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L’origine de la vie et l’évolution des espèces

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Plan de l’étude

• 1.0 L’origine de la vie

• 2.0 Historique du concept de l’évolution des

espèces

• 3.0 Les preuves à la base du concept de

l’évolution des espèces

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1.0 L’origine de la vie

D’où vient la vie???

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1.1 L’origine de la vie

Il était une fois …• 13,7 milliards d’années : la théorie du Big bang • 4,56 milliards d’années : la formation de la Terre• 3,5 – 4 milliards d’années : l’apparition des

premières formes de vie (procaryotes) : archéobactéries, bactéries

StromatolithesSharks Bay (Australie

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2,7 milliards d’années : apparition de l’oxygène dans l’atmosphère : par les cyanobactéries (procaryotes photosynthétiques). Cela crée progressivement une couche d’ozone qui rend la vie possible en dehors de l’eau, car la couche d’ozone protège des UV.

2,1 milliards d’années : apparition des eucaryotes unicellulaires. Les eucaryotes seraient apparus à la suite de « l’ingestion » de procaryotes. (endosymbiose)

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1,2 milliard d’années : apparition des pluricellulaires (colonies).

500 millions d’années : apparition des animaux.4 500 millions

d’années 3 500

Premiers procaryotes

2 500 543 250 65

Premiers eucaryotes

Vie terrestre

Vie aquatique

Formation de la Terre

543 488 444 416 360 300 251 145 65 23200

Cambrien Ordovicien

Silurien Dévonien Carbonifère Permien

Trias Jurassique Crétacé Paléogène

Néogène

Trilobites

Nautile

Ammonite

AbeilleOiseauxArthropode

s

Tortue

Ptérosaure

Tyrannosaure

Reptiles

Poisson osseux

Primate

Plantes terrestres Plantes à

fleurs

Homo habilis

Premiers vertébrés

marins

Amphibiens

Mammifères

Premiers vertébrés terrestres

Précambrien Paléozoïque Mésozoïque Cénozoïque

Baleine primitive

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500 millions d’années : • colonisation des milieux

terrestres.• Apparition des végétaux. (déshydratation)

50-60 millions d’années : apparition des mammifères. (fin du Crétacé)

5 millions d’années : apparition de l’Homme.(les impactes sur son environnement)

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1.2 Vers l’explication de l’origine de la vie • Origine extraterrestre (météorites) des molécules

prébiotiques : les poussières interstellaires contiennent des molécules organiques (acides aminés, bases azotées, lipides, glucides).

• Origine atmosphérique des molécules prébiotiques : – Atmosphère réductrice : (voir Miller et Urey).– Atmosphère neutre : des expériences ont permis de mettre en évidence

la synthèse d’acides aminés en conditions neutres.

• Origine hydrothermale des molécules prébiotiques : les cheminées hydrothermales sont des milieux chauds et réducteurs.

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1.2 La synthèse abiotique des molécules (la terre primitive)

Est-ce que les conditions qui prévalaient sur Terre étaient favorables à l’apparition de la vie?

Oparin et Haldane (postulent en même temps)

• Exercice sur l’expérience de Miller-Ulrey

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L’expérience de Miller-Ulrey

Les gaz primitifs (H2O, H2, CH4 et NH3)

Décharges électriques

Un tube réfrigérant

Acides aminés, eau

http://www.youtube.com/watch?v=ujp3Idjmu4s

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Comment la vie serait-elle apparue sur Terre?

Les étapes menant à la formation des cellules1. Synthèse abiotique et fusion des

monomères en polymères2. Formation de protobiontes (agrégats)3. ARN autoréplicateur4. Formation de protéines enzymes pouvant

faire la synthèse des protéines5. Formation de l’ADN

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2.0 Un bref historique du concept de l’évolution des espèces

•2.1 Le fixisme

•2.2 Le transformisme

•2,3 Le darwinisme

•2.4 Le néodarwinisme

•2.5 L’épigénétique

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Question

• Une population de renards migre vers le Nord-du-Québec. Au début de cette migration, l'épaisseur de leur fourrure est, en moyenne, de 2,5 cm. Après 30 générations, l'épaisseur moyenne de la fourrure des renards est de 3,5 cm, ce qui constitue une augmentation de 40 %. Comment expliquez-vous ce changement?

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Un peu d’histoire

-400

Platon Aristote

1700 1800 1900 2000

Cuvier

Hutton Smith Lyell

LamarckÉ. Darwin

Darwin Wallace

Genèse

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2.1 Fixisme• Platon et Aristote (384-322 av. J.-C)

– L’évolution est impossible puisque le monde est immuable et les espèces sont parfaites.

– L’échelle des êtres (scala naturae)– Carl Von Linné (classification binominale)

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Genèse jusqu’au 17e siècle

Créationnisme :Dieu a créé les espèces de manière individuelle et définitive en 6 jours.

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Vers le transformisme

George Cuvier (fin 18e siècle)• Père de la paléontologie• Croit à l’immuabilité des espèces

Cependant– Observe des espèces dans les différentes strates

fossiles.– Catastrophisme

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Vers le transformisme (fin 18e siècle)

Hutton

Smith

Lyell

Gradualisme

Principe de succession faunique

Uniformitarisme

Trois géologues qui ont étudié les strates rocheuses et les fossiles.

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2.2 Le transformisme

• Au cours 18e siècle plusieurs considéraient que la vie avait évolué en fonction des changements de l’environnement dont Érasme Darwin auteur de Zoonomia. – Transformation des espèces par amélioration

croissante de l’efficacité des espèces (besoins vitaux).

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2.2 Le transformisme

• Jean-Baptiste Monet, Chevalier de Lamarck (1744-1829)

• Philosophe-Botaniste-ZoologisteHypothèse transformiste (1809)

1) Force interne qui pousse au changement

2) Les espèces se succèdent en lignées évolutives continues et infinies

3) Les caractères acquis sont héritables

4) Accumulation de variation aboutit à la formation d’une nouvelle espèce

5) La terre est âgée et l’origine de la vie est due à des processus abiogènes

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Évolution de la girafe selon Lamarck

Le cou de l’ancêtre de la girafe était courtPour atteindre le feuillage situé en hauteur sur les arbres la girafe étire son cou et ses pattes durant des générations.Le cou de la girafe devient ainsi progressivement plus long, ce qui lui permet de se nourrir. Ce caractère est héréditaire.

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2.3 Darwinisme

Charles Darwin 1840

• Charles Darwin (1809-1882)• abandonne ses études en médecine. • Il poursuit des études en théologie et en sciences naturelles.• Il s’embarque sur le HMS Beagle pour cartographier les

régions du littoral de l’Amérique du Sud à l’âge de 22 ans.

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Les observations de Darwin :• Des fossiles qui diffèrent des espèces actuelles, mais

leur ressemblent.• Les espèces proches géographiquement se

ressemblent plus que les espèces trouvées dans des milieux similaires sur d’autres continents.

• Les espèces de régions différentes d’Amérique du Sud se ressemblent souvent entre elles.

• Il remarque que les espèces endémiques des îles ressemblent à celles qui vivent sur le continent en Amérique du Sud.

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Une espèce mère de géospize a colonisé une île des Galapagos et s’est ensuite retrouvée dans différentes îles. Les populations ont évolué différemment d’une île à l’autre.

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Au retour de son voyage

• 1837 : début rédaction de Transmutation • 1838 : Mise au point de la théorie de l’évolution • 1858 : lettre de Alfred Russel Wallace.• Publication un mois plus tard de la théorie Darwin-Wallace• 1959 : publication de l’Origine des espèces

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Dans L’Origine des espèces :1. Les espèces ne sont pas stables; ils montrent des variations de

forme plus ou moins importantes.2. Il naît plus de descendants qu’il n’est nécessaire. Si tous les

descendants des espèces survivaient et se reproduisaient, la Terre serait submergée.

3. Les populations conservent en général des effectifs à peu près stables. Cet équilibre, qui est réglé par un taux de natalité et de mortalité, n’est pas dû au hasard, mais à l’aptitude de certains individus à survivre.

4. Tous les organismes descendent avec modification d’un ancêtre commun.

5. L’évolution est graduelle.

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Les arguments de Darwin en résumé• La sélection artificielle (plantes ou animaux domestiques)• Dans la nature :

1. Les membres d’une population diffèrent par leurs caractères héréditaires

2. Les espèces peuvent produire une descendance plus importante que le support du milieu et une partie de cette descendance ne peut survivre et se reproduire

3. Les individus qui présentent des caractères héréditaires qui leur confèrent une plus grande chance de survie et de reproduction dans un environnement donné tendent à laisser une plus grande descendance.

4. De génération en génération la capacité inégale de survie et de reproduction entraîne une accumulation de caractères favorables dans la population

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Évolution de la girafe selon Darwin

Dans une population de girafes la longueur du cou varie selon les individusSi la nourriture est rare, la sélection naturelle favorise les individus dont le cou et les pattes sont allongés et qui peuvent se nourrir plus facilement et mieux se reproduire

De génération en génération, il y a une Sélection des plus grands

Après plusieurs générations la population est toujours variable, mais elle montre un accroissement de la longueur du cou et des pattes. Ce caractère est héréditaire.

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2.4 Le néodarwinisme

Le néodarwinisme est une version plus sophistiquée du darwinisme, car il opère l’intégration des connaissances de différents domaines, dont la phylogénétique, la paléontologie, la biogéographie et l’écologie à la théorie de la sélection naturelle. Ceci explique les raisons de l’appellation de la théorie : Théorie synthétique de l’évolution.

2.5 L’épigénétiqueUne « seconde synthèse » • Il existe trois sources de caractères héréditaires 1. Modèle standard de génétique classique sur l’ADN et l’ARN.2. L’hérédité épigénétique due essentiellement à des

modifications de la chromatine, à la méthylation de l’ADN et au rôle de l’ARN interférent.

3. Un système dû, par exemple, à des modifications hormonales.

Selon ces théories, les variations héréditaires ne sont pas toujours dues à des variations qui se produisent au hasard et qui sont contrôlées par la sélection naturelle. Elles peuvent résulter d’instructions directes données par les facteurs de l’environnement.

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Situez votre conception de départ Certains termes associés aux différents concepts de l’évolution

Lamarck DarwinBesoin, nécessité, but, utilité Viabilité, pression de l’environnement,

sélection naturelle, disparition d’individus moins bien adaptés

Disparition des organes par le non-usage (l’absence de nécessité)

Provenance des organes expliquée par la génétique, notions d’avantages et de désavantages (retour à l’organe néo-darwinien)

Variation à la suite de changements environnementaux

Variation dans la population avant les changements environnementaux

Transmission du caractère avantageux à sa descendance

Transmission à la descendance de certains caractères avantageux qui deviendront de plus en plus fréquent dans la population au fil des générations

L’évolution est progressive et dirigée vers un but précis, vers un organisme plus complexe, meilleur

Apparition de nouveaux caractères pouvant être avantageux se fait par l’entremise de mutations aléatoires sur les gènes (néo-darwinien)

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3.0 Les preuves à la base du concept d’évolution

• La théorie de l’évolutionde Darwin repose sur différentes preuves. 

Archaeopteryx

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3.1 Similitude avec des structures vestigiales

• Homologie versus analogie– Structures homologues (organes vestigiaux)

• Arbre phylogénétique (voir figure 22.17)– Données anatomiques– Données de séquençageExemple de l’origine et l’évolution de l’oeilargument des antiévolutionnistes (sélection naturelle ne peut pas expliquer la formation)Gène Pax6 présent dans la plupart des taxa. (rôle dans le système nerveux)

• Évolution convergente– Caractéristiques analogues

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Homologies embryonnaires

• Les stades de développementchez plusieurs espèces présentent des similitudes qui supportent l’idée de l’évolutionà partir d’un ancêtre commun.

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Structures vestigiales chez la baleine

Le pubis et le fémur

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3.2 Les archives fossiles• Les archives fossiles témoignent

du passé en démontrant queles organismes étaient différentsde ceux actuels. En plus, des changements évolutifs survenus chez divers groupes.

• Les fossiles sont une preuve importante à la théorie de l’évolution puisqu’il est possible de constituer des séries de fossiles pour expliquer les changements évolutifs

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3.2 Les archives fossiles

Un organisme peut se fossiliser si :• Il est recouvert de sédiment avant

d’être complètement décomposé• Il doit être en absence d’oxygène• Les molécules organiques sont progressivement

remplacées par des dépôts minéraux dans les roches sédimentaires

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Strates géologiques (roches sédimentaires)

Datation relative : L’ordre dans lequel les espèces apparaissent dans les strates sédimentaires.

Récent

Ancien

Série fossile

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Strates géologiques• Des strates les plus anciennes aux plus récentes : certaines

espèces apparaissent, d’autres disparaissent. • Plus la strate est ancienne, plus les formes fossiles sont

différentes des espèces d’aujourd’hui.• Les types de fossiles sont disposés dans le même ordre,

partout dans le monde.

– Formes les plus anciennes ne contiennent pas d’organismes complexes.

– Certaines formes sont toujours au-dessus d’autres formes.

– Succession des formes dans les strates est toujours la même.

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L’influence du déplacement des plaques tectoniques

La position des continents influence la répartition des organismes ainsi que leur évolution.

3.3 La biogéographie et la dérive des continents

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3.4 La microévolution

• Le cas de la phalène du bouleau (Biston betularia)

• Jusqu’en 1848 (Angleterre), tous les spécimens sont de forme pâle • À la fin du XIXe siècle, presque tous les individus sont de forme mélanique

Forme pâle Forme mélanique

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Les phalènes de bouleau (Biston betularia)• La forme pâle : bon pour se camoufler sur les troncs d’arbres

couverts de lichen• La forme mélanique : bon pour se camoufler sur les troncs

d’arbres sans lichen et noircis par la polution

Dans les régions polluées la sélection naturelle a remplacé la forme pâle par la forme mélanique en quelques années

Dans les régions où l’on a mis fin à la polution la forme pâle est redevenue en plus grand proportion dans la population