Correcion du TP 1 degré de parenté entre des vertébrés

TP 1 Degré de parenté entre des vertébrés
TP 1 : Degré de parenté entre des vertébrés
Objectifs méthodologiques
Réaliser une manipulation en suivant un protocole
Représenter une observation par un dessin
Appliquer une démarche explicative
Utiliser un logiciel de traitement, de gestion de données
Utiliser une banque de données
Représenter des données sous forme de schémas
Objectifs cognitifs
L’établissement de relations de parenté entre vertébrés actuels s’effectue par comparaison de caractères
homologues (embryonnaires, morphologiques, anatomiques et moléculaires).
Les comparaisons macroscopiques prennent en compte l’état ancestral et l’état dérivé des caractères. Seul
le partage d’états dérivés des caractères témoigne d’une étroite parenté.
Ces relations de parenté contribuent à construire des arbres phylogénétiques
Comment établir les relations de parenté entre des vertébrés ? Comment représenter ces relations par un schéma ?
L’établissement de relations de parenté entre les vertébrés actuels s’effectue par comparaison de caractères homologues (anatomiques,
embryologiques, cellulaires et moléculaires).
I.
Activité 1 : Etablir des relations de parenté entre des vertébrés à partir de caractères cellulaires
On cherche à établir des relations de parenté entre plusieurs espèces de vertébrés : Homme, Grenouille et Sardine en utilisant le caractère
« globule rouge ».
1.
Réaliser le frottis sanguin de la sardine en suivant les étapes du protocole suivant.
EXTRACTION DU SANG DE POISSON
a. Couper le corps du poisson transversalement à environ 1,5 cm de la nageoire de la queue.
b. Presser le corps du poisson pour recueillir une goutte de sang (épais) ; la déposer dans le verre de montre.
c. Diluer avec une goutte de sérum physiologique à l’aide d’un cure-dent.
REALISATION D’UN FROTTIS SANGUIN
d. Nettoyer 2 lames à l’alcool (faces et tranches), les sécher avec du papier absorbant, les déposer sur papier absorbant.
e. Prélever une goutte de sang dilué à l’aide du compte-goutte.
f. Déposer la goutte de sang à l’extrémité d’une lame (figure 1).
g. Appliquer une autre lame inclinée à 45° en avant de la goutte de sang de façon que le sang s’étale sous la lame par capillarité (figure 2 et 3).
h. Faire glisser la lame inclinée à 45° pour étaler uniformément la goutte (figure 4).
i. Sécher le frottis.
j. Repérer la face où se trouve le sang.
2.
3.
Observer au microscope le frottis
Traduire l’observation d’un globule rouge de sardine par un dessin.
TP 1 Degré de parenté entre des vertébrés
4.
Observer au microscope des frottis sanguins humains et de grenouille. Les comparer avec celui de la sardine.
Photo de frottis sanguin de sardine, d’homme et de grenouille (x600)
Les hématies humaines ne possèdent pas de noyau contrairement à celles de sardine et de grenouille.
Les globules rouges existent chez les vertébrés sous deux états : l’état ancestral avec un noyau et l’état dérivé sans noyau. Dans une recherche
de parenté au sein d’un groupe d’étude à partir d’un caractère donné, les espèces les plus apparentées sont celles qui partagent l’état dérivé
du caractère.
5.
Etablir les relations de parenté de ces vertébrés à partir de l’analyse du caractère groupe sanguin en justifiant votre réponse.
Seule l’espèce humaine possède le caractère à l’état dérivé. On ne peut donc pas établir de lien de parenté à partir de ce critère.
6.
Elaborer un arbre qui schématise ces relations de parenté. Discuter de la pertinence de l’utilisation de ce caractère.
Le caractère utilisé n’est pas assez informatif pour pouvoir établir des liens de parenté entre ces 3 espèces.
II.
Activité 2 : Construire un arbre phylogénétique à partir de données embryologiques et anatomiques
On souhaite établir des relations de parenté entre 4 espèces à partir d’un petit nombre de caractères : Grenouille, Homme, Mésange,
Sardine.
1.
Etablir une matrice Taxons/ caractères avec le logiciel « Phylogène ».
a.
b.
c.
d.
e.
Ouvrir le logiciel « Phylogène ».
Sélectionner la collection « Vertébrés Lycée »
Construire – Sélectionner les quatre espèces dans le bandeau défilant.
Sélectionner les caractères : radius et cubitus, Placenta, Amnios, Ongles, grilles, sabots
Cliquer dans une case à remplir. Une liste des états possibles s’affiche ainsi qu’une image rappelant les données fournies et permettant d’identifier
f.
g.
Cliquer sur l’état choisi dans la liste proposée.
Vérifier la matrice (les erreurs sont indiquées en rouge et sont à corriger manuellement). La matrice doit être vérifiée et juste pour continuer.
l’état du caractère (ancestral ou dérivé).
Matrice Taxons/ caractères polarisée
2.
Réaliser un arbre phylogénétique (ou cladogramme) qui précise les liens de parentés de ces 4 vertébrés avec le logiciel
« Phylogène ».
a.
Cliquer « Polariser ». Choisir une espèce (taxon extra groupe) ayant les caractères à l’état ancestral. Colorier en bleu les états ancestraux des
autres espèces. Colorier les états dérivés en jaune. Vérifier.
Cliquer « Etablir des parentés ». Organiser le tableau .
b.
TP 1 Degré de parenté entre des vertébrés
c.
d.
Construire l’arbre à l’aide de la fiche méthode en commençant toujours par le caractère à l’état dérivé le plus partagé.
Recopier l’arbre phylogénétique en y plaçant l’apparition des états dérivés des caractères et les ancêtres hypothétiques.
Arbre phylogénétique de 4 espèces de vertébrés à partir de 4 caractères
3.
a.
Réaliser un arbre phylogénétique plus important pour définir un groupe monophylétique (ou clade) : les amniotes.
Construire – Sélectionner les espèces dans le bandeau défilant : sardine, lézard, chat sauvage, babouin, aigle, homme, crocodile, lamproie,
grenouille.
b.
c.
Sélectionner les caractères : mâchoires, fenêtre mandibulaire, radius et cubitus, Placenta, Amnios,
Réaliser la matrice Taxons / Caractères. Polariser et réaliser l’arbre phylogénétique.
Matrice Taxons/ caractères de 9 Vertébrés
d.
Recopier cet arbre. Indiquer l’apparition des états dérivés des caractères et entourer le groupe monophylétique des Amniotes.
TP 1 Degré de parenté entre des vertébrés
Arbre phylogénétique de 9 vertébrés à partir de 5 caractères
Le groupe monophylétique des Amniotes (Babouin, Homme, Chat sauvage, Lézard, Aigle et Crocodile) est l’ensemble des espèces
qui partagent le caractère à l’état dérivé « Présence d’un Amnios » et qui proviennent d’un ancêtre hypothétique ayant ce caractère.
III.
Activité 3 : Construire un arbre phylogénétique à partir de données moléculaires
La molécule de myoglobine est une protéine musculaire qui fixe le dioxygène. Cette molécule est présente chez tous les vertébrés. Elle
comporte 153 acides aminés. Le logiciel phylogène affiche les séquences de ces molécules en acides aminés chez différentes espèces en
désignant chaque acide aminé par une lettre, ce qui permet une comparaison facile entre les différentes myoglobines.
a. Cliquer : Fichier, ouvrir, tableau de séquence, myoglobine.aln.
b. Sélectionner les espèces : un reptile, un poisson, un mammifère de votre choix, le chimpanzé et l’homme.
c. Obtenir la matrice des distances et la recopier.
La matrice indique le nombre d’acides aminés différents entre les molécules de myoglobines de 5 vertébrés. Plus cette différence est
faible, plus les espèces sont considérées comme apparentées.
Matrice des distances des myoglobines de vertébrés
d.
Obtenir un arbre phylogénétique « moléculaire » et le recopier.
Arbre phylogénétique « moléculaire » de vertébrés