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Les pigments rétiniens : des outils pour retracer l’évolution (démarche version Première L-ES)

Proposition de démarche pour traiter la notion "l'étude comparée des pigments rétiniens permet de classer l'Homme parmi les Primates" en classe de Première L et ES.

Préambule

Pour la proposition décrite ci-après, destinée à un public (élèves de L-ES) pour lequel le professeur dispose de peu temps pour construire les notions, nous faisons le choix d'un programme de traitement de séquences permettant de visualiser rapidement les résultats du traitement. Il s'agit du logiciel GenieGen. 

Le kit de séquences utilisé est le même que celui prêt pour une utilisation avec Anagène. Il est téléchargeable à partir de  la page "compléments de séquences" éditée dans  le domaine "EVOLUTION" à propos des nouveaux programmes 2011.

La structure des protéines et la relation gène-protéine ne faisant pas partie du programme de Sciences des classes de Première L-ES,  on se contente ici de raisonner uniquement à partir des comparaisons de séquences nucléotidiques, et non à partir des protéines (opsines) codées par ces gènes.

 

Prérequis et problématique

  •   L'étude prélable de l'organisation fonctionnelle de la rétine et des propriétés des photorécepteurs aura permis de découvrir que la vision des couleurs est liée à l’existence dans la rétine de trois types de cônes. Ces photorécepteurs synthétisent trois pigments différents, les opsines, qui présentent des niveaux d’absorption différents dans le rouge ("opsine rouge"), le vert ("opsine verte") ou le bleu ("opsine bleue"). Avec un seul, ou avec seulement deux de ces pigments, on ne voit pas toutes les couleurs. C'est la présence des trois pigments donc des trois sortes de cônes correspondants qui permet une vision dite trichromatique.
  • D'autre part, la vision trichromatique est une propriétés de certaines espèces seulement, dont l'Homme, parmi les Primates. Cet attribut représente une innovation évolutive qui pourrait déjà être utilisée pour établir des relations de parenté (programme du collège et de seconde). Il s'agit désormais d'exploiter des comparaisons moléculaires de gènes codant pour les opsines pour confirmer et préciser les liens de parenté entre l'Homme et les autres espèces de Primates.

 

Ressources mises à la disposition des élèves

  • Logiciel GénieGen et fichier de séquences « Opsines_S.edi »

 Le fichier Opsines_S.edi renferme  les séquences nucléotidiques du gène de l’opsine S (bleu) de quelques Primates : le Saïmiri (Singe écureuil), le Macaque (Macaca mulatta), le Chimpanzé commun (Pan troglodytes) et l’Homme (Homo sapiens), ainsi que celle d'un non-Primate : la Souris (Mus musculus).  

  • Document complémentaire : Présence ou non des trois sortes d’opsines chez quelques espèces de Mammifères
Espèce Types d'opsines présentes dans les cônes   Qualité de la vision colorée

Souris*souris 

opsine S (bleu) et opsine M (vert)  La souris a une vision dichromatique, basée sur seulement deux sortes de cônes, contenant respectivement les opsines S (bleu) et M (vert)

Hommehomo-sapiens 

opsine S (bleu), opsine M (vert) et opsine L (rouge)  vision trichromatique

Chimpanzé chimpanzé commun

 opsine S (bleu), opsine M (vert) et opsine L (rouge)  vision trichromatique

Saïmirisaïmiri 

 opsine S (bleu) et opsine M (vert)

 L'espèce saïmiri a une vision dichromatique, basée sur seulement deux sortes de cônes, contenant respectivement les opsines S (bleu) et M (vert).

Dans le détail, les individus mâles sont dichromates, alors que des cas de femelles trichromates sont rapportés.

 

Macaquemacaque

 opsine S (bleu), opsine M (vert) et opsine L (rouge)  vision trichromatique

 * : la souris est un non-Primate. Toutes les autres espèces figurant dans ce tableau sont des Primates. Les principaux attributs propres aux Primates sont la vision stéréoscopique, les pouces opposables et la présence d'ongles à l'extrémité des doigts.

 

 

 

Déroulement de l'activité

  • Une proposition de consigne globale

"À partir de l’exploitation des données moléculaires proposées, confirmez l’appartenance de l’Homme au groupe des Primates et précisez les relations de parenté entre l’Homme et les autres Primates".

 
  • Coups de pouce :

1.   Exploitez avec GenieGen le ficher Opsines_S.edi :

- chargez les séquences (Fichier/charger des séquences)

- comparez-les (Action/Alignement) en prenant la séquence de l’Homme comme référence

- recherchez des informations sur cette comparaison afin d'obtenir une matrice  donnant les pourcentages de ressemblances.

2.   Donnez, à partir de l'exploitation de la matrice des ressemblances, un argument en faveur de l’appartenance de l’Homme au groupe des Primates.

 

3.    Identifiez (en justifiant la réponse) la (ou les) espèce(s) avec laquelle l’Homme partage la plus étroite parenté au sein des Primates.


Voir un exemple d'exploitation des ressources

 

 

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