D’après Damien Aubert, APBG n°3-2023, modifié.
L’ornithorynque, un animal mi-canard mi-castor qui possède des poils et produit du lait comme les mammifères mais sans mamelles. Il possède aussi un bec, pond des œufs, et possède des doigts palmés comme les oiseaux… Alors qu’est-ce qui justifie qu’on ait placé cette espèce chez les mammifères plutôt que chez les oiseaux ?
C’est ce que nous cherchons à comprendre.
Pour cela nous allons décrire les caractères d’une collection d’espèces actuelles. Les caractères qui sont dans un état différent chez 2 ensembles d’espèces indiquent qu’il y a eu une transformation entre 2 ancêtres de ces 2 ensembles. Cette transformation sera donc placée sur la branche de l’arbre phylogénétique qui relie ces deux ensembles. Ce principe nous permettra de reconstruire l’ensemble de l’arbre.
Cependant, certains caractères sont moins fiables que d’autres : ils se sont transformé plusieurs fois au cours de l’histoire évolutive, ils ne permettent donc pas de couper toute la collection d’espèces en seulement 2 ensembles. Nous devons donc d’abord trouver l’intrus qui est moins fiable que les autres caractères.
Partie I : Connaitre les caractères de quelques vertébrés
Chaque caractère permettant de décrire un être vivant peut avoir deux états :
- soit « Présent » => on met une croix,
- soit absent « Absent » => on ne met pas de croix.
1) Complète le tableau 1 te servant de tes connaissances et du jeu de cartes.
Tableau 1. Les caractères de quelques vertébrés
Téléchargez le fichier ci-dessous:
Jeu de cartes:
Tableau 2. Les compatibilités des paires de caractères
2) Complète les cases blanches du tableau 2 en te servant des règles ci-dessous.
Si 2 caractères se sont transformés chacun une seule fois, alors le premier caractère permet de couper l’ensemble de la collection d’espèces en 2 ensembles, et le second caractère permet de couper un seul de ces 2 ensembles à nouveau en 2, ce qui fait 3 ensembles au total. On dit que ces 2 caractères ne se contredisent pas, ils sont compatibles.
Si ces 2 caractères nous obligent au contraire à couper l’ensemble de la collection en 4 ensembles, alors l’un des 2 caractères s’est transformé au moins 2 fois et n’est donc pas fiable pour construire des relations de parentés. On dit que ces 2 caractères se contredisent, ils sont incompatibles.
Pour chaque paire de caractères, tu dois donc vérifier s’il est possible de couper la collection en seulement 2 ou 3 morceaux et ainsi compléter le tableau 2 avec des « OUI » en VERT et des « NON » en ROUGE. (Voir exemple ci-dessous)
Pour t’aider, pose-toi ces 4 questions pour chaque paire de caractères :
« Existe-t-il dans la collection au moins une espèce pour laquelle :
- ces deux caractères sont présents ? »
- ces deux caractères sont absents ? »
- le premier caractère est présent et le deuxième est absent ? »
- le premier caractère est absent et le deuxième est présent ? »
Si tu réponds « non » à au moins une de ces questions, alors ces 2 caractères sont compatibles, il faut donc mettre un « OUI » en VERT dans le tableau.
Si tu réponds « oui » à toutes ces questions, alors ces 2 caractères sont incompatibles entre eux, il faut donc mettre un « NON » en ROUGE dans le tableau.
3) D’après le tableau de compatibilités que tu as complété : quel est le caractère qui semble moins fiable que les autres ?
Partie II : Reconstituer l’histoire évolutive des animaux
Nous allons maintenant reconstituer les relations entre les ancêtres des espèces de la collection.
Tu dois commencer par choisir un caractère fiable, n’importe lequel, tu peux les prendre dans l’ordre si tu veux.
- Trace 2 cercles (sans compas) représentant les deux ancêtres
- Écris dans l’un des cercles toutes les espèces où ce caractère est « Présent » et dans l’autre cercle toutes les espèces où ce caractère est « Absent ».
- Relie ces 2 cercles par une branche et écris le caractère qui s’est transformé sur cette branche.
- Vérifie ton travail grâce au corrigé ci-dessous:
- Tu vas ensuite choisir un autre caractère fiable et couper l’un des cercles précédents en 2 pour placer la nouvelle transformation.
- Vérifie bien que toutes les espèces où ce deuxième caractère est « Présent » sont d’un seul côté de la transformation et que toutes les espèces où ce deuxième caractère est « Absent » sont de l’autre côté de la transformation.
- Vérifie ton travail grâce au corrigé ci-dessous:
4) Trace tour à tour ces schémas jusqu’à ce que vous ayez utilisé tous les caractères fiables (certains cercles peuvent être vides).
5) Trace un dernier schéma comme les précédents en ajoutant le caractère moins fiable, attention il doit se transformer deux fois !
Chaque cercle représente un ancêtre et non une espèce de la collection.
Pour dessiner un arbre phylogénétique sans racine, il faut donc simplement sortir les espèces de leurs cercles et les relier aux cercles d’où elles viennent par une branche. Ces cercles, qui sont maintenant tous vides, seront dorénavant dessinés tout petits. Voici un exemple:
6) Dessine cet arbre phylogénétique en sortant toutes les espèces de leurs cercles.
La seule espèce de la collection n’appartenant pas aux tétrapodes est le silure, la racine de l’arbre phylogénétique se trouve donc entre le silure et toutes les autres espèces.
7) Complète les branches de l’arbre phylogénétique avec sa racine sur la fiche jointe en l’orientant correctement par rapport au temps et encollant les petites étiquettes.
8) Pour chaque transformation de caractère sur ton arbre phylogénétique, indique s’il s’agit d’une apparition ou d’une disparition.
9) Maintenant tu sais pourquoi l’ornithorynque est plus proche des mammifères que des oiseaux: rédige un texte simple pour l’expliquer à tes parents…
Corrigé:
