Parenté : caractères partagés et classification

Caractères hérités, organes homologues et ressemblances trompeuses ; groupes emboîtés des vertébrés ; arbre de parenté avec des caractères ou des molécules ; fossiles et formes intermédiaires ; l’espèce humaine parmi les primates.

À propos de cette page

Cinq problèmes à partir de documents : l’ornithorynque, mammifère qui pond des œufs ; le cytochrome c comparé chez six espèces ; une falaise de quatre couches datées ; les baleines fossiles à pattes, de Pakicetus à Basilosaurus ; l’ADN de l’humain comparé à celui du chimpanzé, du gorille et de l’orang-outan.

5 problèmes, du plus simple au plus difficile. Écris tes réponses, puis « Vérifier ».

Résoudre un problème : la méthode

Je lis chaque document et je note ce qu’il apporte : des caractères, des âges, des différences entre molécules.
Je trie les caractères : hérités (os, poils, amnios, ADN) ou trompeurs (milieu, fonction, ce qui manque).
Je compte les caractères partagés ou les différences, ou je compare la position des couches.
Je conclus sur la parenté ou sur l’âge, en citant le document qui le montre.
Je réponds avec le vocabulaire du cours : ancêtre commun, groupe, organe homologue, forme intermédiaire.

Problème 1 · L’ornithorynque, un mammifère qui pond★★★Facile

Document 1 — Un animal étonnant. L’ornithorynque vit dans l’est de l’Australie et en Tasmanie, sur les berges des cours d’eau où il creuse son terrier. Son corps est couvert d’une épaisse fourrure. La femelle pond en général deux œufs. Après l’éclosion, son lait suinte par de petites ouvertures de la peau, sans tétons, et les petits le lèchent sur ses poils. Son museau aplati et mou fait penser au bec d’un canard.

Document 2 — Tableau de caractères (✓ = l’espèce possède le caractère).

Espèce	vertèbres	squelette osseux	quatre membres	amnios	poils	lait (glandes mammaires)	plumes	ponte d’œufs
ornithorynque	✓	✓	✓	✓	✓	✓		✓
canard colvert	✓	✓	✓	✓			✓	✓
kangourou	✓	✓	✓	✓	✓	✓

1. D’après le document 1, la femelle ornithorynque pond en général œufs.
Document 1 : en général deux œufs.
2. Combien de caractères du tableau l’ornithorynque partage-t-il avec le kangourou ?
Vertèbres, squelette osseux, quatre membres, amnios, poils, lait : 6 caractères.
3. Combien de caractères du tableau l’ornithorynque partage-t-il avec le canard colvert ?
Vertèbres, squelette osseux, quatre membres, amnios, ponte d’œufs : 5 caractères. Pondre est un caractère hérité de l’ancêtre de tous les amniotes, bien plus ancien que les poils.
4. L’ornithorynque est donc plus proche parent du .
Il partage plus de caractères hérités avec le kangourou : poils et lait en font un mammifère.
5. Le museau de l’ornithorynque et le bec du canard se ressemblent par la forme seulement : c’est une ressemblance .
Même forme, mais pas la même organisation (le museau de l’ornithorynque est mou, couvert de peau) : ressemblance trompeuse.

Problème 2 · Une protéine pour comparer les espèces★★★Moyen

Document 1 — Le cytochrome c. Cette protéine est présente dans les cellules des animaux, des plantes et des champignons. Chez l’être humain, c’est une chaîne de 104 briques, les acides aminés. On compare l’ordre de ces briques d’une espèce à l’autre.

Document 2 — Différences avec le cytochrome c humain (acides aminés différents ou absents ; séquences de la base UniProt).

Espèce	chimpanzé	macaque rhésus	cheval	poulet	thon germon
Différences avec l’humain	0	1	12	13	21

Document 3 — Groupes. Chimpanzé et macaque : primates. Cheval : mammifère, non primate. Poulet : oiseau. Thon : actinoptérygien.

1. L’espèce dont le cytochrome c est identique à celui de l’humain est le .
Document 2 : 0 différence avec le chimpanzé.
2. Combien d’acides aminés sont identiques entre l’humain et le cheval ?
104 − 12 = 92 acides aminés identiques.
3. Quel pourcentage du cytochrome c humain est identique chez le cheval (arrondi à l’unité) ? %
92 ÷ 104 × 100 ≈ 88,46 : environ 88 %.
4. Dans un arbre de l’humain, du cheval, du poulet et du thon construit avec ces données, l’espèce qui se sépare la première est le .
Le thon a le plus de différences (21) : son ancêtre commun avec l’humain est le plus ancien.
5. Le cheval (12 différences) est plus proche de l’humain que le poulet (13) : c’est cohérent avec le document 3, car l’humain et le cheval sont tous deux des .
Humain et cheval sont des mammifères ; le poulet est un oiseau. Molécules et caractères racontent la même histoire.

Problème 3 · La falaise aux fossiles★★★Moyen

Document 1 — Une falaise imaginaire, construite avec des fossiles et des âges réalistes. Les couches n’ont pas été retournées.

Document 2 — Les âges. Des mesures en laboratoire ont daté chaque couche (âges à droite, en millions d’années).

1. La couche la plus ancienne est la couche n° .
Couche du bas, la plus vieille : la couche 1 (380 Ma).
2. Combien de millions d’années séparent la couche 2 et la couche 4 ?
360 − 140 = 220 millions d’années.
3. Un fossile trouvé entre la couche 2 et la couche 3 a entre Ma et Ma.
Plus récent que la couche 2, plus ancien que la couche 3 : entre 300 et 360 millions d’années.
4. Combien de millions d’années séparent la couche 1 et la couche 3 ?
380 − 300 = 80 millions d’années.
5. Les fossiles apparaissent dans l’ordre de l’arbre : le dernier groupe à apparaître dans cette falaise est celui des .
Les oiseaux sont un petit groupe à l’intérieur des amniotes, eux-mêmes dans les tétrapodes : ils apparaissent en dernier.

Problème 4 · Les baleines ont eu des pattes★★★Difficile

Document 1 — La baleine. Elle respire de l’air avec des poumons et allaite ses petits. Sa nageoire avant contient un humérus, un radius et un cubitus, un poignet et des doigts. Dans sa chair, de petits os du bassin ne sont reliés à aucune patte.

Document 2 — Quelques fossiles.

Fossile	Âge	Caractères
Pakicetus	≈ 50 Ma	quatre longues pattes, vivait au bord de l’eau ; os de l’oreille comme ceux des baleines
Ambulocetus	≈ 49 Ma	pattes puissantes ; vivait entre terre et eau
Rodhocetus	≈ 47 Ma	pattes plus courtes ; doigts des pattes avant terminés par de petits sabots
Basilosaurus	≈ 40 Ma	jusqu’à 18 m de long ; minuscules pattes arrière qui ne servaient pas à marcher

Document 3 — L’ADN. La comparaison de l’ADN montre que le plus proche parent actuel des baleines est l’hippopotame, un mammifère dont les doigts se terminent par des sortes de sabots.

1. D’après le document 1, la baleine est un .
Elle allaite ses petits : c’est un mammifère, même si elle vit dans l’eau.
2. La nageoire de la baleine et la patte avant de Pakicetus ont la même organisation : ce sont des organes .
Mêmes os à la même place : organes homologues, hérités d’un ancêtre commun.
3. Combien de millions d’années séparent Pakicetus et Basilosaurus ?
50 − 40 = 10 millions d’années.
4. De Pakicetus à Basilosaurus, quelles pattes deviennent minuscules ? les pattes
Document 2 : les pattes arrière de Basilosaurus ne servaient plus à marcher ; il en reste de petits os chez les baleines (document 1).
5. Les sabots de Rodhocetus et ceux de l’hippopotame sont un caractère partagé : un indice de .
Un caractère hérité partagé est un indice de parenté, ce que confirme l’ADN (document 3).

Problème 5 · Qui sont nos plus proches cousins ?★★★Difficile

Document 1 — Caractères de six primates (✓ = l’espèce possède le caractère).

Espèce	poils et mamelles	pouce opposable	coccyx, pas de queue
lémurien	✓	✓
macaque rhésus	✓	✓
gibbon	✓	✓	✓
gorille	✓	✓	✓
chimpanzé	✓	✓	✓
être humain	✓	✓	✓

Document 2 — Différences dans des passages d’ADN entre l’être humain et trois grands singes (Chen et Li, 2001).

Espèce	chimpanzé	gorille	orang-outan
Différences avec l’humain	1,24 %	1,62 %	3,08 %

1. Combien d’espèces du document 1 sont des hominoïdes ?
Gibbon, gorille, chimpanzé et être humain ont un coccyx : 4 hominoïdes.
2. Le document 1 ne permet pas de départager le gorille et le chimpanzé : ils partagent avec l’humain le même nombre de .
Tous deux partagent les trois mêmes caractères avec l’humain : il faut un autre document.
3. D’après le document 2, le plus proche parent de l’humain est le .
Le chimpanzé a le moins de différences (1,24 %).
4. Quel pourcentage de ces passages d’ADN est identique entre l’humain et le gorille ? %
100 − 1,62 = 98,38 %.
5. L’orang-outan s’est séparé de la lignée humaine plus tôt ou plus tard que le gorille ? plus
Plus de différences (3,08 % contre 1,62 %) : un ancêtre commun plus ancien. L’orang-outan s’est séparé plus tôt.

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