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Comparer un squelette humain et chimpanzé - Biologie


L'image ci-dessous montre un squelette humain et un squelette de chimpanzé. Identifiez les os des membres antérieurs, postérieurs et du bassin dans chacun des modèles, puis utilisez les modèles pour déterminer les similitudes et les différences entre les hominidés et les primates non humains.

Une analyse:

  1. Comment la forme du bassin diffère-t-elle dans les deux squelettes ?
  2. Identifiez au moins trois autres différences majeures que vous observez dans la forme et la taille des os.
  3. Identifiez au moins trois similitudes que vous observez dans la forme et la taille des os.
  4. A quoi sont adaptés les membres antérieurs d'un chimpanzé ? A quoi sont-ils adaptés chez l'homme ?
  5. Comment l'évolution explique-t-elle les différences et les similitudes entre ces deux organismes ?

Les squelettes révèlent l'évolution des humains et des chimpanzés

Ce module interactif met en lumière l'histoire évolutive de l'homme en comparant les caractéristiques d'un squelette de primate préhistorique à celles des primates modernes.

Pour déterminer les relations évolutives entre les organismes, vivants et éteints, les scientifiques peuvent comparer les séquences d'ADN, la physiologie et l'anatomie. Par exemple, les scientifiques ont utilisé les structures osseuses de spécimens fossiles pour reconstituer le chemin de l'évolution humaine. Dans ce Click & Learn, les élèves explorent les relations évolutives entre les humains modernes, les chimpanzés modernes et un primate préhistorique nommé Ardipithèque ramidus. Ils examinent un fossile vieux de 4,4 millions d'années A. ramidus squelette, surnommé Ardi, et comparez trois de ses caractéristiques clés – les dents, le bassin et les pieds – avec celles des humains et des chimpanzés.

La feuille de travail qui l’accompagne guide l’exploration des élèves.

Objectifs d'apprentissage des élèves

Faire des déclarations sur les relations évolutives basées sur des preuves anatomiques de squelettes.


Les similitudes et les différences entre l'ADN humain et chimpanzé

Les caractéristiques d'un chimpanzé comprennent une clavicule, un foramen magnum qui est décalé vers l'avant (par rapport à d'autres mammifères) saisissant les extrémités, les yeux rapprochés sur le même plan sur le devant de la tête, un museau raccourci et un 2-1-2 -3 motif de dents. Les chimpanzés sont généralement vus à quatre pattes comme des quadrupèdes, mais ils possèdent la capacité de se tenir debout de manière bipède (sur les deux pattes arrière). (Diamant) La clavicule s'étend d'une épaule à l'autre et empêche les bras du chimpanzé de tomber vers l'intérieur lorsqu'il atteint la poitrine. (Haviland) Le foramen magnum, où la moelle épinière s'attache au crâne, chez les chimpanzés est plus proche de la face inférieure du crâne que celui des autres mammifères. (Haviland) Les mains et les pieds des chimpanzés comprennent cinq doigts, des ongles plutôt que des griffes, des arêtes de friction (empreintes digitales) et un pouce opposable (bien qu'il soit moins prononcé sur le pied). Les arêtes de friction et le pouce opposable aident à ramasser des objets et à saisir des objets (par exemple une branche d'arbre). Les yeux d'un chimpanzé sont situés à quelques centimètres l'un de l'autre sur le même plan du visage. Cela permet au chimpanzé de voir stéréoscopiquement, c'est-à-dire en trois dimensions avec une perception de la profondeur. (Haviland) Le museau du chimpanzé est plus court et plus plat que celui de nombreux autres primates. Enfin, la dentition du chimpanzé comprend deux incisives, une canine agrandie, deux prémolaires et trois molaires. Les caractéristiques supplémentaires du chimpanzé sont l'absence de queue préhensile et un corps principalement couvert de poils, à l'exception de la zone faciale et des oreilles.

En comparant les attributs physiques des humains à ceux des chimpanzés, nous voyons que la différence de moins de deux pour cent dans la structure de l'ADN a donné des similitudes et des différences intéressantes. Tout d'abord, les humains sont généralement vus sur deux jambes, debout comme un bipède. Cependant, comme les chimpanzés, les humains possèdent également la capacité de marcher à quatre pattes comme un quadrupède (par exemple, un bébé qui rampe, marche en crabe, etc.). Deuxièmement, les humains ont une clavicule, mais elle est beaucoup plus grande que cela. des chimpanzés (peut-être en raison de la plus grande taille globale des humains par rapport aux chimpanzés.) Chez les humains, le foramen magnum est situé directement sous le crâne, encore plus en avant que chez les chimpanzés. Comme les chimpanzés, les mains humaines possèdent également cinq doigts, des ongles, des arêtes de friction et un pouce opposable. Cependant, les pieds des humains diffèrent grandement. Premièrement, les orteils sont beaucoup plus courts. Deuxièmement, l'orteil opposable (pouce) d'un chimpanzé est poussé avec le reste des orteils sur un pied humain et n'est pas opposable. Les yeux humains sont très similaires en termes de localisation à ceux d'un chimpanzé, et les humains partagent avec eux une vision stéréoscopique binoculaire. Le museau d'un humain est considérablement plus plat que celui d'un chimpanzé et le visage est beaucoup plus compact. De plus, la mâchoire et les dents humaines sont plus petites que celles d'un chimpanzé. En fait, non seulement les canines d'un humain ont environ un quart de la taille d'un chimpanzé, mais de nombreux humains doivent se faire retirer leur troisième molaire (en raison de la mâchoire plus petite), perturbant ainsi le 2-1-2-3 typique. modèle de dentition des primates. Enfin, comme les chimpanzés, les humains n'ont pas non plus de queue préhensile, mais contrairement aux chimpanzés, les humains ont des poils beaucoup plus courts et clairsemés, sauf dans certaines zones comme le sommet de la tête.

En comparant ces deux espèces, on constate une ressemblance frappante entre elles. Pourtant, là où il y a des différences, elles semblent être des variations d'un même modèle. Alors que les humains ont développé un trait à un certain degré, ce même trait peut être plus ou moins développé chez un chimpanzé, mais le lien est indéniable. Avec nos gènes (et les caractéristiques physiques ultérieures) variant si légèrement, il semble que Jared Diamond a raison, et les humains sont vraiment le troisième chimpanzé. (Diamond)

Diamond, Jared M. Le troisième chimpanzé. New York : HarperPerrenial, 1992.

Haviland, William A. Selected Chapters from Anthropology, dixième éd. Belmont, Californie : Wadworth/Thomson Learning, 2000.


Qu'est-ce que le cerveau humain

Le cerveau humain fait partie du système nerveux central situé dans le crâne. Il est de taille relativement grande et la taille moyenne du cerveau humain adulte est d'environ 1352 g. Le cerveau s'est développé jusqu'à 27% chez l'homme à la naissance. Comme chez les autres mammifères, les trois parties principales du cerveau humain sont le cerveau, le tronc cérébral et le cervelet. Parmi eux, le cerveau est la plus grande partie du cerveau humain, contenant deux hémisphères cérébraux. De plus, le noyau du cerveau est constitué de matière blanche tandis que la couche externe ou le cortex cérébral est constitué de matière grise. De plus, les deux parties du cortex cérébral sont le néocortex, qui est le plus grand, et l'allocortex. Le néocortex recouvre les deux hémisphères cérébraux tandis que l'allocortex recouvre l'hippocampe et le bulbe olfactif.

Figure 2 : Cerveau humain

De plus, chaque hémisphère cérébral est composé de quatre lobes : les lobes frontal, temporal, pariétal et occipital. Ces lobes sont responsables des capacités cognitives caractéristiques du cerveau humain. Ici, le lobe avant est responsable de certaines fonctions exécutives, notamment la maîtrise de soi, la planification, le raisonnement et la pensée abstraite. Alors que le lobe temporal est responsable de la mémoire visuelle, de la compréhension du langage et de l'association des émotions. D'autre part, le lobe pariétal est responsable du sens spatial et de la navigation, tandis que le lobe occipital sert de complexe de traitement visuel. L'hémisphère gauche est responsable des fonctions dont le langage tandis que l'hémisphère droit est responsable des capacités visuo-spatiales.


La comparaison de l'anatomie du bonobo avec celle de l'homme offre des indices évolutifs

Pourcentage de distribution musculaire aux membres supérieurs et inférieurs chez Pongo pygmaeus, Gorilla gorilla, P. paniscus et H. sapiens. Crédit : (c) Adrienne L. Zihlman,PNAS, doi: 10.1073/pnas.1505071112

(Phys.org) - Deux chercheurs en anthropologie, l'un de l'Université de Californie, l'autre du Modesto College ont trouvé ce qu'ils croient être des indices du développement évolutif humain en menant une étude à long terme sur l'anatomie des bonobos. Dans leur article publié en Actes de l'Académie nationale des sciences, Adrienne Zihlman et Debra Bolter, décrivent leurs études anatomiques et leurs idées sur les raisons pour lesquelles ce qu'elles ont trouvé offre de nouveaux indices sur les raisons pour lesquelles les humains se sont développés comme nous l'avons fait.

Les scientifiques qui cherchent à comprendre comment les humains ont évolué ont étudié de nombreux fossiles, mais ces échantillons sont des os, ce qui signifie qu'il n'y a que peu ou pas de preuves de ce à quoi ressemblaient les organes, les muscles ou la graisse chez nos ancêtres, ce qui signifie qu'il y a encore des questions concernant des choses telles que quel pourcentage ou proportion de graisse ou de muscle y avait-il, où étaient-ils situés sur le corps et à quoi ressemblaient les organes. Dans cette nouvelle étude, le duo de chercheurs a cherché à découvrir des indices en étudiant les bonobos, des singes qui ressemblent beaucoup aux chimpanzés et qui sont considérés comme notre plus proche parent.

Pour en savoir plus sur l'anatomie des bonobos, les chercheurs ont effectué des autopsies sur treize des singes morts naturellement au cours de trois décennies, notant soigneusement des informations rarement notées telles que les pourcentages de graisse et de muscle. Ce faisant, ils ont constaté que les bonobos ont considérablement moins de graisse corporelle que les humains, même ceux qui ont vécu une vie sédentaire similaire en raison de leur captivité. Ils ont également découvert que les singes avaient généralement une masse corporelle supérieure à celle des humains et moins de muscles dans les jambes – les bonobos ont également beaucoup plus de peau.

En analysant leurs résultats, les chercheurs suggèrent que les différences se sont probablement produites lorsque les premiers ancêtres humains ont commencé à se déplacer debout, ce qui a entraîné le besoin de plus de muscles des jambes et de plus de graisse, car un mode de vie nomade nécessiterait une réserve de graisse pour éviter la famine pendant les périodes de soudure, surtout pour les femelles si elles devaient réussir à porter une progéniture. Ils croient également que nous, les humains, avons moins de peau parce que lorsque nous nous déplaçons et que nous nous déplaçons plus rapidement sur nos deux jambes, notre peau a développé une capacité à transpirer pour rester au frais et cela a conduit à une peau plus fine.

Résumé
Le corps humain a été façonné par la sélection naturelle au cours des 4 à 5 derniers millions d'années. Les fossiles préservent les os et les dents mais manquent de muscles, de peau, de graisse et d'organes. Pour comprendre l'évolution de la forme humaine, des informations sur les tissus mous et durs de nos ancêtres sont nécessaires. Nos plus proches parents vivants du genre Pan fournissent le meilleur modèle comparatif à ces ancêtres. Ici, nous présentons des données sur la composition corporelle de 13 bonobos (Pan paniscus) mesurées lors de dissections anatomiques et comparons les données avec Homo sapiens. Ces données comparatives suggèrent que les femmes et les hommes (i) ont augmenté la graisse corporelle, (ii) diminué la masse musculaire relative, (iii) redistribué la masse musculaire aux membres inférieurs et (iv) diminué la masse relative de la peau au cours de l'évolution humaine. La comparaison des tissus mous entre Pan et Homo fournit de nouvelles informations sur la fonction et l'évolution de la composition corporelle.


Tutoriel BLAST : bêta-hémoglobine

Le séquençage de l'ADN est devenu très facile et rapide depuis les années 1990. À l'heure actuelle, plus de 100 milliards de paires de bases d'ADN ont été séquencées et d'autres séquences sont ajoutées à un rythme étonnant. Toute cette séquence d'ADN est déposée dans une énorme base de données maintenue par le NCBI. Cette base de données est gratuite et accessible au public. Il peut être facilement recherché à l'aide d'un programme gratuit appelé BLAST (Basic Local Alignment Search Tool (Altschul et al., 1990). Dans ce didacticiel, vous apprendrez à utiliser ces bases de données et BLAST pour comparer l'hémoglobine humaine et celle des chimpanzés.

L'hémoglobine est une protéine présente dans les globules rouges qui transporte l'oxygène. Une molécule d'hémoglobine est constituée de quatre chaînes d'acides aminés : deux chaînes d'hémoglobine alpha et deux chaînes d'hémoglobine bêta. Les chaînes alpha et bêta sont codées par des gènes distincts, le gène de l'hémoglobine alpha se trouve sur le chromosome 16 et le gène de l'hémoglobine bêta se trouve sur le chromosome 11. Chacune de ces chaînes d'acides aminés contient un groupe hème qui peut transporter une molécule d'oxygène. Cela signifie qu'une molécule d'hémoglobine peut transporter quatre molécules d'oxygène. Une chaîne d'hémoglobine bêta contient 147 acides aminés.

Les humains et les chimpanzés avaient pour la dernière fois un ancêtre commun il y a entre 5 et 8 millions d'années. Leurs protéines bêta-hémoglobine sont identiques dans la séquence d'acides aminés et, bien sûr, dans les structures secondaires, tertiaires et quaternaires. Dans cette activité, vous explorerez si le gène qui code pour la protéine bêta-hémoglobine est identique chez les humains et les chimpanzés.

1. Accédez à ncbi.nlm.nih.gov. Il s'agit de la page d'accueil du NCBI à travers laquelle vous pouvez accéder à la fois aux bases de données ADN et à BLAST.

2. En haut de la page d'accueil, recherchez Toutes les bases de données (par défaut) pour HBB. HBB est l'abréviation de bêta-hémoglobine. Cliquez sur « Aller ».

3. Au milieu de la page à gauche, cliquez sur « « Nucleotide : core subset of nucleotide sequence records. » »

4. Près du haut de la page, cliquez sur « « HBB (Homo sapiens) »). » Vous devrez peut-être faire un clic droit avec votre souris pour ouvrir ce lien. Un nouvel écran apparaîtra qui vous donnera la séquence nucléotidique du gène qui code pour la protéine bêta-hémoglobine humaine. Il y a beaucoup d'informations supplémentaires à ce sujet, et vous verrez des liens vers de nombreuses autres pages. Vous pouvez les explorer après avoir terminé le didacticiel de base.

5. Faites défiler un peu jusqu'à ce que vous voyiez, dans une case grise à gauche, « « Régions génomiques, transcrits et produits ». » Cliquez sur « « Détails de la séquence de référence. » »

6. Sur le côté gauche de l'écran, recherchez « « Genome Reference Consortium Human Build » »" dans une case grise. En dessous, recherchez « « Genomic » », puis recherchez « « Télécharger ». » À droite de « » « Télécharger », », cliquez sur « » FASTA. » Vous verrez que le gène de l'hémoglobine bêta contient 1606 nucléotides (« « » lettres””), montré ici dans ce que nous appelons le format FASTA. FASTA est un format standard, utilisé à la fois pour les gènes et les protéines, dans lequel la première ligne commence par un symbole >, suivi d'un texte. Le texte est parfois plus long qu'une ligne, comme c'est le cas dans cet exemple. C'est OK tant qu'il n'y a pas de ""retour"" dans le texte. Après cette ligne de texte, il y a un retour, suivi de la séquence nucléotidique du gène ou de la séquence d'acides aminés de la protéine. Dans le cas des protéines, les abréviations à une lettre pour chacun des 20 acides aminés sont utilisées.

7. Copiez toute la séquence d'ADN. Ne copiez pas la première ligne.

8. Retournez à la page d'accueil NCBI (ncbi.nlm.nih.gov) en cliquant sur le logo NCBI en haut de la page.

9. En haut de la page, cliquez sur « « BLAST ». »

10. Sous « « BLAST Assembled Genomes »" près du haut de la page, cliquez sur « « Pan troglodytes. » » Cela vous permettra de comparer le gène de la bêta-hémoglobine humaine avec le génome du chimpanzé, et non avec l'ensemble de la base de données NCBI . Cela permet de gagner du temps, car les bêta-hémoglobines ont été séquencées pour d'innombrables organismes. D'autres recherches BLAST pourraient vous permettre de comparer votre séquence avec l'ensemble de la base de données NCBI ou avec différents sous-ensembles de celle-ci.

11. Collez la séquence de bêta-hémoglobine humaine que vous avez copiée dans la grande case en haut de la page. Ceci est votre requête. Les instructions pour la boîte disent « « entrez une accession…… » »

12. Faites défiler vers le bas de la page et cliquez sur « « Commencer la recherche ». »

13. Au milieu de la page, à droite de « « Identifiant de demande »", cliquez sur « « Afficher le rapport » » dans une case grise.

14. Faites défiler vers le bas et regardez le résumé graphique. Notez qu'il y a une correspondance avec un gène sur le chromosome numéro 11 du chimpanzé. Notez que le gène de la bêta-hémoglobine humaine se trouve sur le chromosome humain numéro 11. Au bas de la boîte, vous verrez une ligne rouge vif indiquant qu'il y a une correspondance. Le fait que la ligne soit rouge vif indique qu'il s'agit d'une correspondance très étroite. Passez la souris sur cette ligne et elle vous dira, en termes techniques, à quel gène de chimpanzé correspond votre requête (bêta-hémoglobine humaine).

15. Faites défiler jusqu'à « « Alignements ». » La « « Requête » » est la bêta-hémoglobine humaine. Le « « Sujet » » est l'hémoglobine bêta du chimpanzé. Notez que chaque fois que le gène est identique, il y a une ligne verticale entre les paires de bases identiques.

16. Allez maintenant en haut de la page à gauche et cliquez sur « « Télécharger ». »

17. Près du haut de la page, sous « « Alignement » », cliquez sur « « texte ». »

19. Ouvrez le fichier. Cela vous donnera une comparaison des deux bêta-hémoglobines. Vous pouvez l'imprimer si un imprimé n'est pas inclus dans le paquet que votre professeur vous a donné (il est présenté ici comme Figure 2). Lorsque cela est sur votre écran d'ordinateur, vous pourrez rechercher les débuts et les fins des exons dans les étapes ultérieures.

20. Maintenant, regardez la copie du gène de l'hémoglobine bêta humaine incluse dans le paquet que votre professeur vous a donné (Figure 1). Cette copie du gène date de 1980 et utilise les abréviations à trois lettres pour les 20 acides aminés. Il y a trois exons et deux introns dans ce gène. Vous pouvez identifier les trois exons car les acides aminés pour lesquels ils codent sont indiqués au-dessus des séquences de bases. Regardez les séquences au début et à la fin de chaque exon. Utilisez un surligneur pour mettre en évidence les séquences nucléotidiques de chacun des trois exons du gène de la bêta-hémoglobine humaine sur cette copie du gène de la bêta-hémoglobine humaine.

21. Sortez votre impression de la comparaison bêta-hémoglobine humaine——chimpanzé de la recherche BLAST (Figure 2).

22. Utilisez les options de recherche de l'ordinateur (Modifier/Rechercher) pour identifier le début et la fin de chaque exon du gène de la bêta-hémoglobine humaine. Mettez en surbrillance les trois exons sur votre impression de la comparaison homme-chimpanzé. Il est plus facile de mettre en évidence les exons dans le gène humain. Astuce : recherchez six bases au début et à la fin de chaque exon, que vous avez localisées sur la figure 1. Six bases suffisent pour identifier ces positions.

23. Vous pouvez maintenant répondre aux questions suivantes (les réponses sont données en italique) :

une. Les exons sont-ils identiques ? Non. Encerclez ou surlignez toutes les différences que vous trouvez. Combien y a-t-il de différences ? Une.

b. Les introns sont-ils identiques ? Non. Encerclez ou surlignez toutes les différences que vous trouvez. Combien y a-t-il de différences ? Quinze.

c. Y a-t-il plus de différences dans les exons ou dans les introns ? Dans les introns. Pouvez-vous penser à une explication pour cela? Il n'y aurait pas de sélection contre un changement d'intron.

ré. Comment peut-il y avoir une différence dans les exons si les protéines sont identiques ? Le code génétique est dégénéré, donc plus d'un codon peut coder pour le même acide aminé.


Voir la vidéo: Enseignement scientifique - Terminale - Comparaison des phénotypes: être humain VS chimpanzé (Janvier 2022).