1Biodiversité et unité du vivant. Bien que l'on ait décrit à ce jour environ 1,7
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1 Biodiversité et unité du vivant Bien que l’on ait décrit à ce jour environ 1,7 million d’espèces, les spécialistes pensent que le nombre réel d’espèces de la biosphère pourrait se situer entre 10 et 100 millions. Si l’on considère que depuis l’origine de la vie sur Terre plus de 99,9 % des espèces ayant existé ont disparu, on peut avoir une petite idée de l’importance de la biodiversité actuelle et passée… Malgré la diversité des formes de vie observées, c’est l’unité qui se dégage du monde vivant qui interpelle : unité d’organisation (tous les êtres vivants sont constitués de cellules, issues elles-mêmes d’autres cellules) et de fonctionnement (le métabolisme cellulaire fondamental est le même pour toutes les cellules, procaryotes ou eucaryotes, l’ADN est toujours le support de l’information génétique, le génotype détermine toujours le phénotype moléculaire, selon les mêmes principes de synthèse protéique et en utilisant toujours le même code génétique) ➜ Point sur les acquis. Cette unité suggère fortement une origine commune pour tous les êtres vivants, qui ont donc tous un même ancêtre commun, inconnu, le premier organisme unicellulaire, baptisé LUCA (Last UniCellular Ancestor)…
Un nœud correspond à la population des derniers ancêtres communs à partir de laquelle ont émergé deux groupes différents par leurs caractéristiques. Deux groupes qui partagent un même ancêtre commun exclusif sont donc des groupes frères. Une nouveauté évolutive peut être l’apparition « de novo » d’un nouveau plan d’organisation, d’un nouvel organe, d’une nouvelle molécule, ou encore sa disparition ou sa transformation. L’état qui préexistait sera qualifié de primitif ou ancestral, par rapport au nouvel état qualifié d’évolué ou de dérivé. Les caractéristiques de l’ancêtre commun La lecture de l’arbre phylogénétique permet de préciser quelques caractéristiques de l’ancêtre commun, et donc de ses descendants, en fonction des données utilisées. Ces caractéristiques seront celles de ses ancêtres précédents (plus anciens), et la nouveauté évolutive qui est apparue chez lui (doc.1). Plus le nombre de caractères utilisés pour construire l’arbre est important, et plus l’on aura de précisions ➜ activités 1. On ne peut pas préciser les autres caractéristiques de l’ancêtre commun ; il restera donc toujours hypothétique, et aucun fossile ne peut lui correspondre vraiment. Les fossiles ne seront donc jamais placés aux nœuds des arbres phylogénétiques ➜ activités 5.
L’unité du plan d’organisation des Vertébrés suggère une parenté plus étroite entre ces organismes qu’avec d’autres êtres vivants ➜ activités 1. Tous les êtres vivants, actuels et fossiles, ont donc entre eux des relations de parenté plus ou moins étroites que l’on peut tenter de préciser et que l’on représente sous forme de figures arborescentes.
Mouche
Thon
Grenouille
Moineau
Gorille
Amnios et cavité amniotique
2
L’arbre phylogénétique
Doigts Vertèbres
Un arbre phylogénétique est un arbre qui
Crâne
traduit des parentés L’arbre phylogénétique est l’une des figures qui traduit les relations de parenté entre un ensemble d’êtres vivants, actuels ou fossiles ➜ activités 1. Chaque nouvelle branche doit être justifiée par l’apparition d’une nouveauté évolutive, apparue chez un organisme qui l’a transmise à tous ses descendants.
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Ancêtre commun
Innovations évolutives
DOC. 1 Arbre phylogénétique de quelques animaux. L’ancêtre commun au Moineau et au Gorille possède les caractères suivants : un crâne, des vertèbres, des doigts et un amnios.
Une classification des êtres vivants
établie à partir d’un arbre phylogénétique Lorsque l’arbre phylogénétique est établi à partir d’un grand nombre de caractères et qu’il a donc une validité certaine, on peut établir une classification évolutive des taxons considérés (doc. 2). Un groupe (appelé clade ou groupe monophylétique) n’aura de sens d’un point de vue évolutif que s’il réunit un ancêtre commun et tous ses descendants, exclusivement. Ce groupe sera défini par la nouveauté évolutive qui est apparue chez l’ancêtre commun considéré et qui est donc commune à tous les membres de ce groupe ➜ activités 1.
Sardine
Grenouille
Merle
Chat
Les caractères utilisés peuvent être de nature variée : morphologiques, anatomiques, embryologiques, chromosomiques, moléculaires… Il faut identifier les caractères informatifs en commençant par la comparaison des organismes choisis, dans le but de rechercher des caractères qui présentent différents états au sein de l’échantillon (doc.3).
Homme
a.
Plumes Allaitement Mammifères
Amnios Amniotes
Doigts Tétrapodes
DOC. 2 Arbre phylogénétique de quelques Vertébrés.
On peut ici définir par exemple le groupe des Amniotes, qui réunit tous les organismes possédant un amnios et leur ancêtre commun chez qui ce caractère est apparu. On pourrait aussi définir le groupe des Mammifères, caractérisés par l’allaitement.
3 L’établissement des relations de parenté entre des organismes Le choix des caractères Pour préciser les relations de parenté entre différents taxons, il faut se limiter aux caractères qui apportent une information sur les parentés recherchées. Sachant que l’on ne peut établir des relations de parentés que sur le partage de nouveautés évolutives, il faut rechercher et reconnaître ces ressemblances issues d’un ancêtre commun. Ces ressemblances sont appelées homologies.
b.
c. DOC. 3 Squelettes de trois Vertébrés.
Le caractère « présence de vertèbres » n’est pas ici un caractère informatif car ces trois animaux en possèdent. Le caractère « doigts » est par contre informatif, car on distingue deux états différents : présence de doigts et absence de doigts.
Les résultats des observations ainsi réalisées sont relevés dans une matrice taxons/caractères, où est précisé, pour chaque caractère et pour chaque organisme l’état du caractère observé.
2. PARENTÉS ENTRE ÊTRES VIVANTS ACTUELS ET FOSSILES
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Parentés entre êtres vivants actuels et fossiles
1 Biodiversité et unité du vivant ■ L’unité structurale et fonctionnelle des êtres vivants témoigne d’une origine commune.
■ Les parentés sont plus ou moins importantes entre les différents êtres vivants. Ainsi, l’unité du plan d’organisation des Vertébrés témoigne d’une parenté plus grande entre les Vertébrés eux-mêmes.
2 L’arbre phylogénétique ■ L’arbre phylogénétique traduit les relations de parenté entre des êtres vivants, actuels ou fossiles, proches ou éloignés.
■ Deux taxons reliés au même nœud ont en commun tous les caractères que possédait leur dernier ancêtre commun représenté par ce nœud. Ils se distinguent par les caractères résultant d’innovations évolutives apparues de manière exclusive sur chacune des branches partant de ce nœud.
■ Les organismes qui ont la plus grande parenté sont ceux qui partagent le plus d’innovations évolutives.
■ On peut alors préciser, à partir d’un arbre phylogénétique, une classification évolutive où chaque groupe constitué doit contenir un ancêtre commun et tous ses descendants, ces groupes s’emboîtant les uns dans les autres. Parmi les Vertébrés (caractérisés par l’existence d’un squelette interne formant un crâne et des vertèbres), on distinguera le groupe des Tétrapodes (présence de doigts), contenant lui-même le groupe des Amniotes (existence d’une annexe embryonnaire appelée amnios qui assure le développement de l’embryon dans une poche de liquide), contenant enfin par exemple le groupe des Mammifères (présence de poils, allaitement). Ainsi, un organisme possède toutes les innovations évolutives des groupes auxquels il appartient. Ces innovations ont été acquises progressivement au cours de l’évolution.
3 L’établissement des relations de parenté
■ Pour établir des parentés, des données variées peuvent être utilisées : anatomiques, morphologiques, embryologiques, paléontologiques ou même moléculaires (s’il s’agit de molécules caractérisées par leur séquence : ADN, ARN, protéines). ■ Ces parentés ne peuvent être précisées que sur le partage d’états évolués des caractères : tous les organismes qui partagent une même innovation évolutive l’ont hérité d’un même ancêtre commun chez qui elle est apparue.
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Le traitement et l’apport des données moléculaires ■ L’homologie moléculaire témoigne d’une origine commune pour ces molécules, et donc d’une parenté entre les organismes qui possèdent ces molécules homologues. Cette parenté est d’autant plus importante que l’homologie moléculaire est grande (c’est-à-dire qu’il y a plus de ressemblances dans les séquences comparées).
5 L’apport des données paléontologiques ■ Les fossiles peuvent être placés, comme les êtres vivants actuels, sur un arbre phylogénétique, en appliquant les mêmes principes de raisonnement, mais un fossile ne sera jamais à un nœud, car on ne peut jamais être sûr que le fossile trouvé est le premier être vivant à présenter telle ou telle innovation évolutive et donc à être le véritable ancêtre commun d’un groupe donné. ■ Les données paléontologiques sont importantes pour déterminer l’état dérivé d’un caractère, ou encore pour donner un cadre temporel aux phylogénies établies.
■ MOTS-CLÉS ■ Cellule ■ Unité du plan d’organisation ■ Relations de parenté ■ Arbre phylogénétique ■ Ancêtre commun ■ Caractère dérivé ■ Innovation évolutive ■ Molécules homologues ■ Classification évolutive ■ Groupe monophylétique ■
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Essentiel Un arbre phylogénétique des Vertébrés Insectes
Poissons
Amphibiens
Reptiles
Oiseaux
Mouche
Sardine
Acanthostega* Grenouille
Tortue Lézard Crocodile
Archeopteryx* Aigle
Mammifères
Chat Homme Chimpanzé
Plumes Gésier
Placenta Allaitement Mammifères
Amnios
Amniotes
Doigts Vertèbres Tétrapodes
Crâne
Vertébrés
Innovations évolutives Dernier ancêtre commun
* Organisme fossile
Héritage d'innovations évolutives chez les Vertébrés Vésicule vitelline
Placenta
Embryon
Amnios
Cavité amniotique
Innovations visibles sur le squelette de Grenouille : crâne, vertèbres, doigts
Innovations visibles sur les annexes embryonnaires humaines : amnios et placenta
2. PARENTÉS ENTRE ÊTRES VIVANTS ACTUELS ET FOSSILES
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