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La recherche de parenté chez les vertébrés - L’établissement de phylogénies, Niveau Terminale S

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Classer en Terminale S dans la Galerie d’Anatomie Comparée et de Paléontologie

Suggestion d’activité libre dirigée par l’enseignant

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Auteur: Mickael Agolin (Doctorat, MNHN)
Adaptation pédagogique : Gheylen Daghfous (Doctorant, MNHN), Alain Pothet et Sophie Pons (Enseignants SVT)

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Les plans de la galerie sont téléchargeables ici (en pdf)

L’activité complète est téléchargeable ici (dossier zip)

L'animation flash (visite virtuelle) de la Galerie d'Anatomie est téléchargeable ici (dossier zip)
(Pour l'exécuter, ouvrir le fichier "lancement_GAC.swf" avec Firefox)

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Cette activité permet d’aborder des notions contenues dans la partie I du programme de terminale S : « Parenté entre êtres vivants et fossiles – Phylogenèse – Evolution :

  • La recherche de parenté chez les Vertébrés s’effectue à partir de la comparaison de caractères homologues…
  • Seul le partage d’états dérivés des caractères témoigne d’une étroite parenté
  • Ces relations de parenté contribuent à construire un arbre phylogénétique »

Les objectifs généraux consistent à :

  • faire observer des caractères supposés homologues
  • visualiser sur un arbre phylogénétique les relations de parenté entre les taxons et l'histoire évolutive des caractères

Dans la galerie d’Anatomie Comparée et de Paléontologie du MNHN de Paris, sont donc proposées les activités suivantes :

  • Une observation de pièces anatomiques (6 caractères) de différents vertébrés (6 taxons actuels et 2 taxons fossiles)
  • La construction de la matrice taxons/caractères correspondante
  • L’analyse critique de l'arbre phylogénétique correspondant

Les 3 étapes proposées sont les suivantes :

  1. Visite virtuelle de la galerie d’Anatomie Comparée et de Paléontologie 
  2. Matrice taxons/caractères à remplir (version corrigée)
  3. Analyse de la matrice à travers l’observation critique d’un arbre phylogénétique.

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1- Visite virtuelle de la galerie d’Anatomie Comparée et de Paléontologie

L'animation ci-dessous permet d'effectuer la visite virtuelle de la galerie pour y observer les 8 squelettes. La matrice (partie 2) peut être complétée au cours de cette visite virtuelle. Un rappel des caractères à observer peut être envisagé avec les élèves sur un squelette qui servira d'exemple (le loup ou l'homme).

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2- Matrice taxons/caractères à remplir (version corrigée)

A partir des observations faites pendant la visite virtuelle, l'élève complète la matrice taxons/caractères, en codant 'état A' ou 'état B' pour chaque caractère. Voici la matrice corrigée :

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Définitions des états de caractères observables Matrice taxons/caractères remplie à l'aide des observations

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Insister sur le fait que l’élève ne complète la matrice qu’à partir de la seule observation des squelettes et qu’en cas d’indécision, il ne complète pas la case (ici un tiret signifie que le caractère n'est pas applicable, un point d'interrogation signifie qu'il n'est pas possible d'observer le caractère sur le squelette exposé car certaines pièces anatomiques sont manquantes).

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3- Analyse de la matrice à travers l’observation critique d’un arbre phylogénétique

On considère ici que l'état A est l'état ancestral et l'état B est l'état dérivé, pour chaque caractère. Les changements d'états de caractère peuvent ainsi être replacés sur l'arbre. 

GAC_Arbre_Lycee_complet
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Exploitation des observations :

Les états des caractères aux nœuds donnent une idée de l’anatomie des ancêtres communs hypothétiques correspondants :

  • Le dernier ancêtre commun au Tétras et à l’Archéoptéryx était l’ancêtre des Oiseaux. Il devait posséder plusieurs vertèbres cervicales, des clavicules fusionnées en un os original (la fourchette), marcher sur trois doigts centraux, tous ses doigts étaient orientés dans le même sens, sa mandibule était percée d’un fenêtre, ses vertèbres cervicales possédaient une quille ventrale, et il ne devait avoir qu’un seul type de dents.
  • Le dernier ancêtre commun au Varan et à l’Homme était l’ancêtre des Amniotes. Il devait posséder plusieurs vertèbres cervicales, des clavicules séparées ou absentes, ne marchait pas sur trois doigts centraux, tous ses doigts étaient orientés dans le même sens, sa mandibule était pleine, la face ventrale de ses vertèbres cervicales était lisse, et il ne devait avoir qu’un seul type de dents.

On peut ensuite visualiser et nommer les groupes monophylétiques présents :

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GAC_Arbre_et_groupes

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Les Reptiles (Varan + Dromaeosaurus + Gavial) ne forment pas un groupe monophylétique, mais paraphylétique. Le mot Reptile ne désigne donc pas une classe valide en systématique (elle le deviendrait si on choisissait de considérer les oiseaux (Tétras + Archaeopteryx) comme des Reptiles, qui deviendrait alors synonyme de Sauropsides).

Les groupes monophylétiques présents dans cet arbre sont : Oiseaux (Aves), Dinosauriens (Dinosauria), Archosauriens (Archosauromorpha), Sauropsides (Sauropsida), Mammifères (Mammalia), Amniotes (Amniota).

Pour chaque groupe monophylétique, il est possible de préciser l'état de caractère dérivé, partagé par les membres du groupe et propre à ce groupe. C'est cet état dérivé partagé qui justifie l'existence du groupe en phylogénie. Par exemple : les dinosauriens partagent 3 orteils centraux porteurs.

On peut replacer sur l’arbre d’autres caractères, comme les poils, les mamelles et les pavillons aux oreilles sur la branche soutenant les Mammifères, la plume sur la branche soutenant les Oiseaux, les écailles sur la branche soutenant les Sauropsides, etc. On peut aussi discuter de la répartition de caractères qui apparaissent plusieurs fois indépendamment dans l’arbre, et donc au cours de l’évolution, comme l’homéothermie qui est présente à la fois chez les Mammifères et les Oiseaux. On peut aussi parler de la récente découverte de plumes chez certains Dinosaures Théropodes, et discuter de son rôle avant la participation au vol battu.

On constate que la Grenouille possède tous les caractères à l'état ancestral, ce qui lui donne le statut d'extra-groupe. Les liens de parenté s’établissent donc entre les 7 autres taxons.

Il faut bien préciser l’état des caractères au sein de cet ensemble de 7 taxons et faire apparaître l’intérêt de la Grenouille pour déterminer cet état.

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Pour l'exploitation en classe de cette activité, l'enseignant peut créer un compte spécial pour sa classe sur cette plateforme (qui lui permettra d'accéder à la visite virtuelle seule) et utiliser le dossier téléchargeable (en haut de cette page).
L’ensemble de ce travail pourra être prolongé par l’utilisation du logiciel « Phylogène » qui présente une collection regroupant les taxons et les caractères proposés ici.
Cette activité est aussi proposée in situ par le Muséum, animée par un chercheur spécialiste de la classification et formé à l’accueil des élèves. Une réservation préalable (atelier payant) est indispensable. Pour réserver (titre de l’atelier à préciser : « Initiation à la phylogénie à travers l’anatomie comparée des vertébrés »), contacter : phylogenie@mnhn.fr
Pour préparer au mieux votre visite à la Galerie d'Anatomie Comparée et de Paléontologie: http://www.mnhn.fr

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Modifié le: jeudi 26 avril 2018, 14:00