Exercices: Parenté, datation et évolution des hominidés

Le génome de l'être humain et celui du chimpanzé sont identiques à environ $98{,}8\ \%$ pour les séquences comparables.

1. a) Calculer le pourcentage de différence.
2. b) Pour une séquence de $3\times10^9$ paires de bases, calculer le nombre de différences attendues.
3. c) Expliquer ce que ce résultat indique sur la parenté.

La capacité crânienne est de $400\ \text{cm}^3$ chez un australopithèque, $900\ \text{cm}^3$ chez Homo erectus et $1\,350\ \text{cm}^3$ chez Homo sapiens.

1. a) Calculer l'augmentation en pourcentage entre l'australopithèque et Homo erectus.
2. b) Calculer l'augmentation en pourcentage entre Homo erectus et Homo sapiens.
3. c) Expliquer pourquoi la capacité crânienne seule ne suffit pas à définir le genre Homo.

La lignée humaine et celle du chimpanzé se sont séparées il y a environ $7$ millions d'années.

1. a) Convertir cette durée en années en notation scientifique.
2. b) Si une génération dure $25$ ans, calculer le nombre de générations depuis la séparation.

Le carbone 14 a une demi-vie de $5\,730$ ans. Un os d'un site préhistorique contient $12{,}5\ \%$ du carbone 14 initial.

1. a) Déterminer le nombre de demi-vies écoulées.
2. b) Calculer l'âge de l'os.
3. c) Expliquer pourquoi cette méthode est inadaptée pour des fossiles de plusieurs millions d'années.

Le tableau donne le nombre de différences entre séquences d'un même gène : humain–chimpanzé : $12$ ; humain–gorille : $18$ ; humain–orang-outan : $30$ ; chimpanzé–gorille : $19$.

1. a) Déterminer quelle espèce est la plus proche de l'humain.
2. b) Construire l'arbre de parenté correspondant en le décrivant avec des mots.
3. c) Vérifier la cohérence avec la donnée chimpanzé–gorille.

Une espèce du genre Homo a vécu entre $1{,}9$ et $0{,}1$ million d'années avant le présent.

1. a) Calculer la durée d'existence de l'espèce en années.
2. b) Si la population moyenne était de $10\,000$ individus avec une génération de $25$ ans, calculer le nombre approximatif de générations.
3. c) Expliquer pourquoi une espèce fossile n'est connue que par un nombre limité de fossiles.

La méthode potassium-argon utilise la désintégration du $^{40}\text{K}$ (demi-vie $1{,}25$ milliard d'années). Une roche volcanique contient une fraction $f$ de $^{40}\text{K}$ restant telle que $f=0{,}9988$ par rapport à l'initial.

1. a) Écrire la loi $f=\left(\dfrac12\right)^{t/T}$ et exprimer $t$.
2. b) Calculer l'âge $t$ de la roche, en années (arrondi au millier).
3. c) Expliquer pourquoi cette méthode convient à la datation des couches encadrant des fossiles d'hominidés d'Afrique de l'Est.

Avec une horloge moléculaire, le taux de mutation est de $1{,}2\times10^{-9}$ substitution par site et par an et par lignée. Deux espèces se sont séparées il y a $t$ années. Elles diffèrent à $1{,}2\ \%$ de leurs sites.

1. a) Exprimer la divergence $d$ en fonction de $t$ en tenant compte des deux lignées.
2. b) Calculer $t$.
3. c) Discuter les hypothèses de l'horloge moléculaire et leurs limites.
4. d) Comparer avec la séparation homme–chimpanzé estimée à $7$ millions d'années.

Des Européens actuels possèdent en moyenne $2\ \%$ d'ADN hérité de Néandertal. On suppose que le métissage a eu lieu il y a environ $50\,000$ ans, avec une génération de $25$ ans.

1. a) Calculer le nombre de générations écoulées.
2. b) Si la proportion d'ADN néandertalien restait constante en l'absence de sélection, expliquer pourquoi elle ne diminue pas par recombinaison seule, alors que les segments, eux, raccourcissent.
3. c) Citer une raison pour laquelle certaines régions du génome sont dépourvues d'ADN néandertalien.
4. d) Expliquer ce que cela implique sur la définition d'espèce.