20. Parenté des Êtres Vivants et Phylogénie

L’observation du monde vivant montre une grande similitude au niveau cellulaire et moléculaire (molécule d’ADN, mécanisme de synthèse des protéines, etc.). Ces ressemblances ont permis d’émettre l’hypothèse que les êtres vivants ont une origine commune.

1. La parenté entre les êtres vivants

Les organismes vivants présentent une mosaïque de caractères apparus successivement au cours de leur histoire. C’est Darwin (1809-1882) qui a pris en compte les caractères des êtres vivants comme témoignage d’une parenté entre les espèces. La recherche des liens de parenté est à la base d’une discipline scientifique qui étudie les filiations des organismes : la phylogénie.

L’établissement des relations de parenté entre les êtres vivants actuels et fossiles se fait par comparaison de caractères homologues (embryonnaires, morphologiques, anatomiques et moléculaires).

A. Définition d’un caractère

Un caractère est un attribut que possède un organisme. Les caractères étudiés peuvent être des caractères morphologiques, anatomiques, embryologiques, cellulaires ou moléculaires (protéines ou ADN).

Exemples de caractères : la structure des membres, l’aspect de la peau, la sequence primaire d’une protéine, la présence d’un amnios, etc.

Pour pouvoir être comparés, ces caractères doivent être homologues.

B. Les caractères homologues

Ce sont des caractères qui ont la même origine. Ils sont issus d’une même structure ancestrale. Le caractère présent chez l’ancêtre commun a subi une transformation évolutive au cours de l’histoire. Le caractère s’est donc modifié mais il conserve une ressemblance avec son ancêtre d’origine.

Le partage d’un certain nombre de caractères homologues par plusieurs individus permet de les classer dans le même groupe.

Les caractères observés doivent être homologues :

◗ pour une structure anatomique, il s’agit d’une similitude de position, d’un plan de construction commun (membres antérieurs : pattes, ailes) ;

◗ pour une molécule, c’est la similitude des séquences (polypeptidiques ou nucléotidiques) qui détermine l’homologie.

Des protéines homologues doivent avoir des séquences primaires avec 20 % ou plus de similitude. Ces molécules sont issues d’un gène ancestral commun. Les gènes impliqués dans ces synthèses protéiques sont des gènes apparentés formant une famille multigénique.

C. Homologie et analogie

La ressemblance n’est pas un critère suffisant pour établir une homologie. Les caractères analogues ne sont pas hérités d’un ancêtre commun. Aucune filiation ne peut être établie.

Exemples :

◗ ailes des chauves-souris et des insectes, pattes antérieures de la souris et d’un insecte sont des caractères analogues et non homologues. Ils ne sont pas construits de la même façon. Ils n’ont pas d’ancêtre commun avec le même plan d’organisation ;

◗ ailes de chauve-souris et pattes antérieures de la souris sont homologues : ces structures ont le même plan d’organisation mais des formes et fonctions différentes.

Une homologie peut être masquée par une mutation affectant les gènes du développement (en particulier gènes homéotiques). Cette mutation peut avoir différentes conséquences, en particulier :

◗ une modification du plan d’organisation = conséquences phénotypiques ;

◗ un changement de la durée ou de la vitesse du développement de l’individu = hétérochronie.

D. Caractère ancestral et caractère dérivé

Les modifications subies par les caractères au cours de l’évolution définissent des états de caractères nouveaux, caractères dérivés ou évolués par rapport aux caractères ancestraux ou caractères primitifs.

Exemple : observation du caractère phanère (formations épidermiques). Chez les oiseaux, ce caractère est représenté par des écailles sur les pattes et des plumes sur le corps ; chez les reptiles, des écailles recouvrent le corps. Plume est l’état dérivé du caractère phanère et écaille est l’état primitif. La plume est issue de la transformation évolutive de l’écaille.

Le partage d’états dérivés de certains caractères témoigne d’une plus étroite parenté que le partage d’états ancestraux de ces mêmes caractères. Plus le nombre de caractères dérivés en commun entre deux groupes est élevé, plus les groupes possèdent une parenté proche.

2. L’établissement des phylogénies

A. Arbre phylogénétique et ancêtre commun

Un arbre phylogénétique est un schéma exprimant des liens de parenté sous forme d’une succession de branchements. Il établit une synthèse des relations de parentés observées. Chercher un groupe apparenté à un autre, c’est chercher le groupe avec lequel il partage un ou plusieurs caractères dérivés exclusifs.

Les caractères possédés en commun par un groupe d’espèces sont hérités d’un ancêtre commun. Cet ancêtre commun est hypothétique. On reconstruit son portrait-robot par l’addition des états dérivés des caractères partagés par l’ensemble de ses descendants.

Chaque nœud représente donc un ancêtre virtuel défini par l’ensemble des caractères dérivés partagés par les espèces qui lui sont postérieures.

Tous les descendants d’un ancêtre commun constituent un groupe monophylétique ou clade.

On peut définir des groupes ou taxons monophylétiques, polyphylétiques ou paraphylétiques.

Un taxon est un groupe d’organismes formant une unité, grâce au partage de certains caractères, dans la classification des êtres vivants.

On distingue trois sortes de taxons :

◗ le monophylétique (clade) qui réunit une espèce ancestrale et tous ses descendants, ex : les batraciens ;

◗ le paraphylétique qui comprend une espèce ancestrale, et une partie seulement de ses descendants, ex : les reptiles ;

◗ le polyphylétique (taxon artificiel) qui dérive de deux ou plusieurs espèces ancestrales. Ils n’ont pas véritablement d’ancêtre commun dans l’arbre phylogéné tique, mais au moins une homoplasie (similitude ne provenant pas d’un ancêtre commun), ex : les poissons.

B9782294710995500208/f20-01-9782294710995.jpg is missing

Fig. 20-1.

Relation de parenté dans le groupe des vertébrés.

B. Construction d’un arbre phylogénétique

Les étapes de la construction d’un arbre phylogénétique sont les suivantes :

◗ définir un organisme référentiel : organisme dont on sait qu’il est moins apparenté aux autres, que les autres ne le sont entre eux il possède des caractères ancestraux ;

◗ établir une matrice de caractères : tableau regroupant l’état des caractères pour chacun des organismes comparés ; les caractères ancestraux sont notés « 0 », les caractères dérivés « 1 » ;

◗ regroupement des organismes selon le nombre d’états dérivés de caractères qu’ils ont en commun ;

◗ Construire l’arbre phylogénétique.

Sur un arbre phylogénétique, un nœud représente un ancêtre commun aux organismes qui en découlent. Cet ancêtre commun est hypothétique, il ne correspond pas à une espèce fossile. Les branches qui partent des nœuds portent des organismes connus actuels ou fossiles. Les ancêtres communs sont définis par l’ensemble des caractères dérivés partagés par les espèces qui leur sont postérieures.

Les liens de parenté entre organismes dans une phylogénie sont plus forts lorsque le nombre de caractères dérivés qu’ils partagent est important.