Homo naledi
Nous cherchons à reconstruire l’histoire évolutive d’Homo sapiens.
Pour cela nous allons examiner une série de caractères anatomiques chez des espèces actuelles et fossiles.
Les caractères qui sont dans un état différent chez deux ensembles d’espèces indiquent qu’il y a eu une transformation entre deux ancêtres de ces deux ensembles.
Cette transformation sera donc placée sur la branche de l’arbre phylogénétique qui relie ces deux ensembles. Ce principe nous permettra de reconstruire la totalité 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 deux ensembles.
Nous allons donc comparer les différents caractères entre eux pour déterminer lesquels ne se contredisent pas et donc quels caractères sont les plus fiables.
Partie I : Identifier les caractères les plus fiables pour retracer l’histoire évolutive
1) La matrice de caractères qui vous a été fournie est incomplète (« 0 » pour « absent » et « 1 » pour « présent »). Servez-vous des documents décrivant l’anatomie des différentes espèces pour compléter les cases vides de la matrice avec le codage approprié.
2) On cherche maintenant à déterminer quels caractères sont les plus fiables pour reconstituer l’histoire évolutive, c’est-à-dire ceux qui ne se sont transformé qu’une seule fois. Nous allons pour cela commencer par identifier les paires de caractères qui se contredisent, c’est-à-dire que si l’un ne s’est transformé qu’une seule fois il n’est pas possible l’autre ne se soit transformé qu’une seule fois également. Deux caractères qui ne se contredisent pas si dits compatibles, sinon ils sont incompatibles.
Vérifiez la compatibilité de toutes les paires de caractères et complétez la matrice de compatibilité. Justifiez pourquoi les caractères 1 et 4 sont obligatoirement compatibles avec tous les autres caractères et ne nécessitent donc aucune vérification.
3) Un ensemble de caractères dont toutes les paires sont compatibles est une clique. On cherche à identifier la plus grande clique, qu’on appelle la clique maximum, car elle doit contenir les caractères les plus fiables. Pour cela vous devez d’abord tracer le graphe de compatibilité des caractères en vous servant de la matrice de compatibilité.
Vous allez ensuite chercher visuellement le plus grand ensemble de sommets qui sont tous directement connectés entre eux, c’est la clique maximum. Notez les caractères appartenant à cette clique maximum, ce sont les caractères les plus fiables (n’oubliez pas de faire figurer dans cette liste les caractères 1 et 4).
Partie II : Reconstituer l’histoire évolutive des hommes
4) Nous allons maintenant nous servir des caractères de la clique maximum pour reconstituer les relations entre les ancêtres des espèces de la collection. Vous devez commencer par choisir un caractère de la clique maximum, n’importe lequel. Tracez deux cercles représentant les deux ancêtres et placez dans l’un des cercles toutes les espèces ayant le caractère choisi dans un état et dans l’autre cercle toutes les espèces ayant le caractère dans l’autre état. Reliez ces deux cercles par une branche et notez le numéro du caractère qui s’est transformé sur cette branche. Vous allez ensuite choisir un autre caractère de la clique maximum et couper l’un des cercles précédents en deux pour placer la nouvelle transformation. Vérifiez bien que toutes les espèces ayant ce deuxième caractère dans un état et toutes les espèces l’ayant dans l’autre état sont bien séparées par cette nouvelle branche. Traceztour à tour ces schémas phylogénétiques jusqu’à ce que vous ayez épuisé tous les caractères de la clique maximum.
5) Pour affiner nos schémas phylogénétiques nous allons devoir maintenant y placer des caractères un peu moins fiables. Parmi ceux-ci repérez ceux qui sont les plus compatibles avec d’autres caractères et placez les transformations correspondantes (plusieurs transformations par caractère cette fois-ci) sur de nouveaux schémas phylogénétiques. Finissez par les caractères les moins fiables.
6) Chaque cercle des schémas phylogénétiques représente un ancêtre et non une espèce de la collection. Pour tracer l’arbre phylogénétique il faut donc sortir les espèces de la collection de ces cercles et les relier aux cercles d’où elles proviennent par une branche. Sur l’arbre phylogénétique ces cercles qui sont maintenant vides deviennent de simples points de rencontre entre les branches. La seule espèce de la collection n’appartenant pas à la lignée humaine est le chimpanzé, c’est l’extra-groupe.
Servez-vous de cet extra-groupe pour placer la racine de l’arbre phylogénétique. Tracez enfin l’arbre phylogénétique final en l’orientant correctement dans le temps.
Fiche de données à compléter:
Si deux caractères se sont transformé chacun une seule fois, alors le premier caractère permet de couper l’ensemble de la collection d’espèces en deux ensembles, et le second caractère permet de couper un seul de ces deux ensembles à nouveau en deux, ce qui fait trois ensembles au total. On dit que ces deux caractères ne se contredisent pas, ils sont compatibles.
Si ces deux caractères nous obligent au contraire à couper l’ensemble de la collection en quatre ensembles, alors l’un des deux caractères s’est transformé au moins deux fois et donc n’est pas fiable. On dit que ces deux caractères se contredisent, ils sont incompatibles.
Pour chaque paire de caractères vous devez donc vérifier s’il est possible de couper la collection en seulement deux ou trois morceaux et ainsi compléter la matrice 2.
Pour vous aider, vous pouvez simplement vérifier dans les deux colonnes des deux caractères que vous regardez s’il existe les quatre combinaisons possibles 00, 01, 10, et 11.
– S’il manque au moins une de ces quatre combinaisons, alors ces deux caractères sont compatibles entre eux, il faut donc mettre un « OUI » en VERT dans la matrice.
– Si ces quatre combinaisons sont toutes présentes, alors ces deux caractères sont incompatibles entre eux, il faut donc mettre un « NON » en ROUGE dans la matrice.
Document 1. Les capacités crâniennes de quelques espèces actuelles et fossiles de la lignée humaine.
La capacité crânienne est la mesure du volume de l’intérieur de la boite crânienne, ce qui est une indication grossière de la taille du cerveau.
Les crânes sur cette illustration sont dessinés à l’échelle.
Les espèces Paranthropus robustus et Paranthropus bosei sont parfois rangées dans le genre Australopithecus plutôt que dans le genre Paranthropus par certains chercheurs.
On peut considérer que la capacité crânienne est faible en-dessous de 500 cm³ et forte au dessus de 800 cm³.
Document 2. Quelques exemples de mesures craniométriques.
Un angle facial inférieur à 65° correspond à un prognathisme marqué (projection de la mâchoire en avant).
Document 3. Courbure de la première phalange (proximale) de quelques espèces d’hominoïdes.
Les photos ne sont pas à l’échelle.
A = Homme moderne ; B = Babouin ; C = Gorille ; D = Chimpanzé ; E = Gibbon ; F = Orang-outan ; G = Fossile du genre Homo indéterminé ; H = Australopithecus africanus ; I = Australopithecus sediba ; J = Homo habilis ; K = Homo naledi ; L = Australopithecus afarensis.
Seules les phalanges A et G sont considérées comme droites.
Pour H. habilis (J) la première phalange est encore très incurvée
Document 4: Maxillaires de quelques espèces.
Les maxillaires d’Australopithecus africanus sont en forme de U (La forme en V est un caractère juvénile, peut-être une confusion avec un squelette d’africanus jeune).
Éléments de correction:
