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En classe de 4e, on repart de ce qui a été établi en classe de 6e, notamment en ce qui concerne la classification des Vertébrés. Les ordres d’apparition (et leur époque) des différentes classes de Vertébrés au cours des temps géologiques sont fournis à l’élève. 

• Etablir l’idée d’évolution des êtres vivants 
• Principe d'établissement des relations de parenté entre des organismes 
• Lire un arbre de parenté

La proposition suivante est basée uniquement sur le groupe des Vertébrés. 

• Au cours des temps, des groupes sont apparus, d’autres ont disparu
• Utilisation de documents concernant les fossiles de Vertébrés
• Au cours des temps, les caractères ont évolué
• La comparaison de quelques caractères permet de renforcer l’hypothèse transformiste : si l’on compare par exemple les squelettes des membres antérieurs de Sardine - Chat - Grenouille - Dauphin, on constate qu’il y a eu une évolution de l’organisation de ce membre, concernant notamment le nombre de pièces basales. 

Comparaison des membres antérieurs de la Sardine, du Chat, de la Grenouille et du Dauphin (pour voir l'image en grand, cliquez sur l'icône)

• si l’on prend en compte l’ordre d’apparition des différentes classes de Vertébrés au cours du temps, on peut être amené à définir, pour un même caractère, un état primitif et un état évolué ou dérivé (exemples : pour l’organe respiratoire, les branchies constituent un état primitif et les poumons un état dérivé ; pour l'organisation du membre antérieur, l'articulation à la ceinture par une pièce basale unique constitue un état évolué, alors que l'articulation par des pièces basales nombreuses constitue un état primitif).

• la comparaison de la morphologie et de l’anatomie d’un fossile avec des vertébrés actuels permet de constater que ces formes présentent certains caractères évolués, et d’autres primitifs (tous les caractères n’évoluent pas en même temps)

C’est la méthode cladistique qui est introduite ici pour établir des relations de parenté entre des êtres vivants à partir de données anatomiques et morphologiques. 

Les relations de parenté sont établies à partir des organismes vivant actuellement ; les données paléontologiques ne seront utilisées que dans un deuxième temps, pour donner un cadre temporel à la figure obtenue. 

Un premier exemple permet d’introduire le mode de raisonnement et les principes de base de la méthode

• Constitution d’une petite matrice taxons/caractères : choisir quelques taxons (exemple : aigle - chat - sardine - dauphin) et sélectionner des caractères (il faut veiller à ce que ces caractères soient à valeur évolutive ; exemple : organe respiratoire - pièces basales - placenta).
• A partir de l'observation de documents, et de la comparaison des données pour les différents taxons, on identifie les états de chaque caractère considéré, pour chaque taxon.
• Les résultats de ces observations sont consignés dans une matrice 

• Les relations de parenté se traduiront sous forme d'une figure arborescente. Au départ, la seule hypothèse prise en compte est que ces 4 taxons ont un ancêtre commun, ce qui se traduit de la façon suivante : 

• Pour chaque caractère, on définit l'état primitif et l'état évolué (on peut se contenter de fournir ces états aux élèves, sans systématiquement les justifier, car le principe a déjà été vu précédemment). 

 

Caractère	Etat primitif	Etat dérivé
pièces basales	nombreuses	unique
placenta	absent	présent
organe respiratoire	branchie	poumon

• On veut préciser leurs relations de parenté en utilisant les informations fournies par la matrice : on prend en compte le premier caractère (organe respiratoire, ou encore pièces basales) les taxons qui partagent l’état dérivé du caractère l’ont acquis d’un même ancêtre commun chez qui cet état est apparu. On peut alors préciser les relations de parenté entre les taxons considérés, ce qui se traduit de la façon suivante : 

• On prend ensuite en compte un autre caractère, mais sans remettre en cause ce qui vient d’être fait - par exemple la prise en compte du caractère « placenta » permettra d’obtenir la figure suivante : 

Remarque : l’ordre de prise en compte des caractères n’est pas important ; ce qui est important est de ne pas remettre en cause ce qui a déjà été fait lorsque l’on considère un nouveau caractère.

• On peut placer sur la figure obtenue (qui est un cladogramme puisqu’elle est obtenue par méthode cladistique) les différents sauts évolutifs, ou transformations évolutives : chaque noeud correspond à un ancêtre commun qui restera toujours hypothétique.

Une fois que le principe est compris, on peut passer à son application à une plus grande échelle : on considère une matrice plus importante (dans laquelle on aura pris soin de considérer l’homme et quelques primates): 

On peut alors obtenir l'arbre suivant : 

Remarque : la prise en compte de données paléontologiques permet de donner un cadre temporel à la figure obtenue, c’est à dire de dater approximativement l’apparition de certains caractères. 

Il est possible d'enregistrer un arbre préalablement établi. Pour travailler ensuite sur cet arbre, il suffit de l'ouvrir, et l'arbre s'affiche alors, avec la matrice taxons/caractères qui a permis de le construire.
 

Un arbre phylogénétique des Vertébrés et la matrice taxons/caractères correspondante (cliquer sur l'icône pour accéder à la figure)

Suggestion d'activité pédagogique
 

Préciser quels sont les organismes qui ont la parenté la plus grande d'après cet arbre. Justifier chaque noeud de l'arbre en plaçant les innovations évolutives correspondantes (il faut parcourir la matrice en prenant en compte chaque caractère, l'un après l'autre, et en se basant sur le ce code couleur affiché pour repérer la position d'apparition de l'innovation évolutive). Résultat : voir l'arbre légendé présenté à la fin du 2. précédent