Fiche enseignant - Museum Aquarium de Nancy

Fiche enseignants
Lycée
Où sont les Hommes ?
Public visé : élèves de lycée (Terminale S).
Durée : 1h
Lieu : galerie de zoologie
Pré-requis :
Notions de caractère homologue, d’arbre phylogénétique, de groupe monophylétique et
d’organisme unicellulaire (Amibe).
© Clotilde Verdenal
Objectifs pédagogiques :
Les élèves inventorient l’état (ancestral ou dérivé) de caractères homologues présents
chez l’Homme et différents spécimens présentés dans la galerie de zoologie. Ils
reconstituent ensuite la chronologie d’apparition des caractères homologues dérivés pour
déterminer le degré de parenté entre les espèces étudiées (définition de groupes
monophylétiques).
Le but de l’activité est de construire un arbre phylogénétique pour déterminer la place de
l’Homme au sein du règne animal.
L’arbre phylogénétique construit par les élèves peut être comparé à un arbre alternatif
(cf. page 9) et à l’arbre généalogique de Cuénot (1930) exposé à l’entrée de la galerie de
zoologie.
Représentation de l’arbre généalogique de Cuénot
Déroulement de l’animation :
- En petits groupes, les élèves parcourent la galerie de zoologie pour observer les
spécimens étudiés et remplir le tableau 2 de la fiche (durée 35 min.).
- Les élèves complètent ensuite l’arbre phylogénétique et délimitent les groupes
monophylétiques (durée 20 min.).
- La place de l’Homme dans le règne animal est récapitulée (durée 5 min.)
- En guise de conclusion, une discussion peut être engagée avec les élèves pour comparer
l’arbre phylogénétique qu’ils ont construit avec un arbre alternatif et/ou avec l’arbre de
Cuénot (durée 10 à 15 min.).
Liens avec les programmes scolaires :
1eES et 1eL : place de l’Homme dans l’évolution
Terminale S : parentés chez les Vertébrés et évolution
place de l’Homme au sein du règne animal
Matériel nécessaire :
Un stylo et un support d’écriture
Plan :
Galerie de zoologie
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Juin 2011
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Plan de la galerie de zoologie
Fiche enseignants
Lycée
1er étage
Podium 8
Vers rez-de-chaussée
galerie d’aquariums
GALAGO DE
DEMIDOFF
Vitrine 7
Vitrine 6
Échinodermes
Bryozoaires
SALAMANDRE
V1
Vitrine 13
Vitrine 12
Vitrine 10
Vitrine 14
Oiseaux
Mammifères
GIRAFE
Mammifères
Vitrine 0
Mollusques
Dinosauriens
Vitrine 3
MACAQUE
COURONNÉ
PÉLICAN
BLANC
Oiseaux
Vitrine 9
Vitrine 11
Mammifères
Vitrine 15B
Mammifères
Vitrine 15A
AMIBE
Oiseaux
GORILLE
ORANGOUTANG
Podium 17
REQUIN
GRIS
Vitrine 16
Vitrine 5
Vitrine 4
Mammifères
Insectes, Arachnides
Crustacés
Vitrine 2
Éponges, Coraux, Méduses
HURLEUR
ROUX
Podium 18
Vers rez-de-chaussée
hall d’accueil
CROCODILE
DU NIL
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Lycée
Spécimens de la galerie à étudier :
Amibe : vitrine 1
Requin gris : podium 8
Salamandre : podium 8
Crocodile du Nil : podium 8
Pélican blanc : vitrine 10
Girafe : podium 18
Galago de Demidoff : vitrine 15A
Hurleur roux : vitrine 15A
Macaque couronné : vitrine 15A
Orang-outang : vitrine 15A
Gorille : vitrine 13
Homme : groupe d’élèves
Matériel pour approfondir la visite :
Pour prolonger l’activité en classe, des spécimens de la collection du Muséum-Aquarium
peuvent être empruntés, par exemple, des squelettes de Vertébrés comme le Chat, la
Chauve-souris, la Corneille, le Lézard et le Rat.
Contact : département des collections au 03 83 32 99 97.
Corrigé de la fiche et informations complémentaires :
♦ Cherche les spécimens à étudier dans la galerie de zoologie.
TABLEAU 1 - Caractères homologues observés
Caractères
homologues
Appendice caudal
État ancestral
État dérivé
Queue
Coccyx
Truffe ou orifices nasaux
Orifices nasaux avec nez
proéminent
Griffes ou sabots
Ongles plats
Face avec museau
Face aplatie
Os du poignet
Fusion après la naissance
Fusion avant la naissance
Membres
Membres pairs rayonnés
Membres pairs munis de doigts
(= membres chiridiens)
Écartement seul
(= main à plat, doigts écartés
ou serrés)
Écartement et recouvrement
(= pouce opposable aux autres
doigts)
Poils absents
Poils présents
Narines écartées, ouvertes
sur les côtés
Narines rapprochées, ouvertes
vers le bas
Yeux sur les côtés
Yeux faciaux
Gangue gélatineuse
Amnios et poche amniotique
Absent ou externe
Interne avec vertèbres
Cytoplasme contenant le
matériel génétique
(= cellule procaryote)
Noyau contenant le matériel
génétique
(= cellule eucaryote)
Appendice nasal
Extrémité des doigts
Face
Mouvements des doigts
et du pouce
Pilosité
Position des narines
Position des yeux
Protection de
l’embryon
Squelette
Type de cellule
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♦ En t’aidant du tableau 1, complète le tableau 2 en précisant, pour chaque spécimen,
l’état du caractère observé :
note « D » lorsque l’espèce possède le caractère à l’état dérivé,
note « A » lorsque l’espèce possède le caractère à l’état ancestral.
TABLEAU 2 - État des caractères homologues chez les différentes espèces étudiées
Extrémité des doigts
Face
Membres
Os du poignet
Pilosité
Position des narines
Position des yeux
Squelette
Type de cellule
Nombre de caractères à
l’état dérivé par espèce
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
D
1
A
A
A
A
D
A
A
A
A
A
D
D
D
4
A
A
D
A
D
D
A
D
A
D
D
D
D
8
GIRAFE
A
A
A
A
D
A
A
D
A
A
D
D
D
5
GORILLE
D
D
D
A
D
D
D
D
D
D
D
D
D
12
HOMME
D
D
D
D
D
D
D
D
D
D
D
D
D
13
HURLEUR ROUX
A
D
D
A
D
D
A
D
A
D
D
D
D
9
MACAQUE
COURONNÉ
A
D
D
A
D
D
A
D
D
D
D
D
D
10
ORANG-OUTANG
D
D
D
A
D
D
A
D
D
D
D
D
D
11
PÉLICAN BLANC
A
A
A
A
D
A
A
A
A
A
D
D
D
4
REQUIN GRIS
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
D
D
2
SALAMANDRE
A
A
A
A
D
A
A
A
A
A
A
D
D
3
Nombre total
d’espèces
possédant le
caractère à l’état
dérivé
3
5
6
1
10
6
2
7
4
6
9
11
12
AMIBE
CROCODILE DU
NIL
GALAGO DE
DEMIDOFF
Protection de l’embryon
Appendice nasal
A
ESPÈCES
Mouvements des doigts
Appendice caudal
Caractères homologues
♦ Compte le nombre de caractères dérivés présents chez chaque espèce et remplis la
dernière colonne du tableau 2.
♦ Compte le nombre d’espèces partageant chacun des caractères à l’état dérivé et remplis
la dernière ligne du tableau 2.
♦ Place les caractères dérivés dans les rectangles prévus à cet effet sur l’arbre
phylogénétique (cf. page 5).
ATTENTION, plusieurs caractères peuvent s’inscrire dans un même rectangle.
Aide : le caractère le plus anciennement apparu est celui partagé par le plus grand
nombre d’espèces. À l’inverse, le caractère le plus récemment apparu est celui partagé
par le plus petit nombre d’espèces.
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ARBRE PHYLOGÉNÉTIQUE DU RÈGNE ANIMAL
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GROUPES MONOPHYLÉTIQUES
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♦ Place les noms des différentes espèces à l’extrémité des branches de l’arbre (cf. page
5).
Aide : l’espèce qui a le moins de caractères dérivés est celle qui possède l’ancêtre
commun le plus ancien. À l’inverse, l’espèce qui a le plus de caractères dérivés est celle
qui possède l’ancêtre commun le plus récent.
Si votre arbre est correctement construit, le parcours de l’arbre de branche en branche
(depuis la gauche vers la droite), pour parvenir à l’emplacement d’une espèce donnée,
devrait récapituler tous les caractères dérivés possédés par celle-ci.
♦ Mets en évidence les liens de parenté entre les espèces étudiées en répondant aux
questions suivantes.
Rappel : le degré de parenté s’évalue en fonction du nombre de caractères à l’état dérivé
partagés par différentes espèces. Plus le nombre de caractères dérivés est important,
plus le degré de parenté est élevé (et inversement).
- Quelle espèce est la plus apparentée au Gorille : l’Orang-outang ou l’Homme ?
Pourquoi ?
L’Homme, car il possède12 caractères en commun avec le Gorille, tandis que l’Orangoutang n’en possède que 11.
- Quels sont les caractères dérivés que partagent la Salamandre et le Crocodile du
Nil ?
Cellule eucaryote, squelette interne avec vertèbres, membres chiridiens.
- Quels sont les caractères dérivés que partagent la Salamandre et l’Homme ?
Cellule eucaryote, squelette interne avec vertèbres, membres chiridiens.
- Quels sont les caractères dérivés que partagent le Crocodile du Nil et l’Homme ?
Cellule eucaryote, squelette interne avec vertèbres, membres chiridiens, amnios et
poche amniotique.
- Quelles sont les deux espèces présentant le degré de parenté le plus élevé parmi la
Salamandre, le Crocodile du Nil et l’Homme ? Justifie.
Le Crocodile du Nil et l’Homme sont les deux espèces les plus proches car ce sont
celles qui ont le plus grand nombre de caractères dérivés en commun (4).
- Sur l’arbre phylogénétique trace une croix (
) pour situer l’ancêtre commun à
l’Homme et au Requin gris (cf. page 5). Précise ensuite les caractères dérivés qu’il
devait posséder.
L’ancêtre commun à l’Homme et au Requin gris devait au moins posséder des cellules
eucaryotes et un squelette interne composé de vertèbres.
Rappel : un ancêtre commun est une espèce hypothétique à l’origine de la séparation de
deux lignées évolutives. Un ancêtre commun est ainsi placé à l’emplacement d’un nœud
(= enracinement d’une branche) sur un arbre phylogénétique. Il sépare les espèces ayant
acquis un caractère à l’état dérivé de celles qui ne le possèderont jamais. Ainsi, un
ancêtre commun possède tous les caractères dérivés apparus avant lui.
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♦ Sur l’arbre phylogénétique, trace les contours des différents groupes emboîtés
(= groupes monophylétiques) et légende-les en tenant compte des indications du tableau 3
(cf. page 6). Réponds ensuite aux questions suivantes.
TABLEAU 3 - Groupes emboîtés et caractères propres
Groupe
Caractères dérivés propres au groupe
Amniotes
Amnios et poche amniotique
Eucaryotes
Cellule eucaryote
Hominidés
Fusion d’os du poignet avant la naissance
Homininés
Face aplatie
Hominoïdes
Coccyx
Mammifères
Poils
Pouce opposable
Primates
Yeux faciaux
Ongles plats
Orifices nasaux avec nez proéminent
Narines rapprochées, ouvertes vers le bas
Tétrapodes
Membres chiridiens
Vertébrés
Squelette interne avec vertèbres
Rappel : un groupe monophylétique (ou groupe emboîté) réunit toutes les espèces qui
partagent au moins un ancêtre commun et un certain nombre de caractères à l’état
dérivé. Un groupe monophylétique possède l’ensemble des caractères dérivés du ou des
groupes dans lesquels il est inclus (= emboîté).
- Quelles sont les espèces appartenant au groupe des Amniotes ?
Toutes les espèces qui possèdent un amnios et une poche amniotique appartiennent au
groupe des Amniotes. À savoir, le Crocodile du Nil, le Pélican blanc, la Girafe, le Galago
de Demidoff, le Hurleur roux, le Macaque couronné, l’Orang-outang, le Gorille et
l’Homme.
- À quels groupes monophylétiques l’Homme appartient-il ?
L’Homme appartient à tous les groupes monophylétiques de l’arbre phylogénétique
construit pendant cette activité, depuis les Eucaryotes jusqu’aux Homininés.
- Quelles espèces sont à la fois des Hominoïdes et des Hominidés ?
Le Gorille et l’Homme.
Pour aller plus loin… Une autre manière de présenter le même arbre phylogénétique.
L’arbre phylogénétique à compléter par les élèves est construit de telle sorte qu’ils
puissent délimiter facilement les groupes monophylétiques auxquels l’Homme appartient.
Cet arbre peut toutefois être présenté différemment, sans en modifier l’interprétation,
en jouant sur le pivotement des branches autour de leurs nœuds. Ainsi une rotation du
nœud rattachant les branches menant au Pélican blanc et au Crocodile du Nil (= nœud 4)
permet de visualiser un arbre au sein duquel l’Homme se situe non plus à l’extrémité mais
au centre de l’arbre.
En ne représentant pas la branche menant à l’Homme au sommet de l’arbre, il est plus
évident qu’il ne s’agit pas d’une espèce supérieure aux autres.
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enseignants
ARBRE PHYLOGÉNÉTIQUE Fiche
DU RÈGNE
ANIMAL
avec rotation autour du nœud 4
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Lycée
Comparaison avec l’arbre généalogique de Cuénot :
L’arbre généalogique imaginé par Lucien Cuénot (1866-1951) présente une généalogie du
monde vivant sous la forme d’une arborescence en bulles dont les branches sommitales
mènent progressivement vers celles de l’Homme et des espèces proches.
Les branches les plus basses sont occupées par les groupes les moins apparentés à notre
espèce. Il s’agit d’un mode de représentation de la phylogénie du vivant, en vogue durant
toute la première moitié du XXe siècle et inspiré de celui du paléontologiste américain
A.S. Romer (1884-1973).
Cette interprétation de la phylogénie du vivant résulte de la vision anthropocentrique de
l’évolution de l’époque. Les innovations évolutives qui jalonnent l’histoire de la vie, sont
considérées comme des « progrès » qui aboutissent à la forme ultime, perfectionnée et
dominatrice qu’est l’espèce humaine.
Des points communs et des différences entre un arbre phylogénétique proposé par la
cladistique et celui de Cuénot peuvent être soulignés avec les élèves.
Points communs :
- Les groupes zoologiques présentés par Cuénot correspondent globalement aux
groupes monophylétiques actuellement admis. Par exemple, les Archosauriens
(réunissant les ex-reptiles et les Oiseaux) sont situés sur la même branche.
- Sur l’arbre de Cuénot, le chemin qui mène à l’espèce humaine permet de
récapituler les principaux caractères qu’elle partage avec les autres espèces.
- L’emplacement des nœuds (= ancêtres communs) est identique.
Différences :
La position des branches :
- Sur l’arbre de Cuénot, les branches du haut sont occupées par l’Homme et les
espèces proches, considérées de facto comme les plus évoluées du monde vivant
(en référence à l’espèce humaine).
- Sur le cladogramme, toutes les branches des espèces actuelles arrivent au même
niveau : les espèces actuelles ne sont donc plus considérées comme plus ou moins
« évoluées » mais situées à un même stade de l’histoire évolutive du monde vivant.
Ce sont les ancêtres communs de ces espèces qui se situent à un niveau plus ou
moins éloigné dans le temps et dans l’histoire évolutive.
Comme en témoigne, par exemple, le cladogramme des Amoebozoa (= eucaryotes
regroupant toutes les formes d’Amibes et assimilées), les dichotomies et le nombre
de branches pour reconstituer la phylogénie d’une espèce d’Amibe aboutissent à un
arbre tout aussi complexe que celui de l’Homme. Une espèce d’Amibe actuelle est
donc tout aussi « évoluée » que l’espèce humaine.
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L’arbre phylogénétique des Amoebozoa (d’après Cavalier-Smith et al. 2004)
Ancêtres communs et descendance :
- Dans la classification de Cuénot, les relations généalogiques (= qui descend de qui ?)
impliquent qu’un taxon constitue la descendance d’un ancêtre situé plus bas sur
l’arbre (souvent ces ancêtres correspondaient à des fossiles connus).
Exemple : « l’Homme descend du singe »
- Sur un arbre phylogénétique (= qui est plus proche parent de qui ?), les ancêtres
communs correspondent à des espèces hypothétiques. Les fossiles, comme les
espèces actuelles, occupent l’extrémité des branches et sont donc bien distincts des
ancêtres.
Exemple : « l’Homme est un proche parent du Gorille »
Liens de parenté :
- Sur l’arbre de Cuénot, en plus des liens généalogiques, sont également pris en
compte des critères d’adaptations ou écologiques sans rapport direct avec
l’apparentement.
Par exemple, la branche qui mène aux Cétacés est bien rattachée à celles des
Mammifères, au sommet de l’arbre, mais elle présente une courbure descendante qui
rapproche ces animaux des poissons, en raison de leur adaptation à un mode de vie
aquatique.
- Un arbre phylogénétique ne se base exclusivement que sur les liens de parenté
entre les espèces.
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Lexique :
- Arbre phylogénétique ou cladogramme : représentation schématique des liens de
parenté entre des espèces. Chaque espèce est placée au sommet d’une des branches de
l’arbre.
Chaque branche d’un arbre est définie par l’apparition d’un ou plusieurs caractères à
l’état dérivé et se rattache à un nœud.
Un nœud représente l’ancêtre commun hypothétique à plusieurs espèces.
Un nœud est situé au point de séparation entre les espèces qui vont acquérir un nouveau
caractère à l’état dérivé et celles qui ne le possèderont jamais.
- Caractère homologue : caractère commun à plusieurs espèces, hérité d’un ancêtre
commun, ayant la même origine embryonnaire, présentant le même plan d’organisation
(mais pouvant acquérir des formes et des fonctions variées) et établissant les mêmes
connexions avec les structures voisines.
- État ancestral d’un caractère : état le plus ancien d’un caractère homologue, défini
d’après les archives fossiles.
- État dérivé d’un caractère : état d’un caractère homologue résultant de
transformations d’un caractère à l’état ancestral, suite à des innovations génétiques
apparues au cours du temps.
- Groupe monophylétique : ensemble constitué d’un ancêtre commun et de tous ses
descendants.
Références bibliographiques :
CAVALIER-SMITH T., CHAO E.E. et OATES B. (2004) - Molecular phylogeny of Amoebozoa
and the evolutionary significance of the unikont Phalansterium. - Eur. J. Protistol. 40:2148.
LECOINTRE G. et LE GUYADER H. (2006) – Classification phylogénétique du vivant (3e
édition) – Belin éd.
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