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Chapitre 1 : l’établissement de phylogénies chez les
vertébrés
Introduction
Les arguments qui prouvent les liens de parenté entre tous les êtres vivants et leur origine
commune :
- ils sont composés de cellules (=unité structurale et fonctionnelle du vivant),
- leur information génétique est constituée d'ADN (Acide DésoxyriboNucléique),
- afin de permettre la mitose (= division cellulaire), l'ADN est répliqué (1 molécule d'ADN
2 molécules d'ADN identiques à l’ADN mère).
- Les modalités de l'expression des gènes (ADN
ARN
protéines ) sont les
mêmes pour toutes les cellules.
Le code génétique (tableau de relation entre les triplets de bases de l'ADN et les acides
aminés) est universel.
Le partage de ces caractères traduit l'origine commune de tous les êtres vivants.
L'état actuel du monde vivant résulte de l'évolution := modification des organismes au cours
des générations successives d’êtres vivants.
Toutes les espèces actuelles et fossiles sont donc apparentées (=issues d'un même ancêtre
commun) mais elles le sont plus ou moins.
On appelle phylogénie l’établissement des relations de parenté entre les espèces
On s'intéresse aux liens de parenté de l’embranchement des Vertébrés :
animaux possédant un squelette interne qui regroupe 5 classes :les poissons, les batraciens, les
reptiles, les oiseaux, les mammifères (classification classique).
Problématique :
Au sein des Vertébrés, quelles sont les relations de parenté ?
Par exemple, de trois espèces, la chauve-souris, l'homme et l'aigle, quelles sont les 2 espèces
les plus proches ?
Pb : Comment établir les liens de parenté entre les vertébrés ?
Des parentés établies par l’étude de caractères homologues embryonnaires,
morphologiques et anatomiques .
Pour reconstituer les relations de parenté, seuls les caractères homologues ressemblances
héritées d'un ancêtre commun doivent être pris en compte.
I.
2 caractères présents dans 2 taxons ( groupes d’organismes comme embranchement, genre ,
espèce) sont dits homologues :
 S’ils présentent une même organisation et les mêmes connexions avec les
structures voisines ;
 S’ils ont une même origine embryologique et ancestrale;
indépendamment des fonctions assurées par ces structures.
Par contre une même fonction n'est pas toujours synonyme d'homologie donc de parenté.
On ne parle que d'analogie lorsque les caractères assurent des fonctions similaires mais ne
sont pas hérités d'un ancêtre commun, exemple l’aile de la mouche et de l’oiseau.
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La comparaison des caractères des embryons de vertébrés actuels montre des ressemblances
surtout au 1er stade du développement, qui permettent d’envisager des liens de parenté entre
toutes les espèces de vertébrés.
La présence d’un amnios: poche rempli de liquide amniotique dans laquelle se développe
l’embryon permet de distinguer un taxon plus restreint de vertébrés: les amniotes, qui
comprend Reptiles, Oiseaux, et Mammifères.
Activité1 liens de parenté chez les vertébrés
Les membres chiridiens du taxon des tétrapodes formés d’une pièce basale unique et terminés
par des doigts sont des caractères homologues anatomiques, tous les vertébrés tétrapodes
possèdent un ancêtre commun chez lequel existait déjà un membre chiridien.
Au cours du temps, les caractères évoluent, se transforment. L’état d’origine dit ancestral ou
primitif subi des transformations ou innovations qui font évoluer ces caractères dans un état
dérivé.
Exemple : caractère état ancestral :écaille
caractère état dérivé : poil, plume
Seul le partage des caractères dérivés témoignent d’une étroite parenté.
Dans un groupe d’espèces, les espèces les plus étroitement apparentées ,dont l’ancêtre
commun est le plus récent sont celles qui partagent le plus grand nombre de caractères à l’état
dérivés.
II.
Parentés établies par l’étude de caractères homologues moléculaires
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Activité 2 Logiciel phylogène
Lorsque des molécules (protéines ou gènes) appartenant à plusieurs espèces présentent de
fortes ressemblances, on considère qu’il s’agit de molécules homologues qui témoignent de
liens de parenté : elles dérivent d’une molécule possédée par le plus récent ancêtre commun
aux espèces.
On admet qu’il faut une proportion de plus de 20% d’identité dans la séquence en aa de
protéines et de plus de 40% pour les nucléotides pour considérer que les protéines ou gènes
sont homologues.
Afin de traiter les données moléculaires on peut calculer le nombre (ou la proportion) de
différences entre les séquences de molécules homologues d’espèces prises 2 à 2 reportées
dans une matrice des dissimilitudes.
Moins il y a de différences entre molécules homologues de deux espèces, plus l’ancêtre
commun des deux espèces est récent.
Les différences de séquences sont dues aux mutations accumulées au cours du temps dans la
séquence du gène ancestral.
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On considère que les mutations se produisent dans un gène à vitesse constante. Par
conséquent, le nombre de différences entre les molécules homologues de deux espèces
renseignent sur la date de séparation de ces deux espèces. On appelle horloge moléculaire
cette mesure du temps à partir de l’étude des différences de séquence.
III La traduction des parentés par un arbre phylogénétique
Actvité 2 logiciel phylogène
Les branches de l’arbre phylogénétique associent des espèces apparentées, cad qui possèdent
le même ancêtre commun et donc les mêmes états dérivés de certains caractères. Sur ces
branches on place la transformation de certains caractères homologues ou innovations
évolutives.
Un arbre est un ensemble d’hypothèses. L’arbre est construit de façon que le nombre de
transformations de caractères (donc d’hypothèses) sur les différentes branches soit minimal.
Activité 2 place des fossiles
Les nœuds de l’arbre correspondent à des ancêtres communs hypothétiques dont on peut
reconstruire le portrait robot par addition des états dérivés partagés par l’ensemble de ses
descendants.
Dans la réalité, ces différents caractères peuvent ne pas être apparus tous ensemble chez une
seule et même espèce, mais chez plusieurs espèces successives. Les ancêtres communs ne
correspondent pas à des espèces fossiles précises. Ces espèces fossiles ne sont pas situées aux
nœuds.
2 espèces sont plus apparentées entre elles qu’à d’autres espèces quand elles possèdent un
ancêtre commun exclusif.
La classification phylogénétique ne comprend que des groupes monophylétiques, Un groupe
monophylétique (ou clade) comprend toutes les espèces partageant les mêmes innovation
évolutives et possédant un ancêtre commun exclusif. Il est constitué par l’ancêtre commun
exclusif et tous ces descendants.
La classification traditionnelle des vertébrés en 5 classes ne comprend pas que des groupes
monophylétiques. Ainsi les Reptiles ne sont pas monophylétiques car ils n’ont pas un ancêtre
commun exclusif et ils ne partagent pas les mêmes caractères à l’état dérive, il en est de même
pour les poissons.
Bien, que les arbres construits à partir des données moléculaires soit très proches des arbres
obtenus par d’autres méthodes, il peut exister quelques différences. D’ailleurs, selon les
espèces et les molécules utilisées, la parenté établie ne sera pas rigoureusement la même.
Les techniques utilisées par les chercheurs sont beaucoup plus complexes et prennent en
compte de nombreux caractères.