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

Démarches correspondant au programme de Tle S actuellement en vigueur

• Etablissement de relations de parenté au sein des Vertébrés à partir de données anatomiques, morphologiques et embryologiques
• Etablissement de relations de parenté au sein des Vertébrés à partir de données moléculaires

• Etablissement de relations de parenté au sein des Vertébrés à partir de données anatomiques, morphologiques, embryologiques et moléculaires

La démarche pédagogique applicable dans les anciens programmes de Tle S (programmes encore en vigueur cette année 2001/2002) est semblable à celle applicable dans les nouveaux programmes de 4e (relations de parenté 4e).

(Il ne s'agit pas ici d'entrer dans le détail des méthodes phénétiques de traitement des données moléculaires, mais juste d'en faire comprendre le principe aux élèves).

a) La notion de molécules homologues et sa signification évolutive

Plusieurs organismes peuvent posséder une "même" molécule protéique ou nucléique (exemple : tous les Vertébrés posssèdent un gène de la myoglobine codant pour une molécule de myoglobine ayant pour rôle la fixation de dioxygène). La comparaison des séquences alignées de ces molécules peut fournir des informations relatives aux parentés entre ces organismes.
 

Séquences protéiques partielles alignées de myoglobine de quelques Vertébrés Clé de lecture chaque acide aminé est indiqué par une lettre (convention internationale) la première ligne sert de référence dans les autres molécules (donc les autres lignes), chaque identitié (même acide aminé, même position) est indiquée en rouge, chaque différence est indiquée en noir. Activité Tirer des enseignements des résultats affichés, tant du point de vue des ressemblances que des différences constatées

Conclusion

• L'importance des similitudes constatées permet de penser que toutes ces molécules (donc les gènes qui les codent) ont une origine commune (elles dérivent toutes d'une même molécule ancestrale). On qualifie ces molécules de molécules homologues (on parlera donc aussi de gènes homologues pour les gènes codant pour ces molécules).
• Signification évolutive de l'homologie moléculaire : les organismes qui possèdent ces molécules ont donc aussi un ancêtre commun qui possèdait la molécule ancestrale (ou le gène ancestral).
• Le nombre de différences entre les séquences étant variable, on va pouvoir utiliser ce critère pour préciser un peu plus les parentés entre ces organismes.

La méthode cladistique (utilisée pour traiter les données anatomiques et morphologiques) est applicable aux données moléculaires : chaque site (c'est à dire chaque position, chaque acide aminé ou chaque nucléotide) est considéré comme un caractère pouvant avoir plusieurs états (les différents acides aminés ou nucléotides que l'on peut trouver à cette position).

Le problème est alors de savoir quel est l'état dérivé de chacun de ces caractères. Plusieurs hypothèses seront faites, et c'est le principe de parcimonie qui sera appliqué et qui permettra de bâtir l'arbre phylogénétique le plus probable. Cette méthode, qui nécessite des calculs nombreux par le logiciel et une discussion sur les différents arbres obtenus ne sera pas appliquée avec des élèves de Tle S.

On se contentera d'aborder le traitement des données moléculaires par une méthode phénétique, basée sur le nombre global de différences, telle qu'elle est présentée ci-dessous.

Deux démarches pédagogiques différentes sont proposées :

Proposition 1 (le principe du raisonnement est fourni, on demande à l'élève de l'appliquer)

Proposition 2 (l'élève découvre le principe d'une méthode phénétique appliquée aux données moléculaires)

La comparaison de molécules homologues appartenant à des organismes différents permet de préciser leurs relations de parenté si l'on se base sur le principe suivant : si l'on considère que les mutations apparaissent (et se fixent) relativement régulièrement au cours du temps (principe de l'horloge moléculaire), on peut alors dire que moins le nombre de différences entre deux molécules homologues est important et plus la molécule ancestrale dont elles dérivent est récente, et donc plus les organismes qui possèdent ces molécules ont un ancêtre récent. La matrice des différences servira de base au raisonnement.
 

	Activité suggérée   à partir de cette matrice des différences et en appliquant le principe énoncé précédemment, proposer un arbre traduisant les relations de parenté entre les organismes considérés
	Vérifier l'arbre proposé en affichant un arbre calculé par le logiciel (le logiciel applique un algorithme de calcul basé sur la méthode UPGMA par exemple)

Proposition 2
 

Activité suggérée La matrice des différences (en nombre de différences ou en % de différences) est fournie, ainsi que l'arbre obtenu à l'aide du logiciel ((le logiciel applique un algorithme de calcul basé sur la méthode UPGMA par exemple).   En mettant en relation les deux documents fournis, retrouver le principe appliqué ici pour établir des relations de parenté entre des organismes à partir de données moléculaires.

3. Etablissement de relations de parenté au sein des Vertébrés à partir de données anatomiques, morphologiques, embryologiques et moléculaires

Des démarches correspondant au nouveau programme de Tle S (qui entrera en vigueur en Septembre 2002) seront bientôt mises en ligne ... En cours de réalisation...