de parenté par les molécules.
L’étude comparative d’un gène entre des groupes permet de comptabiliser des différences qui sont répertoriées dans un tableau appelé matrice des distances permettant de retracer leur arbre d’évolution. Il est possible de faire apparaître sur chaque branche de l’arbre, le nombre moyen de mutations qui séparent les deux groupes.
Exemple
Ainsi l’étude chez les primates du gène d’une enzyme, la cytochrome C oxydase, a permis de retracer l’arbre d’évolution de ceux-ci.
Matrice des distances pour COX-2 primates
Logiciel Phylogène
(COX-2 = Enzyme cytochrome oxydase intervenant dans la respiration cellulaire)
Arbre d’évolution pour COX-2
Propriété: Conservation des innovations évolutives
Chaque innovation évolutive provient donc d’une mutation : le caractère découlant de cette mutation sera conservé s’il présente un avantage sélectif.
Exemple
On peut citer en exemple la mutation carbonaria présente chez une espèce de papillon appelé « phalène du bouleau » et qui a présenté un avantage sélectif lors de la révolution industrielle de 1860.
En effet ces papillons de nuit dont le phénotype dominant est la forme blanche typica, se dissimulent par mimétisme sur les troncs blancs des bouleaux. L’utilisation massive du charbon à cette époque a été à l’origine d’un brouillard polluant appelé « smog » qui a noirci le tronc des bouleaux favorisant la survie des formes carbonaria.
On parle de « sélection naturelle ».
Remarque
Parfois un caractère peut-être désavantageux pour la survie de l’animal mais s’il confère un avantage reproducteur, il sera alors conservé. On parle de « sélection sexuelle ».
Ainsi les études phénotypiques macroscopiques et moléculaires permettent de retracer l’évolution du vivant.
Propriété: Cas de la lignée Humaine
Dans le cas de la lignée humaine, les génotypes entre les différentes espèces humaines étant très proches, il n’est parfois pas évident d’établir des liens de parenté comme par exemple entre l’Homo sapiens et l’Homme de Neandertal. L’étude de l’ADN mitochondrial dans la lignée humaine a permis de retracer l’arbre récent de l’évolution des humains.
Définition
Les mitochondries sont des organites permettant la respiration cellulaire et possédant leur propre matériel génétique.
Lors de la fécondation seul l’ovule possède des mitochondries, la tête du spermatozoïde étant trop petite pour en contenir. L’étude de ce matériel génétique a donc permis de retracer les filiations maternelles.
Exemple
L’étude de la matrice des distances et de l’arbre correspondant montre donc que Neandertal constitue une espèce à part entière.
On peut raisonnablement penser que l’Homme moderne proviendrait d’une population d’Homo sapiens (dit Homme de Cro-Magnon) qui s’est déplacée et a colonisé l’Europe au détriment de Neandertal qui y vivait.
Il y a cependant pu avoir des croisements entre les deux espèces avec des hybrides fertiles en raison d’une faible différence génétique entre les deux groupes puisque 4 % de l’ADN nucléaire d’un eurasien provient de Neandertal et qu’on ne retrouve aucune trace de l'ADN néandertalien dans l’ADN du peuple africain.
La mitochondrie et son matériel génétique
ADN mitocondrial.jpg, par l’Institut national de recherche sur le génome humain via Wikimedia commons, Domaine public, modifié par Sandra Rivière https://commons.wikimedia.org/wiki/File:ADN_mitocondrial.jpg
Matrice des distances pour l’ADN mitochondrial et arbre d’évolution correspondant
Logiciel Phylogène
Théorème
Chacun d’entre nous possède deux parents biologiques (génération 1 d’ancêtres). Nos deux parents ont eux-mêmes chacun 2 parents qui sont à la génération 2 des ancêtres soit un total de 2 x 2 = 4 ancêtres.
Chacun de ces ancêtres a lui aussi deux ancêtres à la génération 3 soit 2x2x2 = individus à la génération 3 etc …
Ainsi le nombre d’ancêtres dans une génération « n » est égale à .
Bilan
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