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

Phylogénèse: Plan

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 ?

Pierre Belon (1555)

Ichthyostega

Poissons fossiles Placodermes (dévonien)

TP1 corrigé Carpe (Poignet) Métacarpes Radius (avant bras) Cubitus Humérus (Bras) Phalanges (Doigts)

TP1 conclusion Possèdent des membres paires construits de façon semblable Carpe Grenouille Poule Homme Donc descendent d ’un ancêtre qui possédait cette structure M Invention du membre « marcheur » L’invention de cette structure est antérieure à l ’ancêtre commun L ’ancêtre commun avec la carpe doit être antérieur à l ’inventeur du caractère

Plan d’organisation du membre antérieur Articulation Partie Os Épaule Coude Poignet Bras Avant bras Main Humérus Radius cubitus Métacarpe Phalanges Carpe

TP2 annexes embryonnaires: poule homme Œuf de poule (6ème jour d’incubation) Allantoïde Sac vitellin Placenta Chambre à air Cordon ombilical Cavité amniotique Allantoïde Sac vitellin Amnios Cavité amniotique Chorion Chorion Amnios Embryon humain (début du troisième mois)

TP2 Annexes embryonnaires: Poisson batracien Jeune alevin de truite Vitellus Coupe transversale d’un œuf de truite Jeune têtard de batracien (Xenopus)

Amnios (cavité amniotique) TP2 corrigé Non Amnios (cavité amniotique) Oui Animal Grenouille Homme Poule Truite Placenta Oui Non Oui Vitellus Allantoïde Oui Non Grenouille Homme Poule Truite Arbre 1 Grenouille Homme Poule Truite Arbre 2 Grenouille Homme Poule Truite Arbre 3 P P P A A A ? A ? ? P Placenta A Amnios Allantoïde M Membre marcheur

Arbre tenant compte des informations des TP1 et TP2 Tétrapodes Amniotes Mammifères (placentaires) Truite Grenouille Poule Homme P A M Arbre 3 P Placenta A Amnios Allantoïde M Membre marcheur

Le regroupement de droite conduit à un arbre plus « économique » TP2 partie phylogène Matrice de caractères corrigée Regroupements possibles A A P P A 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 »

TP2: phylogène outil 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.

Plus proche parent Cœlacanthe Lamproie Dipneuste Requin Saumon Rat Qui du requin ou du rat est le plus proche parent du saumon ? Poumons alvéolés Squelette interne monobasal Squelette osseux Mâchoire Vertèbre Première approche Seconde approche Le saumon et le rat partagent un ancêtre commun qui n ’est pas un ancêtre du requin Le saumon et le rat partagent un caractère dérivé de plus que le saumon et le requin

Groupe monophylétique Cœlacanthe Lamproie Dipneuste Requin Saumon Rat Le groupe des poissons est-il un groupe monophylétique ? Poumons alvéolés Squelette interne monobasal Squelette osseux Mâchoire Vertèbre Un ancêtre n ’ayant que des poissons dans sa descendance n ’est pas l ’ancêtre de tous les poisson L ’ancêtre commun de tous les poissons est aussi l ’ancêtre de vertébrés qui ne sont pas des poissons

Ces différentes séquences sont bien homologues 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

Utilisation de données moléculaires pour construire un arbre phylogénétique: distances génétiques En comptant les différences entre les différentes séquences on construit une matrice des nombres de différences. Ces différences sont une mesure de la distance génétique. Arabidopsis- Maïs Oursin A-M 345.5 120.5 172.75 120.5 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. 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 Si les mutations s’accumulaient à la même vitesse dans toutes les branches, ces deux valeurs seraient égales.

Chimpanzé gibbon 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).

Maki Tarsier 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 catta (Lemur catta ), lémurien à queue zébrée et à l’allure féline, vivant exclusivement, à l’état sauvage, sur l’île de Madagascar.

Correction phylogene Bêta globuline Involucrine P2

Correction anagene

TP anagene arbres

Sources Ichtyostega: http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Ichthyostega.nmns-taiwan.jpg http://www.tolweb.org/Ichthyostega Comparaison homme oiseau (Pierre Belon l ’histoire des oiseaux 1555 http://en.wikipedia.org/wiki/Image:BelonBirdSkel.jpg Placodermes: http://paleopedia.free.fr/poissons%20g%E9n%E9ralit%E9s.html Reconstitution mer dévonienne http://www.cbs.dtu.dk/staff/dave/roanoke/bio101ch19_c.htm Oursin http://fr.wikipedia.org/wiki/Image:SeaUrchin.jpg Arabisopsis: http://commons.wikimedia.org/wiki/Image:Arabidopsis_thaliana_inflorescencias.jpg Maïs: http://commons.wikimedia.org/wiki/Image:Koeh-283.jpg