L’évolution de la lignée humaine

… A partir des fossiles

Vue d'une réplique des fossiles australopithèques Sediba

https://france3-regions.francetvinfo.fr/occitanie/haute-garonne/toulouse/l-australopitheque-sediba-presente-en-avant-premiere-au-museum-de-toulouse-

347145.html

La définition de l’espèce humaine actuelle, Homo sapiens

Au XVIII° siècle, le naturaliste Carlv. Linné introduit l’homme dans saclassification du vivant, au mêmetitre que n’importe quelle autreespèce, et définit l’espèce Homosapiens comme un animal doué deraison, de parole, bimane etbipède.Homo = GenreSapiens = espèceL’idée d’une espèce supérieurereste quand même prégnante

Linné 1707-1778Objectif : classer le vivantpour rendre compte de ladiversité de la créationdivine.Au XVIII° siècle, la questionde l’origine des espèces estencore mêlée à la questionreligieuse

Linné est aussi l’inventeur duconcept de race. Nous reviendronssur la validité des fondementsbiologiques de ce conceptAfricanus, Americanus, Asiaticus,Europeanus et Monstrosus

Les prémices d’une théorie sur l’origine de l’espèce humaine au XIX° siècle

Origine animale de l’hommeEvolution sur un temps longTransformation des espèces

Théorie primitive de l’évolution, selon laquelle les caractères sont le reflet de leur usage➔ idée de perfectionnement des espèces

Jean Baptise de Lamarck1744-1829

Etienne Geoffroy Saint Hilaire

1772-1844 Découverte de fossiles de Néandertal

dans les années 1850

« La filiation de l’Homme et la sélection liée au sexe » par Charles Darwin, 1871

Charles Darwin(1809-1882)

En 1859, publication de l’ouvrage sur la sélection naturelle, traitant de l’ensemble des espèces…sauf l’homme!

La sélection naturelle favorise la transmission au cours des générations des caractères du mieux adapté aux conditions

de l’environnement à un moment donné

Pourquoi Darwin attend plus de 10 ans avant de publier l’application de

sa théorie à l’homme?

Représentation de Néandertal au XIX°siècle, idée d’une bête primitive, sauvage et repoussante

« La filiation de l’Homme et la sélection liée au sexe » par Charles Darwin, 1871

La démarche scientifique est soumise à l’épreuve de nombreuxpréjugés pour ces questions plus que pour d’autres, sans douteà cause de ce que Freud appelle « les blessures narcissiques »de la théorie de l’évolution, comme par exemple celle quiconsiste à voir Homo sapiens relégué au rang de simple animalvoisin du singe.

Freud

Caricatures de Darwin moquant l’idée de Parenté avec le Singe.

Il est compris par les caricaturistes que « l’Homme descend du Singe »…

Préjugés sur l’évolution humaine

Longtemps dominée par une vision « gradualiste », avec transformations progressives menant vers une espèce plus évoluée, la compréhension de l’évolution de la lignée humaine s’est égarée dans la recherche de mythe inexistant tel le fameux « chaînon

manquant », c’est-à-dire l’espèce entre l’homme et le singe.

Redressement progressif de la bipédie, avec desintermédiaires: chaque intermédiaire descend duprécédentTransformation progressive de l’espèce, héritée deLamarck, pour mieux se déplacer dans la savane (lafonction et l’usage de l’organe fait la sélection)Idée d’espèce inférieure et sous-évoluée : le singe, etd’une espèce au sommet de l’évolution : Homo sapiens

Une réalité plus complexe!

Apports des fossiles, des études de l’ADN

(Phylogénie moléculaire), de la biologie du

développement, de la Géologie, de l’étude des

grands singes…

Les fossiles, rappel

Un fossile (dérivé du substantif du verbe latin fodere : fossile, littéralement « qui est fouillé ») est lereste d'un animal ou d'un végétal (coquille, carapace, os, dent, graine, feuilles, spore, pollen,plancton, micro-organismes), généralement minéralisé, ou bien son simple moulage, conservé dansune roche sédimentaire.

La découverte des fossiles de l’Australopithèque Lucy en Ethiopie dans les années 1970

Une des difficultés est qu’un fossile est rarement complet, il manque souvent des os, et on trouve plusieurs fossiles d’espèces différentes dans les mêmes strates géologiques d’une époque donnée

Les caractéristiques d’Homo sapiens par rapport au chimpanzé

L’espèce Homo sapiens est classiquement caractérisée par des critères anatomiques et socio-culturels.Au premier rang de ces critères, l’ensemble des adaptations reliées à la bipédie et la stationverticale permanente :*un glissement du trou occipital sous la calotte crânienne, une colonne vertébrale en S,*la présence de fesse.*Le membre inférieur d’H. sapiens présente un pelvis court,un fémur bien droit,*des genoux en extension maximale et en adduction (orienté vers l’intérieur) au repos*ainsi qu’une cheville horizontale et perpendiculaire à la jambe

Les caractéristiques d’Homo sapiens par rapport au chimpanzé

les caractéristiques du crâne :*la face, la mandibule, les bourrelets sus-orbitaires et les oreilles sont réduits,*tandis que la calotte crânienne est de grande taille.*Le cerveau d’Homo sapiens est, proportionnellement à la taille du corps, trois fois plus gros que chez les autres singes.C’est un primate de grande taille (dimorphisme : femelles plus petites que les mâles en moyenne + caractères sexuels), avec des membrespostérieurs plus longs que les membres antérieurs.

Par rapport aux autres primates, on note l’absence de queue, et le pied ne dispose pas de l’opposabilité du gros orteil. L’arcade dentaire estde forme parabolique, tandis qu’elle est en V ou en U chez d’autres singes.La pilosité est assez faible relativement aux autres primates.

Le squelette est la partie fossilisable de notre organisme,

La configuration du squelette renseigne de nombreuses

informations sur notre mode de vie , même s’il s’agit d’un

enregistrement incomplet…

Qu’en est-il des fossiles des espèces de la lignée humaine? Que nous révèlent-ils sur les modalités de l’évolution de

notre lignée?

Activité 1 : Relier un fossile à la lignée humaine : le cas de Toumaï

Le clade des Hominidés regroupe dans son état actuel environ une vingtaine d’espèces, qui ne cesse d’être complété au grès des découvertes… Alors que les

Panidés ne comportent que deux espèces : réalité ? Fossiles de Panidés encore à découvrir ? Ou bien erreur de classification et tendance à vouloir ‘tirer la

couverture’ vers la découverte de nouvelles espèces humaines?

Une vague ressemblance avec les Hominidés ne suffit pas à définir une nouvelle espèce, il faut proposer des arguments basés sur des observations et des analyses

rigoureusesLes adaptations anatomiques associées à une bipédie comme mode de

locomotion principal constituent l’un des critères clefs pour rattacher un fossile à la lignée humaine.

Chronologie de l'évolution des Hominidés. Les différentes espèces sont rapprochés selon leur degré de parenté supposé, mais pas clairement établi Le Chimpanzé, Pan troglodytes Le Bonobo, Pan paniscus

La bipédie et la lignée humaineQuels critères anatomiques pour définir la bipédie humaine?

Capacité crânienne ~400 cm

La bipédie et la lignée humaineQuels critères anatomiques pour définir la bipédie humaine?

La bipédie est pratiquée chez les autres Hominoïdes (ici les orang outans), mais pas de façon exclusive comme chez l'Homme.Elle fait partie du répertoire locomoteur des Hominoïdes. La bipédie humaine est une spécialisation de ce répertoire. Elle n'estpas exclusivement adaptée au milieu de la savane, mais aussi aux milieux forestiers et aux marécages.

La bipédie n’est pas le propre de l’homme

mais les spécialisations pour la

bipédie sont des indices forts pour

relier un fossile à la lignée humaine

La bipédie et la lignée humaineQuels critères anatomiques pour définir la bipédie humaine?

Les empreintes de Laetoli-Olduvai correspondent à des fossiles de traces de pas d’une maman Australopithèque et son petit.Elles témoignent d’un déplacement prolongé par bipédie.

Activité 1 : Relier un fossile à la lignée humaine : le cas de Toumaï

Le fossile Toumai a été découvert au début des années 2000 au Tchad, dans des formations sédimentaires âgées de 7-8 Ma, période proposée pour la divergence entre la lignée humaine et celles des Panidés.Ce fossile est donc potentiellement le plus ancien représentant de la lignée humaine, au plus proche de nos origines.De vifs débats ont discuté de l’appartenance de ce fossile à la lignée humaine ou une autre lignée.

A partir du crâne et du fémur de Toumaï, nous allons déterminer son appartenance à la lignée humaine

Analysez le crâne de Toumaï etcomparez avec les autres espècesfournies. Déterminez quelscaractères parmi les suivantspourraient témoigner d’unebipédie prolongée chez toumaiVoir fiches fournies ci-après

1. Le volume crânien.2. L’inclinaison de la face et la hauteur du crâne ( à représenter sur les crânes),3. La position du trou occipital4. Le bourrelet sus-orbitaire5. Le menton.6. La mâchoire.

Activité 1 : Relier un fossile à la lignée humaine : le cas de Toumaï

Toumaï, volume du crâne 350 cm3 environhttps://couloirsdunet.wordpress.com/sites-insolites/toumai-aux-origines-de-la-bipedie/

Chimpanzé, volume boite cranienne 450 cm3

Gorille, volume boite cranienne 600cm3

Activité 1 : Relier un fossile à la lignée humaine : le cas de ToumaïFémur trouvé dans la même formation sédimentaire que le crâne de Toumaï

(chaque petite barre = 1 cm, grande barre = 5 cm)

En 2018, un chercheur italien publie les photos d’un fémur trouvé dans la même strate géologique que Toumaï et réfutel’appartenance de Toumaï à la lignée humaine.A partir de la comparaison des fémurs présentés dans le document, tentez de déterminer l’appartenance ou non de ce fémurà un individu de la lignée humaine et listez l’ensemble des difficultés rencontrées au cours de votre cheminementscientifique.Les conclusions du scientifique italien vous paraissent-elles assez étayées par les données? Justifiez

Activité 1 : Relier un fossile à la lignée humaine : le cas de Toumaï

Fémur trouvé dans la même formation sédimentaire que le crâne de Toumaï

(chaque petite barre = 1 cm, grande barre = 5 cm)

A partir de la comparaison des fémurs présentés dans le document, tentez de déterminer l’appartenance ou non de ce fémur à un individude la lignée humaine et listez l’ensemble des difficultés rencontrées au cours de votre cheminement scientifique.Les conclusions du scientifique italien vous paraissent-elles assez étayées par les données? JustifiezA première vue, le fémur retrouvé dans la même formation sédimentaire que Toumaï a une longueur qui le rapproche du Chimpanzé, doncun animal dont la bipédie n’est pas le mode principal de locomotion. Cependant les épiphyses ne sont pas préservées, on ne peut comparerleur forme. De plus, le fémur n’a pas été retrouvé directement soudé au bassin. Il est donc possible qu’il s’agisse d’une autre espèce. LesPanidés et les premiers représentants de la lignée humaine avaient probablement le même milieu de vie, cela ne serait pas surprenant deretrouver des fossiles issus des 2 lignées dans la même formation…Le débat n’est donc pas si simple…

CORRECTION

• Pourquoi Toumai est si ambigü?

• Introduction à la notion de Dernier Ancêtre commun…

+proximité avec la divergence homme-chimpanzésDimorphisme sexuel, âge de l’individu au moment de sa mort?

La notion d’ancêtre commun et les précautions nécessairesà sa reconstitutionEn phylogénie, les ancêtres ne sont pas identifiés, maisreconstitués par morceaux, à la façon d’un puzzleincomplet. On a perdu toute trace des ancêtres exacts,individuels, bien qu’ils aient existé.

Lorsqu’un fossile est découvert, il est impossible de savoirde qui il est l’ancêtre2 .

A un noeud donné d’un arbre phylogénétique, on a donctoujours un ancêtre inféré, virtuel. On ne connait de lui queles innovations qu’il présentait à son époque et qu’il aléguées aux descendants bien réels que nous pouvonsétudier.

Activité 2 : Les rythmes de l’évolution des hominidés à partir de l’étude de la boîte crânienne

Activité 2 : Les rythmes de l’évolution des hominidés à partir de l’étude de la boîte crânienne

1-Dans un graphique, représentez l’évolution du volume de la boîte crânienne aucours du temps. Commentez le rythme de l’évolution du volume de la boîtecrânienne2- L’homme de Flores est une espèce contemporaine d’Homo sapiens, disparue il ya une dizaine de milliers d’années. Le volume de sa boîte crânienne est de 500 cm3.Commentez cette caractéristique à la lumière des tendances de l’évolution de laboite crânienne dans la lignée humaine . L’évolution est-elle prévisible?3- Critiquez la phrase ‘Homo sapiens est l’espèce humaine la plus évoluée car elle ala plus grande boite crânienne’ à la lumière de ces données

L'évolution de la forme du crâneLe volume cérébral des Hominidés a augmenté aucours de l'évolution, surtout depuis 2 Ma etl'apparition d'Homo habilis. De 500 cm3 avant 2 Ma, levolume crânien dépasse les 1500 cm3 pour Homoneanderthalensis. Le volume crânien d'Homo sapiensest de l'ordre de 1400 cm3. Notons que l'homme deFlores, contemporain d'Homo sapiens, a un volumecrânien de l'ordre de 500 cm3 . Associée àl'augmentation générale du volume crânien, onobserve au cours du temps la réduction de la face,avec des bourrelets sus-orbitaires et un prognathismede moins en moins marqués. Certaines espèces ontdéveloppé des caractères particuliers que l'on neretrouve pas chez leurs contemporains ni dans la suitede l'évolution, comme par exemple les Paranthropesavec leur importante crête sagittale.

Activité 2 : Les rythmes de l’évolution des hominidés à partir de l’étude de la boîte crânienne

CORRECTION

Hétérochronies : processus susceptibles demodifier le développement morphologiqueentres des espèces apparentées.S'il est possible que les mutations s'accumulentà un taux constant dans la lignée humaine(comme semble le montrer l'horlogemoléculaire), les répercussions de cesmutations sur le phénotype et les espècesapparaîtraient comme ‘brutales’ à l'échelle destemps géologiques.

Elles aboutissent à des transformationsmorphologiques de grande amplitude enjouant sur la plasticité des facteurs dedéveloppement, lesquelles se réalisent par desaccélérations, des ralentissements, desprolongations ou des troncations desdifférentes périodes de l’ontogenèse.

Il y a un répertoire de caractères quis’expriment de façon plus ou moinsprononcés selon la durée de la phase dedéveloppement

Activité 2 : Les rythmes de l’évolution des hominidés à partir de l’étude de la boîte crânienneCORRECTION- Pour aller plus loin

Des processus hétérochroniques simples pourraient être à l’origine des altérations diverses de courbes de croissance communes aux hominidés, arrêtées à différentsstades, qui pourraient avoir accentué le développement d’une partie du corps par rapport à l’autre.Entre 6 et 4 Ma, le milieu de vie des Hominidés est une savane arborée en mosaïque, qui favorise la sélection des différences morphologiques liées aux divers degrésd’hétérochronies.Pour qu’une modification par hétérochronie se fixe, il faut un processus de dérive génétique assez rapide, qui nécessite des isolements génétiques… favorisés par deschangements climatiques au niveau de l’Afrique. L’ensemble de ces phénomènes façonnent ce qu’on appelle une évolution « en mosaïque ».L’apparition du genre Homo, avec une plus grande taille, et un cerveau plus volumineux, et ce de façon assez abrupte au cours de l’évolution, suggère l’intervention deprocessus hétérochroniques (on allonge la phase de croissance à un moment donné, à partir d’une espèce donnée). La sélection des grandes tailles aurait étéfavorisée par un milieu de vie ouvert, de type savane.

Activité 2 : Les rythmes de l’évolution des hominidés à partir de l’étude de la boîte crânienneUne origine du caractère buissonnant de la lignée humaine?

CORRECTION- Pour aller plus loin

Les idées reçues sur l’évolution de la lignée humaine/ Bilan des principales notions à retenir

Pour chacune des images ou assertions suivantes, dire s’il s’agit d’un préjugé sur l’évolution de la

lignée humaine ou d’une conception scientifiquement valide

Réponse : préjugé ou pas préjugé

Le point ne sera accordé uniquement si celui qui a pris la parole est capable de justifier sa réponse

avec un argumentaire scientifique valide

Equipe mayo : rangée de gauche

Equipe Ketchup : rangée de droite

Plusieurs espèces d’hominidés ont cohabité ensemble à certains moments de la préhistoire

Les idées reçues sur l’évolution de la lignée humaine

Les idées reçues sur l’évolution de la lignée humaine

VRAI

Ex. Néandertal, homo sapiens, denisoviens…

Ou encore Homo ergaster et les

Paranthropes, Homo rudolfensis et Homo

habilis

Ceci est lié au caractère buissonnant de la lignée humaine

Plusieurs espèces d’hominidés ont cohabité ensemble à certains moments de la préhistoire

On peut prédire l’évolution de l’être humain

Les idées reçues sur l’évolution de la lignée humaine

Gotlib, rubrique à brac, taume2

On peut prédire l’évolution de l’être humain

Les idées reçues sur l’évolution de la lignée humaine

Gotlib, rubrique à brac, taume2

FAUX

Les mutations sont aléatoires, on ne peut prédire les conditions d’évolution des pressions sélectives , ce n’est pas l’usage ou le non usage d’un caractère qui

fait sa sélection

L’évolution n’est pas directionnelle, par ex. H. florensis apparaît avec un petit volume crânien (~500 cm3) alors que toutes les espèces d’hominidés de l’époque ont un volume crânien

>1000 cm3

Les idées reçues sur l’évolution de la lignée humaine

La lignée humaine se sépare de celle des Panidés il y a environ 7 Millions d’années

Les idées reçues sur l’évolution de la lignée humaine

La lignée humaine se sépare de celle des Panidés il y a environ 7 Millions d’années

VRAI

Toumaï, plus proche fossile du DAC, daté à 7 Ma