Enseignement scientifique Terminale
Durée 1h – 10 points – Thème « Une histoire du vivant »
Sujet n°ENSSCI3182 et n°ENSSCI3196
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Pour reconstituer l’histoire évolutive des humains, il faut en premier lieu préciser leur place au sein du monde vivant actuel. Les humains font partie du groupe des primates avec lesquels ils partagent de manière exclusive certains caractères. On souhaite étudier comment les scientifiques réussissent à établir des liens de parenté entre les humains et les autres primates.
La phylogénie est l’étude des relations de parenté entre les êtres vivants basée sur le partage de caractères dérivés, c’est à dire des caractères qui proviennent de la transformation d’un caractère ancestral à la suite d’une innovation évolutive.
Ainsi, plus le nombre de caractères dérivés partagés entre deux espèces est élevé, plus elles sont apparentées et plus leur ancêtre commun est récent.
Document 1 – Matrice de caractères morpho-anatomiques de 8 espèces obtenue à l’aide du logiciel Phylogène
En gras : état dérivé du caractère
En italique : état ancestral du caractère
Source : logiciel phylogène.
1- Recopier sur votre feuille l’arbre de parenté obtenu avec le logiciel Phylogène ci- après. Positionner les espèces présentes dans la matrice de caractères sachant que le Toupaïe est considéré comme l’extragroupe (espèce chez qui l’ensemble des caractères morpho-anatomiques étudiés existent sous l’état ancestral).
Arbre à recopier sur la copie et à compléter
2- Positionner sur votre arbre les innovations évolutives qui correspondent aux caractères dérivés de la matrice.
3- Citer les espèces qui sont les plus apparentées aux humains. Justifier votre réponse.
Plus le nombre de caractères dérivés partagés entre deux espèces est élevé, plus elles sont apparentées et plus leur ancêtre commun est récent.
Ainsi, les espèces qui sont les plus apparentées aux humains sont :
- Chimpanzé
- Gibbon
- Gorille
- Orang-Outan
4- En utilisant le document 2 page suivante, calculer la proportion de bases similaires entre les séquences de la NAD de l’Homme et du chimpanzé, puis de l’Homme et du gorille.
Proportion de bases similaires entre les séquences de la NAD de l’Homme et du chimpanzé
$\dfrac{\text{Nombre de bases similaires}}{\text{Nombre total de bases}}=\dfrac{237-26}{237}=0,89$
Proportion de bases similaires entre les séquences de la NAD de l’Homme et du gorille
$\dfrac{\text{Nombre de bases similaires}}{\text{Nombre total de bases}}=\dfrac{237-32}{237}=0,86$
5- En déduire les liens de parenté qui existent entre l’Homme, le chimpanzé et le gorille.
L’Homme partage 89 % de similarité avec le chimpanzé et 86 % avec le gorille pour cette séquence.
Cela signifie que la séquence étudiée est plus proche chez le chimpanzé que chez le gorille.
6- En utilisant le document 3 page suivante et en se basant sur le pourcentage de similarités entre les séquences d’ADN de la NAD, calculer l’intervalle de confiance à 95 % du pourcentage de similarités entre les séquences d’ADN de l’Homme et du chimpanzé. Expliquer ce que signifie cet intervalle.
Calculons l’intervalle de confiance à 95 % du pourcentage de similarités entre les séquences d’ADN de l’Homme et du chimpanzé :
$$ES=\sqrt{\frac{p \times (1-p)}{n}}$$
$$ES=\sqrt{\frac{0,89 \times (1-0,89)}{237}}$$
$$ES=0,02$$
$$L_{inf}=p-(z \times ES)$$
$$L_{inf}=0,89-(1,96 \times 0,02)$$
$$L_{inf}=0,85$$
$$L_{sup}=p+(z \times ES)$$
$$L_{sup}=0,89+(1,96 \times 0,02)$$
$$L_{sup}=0,92$$
L’intervalle de confiance à 95 % du pourcentage de similarités entre les séquences d’ADN de l’Homme et du chimpanzé est : [0,85 ; 0,92] .
L’intervalle de confiance à 95 % [0,85 ; 0,92] signifie que l’on estime que la proportion de similarité entre les séquences d’ADN de l’Homme et du chimpanzé se situe entre 85 % et 92 %.
Ainsi, si on refaisait plusieurs fois la même étude, on obtiendrait une valeur dans cet intervalle dans 95 % des cas.
7- Proposer deux arguments illustrant le fait que le chimpanzé soit le primate le plus apparenté à l’Homme.
L’Homme et le chimpanzé possèdent de nombreux caractères dérivés partagés (document 1).
De plus, leur ADN du gène impliqué dans la synthèse de la NAD présente une forte similarité entre 85 % et 92 %. Proposition plus élevée qu’avec le gorille.
Ainsi, le chimpanzé est le primate le plus apparenté à l’Homme.
Document 2 – Le gène impliqué dans la synthèse de la NAD, un gène présent dans les cellules de tous les êtres vivants
La comparaison des séquences nucléotidiques du gène impliqué dans la synthèse de la NAD, permet de préciser les relations de parenté entre l’Homme, le chimpanzé et le gorille.
Données moléculaires obtenues avec le logiciel Anagène
Source : logiciel anagène.
Document 3 – Calcul simplifié d’un intervalle de confiance à 95 %
Pour calculer de manière simplifiée un intervalle de confiance à 95 %, on évalue la limite inférieure Linf et la limite supérieure Lsup de l’intervalle selon les formules :
Linf = p – (z x ES) Lsup = p + (z x ES)
avec :
- ES : l’erreur standard, calculée avec la formule $ES=\sqrt{\frac{p\times\left(1-p\right)}{n}}$;
- p : la proportion de bases similaires et n : le nombre total de bases ;
- z : la valeur critique pour un niveau de confiance donné.
Exemple : z est estimée à 1,96 pour un niveau de confiance de 95 %.
Source : Théorème de Moivre Laplace