Classification phylogénétique du vivant


Activités :
› Reconnaître
› Assigner
› Classer : faire ou parfaire des concepts
› Nommer : inventer des mots à portée
générale
NE PAS CONFONDRE !

Distinguer
› Trier
› Ranger
› Classer

Dans tous les cas c’est une procédure
de mise en ordre

Ranger, revient à
organiser selon un
ordre, croissant ou
décroissant selon un
critère continu

Trier, revient à
discriminer selon un
critère binaire, le plus
simple est: qui a / qui
n’a pas

Classer, revient à établir des
regroupements entre les êtres
vivants sur la base du partage de
caractères communs.

On peut utiliser un même attribut pour
classer et pour trier :
› Ex : vertèbres
Cela ne doit pas conduire à la confusion
des 2 opérations (ni chez élèves ni chez
enseignants)
 Trier permet la construction de clef de
détermination

Place dans le programme de 6ème :
Diversité, parentés et unité des êtres vivants
Durée conseillée : 7 heures à répartir sur toute l’année.
Objectifs scientifiques : L’objectif au collège est de découvrir et
d’utiliser la classification actuellement retenue par les scientifiques, qui
traduit l’histoire évolutive, les relations de parenté entre les êtres vivants. Il
ne s’agit pas, en classe de sixième, d’aller jusqu’à l’interprétation de
cette classification en terme d’évolution. Il s’agit tout au long de l’année :
- d’identifier des êtres vivants en utilisant une clé dichotomique ;
- de les classer selon les critères de la classification évolutive ;
- d’établir leur unité à un niveau structurel au cours d'observations
microscopiques.
 La
classification sera enrichie à
chaque fois que cela est possible par
l’apport des nouveaux êtres vivants
étudiés et/ou par la création de
nouveaux ensembles emboîtés.
› Reproduction sexuée et maintien des
espèces dans les milieux (5ème)
› Respiration et occupation des milieux de vie
(4ème)
Atteindre un premier niveau de
formulation de la théorie de l’évolution
des organismes vivants au cours des
temps géologiques présentée sous la
forme d’un arbre unique ;
 Montrer que la classification scientifique
actuelle se fonde sur la théorie de
l’évolution


Intérêt utilitaire
› Reconnaître des plantes médicinales,
comestibles, dangereuses, etc..
› Fruits de mer/poissons/viandes rouges => cuisine
› Tri plus efficace
› Clef dichotomique

Intérêt scientifique
› Faire un inventaire du monde vivant et de
diversité (biodiversité)
› Comprendre sa diversité actuelle
› Comprendre les relations de parenté entre les
êtres vivants

Pour manger (classification utilitaire)
› Fruits de mer, volaille, bétail

Pour décrire des milieux (classification
écologique)
› Zooplancton, fouisseur, zoophage, …

Pour parler des origine de ce qui existe ?
(systématique)
› Arthropodes, tetrapodes, deuterostomiens

Les classifications utilitaires et scientifiques
ne se superposent pas
› Dépend des objectifs fixés
› Contexte
Ex : fruits de mer : utile en cuisine mais pas
pour un zoologue
 Echinoderme utile pour un zoologue mais
pas pour un cuisinier
 En SVT, on forme des esprits scientifiques et
pas des cuisiniers !

Téophraste (3 siècles avant JC) bâtit une
classification des plantes sur ce principe,
afin de reconnaître les plantes médicinales
 Classification utilitaire

on choisit un critère de reconnaissance,
 on sélectionne les êtres vivants qui le
possèdent, on élimine les autres,
 par l’utilisation de critères successifs, on
discrimine l’être vivant que l’on peut
nommer

oui
oui
oui
non
Critère 1 : feuille dentée
non
oui
oui
oui
non
3 critères suffisent pour identifier l’Orme
Titre du diagramme
la feuille de l'arbre
dentée
pas dentée
Chêne
lancéolée
pas lancéolée
Alisier
limbe asymétrique à la base
limbe symétrique
Orme
Charme

Flore de Bonnier est
une clef de
détermination et pas
une classification …
Classification a évoluée au fur et à
mesure de l’évolution des idées et des
connaissances scientifiques
 Héritage qui apporte encore confusion
et incohérences chez certains et même
dans les programmes récents..
 Lien fort entre classification et idée
d’évolution : le lien entre organismes
provient de leur généalogie

Carl Von Linnée (1707-1778) propose une
classification au XVIIIe siècle
 Science divine selon Linnée
 Classification en comparaison avec
l’Homme => les êtres vivants possèdent
ou non tel ou tel attribut
 Echelle des êtres avec Homme au
sommet
 Création par Dieu, une fois pour toute,
pas d’évolution => fixisme

Défendu par Lamarck (1744-1829)
 Nature modifie espèces
 Théorie de l’évolution de Darwin (1859)
 Les espèces se transforment et lèguent
des caractères héréditaires anciens ou
nouveaux (acquis par innovation
évolutive)

Jean-Baptiste Lamarck
(1744-1829)
 Le besoin crée l’organe
 L’usage et le non-usage:
Plus on utilise un organe,
plus il se développe,
moins on l’utilise, plus il
régresse et même
disparait graduellement
 L’hérédité des
caractères acquis: un
caractère acquis dans la
structure de l’individu
par l’usage se transmet
aux descendants

Darwin suggère que la classification doit
refléter l’évolution biologique
 Un attribut retrouvé chez plusieurs
espèces est hérité d’un ancêtre
commun
 On classe par partage de caractère et
pas par absence de caractères
 Arbre de parenté remplace l’échelle des
êtres

Idée de Darwin mal perçue
 Darwiniens placent fossiles aux nœuds
des branches pour fournir des preuves
de l’évolution biologique
 Confusion entre généalogie (qui
descende de qui) et phylogénie (qui est
plus proche de qui)


Systématique avant 1950 essaie :
› De traduire des affinités évolutives
(phylogénie)
› Saut adaptatif
› degré de complexité

Saut adaptatif et
discontinuité de la
complexité sont des
concepts évolutifs
qui masquent les
véritables liens de
parenté
Dès la fin du XIX on sait
que les dinosaures sont
plus proches des oiseaux
que des autres reptiles
 Groupe des reptiles
conservé pour mettre en
avant les différences
anatomiques et le saut
évolutif nécessaire à
l’adaptation au vol
 Oiseaux plus
« complexes »
 Pb : complexité est le
reflet de la sensibilité du
classificateur




Entomologiste
William Hennig
propose en 1950 une
méthode de
classification (publié
en allemand)
Traduit en anglais en
1966
Voir infra

Classification de Linnée et classification
éclectique perdurent longtemps après
Hennig même si elles proviennent d’une
idée d’échelle des êtres

Classification scientifique est laicisée,
débarrassée de toute connotation
divine…
Programme de SVT ont subi de fortes
modifications ces 20 dernières années
concernant la classification
 Ces modifications peinent à diffuser
dans les écoles primaires ou tri et
classement utilitaire et scientifique
cohabitent …

Année 70 => 3ème cycle
 Année 80 => 2nd cycle
 Année 90 => 1er cycle
 Année 2000 => 2ndaire (Phylogène en
2001)
 Depuis 2001 au CAPES et à
l’agrégation…
 Depuis 2004 en primaire


Certains
de
ces
critères permettent de
situer les êtres vivants
dans
une
classification. On peut
ainsi reconnaître :
› Des
vertébrés
› Des
invertébrés
Des critères définis par
des
scientifiques
permettent de situer
des
êtres
vivants
d’espèces différentes
dans la classification
actuelle

Les êtres vivants sont
classés en groupes
emboîtés
définis
uniquement à partir
des
critères
qu’ils
possèdent
en
commun
animaux
animaux
› Des végétaux à fleurs
› Des végétaux sans
fleurs


Nécessite comparaison des êtres vivants
› Ex : Membre antérieur des tétrapodes
› ne sont pas identiques, ne servent pas
forcement à faire la même chose

Owen propose : sont homologues des
structures qui prises chez des organismes
différents entretiennent avec les
structures voisines les mêmes
connexions et les mêmes relations
topologiques, et ceci quelque soit leur
forme ou fonction
Attributs non identiques, versions
différentes
 Les mêmes ??
 Hypothèse : proviennent d’un ancêtre
commun
 Il faut vérifier cette hypothèse, à ce
stade ce n’est qu’un pari, une
hypothèse…


un exemple d’homologie
primaire (ou de
structure) : le radius du
dauphin est similaire à
celui de l’opossum ou de
la chauve-souris. On
peut donc émettre
l’hypothèse que ces
structures constituent
un même caractère.

C’est par la construction de cladogrammes
que l’on va pouvoir valider cette l’hypothèse
de l’homologie primaire ; l’homologie primaire
deviendra alors une homologie secondaire (ou
homologie de descendance).
Structures différentes (par exemple
articulaire et marteau) mais homologue
doivent être désignés par un terme
identique
 On parle de caractère homologue
 Le caractère peut exister sous au moins 2
états voir plus (si un seul état, pas de
regroupement possible)

On classe un échantillon et pas
l’ensemble des êtres vivants d’un coup
 L’échantillon sélectionné détermine les
attributs (caractères) significatifs ou pas.

› Ex : présence de poils est non significatif
chez les mammifères (sauf cas de réversion,
cf infra)
L’un des 2 états dérives de l’autre
 Seul le partage d’un caractère évolué
(ou dérivé) signe une proche parenté
 Le caractère primitif n’est pas informatif
puisque hérité d’un ancêtre commun
qui n’est pas présent dans l’échantillon


Déterminer quel est l’état primitif ou
dérivé d’un caractère
› Critère ontogénétique
› Comparaison avec extra-groupe
› Critère précédence géologique
On cherche à déterminer si un attribut correspond à une
innovation évolutive au sein d’un échantillon de 4 espèces…
Ces 4 espèces possèdent dans l’histoire de la vie un ancêtre commun X
Chez ces espèces de l’échantillon on observe comme attributs :
Des plumes
Des écailles
Les similitudes observées entre ces attributs laissent présumer de leur
transmission par l’ancêtre commun X.
Elles constituent donc un caractère appelé « formations cutanées ».
Chez ces 4 espèces ce caractère peut exister sous 2 états :
 l’état « plume »
 l’état « écaille »
Si nous assumons complètement l’évolutionnisme, alors il faut admettre
que l’un de ces deux états est dérivé de l’autre ;
état primitif

état dérivé
On est alors confronté à deux possibilités :
• plume
 écaille
• écaille  plume
?
Le critère ontogénétique :
Le bourgeon épidermique préfigure l’écaille et dans le développement de
l’épiderme d’un oiseau il se transforme en plumes.
Le critère de l’extragroupe :
on choisit de prendre
la tortue comme
extragroupe : les
membres de
l’échantillon possèdent
comme état dérivé
deux fosses
temporales que n’a pas
la tortue, elle
n’appartient donc pas à
l’échantillon

Il est néssaire que le point
d’enracinnement dans l’arbre de vie est
antérieure l’ancètre X…
› Si extra-groupe = Autruche, plume devient
état primitif et écaille état dérivé
Le critère de la précédence géologique :
Proterosuchus du permien terminal (-250 Ma) d’Afrique du Sud possède
des écailles. La plume est connu chez Archeopteryx lithographica vers –
148 Ma. On connaît également des dinosaures à plumes (Microraptor du
crétacé inférieur, -120 Ma, en chine).
Conclusion : d’après ces 3 critères, l’écaille constitue l’état
primitif, alors que la plume est l’état dérivé : c’est l’innovation
évolutive !
la mésange et le pigeon
possèdent
en
commun
l’innovation,
c'est-à-dire
l’état dérivé du caractère
« formations cutanées », Ces
2 espèces sont donc plus
proches entre elles qu’elles ne
le sont des autres espèces de
l’échantillon.
Caractère dérivé => caractère
apomorphe
 Caractère primitif => caractère
plésiomorphe
 notion relative, pas absolue; c’est-à-dire
qu’un état de caractère ne peut être
apomorphe (ou plésiomorphe) que par
rapport à un autre état.

Synapomorphie [étymologiquement :
caractères dérivés partagés] : ensemble de
caractères dans leur état dérivé définissant
un clade (unité monophylétique).
 Symplésiomorphie [étymologiquement :
caractères primitifs partagés] : ensemble
de caractères dans un état plésiomorphe,
pouvant servir à définir un taxon.
 Bien entendu, actuellement, on définit les
taxons (sous forme de clades) uniquement
sur la base de synapomorphies.

Caractère autapomorphique, ou
autapomorphie est un caractère dérivé
(ou apomorphique), propre à un taxon,
c'est-à-dire à tous ses membres, mais pas
à son rang taxinomique immédiatement
supérieur d'appartenance.
 Les caractères autapomorphiques
permettent de définir les caractéristiques
propres d'un taxon, voire d'une espèce




Tous les êtres vivants qui partagent le même état dérivé
d’un caractère, c’est-à-dire la même innovation évolutive,
l’ont hérité d’un même ancêtre commun, ils sont donc plus
étroitement apparentés entre eux qu’avec n’importe quel
autre groupe.
L’état primitif ne peut pas servir à préciser les relations
au sein d’un échantillon puisqu’il est présent hors de
l’échantillon sur d’autres branches.
La notion d’état primitif et d’état dérivé est relative. A
l’intérieur du groupe des vertébrés, la présence de poils
est un état dérivé qui permet de créer le groupe des
mammifères. Par contre au sein des primates, la présence
de poils devient un état primitif, car elle est présente à
l’extérieur du groupe et ne permet donc pas de préciser
les relations au sein des primates.


Caractères qui
existent sous 2 états
Présents chez au
moins 2 espèces à
l’état dérivé

Lorsque plusieurs arbres sont possibles, il
faut choisir le plus parcimonieux cad
celui nécessitant le moins de
transformation (le moins de changement
d’un état à l’autre)
Par exemple, on pose des
hypothèses d’homologie sur deux
caractères
 La constitution de la mandibule
des Vertébrés.
 L’aile des Vertébrés.
Pour valider ces hypothèses on
travaille avec un échantillon de 3
espèces (Homme, Chauve-souris,
Perroquet. La Truite sert d’extragroupe pour cet échantillon).
8 pas
Aucun état dérivé
partagé à l’intérieur de
l’échantillon
6 pas
Ici L’état dérivé de
la constitution de la
mandibule est un état
dérivé partagé par
l’Homme et la
chauve-souris.
Les ailes sont
apparues
indépendamment chez
le perroquet et la
chauve-souris.
7 pas
Ici La présence d’ailes
est un état dérivé
partagé par le
perroquet et la
chauve-souris. l’état
dérivé de la
constitution de la
mandibule est apparue
indépendamment chez
l’Homme et la chauvesouris
En cladistique, on applique le
principe de parcimonie : On
retient l’histoire évolutive qui
nécessite le moins
d’innovations.
On retient donc toujours
l’arbre le plus parcimonieux,
c’est-à-dire celui qui nécessite
le moins de transformations
évolutives.
 Dans l’arbre retenu, le caractère «constitution de la mandibule » est
donc interprété comme étant un caractère homologue.
 alors que le caractère « aile » sera interprété comme une homoplasie
résultant d’une convergence.


Groupe
monophylétique
groupes incluant un
ancêtre et la totalité
de ses descendants

groupes incluant un
ancêtre et une
partie de ses
descendants
algues
chlorobiontes
groupes ayant des
origines
évolutives distinctes
Ulve
Euglénobiontes
Chêne
Euglène
Trypanosome
Polyphylétique: Se dit
d’un groupe qui contient
un certain nombre
d'espèces ou de taxons,
mais ne contient pas
l'ancêre commun à tous.
 En d'autres termes, un
groupe polyphylétique
dérive de deux ou
plusieurs espèces
ancestrales. Un groupe
polyphylétique est défini
par au moins une
homoplasie


Les similarités qui ne sont pas reconnues
comme correspondant à une homologie de
descendance sont qualifiées d’homoplasies.
› Analogie
› Convergence
› Réversion

caractères similaires, remplissant les
mêmes fonctions biologiques mais non
homologues

Ressemblance apparue
indépendamment dans
différents taxons, comme
l’aile des Vertébrés ou les
taupes marsupiales et
placentaires

réversion (un état
dérivé revient à un
état semblable à
l’état primitif)
Archéoptéryx a des dents  il ne peut être l’ancêtre des oiseaux…
Archéoptéryx a des plumes  il n’est pas non plus l’ancêtre commun aux lézards et aux
oiseaux…
Peut on le placer comme un intermédiaire entre l’ancêtre du groupe lézardsoiseaux et celui des oiseux ?
Archéoptéryx est un candidat possible,
mais…
- il existe peut être d’autres espèces disparues qui possédaient les mêmes
caractéristiques et qui pourraient être d’aussi bons candidats
Finalement…
On place les fossiles dans un cladogramme au même rang que les espèces
actuelles en fonction des états dérivés qu’ils partagent
Pas d’hypothèse sur l’état primitif et dérivé
des caractères
 Classification précède donc l’évolution
 Cladistique de Hennig => enseignant

› On classe au regard de l’évolution

Cladistique structurale => élèves
›
›
›
›
Pas de polarisation de caractères
Regroupement sans référence à évolution
Puis 2nd temps relation expliqué par évolution
Rendu possible par choix de l’échantillon