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Vivre au sommet du monde : un héritage des dénisoviens ?
P.250-251

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OBJECTIF BAC

Thème 3 : Une histoire du vivant


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Exercice sujet corrigé BAC

Sujet corrigé

Exercice 1
Vivre au sommet du monde : un héritage des dénisoviens ?
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Les dénisoviens forment un groupe éteint, proche des néandertaliens, dont les premiers restes ont été découverts dans la grotte de Denisova, en Russie. Des études réalisées sur l’ADN mitochondrial de ces restes ont permis d’identifier des mutations caractéristiques que l’on ne retrouve ni chez H. sapiens ni chez H. neanderthalensis. D’autre part, des portions du génome des dénisoviens se retrouvent dans les populations modernes d’Asie ou d’Australie.

Doc. 1
Étude génétique de différentes populations eurasiennes

La protéine EPAS1 est une protéine‑clé dans l’adaptation à la vie en haute altitude, qui correspond à un milieu hypoxique, c’est‑à‑dire très pauvre en dioxygène. Des études génétiques ont montré qu’il existe différents allèles du gène EPAS1. L’un de ces allèles, associé à une très bonne adaptation à l’hypoxie (comme l’adaptation cardiaque), correspond à un fragment de génome hérité des dénisoviens.
Le document ci‑contre montre la fréquence des marqueurs génétiques dénisoviens dans le gène EPAS1 pour différentes populations dont l’altitude de vie a été relevée.

populations eurasiennes

La couleur du cercle indique l’altitude de vie (voir légende). La portion en noir est proportionnelle à la fréquence des marqueurs dénisoviens. Eurasie a. Népal b. Bhoutan c. La taille du cercle est proportionnelle à la taille de la population.

Doc. 2
Marqueurs génétiques et altitude

Marqueurs génétiques et altitude


Chaque point représente une population étudiée.

Doc. 3
Phylogénie des dénisoviens

Phylogénie des dénisoviens


Arbre phylogénétique obtenu à partir de données protéiques. Xiahe correspond aux restes décrits dans le doc. 4.

Doc. 4
Xiahe, un nouveau fossile tibétain

En 2019, la mâchoire d’un individu appartenant à la lignée humaine, appelé Xiahe, a été retrouvée dans une grotte du plateau tibétain, à plus de 3 500 m d’altitude et datée d'au moins 160 000 ans. Son étude a permis de la placer dans l'arbre du document précédent.

Xiahe, un nouveau fossile tibétain

Vue de l'Himalaya.

Questions résolues

1. Doc. 1 (⇧) et Doc. 2 (⇧) Établir le lien entre l'altitude de vie et la présence de l’allèle de EPAS1 d’origine dénisovienne. La réponse s’appuiera sur des données chiffrées.


2. L’arbre phylogénétique du doc. 3 (⇧) a été obtenu à partir de données moléculaires. Quel est l’avantage de ce type d'arbre ? Quels autres critères permettent d’établir des arbres de parenté ?


3. D’après l’arbre phylogénétique du doc. 3, (⇧) qui est le plus proche parent de Xiahe ? De quel groupe d’Homo est‑il alors le plus proche évolutivement : H. sapiens ou H. neanderthalensis ? Justifier la réponse.


4. Les plus vieux fossiles d’Homo identifiés jusqu’ici sur le plateau tibétain étaient des restes d’H. sapiens datés de 30 000 à 40 000 ans. Que permettent de déduire ces nouvelles données quant à l’histoire évolutive des populations du plateau tibétain ?


5. À l’aide de l’ensemble des données, proposer une hypothèse permettant d’expliquer pourquoi des populations d’H. sapiens actuelles possèdent un allèle dénisovien permettant une meilleure survie en haute altitude.
Voir les réponses

Solution rédigée

1. Sur le doc. 1(⇧) dans les populations vivant à faible altitude (cercles vert foncé), on ne retrouve que très rarement la présence des marqueurs génétiques dénisoviens (3 populations seulement, au Bhoutan). À l’opposé, dans les populations vivant à haute altitude (cercles bleus), on observe toujours la présence, en forte proportion, des marqueurs génétiques dénisoviens. On peut même observer des populations où ces marqueurs sont majoritaires.
Dans le doc. 2 (⇧), on observe que la fréquence des marqueurs génétiques dénisoviens EPAS1 est d’autant plus forte que l’altitude à laquelle vit la population est importante : par exemple, pour les populations vivant à une altitude inférieure à 1 000 m, la fréquence est comprise entre 0 et 10 %, alors que pour les populations vivant à plus de 3 000 m d’altitude, on trouve des fréquences comprises entre 30 et 80 %. On peut donc en déduire que plus la population testée vit en altitude, plus la fréquence de l’allèle EPAS1 dénisovien est grande.

2. Des arbres phylogénétiques peuvent être réalisés à partir de caractères morpho-anatomiques (forme de la mâchoire, par exemple), mais les rares fossiles découverts sont souvent incomplets ou en mauvais état de conservation. D’autre part, ces caractères peuvent aussi varier entre les individus d’une même espèce : trouver un seul représentant le rend difficile à positionner dans un arbre. À l’opposé, l’ADN ou les protéines peuvent être extrêmement bien conservés dans un tout petit échantillon.

3. Sur l’arbre du doc. 3 (⇧) le plus proche parent de Xiahe est l’homme de Denisova de la grotte sibérienne. Xiahe appartient donc au genre Homo. D’après l’arbre, il est plus proche évolutivement d'Homo neanderthalensis, car il partage avec lui un ancêtre commun plus récent.

4. Les restes identifiés sont datés d’au moins 160 000 ans : on peut donc en déduire que des dénisoviens occupaient le plateau tibétain bien avant les premiers Homo sapiens. Ces dénisoviens devaient posséder des caractéristiques génétiques leur confèrant des traits adaptatifs à la vie en haute altitude.

5. Dénisoviens et Homo sapiens sont des espèces proches et elles ont dû cohabiter sur les plateaux tibétains. Des hybridations entre ces espèces ont permis des transferts de gènes dénisoviens dans le génome d'Homo sapiens. Quand ces gènes apportent un avantage sélectif (ici une meilleure tolérance au faible taux de dioxygène observé en altitude), ils sont sélectionnés et conservés par les mécanismes de la sélection naturelle.
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