1. Deux définitions de l'évolution

Évolution et Diversité du Vivant (101-NYA-05)

Source Bernadette Féry

Automne 2007

Chapitres 22 et 26 Campbell, 3

édition

L’ÉVOLUTION SELON DARWIN ET LA DATATION DES FOSSILES

Cours 8

1. Deux définitions de l'évolution

Transformation des êtres vivants avec le temps, engendrant l’apparition de nouvelles espèces et la disparition des anciennes.

Processus qui a transformé les formes primitives de vie en la stupéfiante diversité qui la caractérise de nos jours.

Chaque individu d’une espèce est une copie imparfaite d’un modèle parfait et immuable appartenant au monde des idées.

Conception du monde où l'évolution est impossible puisque tout est parfait ! 2. Les théories explicatives de la vision du monde « avant Darwin »

Pose l'existence de deux mondes :

un monde réel, idéal et éternel et un monde illusoire et imparfait perçu par les sens.

Platon IDÉALISME OU

ESSENTIALISME

Platon (427 av. J.-C. - id., 348 av. J.-C.)

Son élève Aristote Lire sa bibliographie

Dans cette vision du monde qui a dominé la pensée judéo-chrétienne jusqu’au XIX^e siècle, les espèces permanentes et parfaites n'évoluent pas.

Ne reprend pas le dualisme platonicien mais les espèces sont éternelles.

S'attache

S'attache àà classer classer les formes deles formes de vie selon une

vie selon une ééchelle de complexitchelle de complexitéé croissante.

croissante.

Chaque forme de vie occupe un rang et tous les rangs sont occupés.

ÉCHELLE DE LA NATURE

Aristote (384 av. J.-C. - 322 av. J.-C. ) (Philosophe Grec, disciple de Platon)

Aristote

1

Dieu a créé les espèces de manière individuelle et définitive, en 6 jours.

Les espèces « définitives » n'évoluent pas.

LE CRÉATIONNISME

Récit de la création dans l'Ancien Testament (Culture judéo-chrétienne)

James Ussher (1580-1655)

Pasteur anglican et primat d’Irlande

Annales veteris testamenti, a prima mundi origene deducti!(Annales de l ’Ancien Testament, retracées depuis l’origine du monde :1658)

Dieu a créé le monde le dimanche 23 octobre 4004 av.

J.-C. à midi. Vision fixiste du monde inspirée de la Bible

Un colloque sur "création et évolution" au Vatican

Le pape Benoît XVI

Lettre de Jean-Paul II (1996)

… l’évolution est plus qu’une simple hypothèse …

L'église catholique via Jean-Paul II a reconnu en 1994 l'évolution mais pas le darwinisme car cette théorie ne permet pas de fonder une morale. C'est ici qu'on touche au point sensible des théories de l'évolution, en plus d'expliquer des faits biologiques, elles touchent à des questions métaphysiques. « D'où venons-nous ? » (Extrait)

Le débat «créationnistes évolutionnistes» s’est modifié. La théorie du dessein intelligent ne nie pas l'évolution mais stipule qu'elle est gouvernée par une intelligence supérieure. (Extrait)

Pas de place pour l’évolution dans cette vision du monde ! C’est en ce sens que Carl Carl von von LinnLinnéé a développé le système taxinomique (système de classification des espèces).

Encore en usage aujourd’hui.

Chaque espèce est parfaitement adaptée à son milieu.

(Perfection de la création.) Son principal objectif :

Classer les espèces afin de révéler les degrés de l’échelle le long de laquelle Dieu a disposé la vie (pour révéler la gloire de Dieu et comprendre ses dessins).

LE NATURALISME OU THÉOLOGIE NATURELLE Théorie à laquelle se rattache la plupart des naturalistes européens et américains des années 1700.

LE CATASTROPHISME Georges Cuvier (1769-1832)

Père de la paléontologie (la science qui étudie les fossiles)

Source

Les fossiles sont les vestiges ou les empreintes

d'organismes anciens conservés dans la roche

sédimentaire. Campbell : 477 (3^eéd.) — Figure 22.3

Trilobites

2

La roche sédimentaire est formée de sédiments accumulés avec le temps et compressés par leur propre poids.

Campbell : 477 (3^eéd.) — Figure 22.3 Stratification de la roche sédimentaire dans le Grand Canyon

À travers les époques, la vitesse ainsi que les matériaux de sédimentation (sable, boue, cendres volcaniques…) varient.

C’est pourquoi l’on distingue des strates sédimentaires correspondant à ces différentes périodes. Ces strates sont plus ou moins riches en fossiles et les strates les plus profondes contiennent les fossiles les plus vieux.

Encadré par des massifs anciens (Central au sud, Armoricain à l’ouest, Ardennais au nord-est et Vosgien à l’est), le bassin Parisien est constitué d'auréoles relativement concentriques témoins d'une histoire géologique particulière : celle d'une sédimentation marine importante et régulière débutée dès le Trias et qui se prolongera jusqu'au début de l’Ère Tertiaire.

Cuvier a étudié les strates sédimentaires du bassin parisien

Source

Une description du bassin parisien

Source

Un résumé simple de sa formation

Les observations géologiques attendues par Cuvier

Comme Cuvier croyait que les espèces avaient été créées dès le début des temps, fixes et immuable, il s'attendait à retrouver des fossiles de toutes les espèces actuelles, et ce, dans toutes les strates sédimentaires. Mais …

Les faits contradictoires constatés par Cuvier

Les fossiles récents ressemblent aux espèces

actuelles.

Plus on descend dans les strates plus les fossiles sont différents des espèces actuelles.

Dans certaines strates il n'y a pas de fossiles.

Ces archives géologiques montraient de toute évidence que la flore et la faune de la terre avaient changé au cours du temps.

Cuvier ne croyait pas à l’évolution des espèces. Il a donc inventé la théorie du catastrophisme pour expliquer ces bizarreries !

Des catastrophes (sécheresse, inondations …) auraient entraîné l’extinction d’espèces et le repeuplement par la suite d’espèces périphériques à la zone catastrophée.

Pas de place pour l’évolution dans cette vision du monde !

3

La terre change profondément suite à l’accumulation de petits

changements qui se produisent de façon lente mais continuelle. Ainsi, les canyons sont creusés lentement par l’action ininterrompue des fleuves.

Source Dans cette vision, on progresse vers la notion

d'évolution ! LE GRADUALISME

James Hutton (1726-1797)

Géologue et chimiste écossais, père de la géologie

Pour lui, la Terre est amenée à se renouveler

éternellement. Le relief, lentement attaqué par l'érosion, fournit le fond des mers en sédiments qui vont fondre en partie sous l'effet de la chaleur souterraine, recristalliser et resurgir des profondeurs pour former de nouvelles montagnes. Le granite en sous-sol n'est pas la roche 'originelle' mais une roche jeune. Ce cycle, répété sur des millions d'années, assure "une succession de mondes"... Source

Lyell affirmait que les formations rocheuses apparaissaient lentement, se transformaient puis disparaissaient par l’érosion. Comme tous les scientifiques de son temps, Lyell pensait que les espèces sont « immuables » dans leurs

caractéristiques anatomiques et physiologiques. Mais il estimait que si les conditions du milieu changeaient, il était possible que les espèces devenues inadaptées périssent, comme pourrait le faire une espèce, normalement adaptée à un climat tempéré et humide, soumise à un climat chaud et sec. D'une certaine manière, Lyell était évolutionniste.

S’appuie sur le gradualisme d’Hutton.

Non seulement la terre change profondément suite à l’accumulation de petits changements sur de longues périodes de temps mais, les

changements géologiques s’équilibrent avec le temps.

Lyell expose sa théorie dans son ouvrage « Les principes de géologie», publié entre 1830 et 1833 et révisé régulièrement jusqu’à sa mort.

L’UNIFORMITARISME

Charles Lyell (1797-1875) Géologue anglais

Source

D’une certaine façon, il est évolutionniste.

3. Le concept évolutionniste existe depuis longtemps

Pour Aristote, la plupart des philosophes de l’Antiquité, et plus près de nous pour le grand savant suédois Linné, les espèces étaient éternelles et immuables : c’est la théorie du fixisme.

Cependant, l’idée de la transformation des êtres à partir d’une souche commune remonte à l’Antiquité : Thalès (625-547 av. J.C.), Anaximandre de Milet (610-547 av. J.C.) et Empédocle d’Agrigente (495-435 av. J.C.).

Pendant la renaissance, les idées évolutionnistes de ces précurseurs grecs étaient connues. Le philosophe italien Lucilio Vanini (1586-1619) suggère le passage d’une espèce à l’autre : l’Inquisition le condamne en 1619 à Toulouse à avoir la langue tranchée et à être brûlé vif. Avec de telles méthodes, c’est évidemment le fixisme qui perdure.

Maupertuis (1698-1759), un géographe malouin, s’opposait au préformisme et même au créationnisme.

Buffon (1707-1788) publie sa Théorie de la Terre où il conçoit une succession de flores et de faunes différentes des nôtres. Ses idées lui valent en 1751 une condamnation en seize propositions par la Sorbonne ; prudent, il se rétracte mais récidive en 1778. « Il ne serait pas impossible que, même sans intervertir l’ordre de la nature, tous les animaux du nouveau monde ne fussent dans le fond les mêmes que ceux de l’ancien, desquels ils auraient autrefois tiré leur origine. »

4. La première théorie explicative de l'évolution : le lamarckisme

• Dit « Chevalier de Lamarck »

• Naturaliste français.

• Responsable des collections d'invertébrés au musée d'histoire naturelle de Paris.

• Le premier à affirmer publiquement le concept de l'évolution des espèces et à élaborer un modèle pour l'expliquer.

• Publie sa théorie en 1809 dans son livre : Philosophie zoologique (livre en ligne)

Source

Invente les mots : invertébrés, vertébrés et biologie et, précise le sens du mot fossile.

Jean-Baptiste de Monet (sa biographie) (1744-1829)

4

Affirmation du concept de l’évolution

Sa théorie du « transformisme »

Mécanisme explicatif de l’évolution (de Lamark)

1. Les changements du milieu engendre de nouveaux besoins chez un organisme.

2. Ces besoins entraînent le développement des organes utilisés et la régression des organes non utilisés. (Usage et non usage) 3. Les caractères acquis de la sorte se transmettent aux

descendants. (Hérédité des caractères acquis)

4. L’espèce se transforme graduellement en s’adaptant au milieu.

Explication du mécanisme Les organismes se transforment

…« mus par un besoin intérieur (une force interne) à atteindre des formes de plus en plus complexes et parfaitement adaptées à leur milieu ».

Les organismes se transforment grâce à l'hérédité des caractères acquis par l’usage ou perdus par le non-usage, sous la pression du milieu.

Explication de l’évolution du cou de la girafe (selon Lamarck)

Les girafes sont adaptées à la hauteur de leur nourriture.

1. Le milieu engendre des besoins À cause d’un changement dans le milieu, les feuilles sont plus hautes dans les arbres.

3. Transmission des modifications Les girafes transmettent ce caractère (acquis au cours de leur vie) à leurs descendants.

4. Adaptation au milieu Avec le temps, l’espèce s’adapte à son milieu en devenant de plus en plus allongée.

2. Modification des organes Les girafes s’étirent pour les atteindre. Le cou et les pattes s’allongent durant leur vie.

Les girafes sont adaptées à la hauteur de leur nourriture.

Ce qui fait croire à Lamarck que les espèces se transforment ?

!Ne réussit pas à convaincre ses contemporains que l'évolution existe.

(Ridiculisé par Cuvier sur l’hérédité des caractères acquis.)

!Reconnaît que l’évolution constitue la meilleure explication des lignées chronologiques de fossiles.

!Reconnaît que la terre est très vieille, bien plus que les 6000 ans de la croyance populaire de l’époque.

!Reconnaît que l’adaptation est un produit de l’évolution.

Bilan de ses travaux

Ce sont les observations qu’il a faites sur les fossiles d’Invertébrés du musée d’histoire naturelle de Paris. En comparant ces fossiles aux espèces modernes, il a cru déceler des lignées menant aux espèces modernes.

Les espèces anciennes « analogues » aux espèces actuelles étaient en fait, soutenait-il, les mêmes espèces « changées par le temps et les circonstances ».

• Naturaliste anglais.

• Études en médecine (qu’il abandonne) puis en théologie et en sciences naturelles.

• À 22 ans (1831), il s’embarque comme naturaliste sur le Beagle pour un voyage de 5 ans autour de l’Amérique du Sud et de l’Archipel des Galápagos.

• De retour de voyage il réfléchit sur ses observations, publie des ouvrages et conçoit sa théorie de l'évolution.

• Publication de sa théorie de l'évolution en 1859 dans son livre : De l'origine des espèces (livre en ligne)

Source

5. La deuxième théorie explicative de l'évolution : le darwinisme (wallanisme)

Charles Darwin (sa biographie) (1809-1882)

5

Affirmation du concept de l’évolution

Sa théorie de la « descendance modifiée

Source

Darwin s’est aidé de la classification de Linné pour prouver la descendance modifiée.

Les humains et les grenouilles partagent beaucoup moins de caractéristiques car ils sont issus d'un ancêtre commun qui a divergé il y a fort longtemps.

Les humains et les singes partagent beaucoup de caractéristiques car ils sont issus d'un ancêtre commun qui a divergé relativement récemment.

• c’est pourquoi ils se ressemblent, car ils dérivent d'un prototype ancestral ayant vécu dans un lointain passé.

(Unité)

• c’est pourquoi ils diffèrent, car ils ont accumulé, au fil du temps, des modifications pour s'adapter à divers milieux. (Diversité) Les organismes ont une descendance modifiée (évoluent) :

Mécanisme explicatif de l’évolution (de Darwin)

La descendance d’une espèce est trop nombreuse pour les ressources du milieu, il y a lutte pour la survie.

Campbell : 472 (2^eéd.) — Figure 22.8 Une vesse-de- Loup libère des millions de spores

Les ressources naturelles limitées empêchent les populations de s'accroître indéfiniment.

Sans limitation, une population s’accroît de façon exponentielle.

Un couple d'éléphants peut engendrer 19 millions d’individus en 750 ans. Une morue peut pondre plus de 6 millions d’œufs.

Il y a des variations entre les individus et celles-ci sont héréditaires. Nous ne sommes pas tous égaux.

La coccinelle asiatique

Campbell : 473 (2^eéd.) — Figure 22.9 Source

1

2

L’espèce s’adapte à son milieu.

Les individus qui présentent les meilleures variations par rapport au milieu se reproduisent plus que les autres et

transmettent leurs caractères favorables. Les individus ayant les moins bonnes variations sont éliminés via un facteur de sélection naturelle (ici, les

oiseaux). ^{Un facteur}

sélectif

L’espèce se modifie graduellement par accumulation des caractères favorables au fil des générations.

Source

3

4 5

Moutarde sauvage Une variété de choux par sélection de caractères avantageux.

Campbell : 474 (2^eéd. Française) — Figure 22.11b

Darwin s’est aidé de la sélection artificielle (dans l'élevage et la culture) pour illustrer la puissance de la sélection naturelle en tant que force évolutive

6

Explication de l’évolution du cou de la girafe (selon Darwin)

Les girafes sont adaptées à la hauteur de leur nourriture.

Les girafes sont adaptées à la hauteur de leur nourriture.

2. Sélection naturelle

Si la nourriture est haute dans les arbres (facteur sélectif), les plus grands (cou et pattes) ont plus de chances de survivre.

1. Variation biologique

Il existe dans une population de girafes, diverses longueurs de cou et de pattes.

3. Succès reproducteur

Ils se reproduisent plus que les autres et transmettent leurs gènes avantageux à leurs descendants. De génération en génération, il y a SÉLECTION des plus grands.

4. Adaptation au milieu

Avec le temps, l’espèce s’adapte à son milieu en devenant de plus en plus allongée.

Ce qui amène Darwin à penser que les espèces se modifient ? 1. Ses observations faites au cours de son voyage sur :

• Les adaptations.

• La biogéographie

• La paléontologie

• Les espèces endémiques.

2. La lecture du livre de Lyell alors qu’il était encore en voyage : Principes de géologie. Idée générale du livre : La géologie de la terre de même que sa flore et sa faune changent graduellement avec le temps.

3. La lecture du livre de Malthus : Essai sur les populations. Idée générale du livre : Toute population s'accroît plus vite que les ressources du milieu (lutte pour la survie).

Départ et arrivée

5 semaines dans les îles Galápagos

Son voyage de « 5 ans » sur le Beagle. Il étudie la géologie des îles et des continents. Il collectionne les spécimens et les fossiles rencontrés.

Campbell : 479 (3^eéd.) — Figure 22.5

1- Les adaptations. Il constate que les végétaux et les animaux sont adaptés à leurs milieux : adaptations à la jungle, à la pampa argentine, à la …

« Les espèces qui survivent ne sont pas les espèces les plus fortes, ni les plus intelligentes, mais celles qui s'adaptent le mieux aux

changements.» Charles Darwin / 1809-1882

2- La biogéographie ou

distribution géographique des espèces. Il constate que les espèces géographiquement proches se ressemblent bien plus que les espèces plus éloignées, tout habitat confondu.

Par exemple, les animaux et les végétaux vivant dans les régions tempérées de l'Amérique du Sud ressemblent plus à celles des régions tropicales de ce continent qu'à celles des espèces des régions tempérées d'Europe.

Les observations qu’il fait durant son voyage

7

3- La paléontologie ou étude des formes fossiles. Il voit que les restes fossiles des espèces éteintes

ressemblent aux espèces actuelles.

Exemples :

! Un de ses fossiles (Amérique du Sud ) présente une carapace et une forme semblables à celles du tatou actuel, si ce n'est qu'il devait être beaucoup plus grand.

! Un fossile ressemble au paresseux.

! Un autre fossile ressemble au fourmilier.

Serait-ce possible que les espèces ayant vécu autrefois dans la pampa soient les ancêtres des espèces actuelles ?

4- Les espèces endémiques (espèces strictes à une région donnée). Il remarque que la plupart des espèces vivant sur les îles

Galápagos ne se trouvent nulle part ailleurs bien qu'elles ressemblent à celles vivant sur le continent sud- américain. …

Comme si l'archipel avait été colonisé par des plantes et des animaux qui s'étaient écartés du continent puis diversifiés dans les îles. …

13 grandes îles, 17 petites îles et nombreux îlots nés d'éruptions volcaniques (source)

Archipel des Galápagos (province de l'Équateur), à environ 960 Km à l’ouest de l’Amérique latine

Tortue géante

Iguane marine Otarie des Galápagos

Trois espèces endémiques des îes Galápagos (source)

1. Dès son retour, il étudie ses spécimens et commence à élaborer sa théorie.

2. À la même époque, d’autres scientifiques remettent en cause le catastrophisme et le fixisme.

3. Au début des années 1840, il formule les points principaux de sa théorie de l'évolution par la sélection naturelle mais il ne publie pas ses travaux.

4. En 1844 il rédige un essai sur l'origine des espèces mais il retarde sa publication car il en connaît le caractère subversif. Les croyances de l’époque en la création divine d’un seul jet sont fortes. Il a peur des réactions.

5. En 1858, il reçoit le manuscrit d'Alfred Wallace qui formule la même théorie que lui.

Darwin va-t-il perdre l'antériorité de sa découverte ?

6. Juillet 1858 : Lyell et l’un de ses collègues présentent des extraits de l'essai inédit de Darwin (de 1844) de même que le manuscrit de Wallace à la société linnéenne de Londres.

7. La plus grande part de la découverte revient à Darwin car sa théorie date de 15 ans avant celle de Wallace (en preuve, ses carnets de voyage) et est étayée avec infiniment plus de détails.

8. 1858 : Publication officielle de la théorie (cosignée Darwin-Wallace).

9. 1859 : Publication du livre de Darwin « De l'origine des espèces par sélection naturelle ».

10. (10) plus tard, la plupart des biologistes adhèrent à la théorie de l'évolution.

Formulation de sa théorie et ses hésitations

Naturaliste anglais.

Même cheminement que Darwin (voyage aux Indes orientales et lecture des mêmes livres).

Rédige en trois jours un manuscrit dans lequel il présente la même théorie que Darwin.

Alfred Wallace (sa biographie) (1823-1913)

Alfred Wallace : mêmes conclusions que Darwin ^Source

Philippines Vietnam

Thailande

Malaisie

L'archipel indonésien est une zone de transition faunistiques et floristiques délimitée par la ligne Wallace à l’ouest et la ligne Weber à l’est. À l'ouest de cette ligne, la faune et la flore sont de caractère eurasien (éléphants, rhinocéros, lémuriens) et à l'est elles sont de caractère australien (marsupiaux). (Source)

8

! Tous croyaient à l’évolution.

! Tous croyaient à l’adaptation des organismes à leur milieu comme résultat de l’évolution.

! Leur mécanisme explicatif de l’évolution était différent.

Lamarck expliquait l'évolution par la transmission des caractères acquis par l'usage ou le non usage.

Concept de l’évolution Non accepté

Mécanisme Non accepté

Bilan du travail de Lamarck, Darwin et Wallace

Darwin et Wallace expliquaient l’évolution par la sélection naturelle des individus les plus aptes dans leur milieu.

Concept de l’évolution Accepté Non accepté Mécanisme

Ce ne sont pas les individus mais les populations qui évoluent.

6. Subtilités de la sélection naturelle

Les unités de l’évolution sont les populations

Un exemple classique de sélection naturelle : le mélanisme industriel

Source (UDL9_18_05.jpg)

Les phalènes, individuellement, n’ont pas évolué ; elles n’étaient que mangées ou non par les oiseaux.

Avec le temps, la population est devenue « mélanique ».

Population

Groupe d'individus interféconds appartenant à une espèce donnée et occupant une même zone géographique.

Jusqu’en 1848 (Angleterre), les arbres sont de couleur pâle à cause de la présence des lichens sur leur tronc. Tous les spécimens de papillons (ou presque) sont de forme pâle car c’est un bon camouflage.

Durant la révolution industrielle, les arbres sont devenus sombres à cause de la suie et de la mort des lichens.

Les papillons pâles, devenus trop visibles, ont été mangés par les oiseaux (facteur sélectif) tandis que les individus sombres, mieux camouflés, ont survécu et ont transmis leurs gènes à leurs descendants.

Ainsi, la quantité de gènes mélaniques a augmenté graduellement, dans la population, au cours des générations successives.

La sélection naturelle peut s’inverser

Une bonne adaptation apparue suite à un facteur sélectif peut devenir inutile voire nuisible si le milieu change car elle devient « inadaptée».

Un exemple classique d’inversion de sélection naturelle : le blanchiement des phalènes

Avec le temps, la population a repris sa forme claire, une forme plus adaptée à son environnement.

Depuis la révolution industrielle, après 1848 (Angleterre), les arbres sont sombres et les spécimens de papillons sont presque tous de forme foncée.

Dans les années 1950, la Grande Bretagne adopte une législation anti-pollution (the Clean Air Acts) qui a pour effet de réduire les émission de suie et de SO₂. Les arbres sont redevenus pâles à cause de la réapparition des lichens.

(Source)

Les formes mélaniques, moins adaptées, se sont fait manger plus que les autres tandis que les individus pâles, mieux camouflés, ont survécu et ont transmis leurs gènes. La quantité de gènes «pâles» a repris le dessus, au cours des générations successives.

Source (UDL9_18_05.jpg)

7. L’évolution via la sélection naturelle est encore à l’oeuvre

Développement d’insectes résistants aux insecticides

De «méchants insectes» qui détruisent les récoltes.

INSECTICIDE

Que va-t-il arriver à cet insecte ?

Touts morts sauf un qui a un gène qui lui permet de résister à l’insecticide.

9

8. L’évolution encore à l’œuvre aujourd’hui

Que va-t-il arriver à cette bactérie ?

Toutes mortes sauf une qui a un gène qui lui permet de résister à l’antibiotique.

De «méchantes bactéries» qui nous rendent malades.

ANTIBIOTIQUE

Développement des bactéries résistantes aux antibiotiques

9. Les preuves de l'évolution

Faits qui tendent à démontrer que les organismes dérivent de formes primitives (ascendance commune)

A. L’homologie : ressemblance entre les organismes à cause de leurs ancêtres communs

• Preuves anatomiques : anatomie comparée, organes vestigiaux, organismes mosaïques

• Preuves embryologiques

• Preuves moléculaires

• Homologies et taxinomie B. La biogéographie

C. Les archives géologiques Trois types de preuves :

A- L’homologie :

les homologies anatomiques «anatomie comparée»

Humérus Radius Cubitus Les membres antérieurs des vertébrés sont sur le même plan.

Campbell : 486 (3^eéd.) — Figure 22.14

Humain Chat Baleine Chauve-souris

Les petits organes régressifs laissent voir qu’ils ont déjà servi au cours de l’évolution mais qu’ils ne servent plus !

Les baleines ont des petits os inutiles dans la région de la hanche car leurs ancêtres avaient des pattes.

Source

A- L’homologie :

les homologies anatomiques «les organes vestigiaux»

Os de la hanche

Os de la hanche

10

Les humains ont un coccyx car leurs ancêtres avaient une queue.

Les humains ont un repli semi- lunaire car leurs ancêtres reptiliens ont une troisième paupière.

Des organes vestigiaux chez l’humain !

Les humains ont un appendice car leurs ancêtres avaient un caecum empli de bactéries pour digérer la cellulose (comme certains herbivores actuels).

(Source)

Les organismes mosaïques ont des caractères appartenant à divers embranchements évolutifs.

L’ ORNITHORYNQUE présente des caractères aviens (bec et pattes de canard, pond des œufs, présence d’un cloaque) , reptiliens (pond des œufs, présence d’un cloaque) et mammaliens (poils et glandes mammaires donc lait et

allaitement). Source

A- L’homologie :

les homologies anatomiques «les organismes mosaïques»

Source

Les embryons de vertébrés se ressemblent parce qu’ils ont une ascendance commune. Tous les embryons des vertébrés ont des sacs branchiaux et une queue. Les sacs branchiaux sont à l’origine des trompes d'Eustache des humains et des branchies des poissons.

Source

A- L’homologie : les homologies embryologiques

Sacs branchiaux

Tous les vertébrés ont de l’hémoglobine (Hb). Elles se ressemblent d’autan plus que la distance évolutive est plus petite.

Les différences entre les molécules permettent d’apprécier la distance évolutive qui les sépare.

8, entre humain et singe 27, entre humain et souris 45, entre

humain et oiseau

125, entre humain et lamproie 1 acide aminé de

différent dans les hémoglobines humaines (en moyenne)

67, entre humain et grenouille

A- L’homologie : les homologies moléculaires

«les meilleures preuves car elles sont précises »

11

La classification du vivant (taxinomie) donne une image miroir des homologies.

Campbell : 688 (3^eéd.) — Figure 32.11

A- Les homologies et la taxinomie

Les homologies récentes sont situées dans les dernières ramifications de l’arbre de

classification tandis que les homologies anciennes sont à sa base.

Structures homologues Ont la même origine évolutive mais pas nécessairement les mêmes fonctions (par évolution divergente).

Structures analogues

N’ont pas la même origine évolutive mais peuvent avoir les mêmes fonctions (par évolution convergente).

A- Les homologies et la taxinomie :

Les structures homologues reflètent les liens évolutifs (phylogénie) mais pas les structures analogues

S

S S

Leurs ailes sont des structures homologues ou analogues ?

Homologues

S

Analogues

Leurs feuilles modifiées sont des structures homologues ou analogues ?

Feuilles colorées du Poinsettia

Épines du cactus Feuilles

« mâchoires » Feuilles

« sacs »

Source

Homologues

12

Ces organismes vivent sur sur les rivages rocheux des océans. Leur organisation interne est profondément différente. (Source)

Leurs coquilles sont des structures homologues ou analogues ?

Analogues

Homologues ou analogues ?

Analogues

Homologues

Source

Source Cactus «Africain»

Cactus « Américain»

Ils se ressemblent beaucoup avec leur tige charnue et leurs épines mais ils diffèrent profondément dans leur organisation interne.

Structures homologues ou analogues ?

Source

Analogues

Un placentaire volant

Un marsupial volant Ils se ressemblent beaucoup mais leur mode de reproduction est profondément différent.

Homologues

Campbell, figure 34.3, p. 764, 2e éd.

« L’os jaune » de la mâchoire reptilienne s’intègre à l’oreille

interne chez les mammifères. Les espèces d’une même région se ressemblent, même si elles se sont adaptées à d’autres habitats, car elles ont des ancêtres communs. Ces espèces peuvent, cependant, ressembler à des espèces d’autres continents du fait de l’évolution convergente.

Les faunes de l'Amérique du Sud, de l'Afrique du Sud et de l'Australie ne sont pas composées des mêmes animaux parce qu’elles sont issues d’espèces ancestrales différentes.

Les lémurs ne se retrouvent qu'à l’île Madagascar (Océan Indien).

Les marsupiaux se retrouvent en Australie.

Les singes platyrrhiniens sont en Amérique du Sud

B- La biogéographie.

13

Source

Les tortues des îles Galápagos ont différents motifs de carapace.

Les îles Galápagos sont habitées de variétés distinctes de tortues géantes bien qu'elles se ressemblent énormément car elles dérivent d’un ancêtre commun (issu du continent).

Un autre exemple de preuve biogéographique

Les fossiles sont les archives du vivant conservées dans les couches géologiques tandis que la paléontologie est la science qui étudie ces fossiles.

Fossiles et paléontologie

L’ordre chronologique des fossiles prouve l’évolution

L’ordre chronologique des fossiles retrouvés dans les strates sédimentaires correspond au principe de l'évolution dans lequel les espèces dérivent les unes des autres tout en se complexifiant.

Poissons Amphibiens

Reptiles Mammifères et oiseaux

Les plus anciens fossiles connus sont des procaryotes

C- Les preuves paléontologiques

Les fossiles de transition, formes intermédiaires « chaînons manquants» prouvent l’évolution en reliant le présent au passé

Les baleines dériveraient probablement de mammifères herbivores (lignée des moutons, vache, chameau, porc, hippopotame, cerf…) ayant vécu sur la terre ferme il y a environ 55 millions d’années.

Les Basilosaurus ont conservé de leurs lointains ancêtres deux minuscules pattes arrière qui leur permettaient de souder leurs longs corps pendant l'accouplement.

Les baleines actuelles n’ont pas de pattes arrières visibles à l’extérieur du corps.

Campbell : 488 (3^eéd.) — Figure 22.18

Archeopteryx lithographica

Petit dinosaure carnivore de la taille d’un pigeon Découvert dans une carrière calcaire, en Allemagne (1855) Avait des plumes

Vivait il y a 150 ma

Une

reconstitution Les oiseaux dériveraient probablement de petits dinosaures carnivores ayant vécu il y a environ 150 millions d’années.

Depuis 1996, des sortes de plumes fossilisées ont été retrouvées en Chine sur de petits théropodes très bien conservés, dont deux dromaeosauridés : Sinornithosaurus « lézard oiseau de Chine » et Microraptor « petit voleur »

Sinornithosaurus fossil Vivait au crétacé supérieur Environ 70 ma

14

Sahelanthropus tchadensis Homme de Toumaï Découvert le 19 juillet 2001

Toumaï vivait au bords du lac Tchad dans un environnement mixte ( marécages, savane, zones boisées et prairies). Aujourd'hui la région (Djourab) est un désert ou les anciennes couches de sédiments sont mises à nue par le vent. De nombreux animaux ont été retrouvés dans des couches géologiquement contemporaines de Toumaï : poissons-tigres, crocodiliens, hippopotames ...

Les plus vieux hominidés auraient 7 ma ?? Extrait de cet excellent site : http://www.hominides.com

1.15 à 1.25m Poids : 23 - 35 kg

Bonobo Chimpanzé

Gorille

Orang-outan

À l’époque Éocène (54-34 ma), l’ancêtre du cheval était gros comme un renard et prenait appui sur quatre doigts.

Depuis 2 ma, le cheval est gros comme un orignal et prend appui sur un seul doigt.

Les lignées généalogiques de fossiles prouvent l’évolution

Source

Horse Evolution

34-24 ma Hyracotherium

Campbell : 523 (2^eéd.) — Figure 24.24

2 pieds 15 lbs, -50 ma, Amérique du Nord, Herbivore 54-34 ma

24-5.3 Ma 5.3-2.5 Ma

Miohippus 2.5-0.01 Ma

10,000 ans

10. La formation des fossiles et leur datation

Formation d’un fossile

L'organisme (ou son empreinte) doit être recouvert d'un matériau favorable à sa conservation : sable, limon, cendres volcaniques, glace, résine, milieu acide des tourbières…

Un extrait d'un diaporama de l'université Laval

Un dinosaure meurt sur le bord d'un cours d'eau.

The Virtual Fossil Museum

Une crue saisonnière submerge la carcasse qui est rapidement recouverte de sédiments entraînés par les eaux.

La chair se décompose ne laissant que le squelette.

Lentement, au cours de millions d'années, la matière osseuse est remplacée par des minéraux dissous dans le sol. Le squelette se minéralise.

L'érosion peut éventuellement exposer le squelette minéralisé.

15

Fossiles minéralisés et fossiles organiques

Fossiles les plus abondants car ils contiennent des parties dures qui persistent très longtemps comme les os et les dents de vertébrés ou les coquilles d'invertébrés

Fossiles minéralisés

Fossiles rares car les tissus organiques se dégradent rapidement

Fossiles organiques ^Scorpion

dans une goutte de résine durcie et devenue de l’ambre.

Campbell : 528 (2^eéd.) — Figure 25.1

Fossiles minéralisés ou organiques ? Dents de T- Rex

Homme de Tollund Environ 220 av. J.-C.

Retrouvé dans des tourbières acides.

Source

Oeufs de dinosaure

Source

Organiques

Organiques Minéralisés

Minéralisés

Arbre pétrifié (sa matière organique a été remplacée par des sels minéraux le rendant dur comme de la pierre).

Campbell : 528 (2^eéd.) — Figure 25.1

Mammouths vieux de 20 000 ans, bisons et autres mammifères retrouvés dans la glace.

(Mammouth Jarkov ; 1997) Source

Minéralisés Organiques

Traces de dinosaures Campbell : 528 (2^eéd.) — Figure 25.1

Minéralisés

Cette feuille de - 40 ma.

Organiques

Moulage de Brachiopodes Les organismes enfouis peuvent se décomposer et laisser des moules qui se remplissent des minéraux dissous dans l'eau. Les moulages qui se forment sont des répliques des organismes en question.

Minéralisés

Os de dinosaure retrouvé dans des roches

sédimentaires au Colorado.

Campbell : 528 (2^eéd.)

— Figure 25.1

Minéralisés

Les archives géologiques sont incomplètes pour plusieurs raisons 1. L’organisme doit mourir dans des conditions

favorables à sa fossilisation.

2. La strate contenant le fossile doit échapper aux mouvements géologiques.

3. Un processus d’érosion doit ramener le fossile à la surface.

4. Le fossile doit être découvert.

Geological Time

Site du musée des fossiles

Ce fossile, plus récent, est de l’époque ???

Ce fossile, plus ancien, est de l’époque ???

La datation relative d’un fossile consiste à déterminer son âge approximatif en observant la strate sédimentaire dans laquelle il se trouve.

Notions de bases sur les radio-isotopes

Un radio-isotope se désintègre à un rythme constant.

La demi vie d’un radio isotope est le temps qu’il faut pour désintégrer la moitié de sa quantité initiale en une autre substance.

Les radio-isotopes à longues demi vie permettent de dater les fossiles les plus vieux.

Phosphore 32 Tritium Carbone 14 Potassium 40 Uranium 238

14,3 jours 12,3 ans 5 600 ans

1,3 milliards d’années 10 milliards d’années

14 C Demi-vie de quelques radio-isotopes :

La datation absolue d’un fossile consiste à déterminer son âge en utilisant une méthode basée sur la désintégration de radio-isotopes.

Principe de base permettant la datation au radio-isotope Il faut estimer combien d’isotope radioactif devait contenir

l’organisme à sa mort et mesurer ce qu’il en reste dans son fossile.

Au moment de la mort de l’organisme, la quantité de radio-isotope qu’il contient équivaut à 100% ou 1.

Etc.

1

Demi-vie Quantité de

radio- isotope

Après 4 demi-vies il reste 6,25% de radio-isotope dans le fossile.

1/16 1 * 1 = 1 8 2 16

Un fossile ayant 1/4 de sa quantité initiale de radio-isotope et daté au potassium 40 serait vieux de 2,6 milliards d’années.

Après 3 demi-vies il reste 12,5% de radio-isotope dans le fossile.

1/8 1 * 1 = 1 4 2 8

Après 2 demi-vies il reste 25% de radio- isotope dans le fossile.

1/4 1 * 1 = 1 2 2 4

Après une demi-vie il reste 50% de radio-isotope dans le fossile.

1 * 1 = 1 2 2

1/2

17

1. Dans la nature existent 99% de ¹²C, du ¹³C et du ¹⁴C.

2. Ces isotopes s'incorporent à la masse des organismes via la chaîne alimentaire.

3. Dans un organisme vivant, le ¹⁴C se désintègre spontanément mais il est renouvelé via l'alimentation (ou la photosynthèse) de sorte qu'il y a une certaine quantité de ¹⁴C qui se maintient dans l'organisme.

4. Quand il meurt, son taux de ¹⁴C commence à diminuer car il se désintègre sans être renouvelé.

5. Plus le temps passe, moins il reste de ¹⁴C.

6. Il ne reste qu’à calculer ce qui reste du radio-isotope pour évaluer l’âge du fossile.

Explications du principe de la datation au radio-isotope ¹⁴ C

1- Un fossile âgé de 33 600 ans présente combien de fois moins de carbone 14 qu'à sa mort ?

33 600 ÷ 5 600 = 6 demi-vies

Chaque demi-vie réduit la quantité initiale de moitié.

Réponse : 64 fois moins de radio-isotope 1 x 1/2 x 1/2 x 1/2 x 1/2 x 1/2 x 1/2 = 1/ 64

DONC

1 x 1/ 2

= 1/ 64

Deux problèmes sur la datation au carbone 14

2- Un organisme contient 12 mg de

C. En admettant qu'il va se fossiliser, combien lui restera-t-il de

C dans 33 600 ans (6 demi-vies de 5 600 ans) ?

Après (1) demi-vie (5 600 ans) il ne lui en reste que la moitié soit 6 mg.

Après (2) demi-vies (11 200 ans) il lui reste la moitié de 6 mg soit 3 mg.

Après (3) demi-vies (16 800 ans) il lui reste la moitié de 3 mg soit 1,5 mg.

Après (4) demi-vies (22 400 ans) il lui reste la moitié de 1,5 mg soit 0,75 mg.

Après (5) demi-vies (28 000 ans) il lui reste la moitié de 0,75 mg soit 0,375 mg.

Après (6) demi-vies (33 600 ans) il lui reste la moitié de 0,375 mg soit 0,187 mg.

Réponse :

Il restera 0, 187 mg de

C dans ce fossile.

1/2 x 1/2 x 1/2 x 1/2 x 1/2 x 1/2 = 1/ 64 x 12 = 0, 187 mg 1/ 2

= 1/ 64 x 12 mg = 0, 187 mg

C

FIN

Lectures obligatoires et exercices à faire (édition no 3) Révision du chapitre 22 : p. 489

Révision du chapitre 26 : p. 574, concept 26.2

Retour sur les concepts du chapitre 22 : 22.1, 22.2 et 22.3 Retour sur les concepts du chapitre 26 : 26.2

Autoévaluations du chapitre 22 : 1 à 10 Autoévaluations du chapitre 26 : 5 Intégration du chapitre 22 : 1 et 2

18

Féry / A07 EXERCICES DU BLOC 2 : COURS 8 (DARWIN) - 1 -

Exercices sur le chapitre 22

Exercice 1 : Évolution et fixité des espèces

Les expressions, théories ou concepteurs de ces théories laissent-elles place au concept d'évolution ? 1. Les espèces ne sont pas immuables …………

2. Les espèces sont parfaites ………….

3. Georges Cuvier ………

4. Charles Lyell ………..

5. La forme mélanique s'est accrue dans la population ……….

6. Lamarck ……….

7. Linné …………

8. La fixité des espèces …………

9. Théologie naturelle ………….

Exercice 2 : Schéma de concept sur l’évolution

Complétez à l’aide des mots et expressions suivantes :

Sélection naturelle — phénotypes variés — survie des meilleurs phénotypes donc des meilleurs génotypes

— recombinaison génétique

— augmente la diversité génétique — mutation — adaptation de l'espèce à son milieu — fécondation

aléatoire — génotypes variés

Caractères apparent Variations individuelles

Les bons phénotypes (donc les bons gènes), par rapport au milieu, s’accumulent dans le milieu.

Enjambements (méiose) Assortiments indépendants (méiose)

Inégalité du succès reproductif d'un individu dû à un facteur sélectif de l'environnement (température, nourriture, compétition entre les espèces pour les nids, etc.)

4 .

5 .

7 . 6 .

8 .

Produisent Dépendent

9 .

Exercice 3 : Organes homologues et analogues

a. Les fentes branchiales du requin et les trompes d'Eustache des mammifères sont-elles des organtes homologues ou analogues ?.

b. Les ailes des insectes et des oiseaux ?

c. Les nageoires des baleine et les pattes du chien ?

d. La mâchoire du chien et les pièces buccales d'une mouche

Exercice 4 : Preuve évolutive Identifiez le type de preuve.

a. Un groupe d'espèces affiliées montre une organisation commune.

b. Les êtres vivants sont formés des mêmes types de molécules.

c. D'après les fossiles, l'ancêtre de la baleine ressemblait à un gros chien.

d. Les embryons des vertébrés ont tous une queue.

e. Les mammifères placentaires ne se trouvent qu'en Australie.

19

Féry / A07 EXERCICES DU BLOC 2 : COURS 8 (DARWIN) - 2 - Exercices 5 : Datation

1. On retrouve 6 mg de « carbone 14 » dans un organisme qui vient de mourir. Combien d'années faut-il pour réduire cette quantité à :

3 mg ? 1,5 mg ? 0,75 mg ?

0,375 mg ? 0,1875 mg ?

2. Combien faut-il de périodes de demi-vie faut-il pour réduire la quantité initiale de «carbone 14» selon les proportions suivantes :

de moitié ? au 1 / 16 ? au 1 / 128 ?

au quart ? au 1 / 32 ? au 1 / 256 ?

au 1 / 8 ? au 1/64 ?

3. La quantité de « carbone 14 » mesuré chez un fossile est deux fois moindre que celle d'un organisme vivant comparable. Quel est son âge ?

4. La quantité de « carbone 14 » mesuré chez un fossile est quatre fois moindre que celle d'un organisme vivant comparable. Quel est son âge ?

5. La quantité de « carbone 14 » mesuré chez un fossile est huit fois moindre que celle d'un organisme vivant comparable. Quel est son âge ?

6. Un fossile âgé de 44 800 ans présenterait une quantité de « carbone 14 » de combien de fois moindre que celui d'un organisme vivant ?

7. Des archéologues ont fait la découverte d'un squelette aux abords de la rivière Jacques-Cartier. Une analyse révèle que la quantité de « carbone 14 » présente correspond à 60% de celle d'une personne comparable. Quel est l'âge du squelette ?

Utilisez la formule suivante :

L n Q(t)

Q(o) = t' - 0,000124

Q (t) = Quantité restante de « carbone 14 » en mg au moment de la découverte du fossile.

Q (o) = Quantité initiale de « carbone 14 » en mg au moment de la mort

0, 000 124 = Taux de désintégration du « carbone 14 » t' = Temps de désintégration donc, l’âge du fossile.

8. L'analyse des ossements d'un reptile montre que la teneur en « carbone 14 » correspond à 20% de la quantité retrouvée habituellement chez les os d'un reptile contemporain de même taille qui serait de la même famille. Quel est l'âge du fossile ?

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