chapitre 1 la recherche de parenté chez les vertébrés

Partie A Chapitre 1 Terminale S
Partie A : Parenté entre les êtres vivants et les fossiles – Phylogénèse - Evolution
Chapitre 1 : La recherche de parenté chez les vertébrés - L’établissement de phylogénies
Introduction :
Malgré l’importance de la biodiversité actuelle (1.9 million d’espèces connues) et passée (99.9% des espèces
ayant vécu sur Terre ont actuellement disparu), l’unité du vivant interpelle.
En effet tous les êtres vivants possèdent des propriétés communes :
- la structure cellulaire
- l’ ADN, molécule support de l’information génétique,
- la même modalité de réplication et d’expression des gènes,
- l’universalité du code génétique
Cette unité suggère fortement une origine commune à tous les êtres vivants, qui auraient donc tous un ancêtre
commun hypothétique inconnu qui devait être le premier organisme unicellulaire (probablement des
cyanobactéries car ce sont les plus anciens fossiles connus). Toutes les espèces vivantes ou fossiles sont donc
apparentées plus ou moins étroitement.
Comment étudier l’évolution des êtres vivants ?
La phylogénie est l'étude des parentés entre différents êtres vivants ou fossiles en vue de comprendre l'évolution
des organismes vivants.
I) La classification phylogénétique des êtres vivants a remplacé la classification traditionnelle
La classification biologique traditionnelle des êtres vivants (établie au 18ème siècle par le suédois Linné puis les
français Jussieu et Cuvier) reposait sur une vision anthropocentrique et morphologique qui conduisait à décrire
l’évolution biologique comme une série de perfectionnements aboutissant à l’homme.
Par exemple, les groupes étaient construits négativement :
- invertébrés (qui n’a de vertèbres comme l’homme)
- procaryotes (qui n’a un noyau comme les cellules de l’homme ),
De plus la vision de l’évolution était linéaire, c'est-à-dire que les êtres vivants se seraient succédés selon une
lignée aboutissant à l’homme.
C’est Hennig (entomologiste allemand 1913- 1976), en s’appuyant sur les travaux de Darwin qui a entièrement
remis en cause cette vision fixiste, en proposant une classification évolutive (phylogénique) des êtres vivants
reposant sur l’établissement que de groupes monophylétiques.
Les progrès de la biologie moléculaire, qui ont permis de comparer des séquences de gènes entre différents
organismes, sont ensuite venus confirmer ses propos. En effet, seulement 5% du génome d’un vertébré
détermine sa morphologie. Les seules données morphologiques utilisées dans l’ancienne classification sont donc
très insuffisantes pour classer et retracer l’évolution des organismes vivants.
Comment évaluer le degré de parenté entre espèce et établir des phylogénies ?
II) L’établissement des phylogénies requiert l’utilisation de caractères choisis à bon escient (TP 1)
A) Les caractères utilisés peuvent être de nature différente
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L’établissement de relation de parenté entre les êtres vivants actuels et fossiles se fait par comparaison de
caractères, c'est-à-dire d’attributs observables de l’organisme.
Ces caractères peuvent être :
• anatomique (p 22 et 23)
• embryologique (p 20 et 21)
• cellulaire (ex : les globules rouges)
• moléculaire (p 24 et 25)
B) Les caractères utilisés doivent être homologues
Les caractères observés doivent être homologues.
Pour un caractère anatomique, il s’agit d’une similitude de position : la structure étudiée dérive des mêmes
structures embryonnaires (ex : membres supérieurs des tétrapodes et nageoires des poissons).
Il ne faut pas confondre analogie et homologie : les ailes des libellules et celles des chauves souris ont la même
fonction mais pas la même structure : elles sont analogues.
Le caractère phanère (peau) utilisé dans l’ancienne classification des vertébrés est non valable dans la
classification phylogénétique car non homologue : les écailles des poissons ont une origine endodermique alors
que les poils, les plumes, les écailles des crocodiliens ont une origine ectodermique.
Pour un caractère moléculaire, c’est la similitude des séquences polypeptidiques ou nucléotidiques qui détermine
l’homologie.
Au cours de l’évolution les caractères les plus primitifs sont apparus le plus anciennement : ce sont des caractères
à l’état ancestral.
Des innovations génétiques ont fait évoluer ces caractères qui deviennent alors des caractères à l’état dérivé. En
phylogénie, seul le partage de caractères homologues à l’état dérivé témoigne d’une parenté entre des groupes.
Pour réaliser une classification phylogénétique, on note donc dans un tableau à double entrée appelé matrice
taxons /caractère,pour chaque organisme, l’état du caractère observé. Les organismes possédant le plus de
caractères à l’état dérivé en commun sont les plus apparentés.
Remarque : on ne parle pas d’un état primitif ou dérivé pour les molécules.
Comment représenter ces relations de parenté ?
III) Un arbre phylogénétique est une représentation schématique d’une phylogénie
A) Un arbre phylogénétique traduit le degré de parenté de divers clades
Un clade (du grec clados, qui signifie « branche ») est un regroupement d'espèces : un ancêtre hypothétique et
l'ensemble de ses descendants
L’arbre phylogénétique est un schéma qui traduit les relations de parenté entre un ensemble d’êtres vivants ou
fossiles (livre p 26 et 27).
Chaque nouvelle branche est justifiée par l’apparition d’une innovation évolutive c’est à dire d’un état dérivé d’un
caractère.
Lorsque l’arbre est établi à partir d’un grand nombre de caractères il a une bonne validité pour établir une
classification évolutive des êtres vivants.
Pour repérer les individus les plus apparentés sur un arbre il faut placer les innovations évolutives entre les
nœuds sur l’arbre, et repérer les groupes qui présentent le plus d’innovations évolutives en commun.
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Les organismes les plus étroitement apparentés ont un ancêtre commun que ne possèdent pas les autres
organismes.
B) Un arbre phylogénétique fournit des indications sur les ancêtres communs
La notion d’ancêtre commun est essentielle pour comprendre un arbre phylogénétique.
Elle s’appuie sur l’idée que les caractères dérivés possédés par un groupe d’espèces proviennent d’une
population ancestrale commune. Les ancêtres communs sont situés aux nœuds des arbres.
Les caractéristiques d’un ancêtre commun sont déterminées par l’ensemble des caractères dérivés partagés par
toutes les espèces qui le précède. On ne peut pas préciser les autres caractéristiques de cet ancêtre et on ne
pourra jamais avec certitude l’identifier. Il ne correspond donc jamais à une espèce fossile identifiée. Il restera
toujours hypothétique.
On ne place donc jamais les fossiles aux nœuds des arbres.
C) Un arbre phylogénétique permet de déterminer des groupes monophylétiques
Un groupe (taxon) n’aura de sens d’un point de vue évolutif, donc en phylogénie, que s’il réunit un ancêtre
commun et tous ses descendants. Un tel groupe est appelé groupe ou taxon monophylétique (ou clade).
Ce groupe sera défini par l’innovation évolutive qui est apparue chez l’ancêtre commun.
Cette innovation est considérée comme commune à tous les membres de ce groupe.
Remarque 1 : la classification traditionnelle ne contient pas que des groupes monophylétiques comme les reptiles
et les pissons.
2 taxons sont les plus apparentés si :
- Ils partagent un ancêtre commun exclusif (le plus récent)
- Ils ont un maximum d’innovations en commun
- Ils partagent une innovation exclusive en commun
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D) Les données moléculaires aident à la construction d’un arbre phylogénétique
La comparaison de séquences de molécules appartenant à des groupes différents, permet également d’établir
des relations de parenté.
Les séquence en acides aminés des protéines ou en nucléotides de l’ADN sont considérées comme un caractère .
Les molécules comparées doivent être homologues : c’est à dire qu’elles ont la même fonction chez les différents
taxons et qu’elles dérivent d’une molécule ancestrale possédées par l’ancêtre commun.
Le degré de similitude entre 2 molécules homologues chez deux taxons différents (pourcentage d’acides aminés
ou de nucléotides en commun) renseigne sur le degré de parenté entre ces 2 taxons.
En effet, si on admet que la vitesse d’évolution de la séquence de la molécule a été la même chez les différents
taxons, on conçoit que les différences de séquences sont d’autant plus grandes que les taxons sont moins
apparentés, et vis versa. . (doc 2 page 30 et 3 p 25)
Les arbres obtenus à partir des données moléculaires peuvent différer de ceux obtenus à partir des données
anatomiques, car la vitesse d’évolution des molécules n’est pas toujours la même.
La possession de gènes communs peut aussi être utilisée pour établir des relations de parenté.