Les arbres phylogénétiques

Reconnaître des arbres phylogénétiques identiques

Nous étudions les deux arbres représentés ci-dessous, afin de comprendre leur justification phylogénétique faite à partir de la matrice taxons/caractères également représentée. Il est essentiel de noter que ces deux arbres racontent exactement la même histoire évolutive.

 

Comment lire ces arbres ?

 

Les embranchements, représentés par des points noirs, sont appelés nœuds. Ils correspondent aux ancêtres communs. On les qualifie d’hypothétiques, puisqu’une innovation (apparition d’un nouveau caractère) est une hypothèse en phylogénie.

Le temps est représenté du bas vers le haut. Les espèces ou taxons dont les noms sont donnés ici (A, B, C, D, E et F) sont donc actuels.

Ce qui compte dans l’histoire évolutive, dans la phylogénie, ce n’est pas l’ordre des lettres mais le nombre de caractères communs partagés par les taxons ou par les espèces. Par exemple, dans le premier arbre, l’espèce A partage avec l’espèce B les caractères α, β, γ, δ et ψ. Et lorsque l’on regarde le deuxième arbre, on remarque que ces deux mêmes espèces partagent également les caractères α, β, γ, δ et ψ. Cela signifie que ces deux arbres racontent la même histoire.

En effet, tant que l’on ne modifie pas les nœuds, les lettres correspondant aux espèces peuvent être déplacées ou inversées. Dans le premier arbre C est placé à la gauche de D, tandis que dans le deuxième arbre C est placé à la droite de D. Ce n’est pas un problème, ce qui compte c’est la position de leur ancêtre commun possédant l’innovation β.

Les deux arbres sont donc rigoureusement identiques. Ils retracent la même histoire évolutive.

Comment justifier un arbre phylogénétique ?

Raisonnement à adopter pour justifier un arbre phylogénétique

 

Matrice taxons (ou espèces)/caractères

 

 

Les espèces sont volontairement appelées A, B, C, D, E, et F afin de simplifier le raisonnement. De même, les caractères sont appelés α, β, γ, δ et Ψ. Dans cette matrice :

1 signifie que le caractère est présent à l’état dérivé.

0 signifie que le caractère est présent à l’état ancestral.

Sur le logiciel Phylogène, on polarise un arbre en prenant une espèce dite extragroupe, c’est-à-dire qui ne partage aucun caractère avec les autres espèces de la matrice. Dans cette matrice, l’espèce extragroupe est l‘espèce F. Tous les caractères absents chez l’espèce F sont annotés avec un 1.

Ci-dessous sont représentés trois arbres associés à la matrice taxons/caractères. L’objectif est de savoir si ces arbres sont corrects, puis de déterminer lequel est le plus parcimonieux.

 

 

Arbre 1

 

Une première lecture nous montre qu’A et B sont les espèces les plus apparentées, puis C, D, et enfin F. On place les différentes innovations proposées dans la matrice :

• Ψ est présent chez toutes les espèces sauf F. Il est donc apparu après la séparation entre l’espèce F et les autres, mais avant celle entre l’espèce E et les espèces A, B, C et D. Autrement dit, il est apparu juste avant l’ancêtre commun aux espèces A, B C, D et E. On dit que le caractère Ψ est partagé par les espèces A, B, C, D et E.

• δ est aussi présent chez toutes les espèces sauf F, il est donc placé sur la même position que Ψ. Ψ et δ racontent donc la même histoire évolutive (un seul de ces caractères aurait été suffisant pour créer l’arbre).

γ est partagé par A, B, C et D. Il se situe donc juste avant leur ancêtre commun.

β est partagé par C et D. Il est donc apparu au niveau de l’ancêtre commun à ces deux espèces. Or dans cet arbre, l’ancêtre commun à C et D est aussi celui de A et B, qui ne possèdent pas le caractère β. Cela signifie que si l’on choisit cet arbre, on suppose que β est apparu indépendamment sur les branches menant à C et à D.

• α est partagé par A et B, on le place donc logiquement avant l’ancêtre commun à ces deux espèces.

L’arbre 1 suppose donc 6 innovations, 6 hypothèses évolutives.

  

Arbre 2

 

arbre1_1_1

Avec le même raisonnement :

δ et Ψ sont partagés par toutes les espèces sauf F.

γ est commun aux espèces A, B, C et D.

β est partagé uniquement par les espèces C et D. Cette fois-ci, il est possible de le placer juste avant l’ancêtre commun exclusif à ces deux espèces.

α est placé de même juste avant l’ancêtre commun aux espèces A et B.

Cet arbre suppose au total 5 hypothèses. Il semble donc qu’il soit plus parcimonieux que le premier : il fait une plus grande économie d’hypothèses, et en cela retrace de façon plus probable l’histoire évolutive du vivant.

 

Arbre 3

 

arbre2_1_1

Avec le même raisonnement, il est facile de placer δ, Ψ et γ. Et comme avec l’arbre 2, on retrouve un ancêtre commun exclusif aux espèces C et D, et un autre ancêtre exclusif aux espèces A et B. Les caractères β et α peuvent donc être placés juste avant les ancêtres communs respectifs.

On retrouve 5 hypothèses pour cet arbre. De plus, on constate que les arbres 2 et 3 sont rigoureusement identiques. Ils retracent la même histoire évolutive.

 

Conclusion

 

L’arbre 1 n’est finalement pas acceptable car peu parcimonieux comparé aux deux autres arbres phylogénétiques que l’on peut qualifier d’identiques.