Comment l'ADN permet-il de dater la séparation de deux espèces ?

Pourquoi cette question : un modèle d'introduction

Le jury attend que vous expliquiez pourquoi vous avez choisi la question. Inspirez-vous de ce modèle, mais racontez votre propre parcours.

J'ai lu que l'humain et le chimpanzé ont un ancêtre commun qui vivait il y a environ 6 millions d'années, et que cette date vient de la comparaison de leur ADN. Je me demandais comment des séquences génétiques peuvent indiquer une durée. La réponse est une horloge : des mutations qui s'accumulent régulièrement, et une simple relation de proportionnalité.

L'enjeu et les notions du programme

Utiliser une relation de proportionnalité entre nombre de différences et temps, et discuter son domaine de validité (saturation).

Le plan de l'exposé en 10 min

1. 1. Introduction

   1 min

   On compare un même gène, ou des génomes entiers, chez deux espèces. Problématique : le nombre de différences peut-il mesurer le temps écoulé depuis leur ancêtre commun ?

2. 2. Mathématiques : une relation linéaire

   4 min

   Depuis la séparation, chaque lignée accumule des mutations neutres. Si le taux par site et par an est $\mu$μ, chaque lignée accumule en $t$t années une proportion $\mu t$μ t de sites modifiés, soit $d\approx 2\mu t$d≈2μ t de différences entre les deux espèces (les deux lignées divergent).

   Donc $t\approx \frac{d}{2\mu }$tapproxd/2μ. Pour l'humain et le chimpanzé, $d\approx 1,2$d≈1,2 % sur l'ensemble du génome ; avec $\mu \approx 10^{-9}$μ≈10⁻⁹ par site et par an : $t\approx \frac{0,012}{2\times 10^{-9}}=6\times 10^6$t≈0,012/2×10⁻⁹=6×10⁶ ans.

   La relation n'est linéaire que pour des différences faibles : pour des espèces très éloignées, un même site peut muter plusieurs fois, et les différences observées sous-estiment le nombre réel de mutations. La courbe sature : on corrige par des modèles exponentiels.

3. 3. SVT : calibrer l'horloge

   3 min

   Le taux $\mu$μ n'est pas connu a priori : on le calibre avec des fossiles bien datés (par exemple la séparation de deux lignées connue par la paléontologie), ou on le mesure directement en comparant parents et enfants.

   L'horloge est imparfaite : le taux varie selon les gènes (les gènes essentiels évoluent lentement, car la sélection élimine les mutations), selon les espèces (temps de génération) et dans le temps. Les dates sont donc données avec des marges d'erreur importantes, et confrontées aux fossiles. Combinée aux arbres phylogénétiques, l'horloge moléculaire a permis de dater de nombreuses divergences.

4. 4. Conclusion

   2 min

   L'ADN permet de dater la séparation de deux espèces parce que les mutations neutres s'accumulent à un rythme à peu près constant : les différences sont proportionnelles au temps, $d\approx 2\mu t$d≈2μ t. Avec 1,2 % de différences, l'humain et le chimpanzé se seraient séparés il y a environ 6 millions d'années. J'ouvre sur le calibrage de l'horloge par les fossiles.

Ce que j'écris au tableau

Pas de calculatrice ni de support numérique : un calcul clé écrit au tableau rend l'exposé concret et montre la solidité des connaissances.

Conclusion : la réponse à la question

Les questions probables du jury

Pendant les 10 minutesd'échange, le jury vous fait préciser et approfondir, sur tout le programme de vos spécialités en lien avec la question.

Les pièges qui coûtent des points

• Oublier le facteur 2.
• Appliquer la relation linéaire à de très longues durées.
• Présenter les dates comme exactes.

Revoir les notions

• Fonctions affines (Seconde) →
• Nombres et calculs (Seconde) →

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