Relations de parenté et classification

Relations de parenté au sein du vivant : caractères dérivés partagés

II. Les caractères dérivés partagés

Un caractère est un trait distinctif, une particularité. Par exemple, la particularité d’un individu au sein de l’espèce, on se place donc à l’échelle de l’espèce. Par exemple, le caractère squelette est un caractère partagé par l’ensemble des vertébrés, dans toutes les espèces de vertébrés.

Cas du caractère phanère

Les phanères regroupent tout ce qui est produit à la surface de notre corps. Par exemple, les écailles, les poils, les plumes sont trois types de phanères. (Les écailles sont considérées comme l’état ancestral, c’est-à-dire l’état primitif des phanères, état qui aurait ensuite évolué en différentes versions, notamment en la version poils et la version plumes.) Nous considérons donc les poils et les plumes comme un dérivé du caractère phanères alors que le caractère écaille est un état plus ancien du phanère.

Le classement des êtres vivants nécessite de prendre en compte les caractères à l’état dérivé et les caractères partagés par différentes espèces. Plus le nombre de caractères dérivés partagés par deux espèces est grand, plus elles sont apparentées (plus elles sont proches cousines). Cela signifie que pour grouper des espèces, il faut qu’elles partagent des caractères à l’état dérivé. Le fait de partager des caractères à l’état ancestral ne renseigne en rien sur les parentés. Ce sont les états dérivés des caractères qui nous intéresse.

Dans la matrice des caractères, les croix sont des caractères partagés par les espèces.

squelette

4 membres

doigts

plumes

poils

hareng

x

tortue

x

x

x

pigeon

x

x

x

x

chauve-souris

x

x

x

x

vache

x

x

x

x

– Par exemple, les plumes et les poils sont des états dérivés, et de la même façon, les autres critères correspondent à un état dérivé : la présence d’un squelette, de quatre membres et de doigts. Il suffit de compter combien de caractères dérivés partagent les espèces pour voir lesquelles sont les plus proches les unes des autres. En comptant, on se rend compte que la chauve-souris et la vache partagent 4 caractères à l’état dérivé, alors que d’autres espèces, par exemple le hareng, ne partagent aucun caractère dérivé avec les autres.

– Au final, avec 4 caractères à l’état dérivé, la chauve-souris et la vache sont donc les deux espèces les plus proches parentes entre ces cinq espèces. Les autres sont des espèces cousines mais plus éloignées que ne le sont la chauve-souris et la vache entre-elles. En réalité, nous savons que ces deux espèces font partie du groupe des mammifères.

Relations de parenté au sein du vivant : trouver des critères de comparaison

Comment classer les êtres vivants ?

On s’appuie sur des ressemblances dans l’idée d’essayer de trouver une origine commune à différents groupes d’êtres vivants et surtout dans l’idée de répondre à la question : qui est le plus proche parent de qui ? Cette classification cherche à montrer les familles d’êtres vivants et pas seulement leurs caractéristiques (comme avoir des ailes ou avoir des yeux).

On s’intéresse par exemple à six êtres vivants : la tortue, le pigeon, la vache, la chauve-souris, le hareng, le choux. On remarque qu’ils sont tous composés de cellules, mais les cellules de ces six êtres vivants comportent un noyau avec de l’ADN. Le chou est le seul être végétal du groupe (on le laisse à part, il possède de la chlorophylle et fait partie du groupe des végétaux chlorophylliens). Les cinq autres sont des animaux, ils sont donc plus proches parents qu’ils ne sont cousins du chou mais on essaiera de préciser les parenté entre ces cinq animaux.

I. Trouver des critères de comparaison

Cinq critères de comparaison sont proposés sur les cinq animaux : on construit une matrice de caractères.

squelette

4 membres

doigts

plumes

poils

hareng

x

tortue

x

x

x

pigeon

x

x

x

x

chauve-souris

x

x

x

x

vache

x

x

x

x

Parmi ces animaux, les cinq possèdent un squelette. La tortue, le pigeon, la chauve-souris et la vache ont quatre membres. Le hareng possède des nageoires il n’a donc pas de membres. La tortue, le pigeon, la chauve-souris et la vache ont des doigts. Seul le pigeon possèdent des plumes et seules la chauve-souris et la vache possèdent des poils.

On observe que certains caractères sont partagés par ces cinq animaux, alors que d’autres sont partagés par seulement quelques animaux. C’est grâce à l’interprétation de cette matrice que l’on peut reconstituer les familles d’êtres vivants et que l’on peut classer ces cinq espèces en groupe de parenté.

Relations de parenté au sein du vivant : groupes emboîtés

III. Les groupes emboîtés

On construit un schéma de groupes emboîtés (ou boîtes consécutives). Pour cela, on regroupe ensemble des espèces en fonction du nombre de caractères à l’état dérivé qu’elles partagent, autrement dit, plus les espèces partagent de caractères dérivés, plus elles sont proches parentes.

Dans ce schéma, on traduit donc les informations de la matrice de caractères en se basant sur quatre caractères à l’état dérivé : la présence d’un squelette, la présence de quatre membres et de doigts, la présence de poils et la présence de plume.

– Dans la première boîte squelette, on trouve les cinq espèces : le hareng, la tortue, la vache, la chauve-souris et le pigeon. Toutes ces espèces font partie de cette boîte squelette, qui est la boîte des vertébrés.

– Dans la boîte quatre membres et doigts, on trouve les espèces tortue, vache, chauve-souris et pigeon. La boîte quatre membres et doigts correspond à celle des tétrapodes, les animaux qui possèdent quatre membres et des doigts. C’est le cas des quatre animaux ici mais pas du hareng.

– A l’intérieur du groupe des tétrapodes, on trouve deux sous-groupes :

– le sous-groupe des animaux qui possèdent des poils, qui correspond aux mammifères, dont font partie la vache et la chauve-souris,

– le sous-groupe des animaux qui possèdent des plumes, c’est-à-dire les oiseaux, dont ici le seul représentant est le pigeon.

On remarque que dans le groupe des tétrapodes, avec les critères choisis, la tortue ne fait partie d’aucun sous-groupe, la tortue n’est ni un mammifère, ni un oiseau. C’est un tétrapode, mais c’est tout.

Les groupes emboîtés sont une façon de représenter les parentés, et on peut déduire cette représentation schématique de l’étude d’une matrice de caractères.

Relations de parenté au sein du vivant : arbres phylogénétiques

IV. Les arbres phylogénétiques

Un arbre phylogénétique est appelé arbre car il y a des branches au bout desquelles se trouvent les espèces que l’on essaie de classer. Cet arbre phylogénétique permet de retrouver les parentés, qui sont basés sur le partage de caractères à l’état dérivé.

Les deux espèces les plus proches parentes sont les espèces de mammifères : chauve-souris et vache. Elles partagent un ancêtre commun AC1 : le plus haut dans l’arbre qui correspond à l’ancêtre commun le plus récent. Elles restent cousines du pigeon. En effet, les groupes des oiseaux et des mammifères partagent un ancêtre commun appelé AC2.

Ces deux groupes font partie, avec la tortue, du groupe des tétrapodes, ceux qui ont quatre membres et des doigts. Les tétrapodes et le hareng font partie du groupe des vertébrés, qui ont un squelette.

Un arbre phylogénétique se définit par des espèces alignées horizontalement, situées après des embranchements, appelées nœuds, de l’arbre où se trouvent les ancêtres communs.

Ces ancêtres communs sont théoriques : ils sont disparus et on n’en a pas de trace réelle. On sait qu’ils ont existé et qu’ils avaient certaines caractéristiques, mais on ne les connaît pas toutes. Ils ne correspondent à aucune espèce connue.

Apparition des caractères à l’état dérivé

On peut placer sur l’arbre, l’apparition des caractères à l’état dérivé. Par exemple, on peut situer l’apparition du caractère squelette partagé par l’ensemble des espèces du groupe, et donc par tous les groupes qui sont après le squelette lorsque que l’on se déplace vers le haut.

Les quatre membres et les doigts sont apparus à peu près après l’ancêtre commun AC4. Le hareng ne possède pas de membres, ni de doigts, en revanche, les autres ancêtres possèdent des membres et des doigts. De la même façon, les plumes sont apparues sur la branche du pigeon, puisqu’il n’y a que lui qui en possède dans les cinq espèces que l’on classe. Enfin, les poils sont apparus avant l’ancêtre commun de la chauve-souris et de la vache. La chauve-souris et la vache possèdent des poils, hérités de leurs ancêtres communs.