Cette activité pour l'enseignement scientifique de terminale est un classique. Elle est ici adaptée pour la nouvelle application PhyloGraphe, en combinaison avec Geniegen2.

Elle s'inscrit dans le thème 3.3 (L’évolution humaine) et permet d'aborder les savoirs suivants : L’espèce humaine actuelle (Homo sapiens) fait partie du groupe des primates et est plus particulièrement apparentée aux grands singes, avec lesquels elle partage des caractères morpho-anatomiques, des comportements et des similitudes génétiques.
C’est avec le chimpanzé qu’elle partage le plus récent ancêtre commun.

Elle se déroule en deux parties. L'ensemble est prévu pour une séance de deux heures. Les élèves étaient en groupe de 3 à 4 personnes. Si les élèves sont déjà familiers de l'application PhyloGraphe, un travail individuel peut être envisagé. Si l'application est inconnue, le travail en groupe permet à l'enseignant de mieux naviguer entre les groupes pour lever les difficultés rencontrées.

1. Placer l'être humain parmi les Hominoïdes en utilisant des caractères morphoanatomiques. On utilise ici l'application PhyloGraphe seule.
2. Trouver le plus proche cousin de l'être humain en utilisant Geniegen2 seul ou en combinaison avec PhyloGraphe.

Présentation de l'application PhyloGraphe

Lien vers l'application PhyloGraphe

Cette nouvelle application, produite par Damien Aubert Pennequin, modernise l’interface et corrige des erreurs de conception scientifique dans la fabrication des arbres phylogénétiques. En particulier, la méthodologie de construction d’arbres (et des groupes emboîtés qui en découlent) est bien plus proche de celle utilisée en phylogénie moderne. En effet, il n'y a pas de polarisation des caractères à effectuer. Cette étape est remplacée par une analyse de compatibilité qui permet de repérer les homoplasies dans la matrice de caractères. Cette méthodologie évite le raisonnement circulaire qui consistait à indiquer des états dérivés, qu’on ne peut en réalité justifier scientifiquement qu’après avoir déterminer l’arbre phylogénétique.

Comme pour Phylogène, l'application la plus classique pour faire des arbres au secondaire, deux modalités sont proposées : 

• A partir de caractères : On retrouve alors toutes les banques de données de Phylogène et quelques nouvelles banques comme « enquête sur l'ornithorynque »  prévue pour les élèves de 5e (et testée en classe !).
• A partir de séquences : La méthode de calcul des distances peut être choisie, l’auteur de l’application conseille le LogDet pour les nucléotides et le Scoredist pour les protéines dans la plupart des cas.

Des instructions détaillées sont données à chaque étape et une fiche technique est incluse dans le menu « Aide »

Des exercices adaptés, dès le niveau sixième

Ils sont accessibles dans l’onglet « Exercice ».

Un mode collège est disponible dans le menu option –> Niveau de complexité

L’application permet également de travailler sur des exercices de base en phylogénie (déterminer le plus proche cousin, trouver l’arbre intrus, situer les transformations, etc.). Certains de ces exercices sont pensés spécifiquement pour le collège, dès la 6e. L'élève pourra même générer, enregistrer et imprimer (format A4 paysage) un "diplôme" nominatif et daté attestant de son niveau dans les différentes habiletés correspondant à chaque type d'exercices.

Des banques de séquences variées et une compatibilité avec Geniegen 2

La banque de séquences de Phylogène a été complètement reformatée et importée dans PhyloGraphe. Vous pouvez maintenant faire avec PhyloGraphe exactement les mêmes TP d'étude moléculaire que ceux que vous aviez l'habitude de faire avec Phylogène. Mais vous pouvez également importer vos propres séquences alignées grâce à la nouvelle fonctionnalité de Geniegen 2 qui permet d'exporter des alignements ! 

Étude morphoanatomique

Tutoriel vidéo pour les études morphoanatomique avec PhyloGrapheDans cette première partie, les élèves vont pouvoir charger dans PhyloGraphe, à partir du menu Collection -> Collections partagées, l'ancienne collection Phylogene nommées Archontes (primates).

Construire l'arbre phylogénétique des Primates

Par mesure de simplification on pourra retirer quelques primates de listes, mais surtout le caractère "Locomotion sur les articulations (knuckle-walking)" qui regroupe en réalité plusieurs réalités morphoanatomiques différentes et n'est donc pas adapté à cette étude.

Il s'agira alors de réaliser successivement les étapes suivantes. Il ne faudra pas oublier de verrouiller pour vérification entre chaque étape.

1. Concevoir la matrice de caractères
   • Compléter la matrice de caractères : un simple clic permettra de faire changer la case entre Présent/Absent/Inapplicable/Inconnu
   • Supprimer les caractères non-informatifs. Il s'agit des caractères dont l'un des états (absence ou présence) n'est valable que chez une seule espèce.
2. Déterminer les paires compatibles : une nouvelle étape
   • Les paires de caractères compatibles sont celles pour lesquelles il n'y a PAS les quatre combinaisons d'états possibles (Présent/Présent, Présent/Absent, Absent/Présent et Absent/Absent)
   • Dans notre exemple, tous les caractères retenus sont compatibles
3. Identifier la clique maximum : une nouvelle étape
   • Il s'agit du plus grand ensemble de sommets qui sont tous reliés deux à deux dans le graphe de compatibilité présenté.
   • Ici tous les caractères font partie de la clique maximum
4. Faire l'arbre phylogénétique
   • Le travail est ici très similaire à celui de Phylogene : un clic sur un caractère permet de faire apparaître un code couleur (présent/absent). Les caractères non-informatifs apparaissent en gris.
   • Ctrl + clic permet de faire apparaître un ancêtre commun maj + clic permet de relier les espèces aux différents ancêtres.
   • Un arbre sera considéré comme correct si le nombre de transformations qu'il implique est le plus faible possible.

Attention, cette méthode peut donner plusieurs arbres possibles. En signalant que le Toupaïe n'est pas un primate (il fait partie du groupe cousin des Scandentia), on peut trancher entre les différentes possibilités.

Présenter les résultats et aller plus loin

On demandera ensuite aux élèves de faire une capture d'écran de leur arbre et d'y placer les innovations évolutives. Cela peut se faire grâce à un logiciel de dessin comme paint, paintdotnet, ou encore Photofiltre, conseillé par la plateforme Pix, ou le plus complexe The Gimp.

On pourra alors identifier le groupe comprenant notre espèce et ses plus proches cousins ainsi que l'innovation évolutive qui permet de les regroupes (perte de la queue - transformée en coccyx). Une brève recherche internet pourra permettre aux élèves de trouver le nom du groupe des Hominoïdes.

Exemple de production élève

Note : Pour cet arbre, les espèces Bonobo, Indri, Maki et Babouin ont été retirée de la collection.

Étude génétique

L'application clef est ici Geniegen 2 de Philippe Cosentino.

Geniegen 2En chargeant le fichier suivant dans Geniegen 2, les élèves ont à disposition les séquences du gène de l'enzyme NADH déshydrogénase et de la protéine Globine G chez plusieurs espèces de primates.

Hominoides.zip

Utiliser Geniegen 2 pour tracer un dendrogramme

Il faut alors simplement aligner les séquences voulues, puis afficher l'arbre. On obtient alors ce type de résultats.

On identifie bien le plus proche cousin de l'espèce humaine et on remarque également de légères différences entre les arbres. Cela montre bien la nécessité d'effectuer les études sur plusieurs gènes pour améliorer la robustesse des résultats obtenus.

REM : il est possible d'utiliser PhyloGraphe pour construire l'arbre après l'alignement des séquences dans Geniegen 2. Pour cela, il faut aller dans le menu fichier puis exporter les séquences alignées vers PhyloGraphe.

Cette méthode est plus complexe et n'a pas été utilisée en classe avec les élèves pour une question de temps.

Tutoriel Vidéos pour construire un arbre moléculaire sur Phylographe

Compétences du CRCN