Comparaisons d’ADN mitochondrial

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Annales corrigées
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Génétique et évolution
Type : Pratique du raisonnement scientifique 2 | Année : 2012 | Académie : Inédit
Unit 1 - | Corpus Sujets - 1 Sujet
 
Comparaisons d’ADN mitochondrial

Génétique et évolution

Corrigé

15

Ens. spécifique

svtT_1200_00_02C

Sujet inédit

pratique du raisonnement scientifique

Exercice 2 • 5 points

Les mitochondries sont des organites cellulaires qui possèdent de l’ADN.

L’ADN mitochondrial est circulaire et comprend un peu plus de 16 000 paires de bases. Durant les 10 dernières années, on a déchiffré la séquence complète de l’ADN mitochondrial d’un grand nombre d’Homo sapiens, ainsi que de 6 néandertaliens.

On a également séquencé l’ADN mitochondrial extrait d’une phalange trouvée en Sibérie du Sud, à Denisova, dans des sédiments dont l’âge est compris entre 50 000 et 30 000 ans.

Près de Denisova, on a trouvé dans des sédiments de même âge des restes de néandertaliens et d’Homo sapiens (homme de Kostenki).

L’ADN mitochondrial de plusieurs chimpanzés a aussi été séquencé. La comparaison de ces séquences d’ADN a permis d’établir les arbres phylogénétiques du document.

Pour de nombreux chercheurs, la comparaison des séquences d’ADN mitochondrial confirme que Homo sapiens et Homo neandertalensis appartiennent à deux espèces différentes et que la phalange de Denisova devait appartenir à une troisième espèce d’Homo.

> Quelles informations extraites du document sont en accord avec ces interprétations et quelles informations les nuancent ?

Document

Arbre phylogénétique établi
à partir de l’ADN mitochondrial

Pan paniscus (le bonobo) et Pan troglodytes (le chimpanzé) appartiennent à deux espèces différentes. Les Pan troglodytes appartiennent à la même espèce.


Comprendre le sujet

  • Ne surtout pas faire d’étude exhaustive de l’arbre phylogénétique mais chercher à en tirer des informations globales puis vérifier si ces informations globales sont en accord avec l’hypothèse formulée.
  • Attention ! La longueur des branches renseigne, ainsi qu’il est dit dans le document, sur l’importance des différences entre les ADN mitochondriaux.
  • Le but est de répondre au problème suivant : l’importance des différences entre Homo sapiens et l’homme de Neandertal est-elle suffisante pour affirmer qu’il s’agit de deux espèces distinctes ?

Mobiliser ses connaissances

Être capable d’analyser des informations relatives à la définition des limites d’une espèce.

Corrigé

Homo sapiens et Homo neandertalensis : deux espèces ?

  • L’arbre du document a été construit à partir d’une matrice des distances indiquant le nombre de différences entre les séquences des ADN mitochondriaux prises deux à deux.
  • En ne considérant que les séquences des Homo sapiens et des néandertaliens (« branches » du haut), on constate qu’elles se répartissent en deux ensembles : toutes les séquences des néandertaliens d’une part, toutes les séquences d’Homo sapiens d’autre part. Les différences entre les néandertaliens sont toujours nettement inférieures à celles d’un néandertalien avec un Homo sapiens (et vice versa). Si Homo sapiens et Homo neandertalensis appartenaient à la même espèce, il y aurait pu avoir une hybridation entre eux pendant la période où ils ont coexisté. Dans ce cas, on pourrait avoir un héritage néandertalien chez certains humains européens actuels, et donc certaines séquences d’Homo sapiens proches de celles de l’homme de Neandertal. Ce n’est pas le cas, même chez un Homo sapiens de 30 000 ans. Les données de l’ADN mitochondrial ne confirment donc pas l’hypothèse que sapiens et neandertalensis appartiennent à la même espèce. On ne peut affirmer cependant qu’elles l’infirment, vu le petit nombre de séquences d’ADN mitochondrial de néandertaliens étudiées.

Denisova, une nouvelle espèce d’Homo ?

  • La séquence d’ADN mitochondrial extraite de la phalange trouvée à Denisova est nettement plus proche de celle des Homo sapiens et des néandertaliens que ne l’est la séquence du chimpanzé. Cela indique que l’individu possédant cette phalange appartient à la lignée humaine. Vu son âge (30 000 à 50 000 ans), il devait appartenir au genre Homo. L’arbre indique que Denisova est également distant des Homo sapiens que des néandertaliens. Cela montre qu’il y a eu un dernier ancêtre commun (DAC) aux néandertaliens, à Homo sapiens et à Denisova, ce DAC ayant donné naissance à deux branches, celle de Denisova d’une part, celle des néandertaliens et des Homo sapiens d’autre part. Ces seules données sur l’ADN mitochondrial suggèrent qu’il a existé une autre espèce d’Homo en Asie.
  • Comme la longueur des branches de l’arbre est proportionnelle au nombre de différences entre les différents groupes, on constate que la différence entre Denisova et l’ensemble Homo sapiens – néandertaliens est environ double de celle entre Homo sapiens et néandertaliens. Si on estime à 500 000 ans la séparation de la branche des Homo sapiens de celle des néandertaliens, cela donne un âge d’environ 1 million d’années au dernier ancêtre commun aux trois espèces.

Une remise en cause des conclusions précédentes

  • L’arbre fournit, en plus, des informations sur les séquences d’ADN mitochondrial de Pan troglodytes (le chimpanzé) et de Pan paniscus (le bonobo) qui appartiennent à deux espèces différentes, et sur quatre sous-espèces de chimpanzé. Cela fournit une référence du nombre de différences pouvant exister entre deux espèces étroitement apparentées ou au sein de populations nettement différenciées d’une même espèce.
  • On constate que le nombre de différences entre les séquences d’ADN mitochondrial des populations de chimpanzés appartenant à la même espèce est plus grande qu’entre celles des néandertaliens et des Homo sapiens. Ainsi, la distinction nette entre séquences des néandertaliens et des Homo sapiens ne prouve pas obligatoirement qu’il s’agit de deux espèces différentes.
  • Comme la différence entre la séquence de Denisova avec celles des néandertaliens et des Homo sapiens est inférieure à celle existant entre les espèces chimpanzés et bonobos, tout en étant à peine supérieure à celle entre les différentes sous-espèces de chimpanzés, cela remet un peu en question l’idée que Denisova appartient à une espèce distincte.
  • Remarque : Des études sur l’ADN nucléaire parues en 2011 n’ont pas totalement confirmé les conclusions tirées de l’ADN mitochondrial. En effet, l’ADN nucléaire de Denisova est plus proche de celui des néandertaliens que de celui des Homo sapiens. Denisoviens et néandertaliens partageraient un ancêtre commun qui n’est pas celui de Denisova (donc une phylogénie différente de l’arbre obtenu avec l’ADN mitochondrial). La paléoanthropologie est une science vivante dont les modèles s’affinent avec l’acquisition de données nouvelles.