Parenté entre les espèces — Exercices

Lire, analyser et construire des arbres phylogénétiques. Corrigé détaillé en fin de fiche.

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1Notions de base/ 4 pts

Réponds à chaque question par une phrase complète.

Qu'est-ce qu'un caractère dérivé partagé ? Donne un exemple chez les Vertébrés.
Que représente un nœud dans un arbre phylogénétique ?
Trois espèces A, B et C sont comparées. A et B partagent 4 caractères dérivés ; A et C n'en partagent que 2. Quelle espèce est la plus proche parente de A ? Justifie.
Vrai ou faux ? Justifie : « La chauve-souris est plus proche parente de l'aigle que du lapin, car elle possède des ailes comme l'aigle. »

2Lire un arbre phylogénétique/ 5 pts

L'arbre phylogénétique ci-dessous compare cinq espèces. Les nœuds sont numérotés de 1 (racine) à 4. Le caractère dérivé apparu à chaque nœud est indiqué entre crochets.

Nœud 1 — racine [Vertèbres] : une branche vers la Lamproie, une branche vers le nœud 2.
Nœud 2 [Mâchoires] : une branche vers le Requin, une branche vers le nœud 3.
Nœud 3 [Membres à 4 membres] : une branche vers la Grenouille, une branche vers le nœud 4.
Nœud 4 [Amnios] : une branche vers le Lézard, une branche vers le Lapin.

Quel groupe d'espèces possède des mâchoires ? Quel est le nom de ce groupe ?
Cite le caractère dérivé partagé par le Lézard et le Lapin uniquement.
Le Lapin et la Grenouille ont-ils un ancêtre commun plus récent que le Lapin et le Requin ? Justifie en mentionnant les nœuds concernés.
Le Requin est-il plus proche parent de la Lamproie ou de la Grenouille ? Justifie.
Nomme le groupe formé par la Grenouille, le Lézard et le Lapin. Quel caractère dérivé partagé le définit ?

3Analyser un tableau de caractères/ 4 pts

Le tableau suivant compare quatre espèces selon quatre caractères. + = présence ; — = absence.

Lamproie : Colonne vertébrale +, Mâchoires —, 4 membres —, Amnios —
Requin : Colonne vertébrale +, Mâchoires +, 4 membres —, Amnios —
Grenouille : Colonne vertébrale +, Mâchoires +, 4 membres +, Amnios —
Tortue : Colonne vertébrale +, Mâchoires +, 4 membres +, Amnios +

Combien de caractères dérivés la Tortue et la Grenouille partagent-elles ? Lesquels ?
Quel caractère dérivé est propre à la Tortue dans ce tableau ?
Lequel, du Requin ou de la Grenouille, est le plus proche parent de la Tortue ? Justifie en comptant les caractères partagés.
Range les quatre caractères du plus ancien (apparu le plus tôt) au plus récent (apparu le plus tard).

4Construire un arbre phylogénétique/ 4 pts

À partir du tableau de l'exercice 3 (Lamproie, Requin, Grenouille, Tortue et leurs quatre caractères), construis un arbre phylogénétique sur ton cahier, puis réponds aux questions.

Quel caractère place-t-on à la racine ? Pourquoi ?
Dans quel ordre places-tu les quatre caractères sur les branches, de la racine vers les feuilles ?
Quelle espèce est la plus proche parente de la Tortue dans cet arbre ? Quel nœud justifie ta réponse ?

5Problème : classer une espèce inconnue/ 5 pts

Un paléontologue découvre les restes d'une espèce fossile inconnue, appelée Espèce X. L'analyse révèle qu'elle possède une colonne vertébrale, des mâchoires et 4 membres, mais ni amnios ni poils.

Compare le profil de caractères de X avec ceux du tableau (exercice 3). À quelle espèce son profil est-il identique ?
Dans quels grands groupes phylogénétiques place-t-on X ? Justifie en citant les caractères dérivés correspondants.
La Tortue est-elle plus proche parente de X que la Grenouille ? Justifie.
Le paléontologue remarque que X a un corps allongé et des membres réduits ressemblant au Requin. Peut-il conclure que X et le Requin sont proches parents ? Explique.

Corrigé détaillé

1Notions de base

a) \(Un caractère dérivé partagé est un attribut biologique apparu au cours de l'évolution dans une lignée et hérité par tous les descendants de l'ancêtre où il est apparu.\) \(Exemple : les mâchoires, présentes chez les Gnathostomes (Requin, Grenouille, Lézard, Lapin) et absentes chez la Lamproie.\)

b) \(Un nœud est un point de bifurcation dans l'arbre phylogénétique, où une lignée se divise en deux.\) \(Il représente un ancêtre commun hypothétique aux espèces situées sur les branches issues de ce nœud.\)

c) \(Plus deux espèces partagent de caractères dérivés, plus leur ancêtre commun est récent, donc plus elles sont proches parentes. A et B partagent 4 caractères dérivés ; A et C n'en partagent que 2.\) \(B est la plus proche parente de A : A et B partagent 4 caractères dérivés (ancêtre commun plus récent), contre seulement 2 entre A et C.\)

d) \(Les ailes de la chauve-souris et de l'aigle sont des structures analogues issues d'une convergence évolutive (adaptation indépendante au vol), et non d'un ancêtre commun récent. La chauve-souris possède des poils et allaite ses petits : c'est un Mammifère.\) \(FAUX. La chauve-souris est un Mammifère, donc plus proche parente du lapin. La ressemblance des ailes est une convergence évolutive, pas une preuve de parenté récente.\)

2Lire un arbre phylogénétique

a) \(Les mâchoires apparaissent au nœud 2, qui est l'ancêtre commun du Requin, de la Grenouille, du Lézard et du Lapin.\) \(Le Requin, la Grenouille, le Lézard et le Lapin possèdent des mâchoires. Ce groupe s'appelle les Gnathostomes.\)

b) \(L'amnios apparaît au nœud 4, qui est l'ancêtre commun du Lézard et du Lapin uniquement. Aucune autre espèce de l'arbre n'est issue de ce nœud.\) \(Le caractère dérivé partagé uniquement par le Lézard et le Lapin est l'amnios.\)

c) \(Le nœud commun le plus récent au Lapin et à la Grenouille est le nœud 3. Le nœud commun le plus récent au Lapin et au Requin est le nœud 2. Le nœud 3 est plus éloigné de la racine que le nœud 2, donc plus récent.\) \(Oui. Le Lapin et la Grenouille partagent le nœud 3 (plus récent), tandis que le Lapin et le Requin partagent le nœud 2 (plus ancien). L'ancêtre commun du Lapin et de la Grenouille est donc plus récent.\)

d) \(Le nœud commun le plus récent au Requin et à la Lamproie est le nœud 1 (la racine). Le nœud commun le plus récent au Requin et à la Grenouille est le nœud 2, plus éloigné de la racine.\) \(Le Requin est plus proche parent de la Grenouille. Ils partagent le nœud 2 (plus récent), tandis que le Requin et la Lamproie ne partagent que le nœud 1, la racine (plus ancien).\)

e) \(La Grenouille, le Lézard et le Lapin convergent tous vers le nœud 3, où apparaît le caractère « membres à 4 membres ».\) \(Ce groupe s'appelle les Tétrapodes. Le caractère dérivé partagé qui le définit est la possession de membres à 4 membres.\)

3Analyser un tableau de caractères

a) \(Tortue : + + + + ; Grenouille : + + + —. Caractères communs : colonne vertébrale (+/+), mâchoires (+/+), 4 membres (+/+). L'amnios est présent chez la Tortue mais absent chez la Grenouille.\) \(La Tortue et la Grenouille partagent 3 caractères dérivés : la colonne vertébrale, les mâchoires et les 4 membres.\)

b) \(Dans le tableau, l'amnios est noté + uniquement pour la Tortue et — pour toutes les autres espèces.\) \(L'amnios est le caractère dérivé propre à la Tortue (absent chez la Lamproie, le Requin et la Grenouille).\)

c) \(Tortue et Requin partagent 2 caractères : colonne vertébrale et mâchoires. Tortue et Grenouille partagent 3 caractères : colonne vertébrale, mâchoires et 4 membres.\) \(La Grenouille est la plus proche parente de la Tortue : elles partagent 3 caractères dérivés, contre 2 seulement entre la Tortue et le Requin.\)

d) \(Plus un caractère est présent chez de nombreuses espèces, plus il est apparu tôt. Colonne vertébrale : 4/4 espèces. Mâchoires : 3/4. 4 membres : 2/4. Amnios : 1/4.\) \(Du plus ancien au plus récent : Colonne vertébrale → Mâchoires → 4 membres → Amnios.\)

4Construire un arbre phylogénétique

a) \(La colonne vertébrale est le seul caractère présent chez les 4 espèces : c'est le plus partagé, donc apparu le plus tôt dans l'évolution.\) \(On place la colonne vertébrale à la racine car c'est le caractère commun à toutes les espèces du tableau (4/4) : il est le plus ancien.\)

b) \(Ordre du plus partagé au moins partagé : Colonne vertébrale (4/4) → Mâchoires (3/4) → 4 membres (2/4) → Amnios (1/4). La Lamproie diverge au nœud 1, le Requin au nœud 2, la Grenouille au nœud 3, la Tortue porte seule l'amnios en bout de branche.\) \(De la racine vers les feuilles : Colonne vertébrale (nœud 1) → Mâchoires (nœud 2) → 4 membres (nœud 3) → Amnios (branche terminale de la Tortue). Divergences : Lamproie au nœud 1, Requin au nœud 2, Grenouille au nœud 3, Tortue en feuille terminale.\)

c) \(Dans cet arbre, la Grenouille et la Tortue partagent le nœud 3 comme ancêtre commun le plus récent. Le Requin ne partage avec la Tortue que le nœud 2 (plus ancien).\) \(La Grenouille est la plus proche parente de la Tortue. Elles partagent le nœud 3, qui est leur ancêtre commun le plus récent dans cet arbre.\)

5Classer une espèce inconnue

a) \(Profil de X dans le tableau : Colonne vertébrale +, Mâchoires +, 4 membres +, Amnios —. Grenouille : + + + —. Les deux profils sont identiques.\) \(Le profil de caractères de X est identique à celui de la Grenouille : toutes deux possèdent colonne vertébrale, mâchoires et 4 membres, mais pas d'amnios.\)

b) \(Colonne vertébrale → Vertébrés. Mâchoires → Gnathostomes. 4 membres → Tétrapodes. Absence d'amnios → X n'appartient pas aux Amniotes.\) \(X appartient aux Vertébrés (colonne vertébrale), aux Gnathostomes (mâchoires) et aux Tétrapodes (4 membres). Elle n'est pas un Amniote (absence d'amnios).\)

c) \(X ne possède pas l'amnios, caractère dérivé qui distingue la Tortue des autres Tétrapodes. X et la Grenouille ont le même profil de caractères et partagent le même ancêtre commun le plus récent. La Tortue, avec l'amnios, est placée sur une branche plus dérivée.\) \(Non. La Grenouille est plus proche parente de X que la Tortue. La Tortue possède l'amnios (caractère dérivé absent chez X), ce qui la place dans un groupe plus dérivé. X et la Grenouille partagent le même ancêtre commun le plus récent.\)

d) \(Un corps allongé et des membres réduits peuvent résulter d'une adaptation indépendante à un même mode de vie (convergence évolutive). De plus, le Requin ne possède pas de 4 membres, contrairement à X : leurs profils de caractères diffèrent.\) \(Non. Cette ressemblance morphologique est une convergence évolutive, liée à un mode de vie similaire et non à un ancêtre commun récent. La parenté s'établit par les caractères dérivés partagés : les profils de X et du Requin diffèrent (X a 4 membres, le Requin non).\)