Parenté entre les êtres vivants Classification du vivant

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Parenté entre les êtres vivants Classification du vivant

L ’ ESSENTIEL DU COURS EN UNE PAGE

L’espèce est l’unité de base de la classification des êtres vivants. Une espèce est composée de tous les individus capable de se reproduire et de donner une descendance féconde. Le nombre d’espèces sur Terre est actuellement estimé à 2 millions d’espèces.

La biodiversité prend en compte 3 niveaux : la diversité génétique au sein de chaque espèce, la diversité des espèces et la diversité des écosystèmes dans lesquels vivent ces espèces.

Une clé de détermination est un outil commode pour identifier rapidement des espèces rencontrées dans un même écosystème ou dans une même région. Il s’agit par une succession d’observations guidées de trouver le nom de l’espèce. Une clé de détermination ne constitue pas une classification.

La classification phylogénétique actuelle des êtres vivants reflète l’évolution du monde vivant, elle rapproche ainsi des groupes qui possèdent un même ancêtre commun.

L’etablissement d’une telle classification repose sur la constitution d’ensemble d’espèces qui partagent des caractères communs ou attributs dérivés d’un ancêtre commun supposé. Ces attributs sont uniquement présents dans le groupe ainsi défini, ce sont des caractères morphologiques, anatomiques, génétiques… Le lieu de vie, le mode de déplacement, le régime alimentaire ne sont pas des attributs retenus car ils sont le résultat d’adaptation.

Les espèces apparaissent, se modifient ou disparaissent au cours du temps. Ce processus d’évolution repose sur la diversité du patrimoine génétique entretenu entre autres par les mutations, par le brassage génétique lors de la reproduction sexuée et par la sélection naturelle des individus les plus aptes.

I) Classer et déterminer les êtres vivants 1 La notion de biodiversité

2 Déterminer les espèces

3 Classer les espèces dans des groupes phylogénétiques 4 Classification actuelle des êtres vivants

II) Les mécanisme de l’évolution

1 Les mutations : origine de la diversité 2 La sélection naturelle

3 La dérive génétique

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La classification dans le premier degré ; BO du 19 juin 2008 et du 5 janvier 2012

Cycle 1 : DECOUVRIR LE MONDE Découvrir le vivant

Les enfants observent les différentes manifestations de la vie.

Elevages et plantations constituent un moyen privilégié de découvrir le cycle que constituent la naissance, la croissance, la reproduction, le vieillissement, la mort.

Cycle 2 : DECOUVERTE DU MONDE

Découvrir le monde du vivant, de la matière et des objets

Les élèves comprennent les interactions entre les êtres vivants et leur environnement et ils apprennent à respecter l’environnement.

CP : Découvrir le monde du vivant

Interactions entre les êtres vivants et leur environnement À partir d’un milieu proche (cour de l’école, jardin, forêt, mare…) : - identifier quelques êtres vivants qui le peuplent ;

- observer quelques relations alimentaires entre êtres vivants.

Cycle 3 : SCIENCES EXPERIMENTALES et TECHNOLOGIE L’unité et la diversité du vivant

Présentation de la biodiversité : recherche de différences entre espèces vivantes

Présentation de l’unité du vivant : recherche de points communs entre espèces vivantes.

Présentation de la classification du vivant : interprétation de ressemblances et différences en termes de parenté

CM1 : Présentation de la biodiversité

- Rechercher des différences et des ressemblances entre espèces vivantes (présence de vertèbres, nombre de membres, présence de poils, présence de plumes…).

- Proposer des tris en fonction des différentes caractéristiques mises en évidence, justifier ses choix.

Vocabulaire : biodiversité, animaux, végétaux.

Le vocabulaire est enrichi selon les critères retenus par les élèves (mammifère, ovipare, zoophage, phytophage, terrestre, aquatique…).

CM2 : Présentation de la classification du vivant

À partir de petites collections (3 ou 4 espèces), par exemple, animaux, champignons, végétaux :

- approcher la notion de caractère commun avec le support de schémas simples (ensembles emboîtés) ;

- interpréter les ressemblances et les différences en terme de parenté.

Vocabulaire : caractère commun, parenté.

Le vocabulaire des caractères identifiés est enrichi selon la collection d’êtres vivants proposée aux élèves dans la recherche (se nourrit de façon visible ou invisible, se déplace activement ou est fixé à un support, possède des feuilles vertes, peut se nourrir sans lumière, squelette interne/externe, présence de membres, d’yeux, de bouche…).

CM2 : Présentation de la biodiversité

- Constater la biodiversité animale et végétale d’un milieu proche.

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I. Classer et déterminer un être vivant

Face à l’extraordinaire diversité du vivant, les scientifiques ont été très tôt préoccupés par la nécessité d’inventorier et de classer les espèces. Les premières classifications reposaient sur l’utilité des espèces (plantes comestibles, médicinales, toxiques, industrielles…) ou simplement sur l’ordre alphabétique. Suite aux grandes découvertes géographiques et à l’abondance de nouvelles espèces collectées et décrites, l’idée d’une «classification» universelle émergea au XVIII^ème siècle. Cette classification devait refléter « l’ordre de la Nature » et était fortement imprégnée des textes sacrés et reposait sur la création divine : les espèces étaient crée une fois pour toute. Cette vision du monde, fixe et immuable était traduite par la métaphore de l’échelle des êtres où les organismes sont hiérarchisés selon leur complexité, en comparaison avec l’Homme (créature parfaite) placé en haut de cette échelle (doc. 1). C’est Linné (1707-1778) qui fut l’initiateur de cette classification qui était basée sur la comparaison de quelques caractères morphologiques des espèces.

L’idée qu’au cours du temps, les espèces se transforment, apparaît au début XIX^ème avec la théorie du transformisme de Lamarck (1744-1829) puis la théorie de l’évolution de Darwin (1860). Cette idée remet en cause l’ordre divin de la Nature. La classification tend à refléter le déroulement de l’évolution biologique. C’est dans cet esprit qu’est établie la classification scientifique actuelle du vivant (appelée classification phylogénétique).

1) La notion de biodiversité

L’ensemble des espèces peuplant la planète n’est pas encore entièrement connu. On dénombre actuellement 1,5 millions espèces décrites et répertoriées mais les spécialistes estiment entre 8 et 30 millions le nombre réel d’espèces. Certains groupes sont bien connus comme les oiseaux et les mammifères, d’autres très approximativement comme les insectes et les bactéries . (Voir Doc 2 et Inventaire national du patrimoine naturel : http://inpn.mnhn.fr/isb/index.jsp).

L’espèce est l’unité de base de la classification des êtres vivants. On appelle espèce : L’ensemble des individus capables de se reproduire entre eux et dont la descendance est féconde (Critère d’interfécondité), qui se ressemblent plus entre eux qu’ils ne ressemblent aux individus d’une autre espèce (Critère de ressemblance). Ce dernier critère est essentiel pour les espèces fossiles ou éteintes.

Chaque espèce est décrite et nommée par les taxonomistes. Le nom scientifique d’une espèce se compose du nom de genre et d’un nom d’espèce associée au nom du scientifique qui l’a découverte et de la date. Ce nom est compris par tous les scientifiques contrairement aux noms communs qui changent selon les langues et les régions.

Exemples : Quercus ilex Linné 1758 pour le chêne vert, yeuse, Holm oak (Anglais), Steinneiche (Allemand)…

Helix aspersa Müller 1774 Escargot, Petit-gris, Cagouille, Brown garden snail (Anglais)…

La biodiversité représente «la variabilité des êtres vivants de toute origine, y compris les écosystèmes terrestres, marins et autres écosystèmes aquatiques, et les complexes écologiques dont ils font partie : cela comprend la diversité au sein des espèces et entre espèces ainsi que celle des écosystèmes » Article 2 de la convention internationale sur la diversité biologique (ONU).

Plus qu’un catalogue de la diversité, la biodiversité désigne surtout le processus biologique de l’évolution à l’origine des espèces passées présentes et futures.

La biodiversité prend en compte 3 niveaux : 1- au sein des espèces ou biodiversité génétique (ex. : les différentes variétés de tomates, les différents cépages de vigne, les différentes souches du virus de la grippe) ; 2- par l’ensemble des espèces = biodiversité spécifique (ex. : la richesse en espèces d’une région) ; 3- par les écosystèmes = biodiversité écologique (ex. : la diversité des écosystèmes qui abritent les espèces).

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Les intérêts pour l’homme sont multiples : économique par les espèces exploitées pour la nourriture ou pour extraire des substances actives utilisées dans les médicaments, écologique car des espèces ont un rôle important dans le fonctionnement des écosystèmes (marais dans la régulation du cycle de l’eau), éthique car chaque espèce possède une information génétique originale qui doit rester accessible aux générations futures, patrimonial pour les espèces emblématiques (Aigle Pygargue emblème des Etats-Unis d’Amérique) et scientifique pour l’étude du fonctionnement du vivant et de son évolution.

2) Déterminer un être vivant

Lors d’études de terrain en écologie par exemple, il est nécessaire de déterminer rapidement le nom de l’espèce à laquelle appartiennent des animaux ou des végétaux rencontrés. Pour cela, on utilise une clé de détermination (flore pour les végétaux, faune pour les animaux). Une clé de détermination trie en fonction de critères donnés, en utilisant une procédure dichotomique basée sur une succession de choix entre deux propositions. Très souvent « possède/ ne possède pas » ou

« différentes qualités d’un caractère, ex lisse/rugueux » ou « taille d’un caractère ». (cf. doc. 3, partie gauche et exercice du TD).

3) Classer les espèces dans des groupes phylogénétiques

Ce classement phylogénétique actuel est basé sur le partage de caractères, c’est à dire sur ce que possède en propre un groupe d’êtres vivants par rapport aux autres êtres vivants. On ne tient pas compte de l’absence d’un caractère (« pas de vertèbre » par exemple). (cf. doc. 3, comparaison de la partie droite et de la partie gauche).

Ces caractères communs partagés appelés attributs sont validés par la communauté scientifique à un moment donné. Ce sont par exemples : des organes homologues qui se forment à partir de la même structure embryonnaire, (ex : membre antérieur des vertébrés, ou la fleur qui ont le même plan d’organisation), des annexes embryonnaires (ex : placenta, cavité amniotique), des molécules homologues (ex : protéines, portion d’ADN…), qui ont des séquences d’acides aminés ou de nucléotides très proches (ex : hémoglobine des vertébrés). Lorsqu’un groupe donné partage un caractère propre, on parle d’état dérivé par rapport à un état ancestral.

On peut établir une hiérarchie dans le partage des caractères (du plus partagé au moins partagé) et créer des groupes emboîtés. (cf. doc. 5)

La classification scientifique est fondée sur le concept d’évolution. Au cours du temps les espèces se transforment et transmettent à leur descendance leurs caractères héréditaires. Un caractère commun partagé trouvé chez plusieurs espèces actuelles ou passées est interprété comme une indication de leur parenté et signifie qu’elles ont hérité de ce caractère commun d’un même ancêtre hypothétique. On peut ainsi schématiser une phylogénie possible : « qui est plus proche de qui » avec les caractères communs partagés, les espèces disparues (cf. les fossiles) et les êtres vivants actuels (cf. doc. 7). Cette classification phylogénétique s’est généralisée depuis une trentaine d’années. Si l’architecture globale de la classification des êtres vivants est bien admise, de nombreux travaux sont encore en cours pour préciser les relations entre certains groupes.

Voir une séquence sur la classification (niveau cycle 3) :

http://www.perigord.tm.fr/~ecole-scienc/index.php (dans les choix à gauche, prendre « activités » puis « monde vivant » ; dans les séquences choisir le cycle 3 et « classer les animaux »).

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4) La classification actuelle des êtres vivants

En appliquant la méthode de classification et en prenant en compte des caractères morphologique, anatomique, cellulaire et génétique, les scientifiques reconstituent des classifications phylogénétiques de différents groupes : voir les exemples de classification simplifiée des animaux (Doc 7) et des végétaux (Doc 8).

Certains groupes notamment les « reptiles », les « poissons » ne sont plus légitimes scientifiquement bien que ces termes soient encore largement employés dans la vie courante (voir Doc 6) .

Si on prend en compte tous les êtres vivants, on constate qu’ils appartiennent à quelques grandes lignées séparées au cours des temps géologiques. A l’origine de l’arbre du vivant, les scientifiques émettent l’hypothèse d’un seul être vivant, ancêtre commun qu’ils ont baptisé LUCA pour « last universal common ancestor ». (Voir Doc 4)

La représentation actuelle de l’ensemble du vivant prend la forme d’un cercle (ou d’une sphère).

Les espèces actuelles sont réparties en périphérie (Voir Doc 9). Ce qui montre que tout être vivant actuel, unicellulaire ou pluricellulaire, « simple » ou « complexe » résulte d’une même durée d’évolution.

II. Mécanismes de l’évolution

L’évolution telle qu’elle est validée aujourd’hui par les scientifiques, repose sur un enchaînement de constats, d’observations (biologiques et géologiques) et de déductions logiques en cohérence avec les connaissances sur le fonctionnement du vivant et l’étude des fossiles. Ces faits ont été maintes fois observés dans la nature, reproduits en laboratoire et utilisés par l’agriculture, l’élevage, la recherche médicale, les biotechnologies… Jean-Baptiste Lamarck (1744-1829) est un des premiers scientifiques à admettre la transformation des organismes au cours du temps, mais c’est surtout Charles Darwin (1860) qui élabore la théorie de l’évolution à partir des connaissances de l’époque. Cette théorie a été confortée par toutes les recherches scientifiques actuelles, surtout aux niveaux cellulaire et génétique.

Les mécanismes reposent pour simplifier, sur quatre processus biologiques :

1- la création de diversité par les mutations accidentelles de l’information génétique

2- le maintient de la diversité par la reproduction sexuée qui permet un brassage de l’information génétique entre les parents et leurs descendants. (Voir cours sur la reproduction)

3- la sélection naturelle

4- le maintient ou la disparition de l’information génétique par la dérive génétique.

1) Les mutations : origine de la diversité

Avant les divisions cellulaires, y compris celles qui conduisent à la formation des cellules reproductrices, l’ADN est recopié et transmis de génération en génération cellulaire. La réplication de l’ADN est d’une grande fidélité, mais, des erreurs de copie se produisent malgré tout (une fois sur un million de copies). Toute modification de la molécule d’ADN s’appelle une mutation.

Les mutations qui se produisent lors de la formation des cellules sexuelles sont portées par ces cellules et donc transmises à la descendance.

Au cours de l’évolution, des mutations apparaissent au hasard. La plupart sont létales et provoquent la mort de l’individu. Certaines sont « silencieuses », elles ne provoquent pas de modifications particulières. Quelques fois, la mutation va être favorable, exemple : une enzyme devient plus efficace pour une réaction ou moins sensible à une toxine. Ces mutations disparaissent ou s’accumulent indépendamment dans chaque lignée.

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IUFM-UM2 UE 02 Savoirs fondamentaux ECUE201-204 Culture scientifique 6 Le hasard et les mutations

Les mutations sont aléatoires :

• Parce qu’elles sont des exceptions rares ;

• Parce qu’elles ne sont pas le résultat de processus destinés à les produire ;

• Parce qu’on ne peut savoir ou prédire quel gène va muter, ni chez quel individu, ni à quel moment. Tout ce qui peut être avancé est qu’un gène a une probabilité de muter au cours d’un certain nombre de réplications ;

• Parce que les mutations sont indépendantes à l’égard de leurs effets ;

• Le résultat d’une mutation provoquée par des actions extérieures, chimique ou physique n’a aucun rapport de nécessité avec la cause qui l’a produite.

D’après C. Devilliers, Y. Guy dans Dictionnaire du Darwinisme. Ed. PUF

2) La sélection naturelle

Charles Darwin a défini la sélection naturelle comme processus moteur de l’évolution. Le processus général peut s’expliquer ainsi : au sein d’une même espèce, les individus ne sont pas rigoureusement identiques.

Dans le milieu de vie de l’espèce, les ressources nécessaires à la survie sont quelques fois restreintes : ressources alimentaires, emplacements de nidification, partenaires sexuels… ou les conditions de vie peuvent être difficiles : maladies, parasites, abondance des prédateurs…

Si, au sein d’une espèce, apparaît un caractère favorable à la survie, les individus qui en sont porteurs posséderont un avantage permettant une meilleure adaptation à un milieu donné à un moment donné. Ces individus survivent mieux et se reproduisent en plus grand nombre (cf Doc 10). Les caractères favorables, apparus au hasard, se transmettent d’une génération à l’autre.

Et, au fil du temps, l’accumulation de ces caractères différents favorise l’apparition de nouvelles espèces.

3) La dérive génétique

La dérive génétique est une modification aléatoire de la fréquence des divers caractères (allèles des gènes), due à des variations aléatoires de la mortalité et de la fécondité dans une population.

Elle est d’autant plus marquée que l’effectif de la population est faible.

Dans une population restreinte (<50 individus), la fréquence d’une mutation (non mortelle) tends soit à disparaître soit à se généraliser à l’ensemble des individus. Dans une population abondante, la fréquence d’une mutation peut disparaître, se généraliser ou à se stabiliser à une valeur de fréquence donnée.

Si une population de petite taille se trouve isolée du reste de la population : elle ne comportera qu’une partie de la diversité des caractères de l’espèce. Suite à la reproduction au sein de ce petit groupe, certains caractères peuvent disparaître et d’autres se généraliser à tous les individus de cette population (comme dans les cas de consanguinité). Les modifications génétiques peuvent être suffisantes pour provoquer la séparation de cette population de la population d’origine et constituer une espèce nouvelle.

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IUFM-UM2 UE 02 Savoirs fondamentaux ECUE201-204 Culture scientifique 7 Documents

Parenté du vivant

M1 2012-2013

Document 1 : « échelle des êtres », de Charles Bonnet, 1745

Document 2 : Diversité des espèces vivantes

In : Lévêque C. & Mounolou J.C., 2001 : Biodiversité. Dunod.

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Document 3 : différence entre trier et classer

Comprendre et enseigner la classification du vivant G.LECOINTRE Belin (2008)

TRIER selon un critère CLASSER : partage d’un caractère

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Document 4 : Arbre simplifié du vivant

Document 5 : Exemple de groupes emboîtés construit à partir d’une collection d’animaux de la forêt.

Renard roux, Opilion, papillon Paon du jour, papillon Petit Sylvain Mésange bleue, Ecureuil, Geai des chênes, Carabe violet, Cétoine doré, Coucou gris, Cerf commun, Lièvre, Epeire diadème Comprendre et enseigner la classification du vivant G. LECOINTRE Belin (2008)

LUCA

Dernier ancêtre commun universel

Champignons Animaux

Plantes vertes Algues

vertes Algues

rouges

Bactéries

Algues brunes et Diatomées

Nombreux groupes d’êtres

unicellulaires Archées

bactéries

Eucaryote s

Procaryotes

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Document 6 : La classification phylogénique des vertébrés et la remise en question des classifications « traditionnelles ».

Le groupe des vertébrés : groupe valide car un caractère commun partagé

Les reptiles ou les

poissons sont des groupes non valides car ils ne possèdent pas de caractère commun partagé en propre

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Document 7 : Classification simplifiée des animaux

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Document 8 : Classification simplifiée des végétaux

Document 9 : cercle représentant la classification phylogénétique de l’ensemble des êtres vivants actuels (http://www2.ac-lyon.fr)

Homme Homo sapiens

Plantes Animaux

Champignons

Bactéries

unicellulaires

Algues vertes Ex : Ulve Mousses Ex : Polytric

Fougères Ex : Polypode, Fougère aigle

Conifères Ex : Pin, Sapin

Plantes à fleurs Ex : Rose, Chêne

Pigment vert Chlorophylle

Feuille à nombreuses nervures

Un sporange (ou capsule), Feuille simple sans nervure ou à nervure unique

Fleur,

Fruit contenant des graines Graine

provenant d’un ovule

Nombreux sporanges

Cône avec des graines Forme de lames vertes

plus ou moins découpées

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Document 10 : Un exemple de sélection naturelle Le cas du papillon : la phalène du bouleau

(La Phalène du bouleau, du fait construit au fait mythifié – Christian Le Guillou, Avril 2009) La Phalène du Bouleau, Biston betularia, est un papillon de nuit, commun en Europe du Nord dont la coloration varie du gris clair au noir. Il y a à peine plus de 150 ans, les populations de l’espèce étaient presque exclusivement constituées de la forme « claire », aux ailes gris clair légèrement mouchetées de noir. En 1848, un individu d’une forme mélanique « sombre », uniformément noir, fut collecté près de Manchester. En 1950, la forme sombre représentait 90% de la population dans cette région. Ce phénomène (apparition d’individus très sombres dans la deuxième moitié du XIX^eme siècle et augmentation rapide de leur fréquence) fut observé chez de nombreuses autres espèces animales ; on parla alors de « mélanisme industriel ».

On suggéra que les individus « clairs », posés sur des bouleaux clairs couverts de lichens, étaient mieux dissimulés vis-à-vis des oiseaux prédateurs que les individus « sombres ». Sur des bouleaux noircis par la suie et dépourvus de lichens, c'est l'inverse qui se produisait. Les deux formes seraient alors consommées de façon différente selon le type de support, la forme sombre étant avantagée sur des arbres noircis. Elle se serait ainsi répandue facilement dans les régions industrialisées, suite à la modification de la surface des bouleaux par la pollution.

Dans les années 1950, la Grande-Bretagne adopta une législation anti-pollution (« the Clean Air Acts ») qui eut pour effet de réduire les émissions de suie et de SO2. Dans la période qui suivit, on observa une diminution de la fréquence de la forme sombre au profit de la forme claire, processus qui se poursuit depuis lors.

KETTLEWELL (1955) a exposé à la prédation par les oiseaux le même nombre de papillons des deux formes sur deux sites boisés pollué et non pollué et il a ensuite compté le nombre de papillons capturés par les oiseaux dans chaque cas.

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